КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК H01H9/40 

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам и предназначено для бездуговой коммутации цепей с индуктивным накопителем энергии.

Известно устройство, в котором для облегчения условий гашения энергии, накопленной в индуктивной нагрузке, последняя шунтируется нелинейно-резистивным элементом (варистором) [1].

Однако бездуговое размыкание контактов в этом устройстве не достигается.

Прототипом данного технического решения является устройство, содержащее первый и второй главные контакты, соединенные последовательно. При этом первый главный контакт зашунтирован цепью из последовательно соединенных вспомогательных контактов, каждый из которых в свою очередь зашунтирован силовым резистором [2].

Такая схема выключения первого главного контакта позволяет существенно улучшить условия коммутации второго главного контакта, снабженного дугогасительной системой. Условия гашения поля здесь облегчены, но коммутирующее устройство не является бездуговым, а энергетические показатели его не высоки, так как энергия рассеивается в виде тепловых потерь.

Целью изобретения является обеспечение бездуговой коммутации и повышение энергетических показателей коммутирующего устройства.

В устройстве, содержащем источник питания, главный контакт, зашунтированный цепью из n последовательно соединенных вспомогательных контактов, цепь нагрузки с преобладанием индуктивной составляющей, указанная выше цель по совершенствованию схемы коммутирующего устройства, достигается тем, что каждый из (n-1) вспомогательных контактов зашунтирован нелинейно-резистивным элементом, а цепь нагрузки зашунтирована цепочкой, состоящей из последовательно соединенных обратного диода и нелинейно-резистивного элемента, к выводам которого подключены блокирующий контакт и первичная обмотка импульсного трансформатора, а его вторичная обмотка через второй обратный диод подключена к выводам источника питания.

В коммутирующем устройстве для ускорения гашения поля цепь, шунтирующая нагрузку, составлена из последовательно соединенных обратного диода и нескольких (более одного) нелинейно-резистивных элементов, каждый из которых зашунтирован отдельным блокирующим контактом, а ко всей цепочки нелинейно-резистивных элементов подключена первичная обмотка импульсного трансформатора.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - то же, но вместо одного нелинейно-резистивного элемента и одного блокирующего контакта применяется цепочка последовательно соединенных нелинейно-резистивных элементов, шунтированных блокирующими контактами.

Устройство (фиг.1) содержит главный контакт 1, зашунтированный цепью из n последовательно соединенных вспомогательных контактов 2 и 3, при этом каждый из (n-1) контактов 2 зашунтированы нелинейно-резистивным элементом 4, а контакт 3 не шунтируется. Нагрузка 5 зашунтирована цепью, состоящей из последовательно соединенных обратного диода 6 и линейно-резистивного элемента 7, к выводам которого подключены блокирующий контакт 8 и первичная обмотка импульсного трансформатора 9, а его вторичная обмотка через второй обратный диод 10 подключена к выводам источника 11 питания.

Устройство работает следующим образом.

В исходном (включенном) состоянии главный контакт 1, вспомогательные контакты 2 и 3 и блокирующий контакт 8 находятся в замкнутом состоянии. Ток из источника 11 питания в нагрузку 5 протекает главным образом через контакт 1, а через цепи, в которых расположены контакты 2, 3 и 8, протекают незначительные токи утечки, которые можно в виде их малости в расчет не принимать.

При отключении нагрузки первым размыкается главный контакт 1 и ток переходит в шунтирующую цепь, образованную контактами 2 и 3. Так как падение напряжения в этой цепи мало (≈ 1 В), то размыкание контакта 1 будет бездуговым. После полного раздвижения контакт-деталей главного контакта 1, когда полностью восстанавливается его электрическая прочность, размыкаются вспомогательные контакты 2 и ток переходит в цепь, состоящую из нелинейно-резистивных элементов 4, пробивное напряжение которых выбирается меньшим, чем напряжение образования короткой дуги на вспомогательном контакте, поэтому размыкание вспомогательных контактов будет бездуговым. Суммарное пробивное напряжение всей цепи, составленной из нелинейно-резистивных элементов 4, выбирается несколько большим, чем напряжение источника 11 питания (принимается максимально допустимое значение) плюс прямое падение напряжения в обратном диоде 6 и блокирующем контакте 8. Это способствует мгновенному отключению источника питания от нагрузки 5 и переходу нагрузочного тока в шунтирующую цепь с диодом 6 и блокирующим включенным контактом 8. После этого отключается практически обесточенный вспомогательный контакт 3.

На этом заканчивается период отключения нагрузки от источника питания и начинается период гашения магнитного поля цепи нагрузки, для чего размыкается блокирующий контакт 8 и ток мгновенно переходит в нелинейно-резистивный элемент 7 ввиду его безынерционности. На нагрузке образуется перенапряжение, благодаря чему пробивается нелинейно-резистивный элемент 7. Но так как напряжение пробоя принимается меньшим, чем напряжение образования короткой дуги, то размыкание блокирующего контакта 8 будет бездуговым. При отсутствии в схеме коммутирующего устройства трансформатора 9 накопленная в магнитном поле нагрузки 5 энергия рассеялась бы в виде тепловых потерь в элементах 6 и 7. Однако напряжение пробоя элемента 7, будучи приложенным к первичной обмотке импульсного трансформатора 9, вызывает переходный процесс его включения, в результате чего начинают расти потребляемый ток и напряжение на его выходной обмотке (с учетом падения напряжения в обратном диоде 10). Как только выходное напряжение трансформатора сравняется с напряжением источника питания, начинает расти ток, поступающий в источник питания (ток рекуперации). Одновременно будут расти вторичный и первичный токи трансформатора 9, а элемент 7 будет соответственно разгружаться. При полной разгрузке элемента 7, когда его ток падает до нуля, заканчивается переходной процесс включения импульсного трансформатора 9. При этом напряжение на первичной обмотке трансформатора уменьшается до величины, немного меньшей, чем пробивное напряжение элемента 7, что обеспечивается правильно выбранным коэффициентом трансформации трансформатора. С момента завершения переходного процесса включения трансформатора он воспринимает на себя весь нагрузочный ток и преобразует его в ток рекуперации, а нелинейно-резистивный элемент 7 остается обесточенным.

Благодаря применению импульсного трансформатора между цепью шунтирования индуктивной нагрузки и источником питания осуществляется возврат (рекуперация) индуктивной энергии в источник питания, в результате чего улучшаются энергетические показатели коммутирующего устройства.

Устройство приведенное на фиг.2, работает аналогично описанному с той разницей, что благодаря применению вместо одного элемента 7 цепочки последовательно соединенных нелинейно-резистивных элементов обеспечивается бездуговое повышение напряжения в шунтирующей цепи, а следовательно, ускоряется процесс гашения магнитного поля нагрузки.

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам и предназначено для бездуговой коммутации цепей с индивидуальным накопителем энергии. Устройство содержит главный контакт 1, зашунтированный цепью из n последовательно соединенных вспомогательных контактов 2 и 3, из которых (n - 1) вспомогательных контактов 2 из которых зашунтированы нелинейно-резистивными элементами 4, а нагрузка 5 индуктивного характера зашунтирована цепочкой последовательно соединенных обратного диода 6 и нелинейно-резистивного элемента 7, к выводам которого подключены блокирующий контакт 8 и первичная обмотка импульсного трансформатора. Вторичная обмотка этого трансформатора через обратный диод 10 подключена к выводам источника 11 питания. Коммутирующее устройство обеспечивает бездуговую коммутацию и рекуперацию в источник питания энергии, накопленной в магнитном поле индуктивности нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Коммутирующее устройство, содержащее источник питания, соединенный через главный контакт, зашунтированный цепью из n последовательно соединенных вспомогательных контактов с цепью нагрузки с преобладанием индуктивной составляющей, отличающееся тем, что каждый из (n - 1) вспомогательных контактов зашунтирован соответствующим нелинейно-резистивным элементом, а цепь нагрузки зашунтирована последовательно соединенными первым обратным диодом и блокирующим контактом с шунтирующим его нелинейно-резистивным элементом, введен импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно блокирующему контакту, а его вторичная обмотка через второй обратный диод подключена к выводам источника питания. 2. Коммутирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что последовательно в цепь блокирующего контакта с шунтирующим его нелинейно-резистивным элементом введены дополнительные блокирующие контакты с соответственно шунтирующими их нелинейно-резистивными элементами.