УСТРОЙСТВО ОТКЛЮЧЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2003 года по МПК H01H73/36 H01H75/02 

Изобретение относится к электрическим аппаратам, предназначенным для коммутации электрических цепей постоянного тока.

Известны коммутационные аппараты контактного, гибридного и бесконтактного типа, в которых применяются предварительно заряженные конденсаторы, подключаемые к аппарату в момент отключения для снижения постоянного тока до нулевого значения за счет пропускания тока от конденсатора навстречу рабочему постоянному току и последующего его отключения (1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1988, с. 173, рис.4.30.2. Могилевский Г.В. и др. Бесконтактный электрический выключатель постоянного тока. А.С. СССР 1949367, Бюллетень 1967, 9.3. Могилевский Г. В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения. - М: Энергоатомиздат, 1986).

Однако при отключении постоянных токов стоит острая проблема отключения малых индуктивных токов. Известно, что для отключения постоянных токов, в том числе и малых, применяются специальные дугогасительные камеры с магнитным дутьем, которые обеспечивают разбиение дуги на несколько последовательно соединенных дуг, что обеспечивает хорошее охлаждение дуги, увеличение падения напряжения на дуге и успешное ее гашение (см. книгу Чунихина А.А. с. 163-166). Однако при малых токах электромагнитная сила воздействия на дугу также мала, хоть при последовательном включении дутьевой катушки, когда ток катушки пропорционален рабочему току отключения, хоть при параллельном включении дутьевой катушки, когда ее ток пропорционален питающему напряжению, т.к. в том и другом случае сила магнитного дутья пропорциональна отключаемому току. Это приводит к тому, что дуга не втягивается в дугогасительную камеру и дуга при этом либо не отключается совсем, либо отключается в течение недопустимо большого времени.

Использование предварительно заряженного конденсатора для обеспечения импульса тока, направленного навстречу отключаемому току, не решает проблему, т.к. электромагнитная сила дутья на дугу при этом не возрастает.

Наиболее близким по сути является способ отключения постоянного тока, описанный в книге Могилевского Г.В. (с.63,64, рис.1.21,а), однако этот способ не позволяет отключать малые постоянные индуктивные токи.

Для успешного отключения малых индуктивных постоянных токов предлагается использовать известный способ запасения электромагнитной энергии путем заряда электрического конденсатора от вспомогательного источника питания и подведения этой энергии к контактам коммутационного аппарата постоянного тока в виде импульса тока, протекающего в том же направлении, что и отключаемый ток. Это позволяет увеличить силу магнитного дутья до максимальной величины при заданной конструкции дугогасительной камеры, направить дугу в эту камеру и обеспечить гарантированное и быстрое отключение малого постоянного индуктивного тока.

Для реализации предложенного способа отключения малых постоянных индуктивных токов предлагается устройство, которое обеспечивает предварительный заряд электрического конденсатора, подключение его к силовым контактам аппарата в момент их размыкания и пропускание импульса разрядного тока конденсатора в том же направлении, что и отключаемый ток, независимо от направления протекания отключаемого тока.

Устройство содержит силовые контакты аппарата, заряжаемый от постороннего источника электрический конденсатор, последовательно соединенный с ним дроссель, вспомогательные контакты и тиристоры, которые соединены последовательно с конденсатором и дросселем и подключены параллельно силовым контактам, при этом тиристоры и конденсатор зашунтированы цепями, каждая из которых образована последовательно соединенными варистором и резистором.

Новым является то, что последовательная цепь, состоящая из конденсатора, дросселя и тиристоров, подсоединена через вспомогательные контакты к силовым контактам таким образом, чтобы ток разряда предварительно заряженного конденсатора при отпирании тиристора протекал в том же направлении, что и отключаемый ток при размыкании силовых контактов.

На фиг. 1 приведено устройство для реализации предложенного способа отключения малых постоянных индуктивных токов.

Устройство содержит одну пару силовых контактов 1 и 2, одну пару вспомогательных контактов 3 и 4, коммутирующий конденсатор 6, заряженный от вспомогательного источника питания, коммутирующий дроссель 5, первый тиристор 7 и второй тиристор 8, при этом первый контакт 1 пары силовых контактов и первый контакт 3 пары нормально открытых вспомогательных контактов объединены и подсоединены к одному полюсу питающей сети, а второй контакт 2 пары силовых контактов соединен с нагрузкой, при этом второй вывод первого тиристора 7 соединен с первым выводом коммутирующего дросселя 5, второй вывод которого соединен с первым выводом коммутирующего конденсатора 6, второй вывод которого соединен с первым выводом второго тиристора 8.

Новым является то, что полярность заряда коммутирующего конденсатора 6, а также подключение первого вывода первого тиристора 7 к второму контакту 4 пары нормально открытых вспомогательных контактов 3, 4, а также подключение второго вывода второго тиристора 8 к второму контакту 2 пары силовых контактов 1, 2 выбраны такими, чтобы ток разряда коммутирующего конденсатора 6 через тиристоры 7 и 8 и вспомогательные контакты 3, 4 имел то же направление, что и отключаемый ток. Для указанной на фиг.1 полярности питающего напряжения, обозначенной знаком "+", к контакту 4 пары нормально открытых вспомогательных контактов 3, 4 должен быть подключен катод первого тиристора 7, а к контакту 2 пары силовых контактов 1, 2 должен быть подключен анод второго тиристора 8.

Для защиты от перенапряжений при отключении индуктивного постоянного тока тиристоров 7, 8 и коммутирующего конденсатора 6 введены цепочки из варисторов и резисторов, при этом первый варистор 9 и первый резистор 10 соединены последовательно между собой и подсоединены параллельно первому тиристору 7, второй варистор 13 и второй резистор 14 соединены последовательно между собой и подсоединены параллельно коммутирующему конденсатору 6, третий варистор 11 и третий резистор 12 соединены последовательно между собой и подсоединены параллельно второму тиристору 8.

На фиг. 2 приведен вариант устройства для отключения малых индуктивных постоянных токов для цепей, в которых может изменяться полярность постоянного питающего напряжения и, следовательно, может изменяться направление протекания тока. В этом варианте введены дополнительно третий тиристор 15 и четвертый тиристор 16, а также шунтирующие их соответственно защитные цепи из последовательно соединенных четвертого варистора 17 и четвертого резистора 18 для третьего тиристора 15 и из последовательно соединенных пятого варистора 19 и пятого резистора 20 для четвертого тиристора 16, при этом первый вывод третьего тиристора 15 соединен с вторым выводом второго тиристора 8, а второй вывод третьего тиристора 15 соединен с вторым выводом первого тиристора 7, первый вывод четвертого тиристора 16 соединен с первым выводом второго тиристора 8, а второй вывод четвертого тиристора 16 соединен с первым выводом первого тиристора 7.

Устройство, приведенное на фиг.1, при отключении постоянных токов работает следующим образом.

В исходном состоянии силовые контакты 1, 2 и вспомогательные контакты 3, 4 замкнуты, напряжение на выводах коммутирующего контура отсутствует, коммутирующий конденсатор 6 заряжен до напряжения указанной полярности.

При отключении постоянного тока может быть три режима:
1) режим отключения малых индуктивных токов;
2) режим отключения номинальных токов или токов перегрузки;
3) режим отключения токов короткого замыкания нагрузки.

Вид режима отключения определяется датчиками тока.

Во 2-м и 3-м режимах сигналы отпирания на тиристоры не поступают, а вспомогательные контакты размыкаются.

В 1-м режиме процесс протекает следующим образом.

При размыкании силовых контактов 1, 2 подаются отпирающие сигналы на первый 7 и второй 8 тиристоры, при этом через силовые контакты 1, 2 наряду с малым индуктивным током в том же направлении, т.е. от полюса питающей сети к нагрузке, протекает ток разряда коммутирующего конденсатора 6, который обеспечивает оптимальную силу магнитного дутья на дугу и, следовательно, гарантированно и быстро позволяет отключить малый индуктивный ток независимо от его величины. После отключения тока, протекающего через силовые контакты 1, 2, и разряда конденсатора 6 первый 7 и второй 8 тиристоры закрываются напряжением питающей сети, после этого размыкаются вспомогательные контакты 3, 4, и процесс отключения заканчивается. При появлении больших перенапряжений в питающей сети напряжение на тиристорах 7, 8, а также на коммутирующем конденсаторе 6 ограничивается варисторами соответственно 9, 11 и 13. Резисторы 10, 12 и 14 предотвращают разрушение варисторов, когда имеет место повышенное и длительное перенапряжение.

Устройство, приведенное на фиг.2, работает следующим образом.

При отключении малых индуктивных токов при положительной полярности полюса питающей сети (на фиг.2 это показано знаком "+") отпираются тиристоры 7 и 8 и процесс отключения происходит аналогично описанному.

При отключении малых индуктивных токов при отрицательной полярности полюса питающей сети (на фиг.2 это показано знаком "-") отпираются тиристоры 15 и 16, и ток разряда коммутирующего конденсатора 6 будет протекать, как и отрицательный ток, от нагрузки к полюсу питающей сети, т.е. будет увеличивать отрицательный ток до заданной величины, что при смене полярности питающего напряжения также обеспечит гарантированное и быстрое отключение малого индуктивного тока.

Изменение полярности питающего напряжения и тока определяется датчиками напряжения и тока.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают гарантированное и быстрое отключение малых индуктивных постоянных токов независимо от полярности питающего напряжения.

Если при питании потребителя постоянного напряжения исключено изменение полярности питающего напряжения, то может быть использовано устройство, изображенное на фиг.1, при этом в нем может отсутствовать тиристор 8, т.е. второй вывод коммутирующего конденсатора 6 может быть непосредственно соединен с вторым выводом 2 пары силовых контактов 1,2.

Реализация предложенного способа и устройства отключения малых индуктивных токов будет осуществляться следующим образом.

Параллельно силовым контактам электромеханического аппарата постоянного тока в каждом полюсе через нормально открытые вспомогательные контакты будет подсоединяться коммутирующий LC-контур с предварительно заряженным конденсатором от вспомогательного источника питания и тиристорами. При появлении режима малых индуктивных постоянных токов той или иной полярности, что определяется датчиками тока и напряжения, будут подаваться отпирающие импульсы или на тиристоры 7, 8 или на тиристоры 15, 16. Реализация будет осуществляться на фирме "Технос".

Изобретение относится к электрическим аппаратам и может быть использовано для коммутации цепей постоянного тока. Техническим результатом является обеспечение гарантированного и быстрого отключения малого постоянного индуктивного тока. В устройстве отключения постоянного тока предварительно заряженный конденсатор соединяется последовательно с дросселем и через два тиристора и нормально открытые вспомогательные контакты подключается к силовым контактам. Тиристоры и коммутирующий конденсатор для защиты от перенапряжений зашунтированы защитными цепочками, каждая из которых состоит из последовательно соединенных варистора и резистора. В устройство отключения постоянного тока введены два дополнительных тиристора, которые при изменении полярности питающего напряжения и изменении направления постоянного тока позволяют изменить направление импульса тока от предварительно заряженного конденсатора. Дополнительные тиристоры также зашунтированы описанными выше защитными цепочками. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство отключения постоянного тока, содержащее в каждом полюсе первый и второй силовые контакты, первый и второй нормально открытые вспомогательные контакты, предварительно заряженный коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, первый и второй тиристоры, причем первый контакт пары силовых контактов и первый контакт пары нормально открытых вспомогательных контактов объединены между собой и подсоединены к полюсу питающей сети, а второй контакт пары силовых контактов соединен с нагрузкой, при этом второй вывод первого тиристора соединен с первым выводом дросселя, второй вывод которого соединен с первым выводом предварительно заряженного конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго тиристора, отличающееся тем, что первый вывод первого тиристора подсоединен к второму контакту пары нормально открытых вспомогательных контактов, а второй вывод второго тиристора подсоединен к второму контакту пары силовых контактов таким образом, чтобы ток разряда коммутирующего конденсатора при отпирании первого и второго тиристоров в момент размыкания силовых контактов протекал в том же направлении, что и отключаемый ими постоянный ток. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введены дополнительно первый, второй и третий варисторы, первый, второй и третий резисторы, причем первый варистор соединен последовательно с первым резистором, и полученная цепь подсоединена параллельно первому тиристору, второй варистор соединен последовательно с вторым резистором, и полученная цепь подсоединена параллельно второму тиристору, третий варистор соединен последовательно с третьим резистором, и полученная цепь подсоединена параллельно коммутирующему конденсатору. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что введены дополнительно третий и четвертый тиристоры, четвертый и пятый варисторы, четвертый и пятый резисторы, причем первый вывод третьего тиристора соединен с вторым выводом второго тиристора, а второй вывод третьего тиристора соединен с вторым выводом первого тиристора, первый вывод четвертого тиристора соединен с первым выводом второго тиристора, а второй вывод четвертого тиристора соединен с первым выводом первого тиристора, при этом четвертый варистор соединен последовательно с четвертым резистором, и полученная цепь подсоединена параллельно третьему тиристору, а пятый варистор соединен последовательно с пятым резистором, и полученная цепь подсоединена параллельно четвертому тиристору.