СХЕМА ИСКРОГАШЕНИЯ ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК H01H9/30 

Изобретение относится к области электроавтоматики и предназначено для искрогашения на контактах в цепях переменного тока, например в рельсовых и линейных цепях железнодорожной автоматики.

Известна схема искрогашения в виде конденсатора, включенного параллельно защищаемому контакту [1, с. 81]. Схема устраняет дугу при размыкании контакта. Однако из-за большого тока разряда конденсатора через замыкающийся контакт существенно увеличивается эрозия контакта при замыкании цепи.

Известна схема искрогашения, содержащая искрогасящую цепочку из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенную параллельно к защищаемому контакту [1, с. 45]. В этой схеме при большой величине сопротивления резистора существенно уменьшается ток разряда конденсатора на замыкающийся контакт, однако снижается эффективность иcкрогашения при размыкании цепи. При малой же величине сопротивления резистора сохраняется разрушение контакта при замыкании из-за разрядного тока конденсатора.

Известна схема искрогашения для цепей постоянного тока, содержащая конденсатор, последовательно с которым включена цепочка из параллельно соединенных резистора и диода [2]. Схема включена параллельно контакту. При этом ток заряда конденсатора при размыкании контакта протекает через диод в прямом направлении, а ток разряда конденсатора при замыкании контакта протекает через резистор.

Данная схема не обеспечивает эффективное искрогашение в цепях переменного тока, так как процесс размыкания контакта может начаться в любую полуволну тока нагрузки. Другим недостатком схемы является протекание разрядного тока через замыкающийся контакт.

Наиболее близкой к заявляемой является схема искрогашения для цепей переменного тока, содержащая защищаемый контакт, первый вывод которого подключен к одной точке коммутируемой цепи, второй вывод - к другой точке, и две искрогасящие цепи, подключенные встречно-параллельно к контакту. Причем искрогасящие цепи выполнены в виде тиристоров [3, рис. 1.1з].

Данное устройство не может без дополнительных схемных решений применяться для искрогашения в коммутаторах рельсовых цепей железнодорожной автоматики. Это обусловлено тем, что при разомкнутом контакте существует возможность самопроизвольного открытия тиристоров от воздействия помех и перенапряжений. Тогда в рельсовую цепь посылаются ложные импульсы, что может приводить к опасным отказам (появлению на светофоре более разрешающих сигнальных показаний). Недостатком устройства является и возможность посылки непрерывного сигнала переменного тока при пробое одного из тиристоров.

Для применения данного устройства в рельсовых цепях необходимы дополнительные решения, например установка дополнительного контакта, осуществляющего физический разрыв цепи после размыкания защищаемого контакта [4, 5, рис. 3.11], или установка контрольного реле, отключающего рельсовую цепь при пробое одного из тиристоров [5, рис. 3.10]. Такие решения увеличивают стоимость устройства.

Использование в качестве искрогасящих цепей тиристоров увеличивает общее число элементов устройства, необходимых для создания схем управления тиристорами [3, рис. 1.10], или предполагает применение мостикового контакта [З, рис. 1.9], что увеличивает стоимость и снижает общую надежность.

Описанное устройство сложно в наладке из-за большого разброса параметров тиристоров по току управления и обеспечивает начало искрогашения через некоторое время после начала процесса размыкания (необходимое для открытия тиристоров) что увеличивает эрозию.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности.

Это достигается тем, что в известной схеме искрогашения, содержащей защищаемый контакт, первый вывод которого подключен к одной точке коммутируемой цепи, а его второй вывод - к другой точке, и две искрогасящие цепи, подключенные встречно-параллельно к контакту, каждая искрогасящая цепь выполнена в виде последовательно соединенных конденсатора и диода, параллельно которому включен резистор.

При размыкании устройства, после начала расхождения контактаЮЯ начинается процесс заряда одного из конденсаторов через низкое сопротивление диода в прямом направлении, чем обеспечивается эффективное искрогашение. Затем (когда наступает другая полуволна) заряжается другой конденсатор через соответствующий диод.

После замыкания контакта происходит разряд конденсаторов. Напряжения от конденсаторов, прикладываемые к замыкаемому контакту, имеют примерно равную величину и разную полярность, поэтому ток разряда протекает главным образом не через контакт, а через резисторы обеих цепочек. Это снижает эрозию контакта при замыкании и повышает надежность.

Выполнение обеих искрогасящих цепей в виде конденсатора и зашунтированного резистором диода исключает вышеперечисленные недостатки, связанные с возможностью самопроизвольного открытия тиристоров, задержками времени на открытие тиристоров, со сложностью наладки и многоэлементностью устройства.

Резисторы в искрогасящих цепочках могут быть включены параллельно конденсаторам. Такое включение позволяет исключить протекание разрядных токов конденсаторов (как в нормальном режиме, так и при их заряде от действия помех) через замыкающийся контакт и повысить его надежность.

Новым в предлагаемом решении (п.1 формулы изобретения) по сравнению с прототипом является выполнение обеих искрогасящих цепей в виде известного сочетания элементов: конденсатора, последовательно с которым соединен зашунтированный резистором диод.

Новым в предлагаемом решении (п.2) по сравнению с прототипом является выполнение обеих искрогасящих цепей в виде известного сочетания элементов: конденсатора, зашунтированного резистором, последовательно с которым соединен диод.

Следовательно, заявленные схемы соответствуют критерию изобретения "новизна".

При проверке соответствия критерию "существенные отличия" формулы изобретения установлено: 1. Известно решение по включению параллельно защищаемому контакту одной искрогасящей цепи из конденсатора, последовательно с которым соединен зашунтированный резистором диод. Однако данное решение обеспечивает искрогашение только в цепях постоянного тока. Кроме того, существует добавочный ток разряда конденсатора на замыкающийся контакт, так как сопротивление резистора должно обеспечивать разряд конденсатора за время импульса и не может быть бесконечно большим.

В предлагаемом решении параллельно защищаемому контакту включены две такие цепи, что обеспечивает искрогашение в цепях переменного тока и определяет новое свойство схемы: уменьшение добавочного тока через замыкающийся контакт, так как оба конденсатора заряжаются разнополярно до примерно одинакового уровня напряжения.

2. Заявленные схемы искрогашения основаны на дополнении известного средства (контакта) известными частями (RCD-цепями). Однако при выборе таких частей получается новый, отсутствующий в других известных решениях технический результат - эффективная искрозащита при коммутации цепей переменного тока.

Так, по сравнению с тиристорными схемами искрогашения [3, рис. 1.1з] снижается стоимость и повышается общая надежность, исключается возможность посылки ложных импульсов из-за самопроизвольного открытия тиристоров, уменьшается эрозия при размыкании контакта, вызванная горением дуги до момента открытия тиристоров.

По сравнению с другими схемами искрогашения на основе конденсаторов (например, [2] заявленные решения характеризуются меньшим добавочным током разряда конденсатора через замыкающийся контакт, что уменьшает эрозию при замыкании.

3. В научно-технической литературе отсутствуют сведения о том, что дополнение контакта двумя RCD-цепями приводит к эффективной искрозащите при коммутации цепей переменного тока. Также отсутствуют сведения о том, что замена двух тиристоров RCD-цепями обеспечивает искрогашение при размыкании и не вызывает увеличения добавочного тока через контакт при замыкании.

Основываясь на п. 1, 2, 3, можно сделать вывод о том, что изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена схема искрогашения для цепей переменного тока.

Схема содержит контакт 1, выводы которого подключены к одной 2 и другой 3 точкам коммутируемой цепи. Параллельно контакту включены две искрогасящие цепочки. Первая цепочка содержит конденсатор 4, последовательно с которым включены параллельно соединенные диод 5 и резистор 6. Первая цепочка служит для пропуска положительной полуволны тока, протекающей от точки 2 к точке 3. Вторая искрогасящая цепочка служит для пропуска отрицательной полуволны тока, протекающей от точки 3 к точке 2, и также содержит конденсатор 7, диод 8, резистор 9.

В исходном состоянии, когда контакт 1 разомкнут, конденсатор 4 заряжен током положительной полуволны (по цепи: точка 2, конденсатор 4, диод 5, точка 3). За время отрицательной полуволны заряд конденсатора 4 уменьшается незначительно, так как сопротивление диода 5 в прямом направлении многократно меньше, сопротивления резистора 6. Конденсатор 7 заряжен током отрицательной полуволны (по цепи: точка 3, диод 8, конденсатор 7, точка 2).

После замыкания контакта 1 происходит разряд обоих конденсаторов. Так как напряжения на конденсаторах 4 и 7 отличаются незначительно и имеют разную полярность по отношению к контакту 1, то ток разряда протекает главным образом по цепи: конденсатор 4, конденсатор 7, резистор 9, резистор 6. Через замыкающийся контакт 1 протекает незначительный ток от искрогасящих конденсаторов, который вызван разностью напряжений на конденсаторах и ограничивается сопротивлением резистора 6 или 8 (в зависимости от того, на каком конденсаторе, 4 или 7, больше напряжение в момент замыкания контакта). Таким образом, использование конденсаторов в искрогасящих цепях практически не увеличивает ток через замыкающийся контакт.

Если размыкание контакта 1 происходит во время положительной полуволны тока нагрузки, то происходит заряд конденсатора 4 по цепи: точка 2, конденсатор 4, диод 5 в прямом направлении, точка 3. Если размыкание контакта 1 происходит во время отрицательной полуволны тока нагрузки, то происходит заряд конденсатора 7 по цепи: точка 3, диод 8, конденсатор 7, точка 2. При этом энергия вместо пробоя воздушного промежутка между выводами контакта 1 расходуется на заряд конденсатора. Поэтому обеспечивается защита контакта при его размыкании во время любой полуволны тока нагрузки.

Выполнение искрогасящих цепей из конденсаторов и зашунтированных резисторами диодов обеспечивает искрозащиту сразу после расхождения контакта и сокращает общее число элементов устройства (так как не требуются элементы для цепей управления тиристорами), что повышает надежность. Кроме того, исключается возможность посылки ложных импульсов из-за самопроизвольного открытия тиристоров, что расширяет область применения устройства.

На фиг. 2 представлен вариант схемы с включением резисторов 6 и 9 параллельно соответствующим конденсаторам 4 и 7.

При разомкнутом состоянии контакта 1 конденсатор 4 заряжается во время положительной полуволны и частично разряжается через резистор 6 во время отрицательной полуволны. Аналогично работает и конденсатор 7, дозаряжаясь во время отрицательной полуволны, и теряя часть заряда в другую полуволну.

После замыкания контакта 1 конденсатор 4 разряжается на резистор 6, а конденсатор 7 разряжается на резистор 9.

При размыкании контакта происходит заряд одного из конденсаторов через открытый диод, чем обеспечивается искрозащита контакта. В следующую полуволну заряжается другой конденсатор.

Вариант на фиг. 2 полностью исключает добавочный ток разряда конденсаторов через замыкающийся контакт.

Параметры элементов схемы выбираются с учетом известных рекомендаций (например, [1, 2]). Величины сопротивлений должны обеспечивать разряд конденсаторов за время замкнутого состояния контакта.

Предлагаемая схема искрогашения для цепей переменного тока выгодно отличается от известных, так как позволяет осуществить эффективную искрозащиту ввиду низкого сопротивления искрогасящей цепи при размыкании контакта и незначительного (или отсутствия) добавочного тока через замыкающийся контакт; повысить надежность при действиях помех или перенапряжений. Экономическая эффективность применения схемы заключается в увеличении срока службы контакта и реле.

Сущность изобретения: схема искрогашения для цепей переменного тока (варианты) содержит две искрогасящие цепи, включенные встречно-параллельно контакту, каждая из которых защищает контакт при размыкании в соответствующую полуволну. В первом варианте каждая искрогасящая цепь выполнена в виде последовательно соединенных конденсатора и диода, параллельно которому включен резистор. Это обеспечивает искрогашение сразу после начала расхождения контактов, снижает разрядный ток через замыкающийся контакт, исключает возможность поступления ложных импульсов через искрогасящую схему при разомкнутом контакте. В другом варианте резисторы искрогасящих цепочек включены параллельно конденсаторам, что полностью исключает ток разряда через замыкающийся контакт. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Схема искрогашения для цепей переменного тока, содержащая защищаемый контакт, первый вывод которого подключен к одной точке коммутируемой цепи, а второй вывод - к другой точке, и две искрогасящие цепи, подключенные встречно параллельно к контакту, отличающаяся тем, что каждая искрогасящая цепь выполнена в виде последовательно соединенных конденсатора и диода, параллельно которому включен резистор. 2. Схема искрогашения для цепей переменного тока, содержащая защищаемый контакт, первый вывод которого подключен к одной точке коммутируемой цепи, а второй вывод - к другой точке, и две искрогасящие цепи, подключенные встречно параллельно к контакту, отличающаяся тем, что каждая искрогасящая цепь выполнена в виде последовательно соединенных диода и конденсатора, параллельно которому включен резистор.