ГИБРИДНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2003 года по МПК H01H73/36 

Изобретение относится к гибридным электрическим аппаратам, предназначенным для коммутации электрических цепей постоянного тока в нагрузочных режимах и аварийных режимах короткого замыкания.

Известны гибридные коммутационные аппараты постоянного и переменного тока, содержащие электромеханическую контактную систему и полупроводниковую приставку, выполненную на тиристорах или транзисторах (Могилевский Г.В. Гибридные электрические аппараты низкого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1986). Большинство из этих гибридных электрических аппаратов выполнено на однооперационных тиристорах, которые либо запираются питающей сетью переменного тока в течение t_зап≥10 мс, что существенно увеличивает время отключения токов короткого замыкания и крайне нежелательно для защищаемого оборудования, либо требуют для принудительного выключения тиристоров коммутирующих конденсаторов, что усложняет схемы гибридных электрических аппаратов (см., там же, рис.1.1, 3.8, 1.21). В гибридных электрических аппаратах, выполненных на транзисторах, управление транзисторами осуществляется от вторичной обмотки трансформатора тока, первичная обмотка которого включена последовательно с электромеханическими контактами, в результате чего при изменении рабочего тока могут появиться неожиданные сигналы управления транзистором, особенно в режимах перегрузки или короткого замыкания, что затрудняет выключение транзистора в этих режимах, кроме того, нет второго электромеханического контакта, который бы обеспечивал полный разрыв цепи нагрузки и питающей сети (см. там же, рис.1.29 и 1.30). При принудительном отключении цепи постоянного тока, в которой практически всегда имеются индуктивности, возникают перенапряжения, опасные для полупроводниковых приставок гибридных аппаратов. С этой целью применяются нелинейные сопротивления или варисторы, включаемые обычно параллельно полупроводниковым приборам (см. там же, рис. 5.6 и 5.7). В этом случае, при повышенных значениях индуктивностей в цепи питания, длительность перенапряжений и протекания тока через варистор увеличиваются, и варистор может разрушаться, при этом питающее напряжение остается подключенным к нагрузке, и если в нагрузке имеет место короткое замыкание, гибридный аппарат не отключает ток короткого замыкания. Для защиты варистора в таких режимах известно включение последовательно с варистором зашунтированного резистором конденсатора, который, при длительном протекании тока через варистор, заряжается и предотвращает выход из строя варистора (см. Шипицын В. В. и др. Автономный последовательный инвертор. - А.С. СССР 1328908, 1987. БИ 29). Однако при выборе этого конденсатора с минимальной установленной мощностью, т.е. с минимальным возможным рабочим напряжением, он при заряде также может выйти из строя, и короткозамкнутая цепь также останется без защиты, особенно если используется электролитический или ему подобный конденсатор.

При отключении нагрузки постоянного тока, например двигателей постоянного тока, может иметь место генераторный режим, при этом начинает протекать ничем не ограниченный обратный ток, если полупроводниковый аппарат выполнен на основе транзистора, зашунтированного встречным диодом, что затрудняет процесс отключения двигательных нагрузок постоянного тока.

Эффективность работы гибридного коммутационного аппарата в значительной мере зависит от быстродействия самого аппарата и датчиков тока. Применение трансформаторов тока и датчиков на их основе в цепях постоянного тока невозможно. Электромагнитные реле легко настраиваются в ток перегрузки и короткого замыкания, но выдают сигнал на отключение через несколько миллисекунд. Различного рода электронные датчики и нуль-органы обладают низкой помехоустойчивостью и термостойкостью, сложны в настройке. Герконовые реле имеют большое быстродействие, но чувствительны к магнитным полям и температуре, а также сложны в настройке.

Таким образом, все рассмотренные аналоги - бесконтактные или гибридные устройства - имеют те или иные недостатки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является принятый в качестве прототипа гибридный коммутационный аппарат, который имеет в каждом полюсе первую и вторую пару силовых контактов, которые соединены последовательно, а также имеют общий привод и схему управления приводом, при этом параллельно одной из пар силовых контактов подключается бесконтактный коммутатор тока (см. Дикань С.В. и др. Гибридный коммутационный аппарат. - А.С. СССР 1746424, 1992. БИ 25). Недостатком прототипа является то, что в нем наряду с общим электромагнитным приводом имеется аварийный электромагнитный привод, отсутствует управление бесконтактным коммутатором, отсутствует защита от перенапряжений бесконтактного коммутатора, отсутствует быстродействующий датчик аварийного режима - короткого замыкания нагрузки, а ток короткого замыкания отключается контактной частью гибридного аппарата, что не позволяет полностью использовать возможности гибридного аппарата.

Все эти недостатки аналога устранены в предлагаемом изобретении.

Цель изобретения заключается в том, чтобы увеличить быстродействие и надежность работы гибридного коммутационного аппарата постоянного тока.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Гибридный коммутационный аппарат постоянного тока содержит два первых силовых неподвижных контактных вывода для подсоединения к питающей сети, два вторых силовых неподвижных контактных вывода для подсоединения к нагрузке, реле тока, привод и систему управления приводом с кнопками "Пуск" и "Стоп", а также в каждом полюсе содержит первую и вторую пару силовых коммутирующих контактов, соединенных последовательно, при этом параллельно второй паре силовых коммутирующих контактов подсоединена полупроводниковая приставка, содержащая транзистор и первый встречно-параллельный диод, при этом параллельно транзистору подсоединена цепь из последовательно соединенных первого варистора и первого конденсатора, зашунтированного первым резистором, а между одним из силовых выводов транзистора и его управляющим электродом подсоединены параллельно соединенные второй конденсатор, второй резистор и второй варистор.

Новым является то, что для увеличения быстродействия при включении и отключении нагрузки дополнительно введены третий и четвертый резисторы, которые соединены последовательно между собой и подсоединены к разным выводам транзистора, второй диод и третий конденсатор, которые соединены последовательно между собой и подсоединены к общей точке третьего и четвертого резисторов и к управляющему электроду транзистора, таким образом, чтобы ток заряда третьего конденсатора был отпирающим для транзистора, введены также пятый резистор и пара нормально открытых блок-контактов, которые соединены параллельно между собой и подсоединены параллельно третьему конденсатору, введены также трансформатор тока, третий диод и шестой резистор, при этом в качестве первичной обмотки трансформатора тока использована шина, соединяющая один из силовых выводов транзистора с вторым выводом второй пары силовых коммутирующих контактов, а вторичная обмотка и третий диод, зашунтированный шестым резистором, соединены последовательно между собой и подсоединены к упомянутому силовому выводу транзистора и общей точке второго диода и третьего конденсатора таким образом, чтобы при нарастании тока в транзисторе ток заряда третьего конденсатора был отпирающим для транзистора.

Для надежной защиты от перенапряжений транзистора и самой защитной цепи введены третий варистор и седьмой резистор, которые соединены последовательно и подсоединены параллельно первому конденсатору.

Для предотвращения протекания встречного по отношению к полярности напряжения питающей сети тока, при наличии генераторного режима, например, в момент отключения двигателя постоянного тока, введен четвертый диод, при этом он одним выводом соединен с вторым выводом первичной обмотки трансформатора тока, а вторым выводом - с первым выводом второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке и с вторым выводом второй пары силовых коммутирующих контактов, при этом диод подсоединен таким образом, чтобы через него протекал прямой ток по отношению к полярности напряжения питающей сети.

Для уменьшения времени обнаружения короткого замыкания в цепи нагрузки введены пятый диод, а также первый и второй трансформаторно-полупроводниковые преобразователи постоянного напряжения, при этом входные выводы первого преобразователя, выходные выводы второго преобразователя и пятый диод соединены между собой последовательно и подсоединены к первому выводу второй пары силовых коммутирующих контактов и к второму выводу второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке таким образом, чтобы питающее напряжение силовой цепи было запирающим для пятого диода, при этом выходные выводы первого преобразователя постоянного напряжения соединены с системой управления приводом, а входные выводы второго преобразователя постоянного напряжения подсоединены к источнику постоянного напряжения системы управления приводом, при этом к упомянутому источнику постоянного напряжения подсоединена входными выводами и система управления преобразователями, выходные выводы которой подсоединены к цепям управления первого и второго преобразователей постоянного напряжения.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема гибридного коммутационного аппарата постоянного тока с одной парой силовых неподвижных контактов для подсоединения к питающей сети, с одной парой силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке, с двумя парами силовых коммутирующих контактов, с приводом для силовых коммутирующих контактов и его системой управления, с одной парой блок-контактов, с полупроводниковой приставкой и ее системой управления.

В состав аппарата входят первый вывод 1 первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к положительному полюсу питающей сети, первая пара 5 и 6 силовых коммутирующих контактов, реле тока с входными выводами 7 и 8 и выходными выводами 9 и 10, вторая пара 11 и 12 силовых коммутирующих контактов, первый вывод 3 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке, второй вывод 4 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке, второй вывод 2 первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к отрицательному полюсу питающей сети, система управления 14 приводом 13 с кнопками "Пуск" 54 и "Стоп" 55, причем первая 5 и 6 и вторая 11 и 12 пары силовых коммутирующих контактов расположены на одном валу привода 13, при этом первый вывод 5 первой пары силовых коммутирующих контактов соединен с первым выводом 1 первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к положительному полюсу питающей сети, второй вывод 6 первой пары силовых коммутирующих контактов соединен с первым входным выводом 7 реле тока, второй входной вывод которого 8 соединен с первым выводом 11 второй пары силовых коммутирующих контактов, второй вывод которой 12 соединен с первым выводом 3 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к первому выводу нагрузки, а второй вывод 4 этой второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к второму выводу нагрузки соединен с вторым выводом 2 первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к отрицательному полюсу питающей сети, при этом выходные выводы 9 и 10 реле тока соединены с системой управления 14 приводом 13 для силовых коммутирующих контактов 5, 6 и 11, 12; полупроводниковая приставка 15, содержащая транзистор с первым 16 и вторым 17 выводами и встречно-параллельный первый диод 18, которые через четвертый диод 19 подсоединены параллельно второй паре силовых коммутирующих контактов 11 и 12, первый варистор 20, соединенный последовательно с первым конденсатором 21, который зашунтирован первым резистором 22, а общая цепь с названными варистором, конденсатором и резистором подсоединена параллельно выводам транзистора 16 и 17, второй конденсатор 23, второй резистор 24 и второй варистор 25, которые соединены параллельно между собой и подсоединены к управляющему электроду 26 и второму выводу транзистора 17, третий резистор 27 и четвертый резистор 28, которые соединены последовательно между собой и подсоединены параллельно выводам транзистора 16 и 17, второй диод 29 и третий конденсатор 30, которые соединены последовательно между собой и подсоединены к общей точке резисторов 27 и 28 и к управляющему электроду транзистора 26, пятый резистор 31 и пара нормально открытых блок-контактов 32, которые соединены параллельно между собой и подсоединены параллельно конденсатору 30; трансформатор тока, содержащий первичную 33 и вторичную 34 обмотки, третий диод 35 и шестой резистор 36, при этом в качестве первичной обмотки 33 трансформатора тока использована шина, первый вывод которой соединен с вторым выводом 17 транзистора, а второй ее вывод соединен с первым выводом четвертого диода 19, второй вывод которого соединен с первым выводом 3 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке и вторым выводом 12 второй пары силовых коммутирующих контактов, а вторичная обмотка 34 трансформатора тока соединена последовательно с третьим диодом 35, который зашунтирован шестым резистором 36, при этом полученная цепь подсоединена к второму выводу 17 транзистора и к общей точке второго диода 29 и первого вывода третьего конденсатора 30, второй вывод которого соединен с управляющим электродом 26 транзистора таким образом, чтобы при нарастании тока транзистора ток заряда третьего конденсатора 30 от вторичной обмотки трансформатора тока обеспечивал бы отпирающий сигнал для транзистора, при этом третий конденсатор 30 зашунтирован пятым резистором 31 и нормально открытыми блок-контактами 32; третий варистор 37 и седьмой резистор 38, при этом упомянутые варистор и резистор соединены между собой последовательно и подсоединены параллельно конденсатору 21; в состав аппарата также входят пятый диод 39, первый трансформаторно-полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения с входными выводами 40 и 41 и выходными выводами 42 и 43, второй трансформаторно-полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения с входными выводами 44 и 45 и выходными выводами 46 и 47, а также система управления преобразователями постоянного напряжения с входными выводами 48 и 49 и выходными выводами 50, 51, 52 и 53, при этом второй выходной вывод 47 второго преобразователя постоянного напряжения соединен с вторым выводом 4 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке и с вторым выводом 2 первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к питающей сети, а первый выходной вывод 46 второго преобразователя постоянного напряжения соединен с первым входным выводом 40 первого преобразователя постоянного напряжения, второй входной вывод которого 41 соединен с первым выводом пятого диода 39, второй вывод которого соединен с первым выводом 11 второй пары силовых коммутирующих контактов. при этом полученная цепь подсоединена к выводам 4 и 11 таким образом, чтобы напряжение питающей сети и напряжение на нагрузке в нормальном нагрузочном режиме были запирающими для пятого диода 39, при этом система управления преобразователями постоянного напряжения входными выводами 48 и 49 подсоединена к источнику питания системы управления приводом 14, а выходные выводы 50, 51, 52 и 53 подсоединены соответственно к цепям управления второго и первого преобразователей постоянного напряжения. Каждый преобразователь постоянного напряжения состоит из транзисторного инвертора, двухобмоточного трансформатора и выпрямителя, что позволяет при постоянном напряжении на входе и на выходе преобразователей согласовать уровень напряжения в цепях управления и питающей силовой сети, а также изолировать цепи источника питания системы управления приводом от силовых цепей. Оперативное включение аппарата производится кнопкой 54, а его оперативное отключение кнопкой 55.

Первая 5, 6 и вторая 11, 12 пары силовых коммутирующих контактов, а также пара нормально открытых блок-контактов 32 расположены на общем валу привода, что на чертеже показано пунктирными линиями.

При смене полярности напряжения питающей сети по сравнению с чертежом меняются соответственно направления прямого подсоединения транзистора и всех диодов в схеме.

Аппарат, схема которого приведена на чертеже, работает следующим образом.

1-й режим - режим включения. Исходное состояние - нагрузка отключена. Выводы первой пары силовых коммутирующих контактов 5 и 6 и второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12 разомкнуты, блок-контакты 32 разомкнуты, конденсаторы 21, 23 и 30 разряжены через соответствующие резисторы 22, 24 и 31, сигнал от реле тока 9, 10 отсутствует и не поступает в систему управления 14 приводом 13, сигнал от первого преобразователя постоянного напряжения 42, 43 также отсутствует и не поступает в систему управления 14 приводом 13, т.к. он получает питание от второго преобразователя постоянного напряжения 46, 47 через диод 39 и выводы второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12, которые разомкнуты в исходном состоянии.

При подаче оператором кнопкой 54 "Пуск" в систему управления 14 приводом 13 сигнала на включение аппарата вначале замыкаются выводы первой пары силовых коммутирующих контактов 5 и 6, при этом на второй паре силовых коммутирующих контактов 11 и 12 появляется постоянное напряжение, это же напряжение появляется на транзисторе 16, 17 и последовательно соединенных резисторах 27 и 28, при этом для показанной на чертеже полярности на первом выводе транзистора 16 - коллекторе появляется положительный потенциал, а на втором выводе этого же транзистора 17 - эмиттере появляется отрицательный потенциал. Через резистор 27, диод 29 и конденсатор 30 на управляющий электрод 26 транзистора также поступает положительный по отношению к эмиттеру потенциал, что приводит к отпиранию транзистора 16, 17, при этом по цепи первый вывод 1 первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к питающей сети - первый вывод 5 первой пары силовых коммутирующих контактов - второй вывод 6 первой пары силовых коммутирующих контактов - первый входной вывод 7 реле тока - второй входной вывод 8 реле тока - первый вывод 11 второй пары силовых коммутирующих контактов - первый вывод 16 транзистора - второй вывод 17 транзистора - первичная обмотка 33 трансформатора тока - четвертый диод 19 - первый вывод 3 второй пары силовых неподвижных контактов - нагрузка (которая на чертеже отсутствует, так как не входит в состав коммутационного аппарата) - второй вывод 4 второй пары силовых неподвижных контактов - второй вывод 2 первой пары силовых неподвижных контактов будет протекать ток. Направление намотки вторичной обмотки 34 трансформатора тока выбрано таким образом, чтобы при нарастании тока через транзистор 16, 17 напряжение на вторичной обмотке 34 трансформатора тока по цепи второй вывод 17 транзистора - вторичная обмотка 34 трансформатора тока - третий диод 35 и шестой резистор 36 - третий конденсатор 30 и шестой резистор 31 - управляющий электрод 26 транзистора увеличивало положительный потенциал на управляющем электроде 26 транзистора, что дополнительно увеличивает скорость отпирания транзистора 16, 17 и ограничивает напряжение на силовых выводах транзистора 16, 17 и на второй паре силовых коммутирующих контактов 11 и 12 на уровне прямого падения напряжения на транзисторе 16, 17 и диоде 19.

Быстрейшему отпиранию транзистора 16, 17 способствует также замыкание блок-контактов 32 с некоторым интервалом задержки по отношению к моменту замыкания силовых коммутирующих контактов 5 и 6.

При этом малом напряжении в результате работы привода 13 происходит замыкание второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12 через небольшой временной интервал после замыкания блок-контактов 32, после чего ток переходит из цепи транзистора 16, 17 в цепь выводов второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12, т.к. напряжение на замкнутых контактах 11 и 12 меньше, чем на транзисторе 16, 17 и диоде 19, тем более, что по мере снижения коллекторного напряжения на транзисторе 16, 17 отпирающий ток для транзистора 16, 17 снижается и напряжение на нем может возрастать. После замыкания выводов второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12 процесс включения аппарата заканчивается.

Поскольку контакты 5 и 6 первой пары силовых коммутирующих контактов замыкаются при отсутствии тока, т.к. транзистор до замыкания этих контактов не отпирается, а вторая пара силовых коммутирующих контактов 11 и 12 замыкается при малом напряжении, электрический износ силовых коммутирующих контактов первой и второй пар при включении аппарата резко сокращается.

Если нет перегрузки, нет сигнала от реле тока 9, 10 в систему управления 14 приводом 13, если нет короткого замыкания в цепи нагрузки, диод 39 закрыт напряжением нагрузки или напряжением питающей сети, поэтому преобразователь постоянного напряжения 42, 43 не работает, т.к. на нем нет питающего напряжения и, следовательно, от него нет сигнала в систему управления 14 приводом 13. Уровень выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения 46, 47 выбирается равным примерно половине номинального напряжения на нагрузке. Поэтому пока напряжение на нагрузке не снизится до половины номинального, питание на первый преобразователь постоянного напряжения 40, 41 не поступает, и он не выдает сигнал в систему управления 14 приводом 13 на отключение нагрузки.

Второй процесс - это наиболее важный процесс отключения аппарата, который имеет три вида: 1) оперативное отключение; 2) отключение при перегрузке; 3) отключение при коротком замыкании нагрузки.

В первом случае сигнал на отключение подается оператором через кнопку 55 "Стоп", во втором случае сигнал на отключение приходит от реле тока 9, 10, в третьем случае сигнал на отключение может прийти от того же реле тока 9, 10 или от преобразователя постоянного напряжения 42, 43.

При появлении сигнала на отключение гибридный аппарат работает следующим образом.

В исходном состоянии выводы первой 5, 6 и второй 11, 12 пар силовых коммутирующих контактов замкнуты, нормально открытые блок-контакты 32 замкнуты, конденсаторы 21, 23 и 30 разряжены.

При появлении сигнала на отключение первыми размыкаются выводы второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12, при этом на выводах этой второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12 появляется напряжение, которое в начале хода контактов невелико. Это же напряжение прикладывается и к транзистору 16, 17, и к его управляющему электроду 26 с той же полярностью, как и при включении нагрузки по цепи первый вывод 11 второй пары силовых коммутирующих контактов - третий резистор 27 - второй диод 29 - замкнутые блок-контакты 32 - управляющий электрод 26 транзистора. Поэтому транзистор 16, 17 начинает открываться и через него потечет ток по цепи первый вывод 1 первой пары силовых неподвижных контактов - первый вывод 5 первой пары силовых коммутирующих контактов - второй вывод 6 первой пары силовых коммутирующих контактов - первый входной вывод 7 реле тока - второй входной вывод 8 реле тока - первый вывод 11 второй пары силовых коммутирующих контактов - первый вывод 16 транзистора - второй вывод 17 транзистора - первичная обмотка 33 трансформатора тока - четвертый диод 19 - первый вывод 3 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке и второй вывод 12 второй пары силовых коммутирующих контактов - нагрузка - второй вывод 4 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке - второй вывод 2 первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к питающей сети. При протекании возрастающего тока через первичную обмотку 33 трансформатора тока на его вторичной обмотке 34 появится напряжение, которое по цепи второй вывод 17 транзистора - обмотка 34 трансформатора тока - третий диод 35 - замкнутые блок-контакты 32 - управляющий электрод 26 транзистора будет увеличивать отпирающий сигнал транзистора 16, 17. В результате этого ток из цепи выводов второй пары силовых коммутирующих контактов 11 и 12 перейдет в цепь транзистора 16, 17 первичной обмотки 33 трансформатора тока и диода 19, а напряжение на этой паре силовых коммутирующих контактов 11 и 12 не поднимется выше, чем прямое напряжение на открытом транзисторе 16, 17 и диоде 19, что обеспечивает сравнительно легкое гашение дуги на упомянутых контактах 11 и 12.

При размыкании силовых коммутирующих контактов 11 и 12 через некоторый временной интервал разомкнутся и блок-контакты 32, при этом по мере заряда конденсатора 30 напряжение и ток управления транзистором будут уменьшаться. Величина емкости конденсатора 30 выбирается такой, чтобы транзистор 16, 17 оставался открытым в течение времени размыкания силовых коммутирующих контактов 11 и 12. После заряда конденсатора 30 транзистор 16, 17 начинает закрываться и на нем может появиться перенапряжение, вызванное индуктивностью питающей сети.

С целью предотвращения перенапряжений и помех на управляющем электроде 26 транзистора при его выключении параллельно управляющему электроду 26 и эмиттеру 17 подсоединены конденсатор 23 и варистор 25, а также резистор 24 для компенсации тока управления, протекающего от резистора 27 через резистор 31 после заряда конденсатора 30.

Если перенапряжение на транзисторе 16, 17 превысит заданный уровень, вступит в действие варистор 20, который будет уменьшать перенапряжение на транзисторе 16, 17, при этом будет заряжаться конденсатор 21, и напряжение на транзисторе будет плавно возрастать. Заряд конденсатора 21 ограничивает ток варистора 20 и предотвращает его выход из строя. Если при большом запасе электромагнитной энергии в индуктивности питающей сети напряжение на конденсаторе 21 превысит заданный уровень, вступит в действие варистор 37, что ограничит скорость нарастания напряжения на конденсаторе 21 и на транзисторе 16, 17, при этом величина резистора 38 выбирается такой, чтобы кратность тока цепи первый вывод 1 первой пары силовых неподвижных контактов - первый вывод 5 первой пары силовых коммутирующих контактов - второй вывод 6 первой пары силовых коммутирующих контактов - первый входной вывод 7 реле тока - второй входной вывод 8 реле тока - первый вывод 11 второй пары силовых коммутирующих контактов - первый варистор 20 - третий варистор 37 - седьмой резистор 38 - первичная обмотка 33 трансформатора тока - четвертый диод 19 - первый вывод 3 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке - короткозамкнутая нагрузка - второй вывод 4 второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке - второй вывод 2 первой пары силовых неподвижных контактов по отношению к номинальному току нагрузки была небольшой, даже при разрушении варисторов 20 и 37, и первая пара 5 и 6 силовых коммутирующих контактов легко отключила бы этот ток.

Как правило, при отключении номинального тока включение в работу варистора 37 не происходит, т.к. при номинальном токе энергия, запасенная в индуктивности питающей сети, не превосходит той энергии, которую может запасти конденсатор 21, т.к. из этих условий он выбирается.

Однако при большой перегрузке и особенно при коротком замыкании нагрузки работа защитной цепи - варистор 37, резистор 38 весьма вероятна.

После окончания описанного переходного процесса в полупроводниковой приставке размыкаются контакты первой пары силовых коммутирующих контактов 5, 6 и процесс отключения на этом заканчивается при малом токе или полном его отсутствии, что уменьшает износ силовых коммутирующих контактов 5, 6 в процессе отключения.

Таким образом, в предлагаемом коммутационном гибридном аппарате по сравнению с прототипом обеспечиваются большее быстродействие и большая надежность.

Реализация предложенного изобретения для достижения большего быстродействия и большей надежности будет произведена следующим образом. В коммутационном аппарате постоянного тока, имеющем реле тока 7, 8, 9, 10, систему управления 14 приводом 13, две пары силовых коммутирующих контактов 5, 6 и 11, 12, параллельно одной из пар 11, 12 будут подсоединены полупроводниковая приставка 15, преобразователи постоянного напряжения 42, 43 и 46, 47, а также диод 39. Все это будет реализовано фирмой "Технос". При этом быстродействие будет увеличено за счет оптимальной длительности интервала работы транзистора 16, 17, 26 при включении и отключении постоянного тока, а надежность возрастет за счет уменьшения износа силовых коммутирующих контактов 5, 6 и 11, 12 в процессе включения и отключения постоянного тока.

Изобретение относится к гибридным электрическим аппаратам, предназначенным для коммутации электрических цепей постоянного тока в нагрузочных режимах и аварийных режимах короткого замыкания. Техническим результатом является увеличение быстродействия и надежности работы. В гибридном коммутационном аппарате имеются реле тока, привод и система управления приводом, а также в каждом полюсе имеются две пары последовательно включенных силовых контактов, при этом параллельно второй паре силовых контактов включена полупроводниковая приставка, выполненная на транзисторе, зашунтированном встречным диодом и защитной цепью, состоящей из последовательно соединенных варистора и конденсатора, зашунтированного резистором. Конденсатор защитной цепи зашунтирован дополнительной цепью, состоящей из последовательно соединенных варистора и резистора. Параллельно транзистору включена цепь из двух последовательно соединенных резисторов, между средней точкой которых и управляющим электродом транзистора включена последовательная цепь из диода и конденсатора, который, в свою очередь, зашунтирован резистором и блок-контактами аппарата, введен также трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в цепь тока транзистора, а вторичная его обмотка через зашунтированный резистором дополнительный диод и упомянутый выше конденсатор подключена параллельно эмиттеру и управляющему переходу транзистора, введен дополнительный диод, который включен согласно-последовательно с транзистором; введены дополнительный диод, два преобразователя постоянного напряжения и система управления ими, входные зажимы первого преобразователя, выходные зажимы второго преобразователя и диод соединены последовательно между собой и подсоединены через вторую пару силовых контактов к нагрузке, входные зажимы второго преобразователя и системы управления преобразователями подсоединены к источнику питания системы управления приводом, а выходные зажимы первого преобразователя подсоединены к системе управления приводом. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гибридный коммутационный аппарат постоянного тока, содержащий два вывода первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к питающей сети, два вывода второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке, реле тока, привод и систему управления приводом с кнопками "Пуск" и "Стоп", а также содержащий в каждом полюсе первую и вторую пару силовых коммутирующих контактов, полупроводниковую приставку, содержащую транзистор, первый диод, первый и второй конденсаторы, первый и второй варисторы, первый и второй резисторы, причем первая и вторая пары силовых коммутирующих контактов расположены на одном валу привода, при этом первый вывод первой пары силовых коммутирующих контактов соединен с первым выводом первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к питающей сети, второй вывод первой пары силовых коммутирующих контактов соединен с первым входным выводом реле тока, выходные выводы которого соединены с системой управления приводом, а второй входной вывод реле тока соединен с первым выводом второй пары силовых коммутирующих контактов, второй вывод которой соединен с первым выводом второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке, а второй вывод второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке соединен с вторым выводом первой пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к питающей сети, при этом первый вывод транзистора и первый вывод первого диода подсоединены к первому выводу второй пары силовых коммутирующих контактов, а вторые выводы транзистора и первого диода подсоединены к первому выводу второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке и к второму выводу второй пары силовых коммутирующих контактов, причем транзистор подсоединен в прямом направлении по отношению к полярности питающей сети, а первый диод в обратном направлении по отношению к полярности питающей сети, при этом к первому выводу транзистора подсоединен первый вывод первого варистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и первого резистора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом транзистора, при этом первые выводы второго конденсатора, второго резистора и второго варистора подсоединены к управляющему электроду транзистора, а их вторые выводы подсоединены к второму выводу транзистора, отличающийся тем, что введены дополнительно третий, четвертый и пятый резисторы, третий конденсатор, второй диод и пара нормально открытых блок-контактов, причем блок-контакты расположены на общем валу привода, при этом первый вывод третьего резистора соединен с первым выводом транзистора, второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом транзистора, к общей точке третьего и четвертого резисторов подсоединен первый вывод второго диода, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего конденсатора, второй вывод которого соединен с управляющим электродом транзистора, причем второй диод подсоединен таким образом, чтобы протекающий через него ток заряда третьего конденсатора был отпирающим для транзистора, при этом к первому выводу третьего конденсатора подсоединены первый вывод пятого резистора и первый вывод пары нормально открытых блок-контактов, а второй вывод пятого резистора и второй вывод пары нормально открытых блок-контактов подсоединены к второму выводу третьего конденсатора. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что введены дополнительно трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, третий диод и шестой резистор, причем в качестве первичной обмотки трансформатора тока использована шина, первый вывод которой соединен со вторым выводом транзистора, а второй вывод этой шины соединен с первым выводом второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке и с вторым выводом второй пары силовых коммутирующих контактов, при этом первый вывод вторичной обмотки трансформатора тока подсоединен к второму выводу транзистора, а второй вывод вторичной обмотки трансформатора тока соединен с первым выводом третьего диода и первым выводом шестого резистора, вторые выводы которых соединены с первым выводом третьего конденсатора, второй вывод которого соединен с управляющим электродом транзистора, причем направление намотки вторичной обмотки трансформатора тока и полярность подсоединения третьего диода выбраны такими, чтобы при нарастании прямого тока через транзистор ток в цепи второй вывод транзистора - вторичная обмотка трансформатора тока - третий диод - третий конденсатор - управляющий электрод транзистора был отпирающим для транзистора. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что введены дополнительно третий варистор и седьмой резистор, при этом первый вывод третьего варистора соединен с вторым выводом первого варистора, а второй вывод третьего варистора соединен с первым выводом седьмого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом транзистора. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что введен дополнительно четвертый диод, при этом первый вывод этого диода соединен с вторым выводом первичной обмотки трансформатора тока, а его второй вывод соединен с первым выводом второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке и с вторым выводом второй пары силовых коммутирующих контактов, при этом диод подсоединен в прямом направлении по отношению к полярности напряжения питающей сети. 5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введены пятый диод, а также первый и второй трансформаторно-полупроводниковые преобразователи постоянного напряжения с системой управления, при этом первый вывод пятого диода соединен с первым выводом второй пары силовых коммутирующих контактов таким образом, чтобы напряжение силовой питающей сети было запирающим по отношению к этому пятому диоду, второй вывод пятого диода соединен с первым входным выводом первого преобразователя постоянного напряжения, второй входной вывод которого соединен с первым выходным выводом второго преобразователя постоянного напряжения, второй выходной вывод которого соединен с вторым выводом второй пары силовых неподвижных контактов для подсоединения к нагрузке, при этом два выходных вывода первого преобразователя постоянного напряжения соединены с системой управления приводом, а два входных вывода второго преобразователя постоянного напряжения соединены с источником постоянного напряжения системы управления приводом, при этом к этому же источнику постоянного напряжения подсоединены входные выводы системы управления, выходные выводы которой соединены с цепями управления первого и второго преобразователей постоянного напряжения.