БЕСКОНТАКТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к области коммутационных аппаратов управления и защиты переменного тока с широким набором функциональных возможностей, предназначенных для применения в изделиях общепромышленного, бытового и специального назначения.

Известны пускатели [1, 2] бесконтактные на базе полупроводниковой техники на токи (4 - 160) A, применяемые в электроустановках для дистанционного пуска, установки и реверсирования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Бесконтактные пускатели представляют собой блочную конструкцию, состоящую из силового блока на тиристорных или оптотиристорных модулях, силовых транзисторах или на тиристорах, оптотиристорах и триаках одного или двух блоков управления. Силовые модули располагаются на теплоотводах.

Теплоотводы в виде ребристых пластин укрепляются параллельно друг другу в специальном корпусе, образующем единую конструкцию, которую с помощью дополнительной установочной пластины можно крепить на направляющие DIN в электрощитах. Такое расположение элементов обеспечивает прочность конструкции и возможность охлаждения теплоотводов и самих силовых электронных элементов потоком воздуха снизу вверх, полностью исключая отвод тепла вбок по периметру. Это обстоятельство приводит к увеличению габаритов и веса этих бесконтактных пускателей, соответственно к дополнительному расходу материалов, повышению стоимости. Кроме того, указанная конструкция предполагает отдельное расположение схемы управления и схемы индикации, а также установку входных и выходных клемм управления вне конструкции силового блока, увеличивая количество и длину проводов и соединений, снижая тем самым надежность всего бесконтактного пускателя в целом.

Целью изобретения является уменьшение габаритов бесконтактных электронных пускателей, уменьшение материалоемкости и веса изделий, снижение их стоимости, а также повышение надежности бесконтактных пускателей в процессе их эксплуатации.

Бесконтактный пускатель содержит силовой блок, представляющий собой электронный элемент, установленный на радиаторе охлаждения, и систему управления, расположенную над силовым блоком. Силовой блок представляет собой пару встречно-параллельно соединенных силовых электронных элементов.

Радиатор охлаждения выполнен в виде центральной теплопроводящей опоры с ребрами и внутренним установочным пазом с основанием, разделенной воздушным зазором по поперечной оси симметрии на две симметричные части, при этом на обеих частях основания установлены силовые электронные элементы встречно-параллельно включенной пары силовых электронных элементов.

Ось симметрии силового блока совпадает или параллельна с продольной осью симметрии центральной теплопроводящей опоры.

Нижнее ребро радиатора охлаждения закреплено на диэлектрическом основании.

Для нагрузки, требующей коммутацию, двух и более фаз, используют 2- и более полюсные бесконтактные пускатели, представляющие собой два и более силовых блока, установленные на радиаторе охлаждения аналогично однополюсному, с разделением полюсов посредством воздушных зазоров вдоль продольной оси по длине бесконтактного пускателя. При этом при использовании тиристоров или оптронных тиристоров радиаторы охлаждения разделены воздушным зазором по оси симметрии.

Количество фаз силового напряжения, подводимого к нагрузке, равно количеству полюсов бесконтактного пускателя.

Толщина ребер радиатора охлаждения определяется опытно-экспериментальным путем и составляет 1-3 мм, расстояние между ребрами 3-8 мм.

Выравнивание температурных режимов работы силовых электронных элементов в 3-полюсном бесконтактном пускателе осуществляется путем уменьшения площади радиатора охлаждения боковых полюсов за счет выборки площади ребер, шлицевых пазов в зоне крепежа бесконтактных пускателей и т.п.

В качестве силовых электронных элементов могут быть использованы симисторы (триаки) или оптронные симисторы. Тиристоры или оптронные тиристоры, включенные по встречно-параллельной схеме.

При увеличении мощности бесконтактного пускателя увеличивается мощность силового электронного элемента, соответственно увеличиваются размеры основания, высота теплопроводящей опоры, количество ребер радиатора охлаждения, оптимизируются их конструктивные размеры, решая тем самым задачу создания оптимальных условий отвода тепла в окружающую среду естественной конвекции.

Кроме непосредственной функции охлаждения радиатор охлаждения выполняет функцию несущей конструкции бесконтактного пускателя и служит в том числе для крепления силовых электронных элементов, корпуса системы управления с клеммниками, а с противоположной стороны - для крепления диэлектрического основания с элементами крепежа пускателя.

Благодаря предложенной конструкции силового блока, расположению корпуса системы управления с вводными силовыми клеммниками и диэлектрического основания снижается материалоемкость, вес, габариты и стоимость электронного пускателя, что существенно расширяет область применения электронных пускателей и позволяет использовать его взамен соответствующих электромагнитных пускателей, обеспечивается возможность подключения стандартного набора дополнительных функциональных блоков, тепловых реле, таймеров и пр.

За счет возможности применения различных силовых электронных элементов - симисторов (триаков), оптронных симисторов, тиристоров и отронных тиристоров обеспечивается универсальность электронных пускателей. Конструкция обладает повышенной ремонтопригодностью. Заявляемое конструктивное решение позволяет создавать бесконтактные пускатели, габариты которых равны габаритам соответствующих величин электромагнитных пускателей (нулевой, первый и т.д.).

На фиг. 1 представлен бесконтактный пускатель, однополюсный, общий вид; на фиг. 2 - вид сбоку фиг. 1; на фиг. 3 - вид сверху фиг. 1; на фиг. 4 - разрез А-А фиг. 3; на фиг. 5 - в разрезе бесконтактный пускатель, в котором в качестве силовых электронных элементов использованы тиристоры или оптотиристоры; на фиг. 6 - бесконтактный пускатель трехполюсный, общий вид; на фиг. 7 - вид сбоку фиг. 6; на фиг. 8 - вид сверху фиг. 6; на фиг. 9 - разрез Б-Б фиг. 8; на фиг. 10 - в разрезе трехполюсный бесконтактный пускатель, в котором в качестве силовых электронных элементов использованы тиристоры или оптотиристоры.

Бесконтактный пускатель представляет собой силовой блок, состоящий из силового электронного элемента 1, установленного на индивидуальном радиаторе охлаждения 2, систему управления в корпусе 3. Радиатор охлаждения 2 представляет собой центральную теплопроводящую опору 4 с ребрами 5, установочным пазом 6 для силовых электрических элементов 1 и основанием 7, на котором с помощью присоединительного винта 8 закреплен силовой электронный элемент 1. Размеры установочного паза 6 определяются размерами силового электронного элемента с минимальными установочными размерами под ключ. Толщина основания 7 определяется длиной присоединительного винта 8. Ширина опоры должна быть меньше диаметра основания 9 силового электронного элемента 1, выполненного под ключ.

При использовании в качестве силового блока электронных силовых элементов в виде тиристоров или оптотронных тиристоров, включенных по встречно-параллельной схеме, центральная теплопроводящая опора 4 разделена воздушным зазором 10 по оси симметрии на две симметричные части. На обеих частях центральной теплопроводящей опоры и установлены сильные электронные элементы. Система управления в корпусе 3 закреплена на верхнем ребре 11 радиатора охлаждения. Силовые присоединительные клеммники 12, 13 закреплены на верхнем ребре 11 радиатора охлаждения и фиксируют крышку корпуса системы управления. В плане габариты корпуса с клеммниками 12, 13 системы управления 3 и габариты радиатора охлаждения 2 равны. Нижнее ребро 14 радиатора охлаждения закреплено на диэлектрическом основании 15 бесконтактного пускателя с обеспечением максимального теплового контакта по всей поверхности их сопротивления.

В трехполюсном бесконтактном электронном пускателе (фиг. 7) радиаторы охлаждения разделены воздушными зазорами 16 вдоль продольной оси радиатора.

При подаче напряжения через клеммы-контакты на силовой электронный элемент на выходе напряжение отсутствует до тех пор, пока на управляющей электрод силового электронного элемента не будет подан сигнал управления от системы управления. После получения сигнала на включение через дополнительную пару клемм, установленную на том клеммнике, силовой электронный элемент открывается, пропуская через себя рабочий ток. При этом происходит тепловыделение в зоне контакта силового электронного элемента с радиатором охлаждения. Зона контакта включает в себя установочную площадку по диаметру основания силового электронного элемента и площадь резьбового контакта установочного винта силового электронного элемента с утолщенным основанием радиатора охлаждения. Тепловые потоки за счет утолщенного основания, уменьшающего тепловое сопротивление, распространяются к периферии, проходя через вертикальную опору в направлении нижнего диэлектрического основания пускателя и в направлении элементов корпуса системы управления. С центральной теплопроводящей опоры тепло передается на ребра радиатора охлаждения, которые выполнены таким образом, что образуют развитую поверхность теплоотдачи. Соотношения толщин ребер, расстояния между ребрами, ширины ребер выбираются, исходя из условия обеспечения минимального теплового сопротивления между радиатором охлаждения и окружающей средой.

Литература:
1. Твердотелый электромагнитный пускатель. Пер. с англ. материалов фирмы Hurotherm ltd, ВЦП- N Я-11976-БГ, 1989, Р 1-4, ГРНТИ 45.31.31. С. 2-3.

2. Пат. Великобритания N 2052164, Н 05 К 7/20, 1981, фиг. 1.

Использование: в коммутационных аппаратах управления и защиты переменного тока с широким набором функциональных возможностей, предназначенных для применения в изделиях общепромышленного бытового и специального значения. Технический результат заключается в уменьшении габаритов бесконтактных пускателей, снижении их материалоемкости, веса и стоимости, а также повышении надежности в процессе эксплуатации. Бесконтактный пускатель включает силовой блок, состоящий из силового электронного элемента, установленного на утолщенном основании во внутреннем установочном пазу радиатора охлаждения, который выполнен в виде теплопроводящей опоры с ребрами. Ось симметрии силового электронного элемента совпадает или параллельна с продольной осью симметрии теплопроводящей опоры. Основание, на котором он смонтирован, выполнено утолщенным, а его местоположение внутри теплопроводящей опоры определяется высотой силового электронного элемента, а толщина - длиной присоединительного винта. 7 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Бесконтактный пускатель, включающий силовой блок, установленный на радиаторе охлаждения, и систему управления, расположенную над силовым блоком, отличающийся тем, что силовой блок представляет собой пару силовых электронных элементов, включенных по встречно-параллельной схеме, радиатор охлаждения выполнен в виде центральной теплопроводящей опоры с основанием, с ребрами и внутренним установочным пазом, разделенной воздушным зазором по поперечной оси на две симметричные части, при этом на обеих частях указанного основания установлены с помощью присоединительных винтов выше указанные силовые электронные элементы силового блока. 2. Бесконтактный пускатель по п.1, отличающийся тем, что ось симметрии силового блока совпадает или параллельна продольной оси симметрии теплопроводящей опоры. 3. Бесконтактный пускатель по п.1, отличающийся тем, что размеры установочного паза определены размерами силового электронного элемента, основание теплопроводящей опоры выполнено утолщенным, а его толщина определена длиной присоединительного винта. 4. Бесконтактный пускатель по п.1, отличающийся тем, что при выполнении бесконтактного пускателя двух и более полюсным два и более силовых блока установлены на радиаторах охлаждения, которые разделены воздушным зазором вдоль продольной оси бесконтактного пускателя. 5. Бесконтактный пускатель по п.4, отличающийся тем, что число полюсов бесконтактного пускателя равно числу фаз напряжения, подводимого к нагрузке. 6. Бесконтактный пускатель по п.1, отличающийся тем, что толщина ребер радиатора охлаждения составляет 1-3 мм, расстояние между ребрами 3-8 мм, а его ширина меньше диаметра основания силового электронного элемента. 7. Бесконтактный пускатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен диэлектрическим основанием, на котором закреплено нижнее ребро радиатора охлаждения. 8. Бесконтактный пускатель по п.1, отличающийся тем, что корпус системы управления с клеммниками закреплен на верхнем ребре радиатора охлаждения.