Трехфазный быстродействующий гибридный контактор Советский патент 1985 года по МПК H01H9/30 

1 1

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам переменного тока- контакторам, пускателям, переключателям и может быть использовано при создании быстродействующих устройств автоматического ввода резервного питания ответственных электроприемников, -относящихся к первой категории электроснабжения.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей и улучшение массогабаритных показателей устройства.

Достигается эта цель в трехфазном быстродействующем гибридном контакторе переменного тока, содержащем в каждом полюсе силовые контакты,зашунтированные диодными выпрямительными мостами, в диагоналях которых включены цепи, образованные из последова- тельно соединенных тиристора, катушки индуктивности и предварительно заряженного конденсатора за счет того что привод размыкания силовых контактов, преимущественно индукционно-динамический, выполнен общим для всех полюсов и его катутпка управления через тиристор и развязывающие диоды подключена к упомянутым конденсаторам, а в диодных выпрямительных моетах, шунтирующих силовые контакты, два встречно включенных диода зашунтированы встречно- включенными тиристорами.

На фиг.1 приведена электрическая схема контактора; на фиг.2 - электрическая схема полупроводниковых ключей, шунтирующих койтакты; на фиг.З временные диаграммы, характеризующие процесс отключения.

На схеме контактора в полюсах фаз А, 6, С силовые контакты 1,2,3 зашунтированы соответствующими полупроводниковыми ключами 4,5,6,подключенными через соответствующие тиристоры 7,8, 9 и катушки индуктивности 10,11,12 к соответствующим предварительно заряженным конденсаторам 13,t4,15 (полярность предварительного заряда конденсаторов обозначена без кружков), а конденсаторы 13,14,15 подключены чере развязывающие диоды 16-21 к цепи, образованной из последовательно соединенных тиристора 22 и катушки управления 23 общего привода размыкания контактов, преимущественно индукционно-динамчческого.

642

В состав схемы полупроводниковых ключей (фиг.2) 4,5,6 входит диодный выпрямительный мост (диоды 24-27) и тиристоры 28 и 29, включенные параллельно и встречно соответствующим диодам 24 и 25.

На фиг.З приведены временные диаграммы: тока нагрузки контактора в фазе Л - i; тока в цепи катушки управления привода 22-dn; тока в цепи катушки индуктивности 10 - напряжения на конденсаторе 13 - и.; расстояния между электродами силовых контактов 1 -X . Эти диаграммы характерны для режима принудительного отключения тока нагрузки, начинающегося в начальный момент времени t - 0.

Контактор работает .в .режимах включения, принудительного отключения тока нагрузки в независимости от фазового угла коммутации; отключения тока нагрузки в момент смены его полярности (т.е. без создания перенапряжений в. нагрузке индуктивного характера).

Работа контактора в режиме включения заключается в том, что при включении одновременно подается управление на тиристоры 28 и 29 в полупроводниковых ключах 4,5,6 и подается команда на замыкание контактов 1,2, 3. При этом ток нагрузки контактора вначале протекает через полупроводниковые ключи 4,5,6, а после замыкания контактов 1,2,3 ток нагрузки начинает протекать через контакты. Длительность стадии управления тиристорами 28,29 при включении должна быть не менее времени замыкания контактов. Благодаря такому принципу включения обеспечивается высокое быстродействие и отсутствие дугообразования на контактах при включении, поскольку падение напряжения на ключах 4,5,6 значительно ниже напряжения дугообразования.

Процесс принудительного отключения тока нагрузки контактором состоит из пяти этапов коммутации. На первом этапе коммутации (интервал времени ) начинающегосй в момент включения t О одиночным импульсом управления, длительностью менее t тиристора 22, происходит перезаряд конденсаторов 13,14,15 через катушку управления привода размыкания контактов 23 током перезаряда i, до напряжения противоположнойполярности, обозначенной на фиг.1 кружками. Одновременный перезаряд конденсаторов в схеме обеспечивается благодаря наличию развязывающих диодов 16-21, Поскольку в контакторе используется привод размыкания контактов импульсного действия, то благодаря протеканию импульса тока 1„ в катушке 23, подвижные электроды контактов 1,2,3 приходят в движение, На втором этапе коммутации (интервал времени ) в схеме происходит принудительное выключение тиристоров 22 под действием остаточного напряжения на конденсаторах 13, 14,15, При этом время tg Ц (фиг,1), представленное схемой на восстановление запирающих свойств тиристоров 22, определяется собственным временем выключения данного тиристора, К моменту времени t tj контакты 1,2,3 уже находятся в разомкнутом состоянии и между ними горит элек трическая дуга. На третьем этапе коммутации (интервал времени tj). Начинается третий этап коммутации одновременным включением одиночными импульсами управления тиристоров 7, 8,9 в-момент времени t tj,. При этом конденсаторы 13,14,15 начинают перезаряжаться током ij -через соответствующие тиристоры 7,8,9, катушки индуктивности 10,11,12 и диоды выпрямительных мостов соответствующих долу проводниковых ключей 4,5,6до напряжения первоначальной полярности. Причем за время третьего этапа коммутации t Ч ток перезаряда i. нараста ет до величины тока нагрузки i, благо даря чему на четвертом этапе коммутации все диоды выпрямительных мостов полупроводниковых ключей 4,5,6 оказываются в проводящем состоянии и, как следствие, на интервале времени t, t t. падение напряжения на шунтирующих контакты 1,2,3 полупроводниковых ключах практически становится равным нулю, т,е, обеспечивается бездуговая коммутация контактов. Время, отведенное схемой контактора на без- дуговую коммутацию t t. - t, , определяется, величиной напряжения на конденсаторах 13,14,15, параметрами катушек индуктивности 10,11,12, величиной емкости конденсаторов 13,14, 15, расстоянием между электродами контактов 1,2,3 к моменту времени t tj и должно превьшать сумму времен гашения дуги и восстановления электрической прочности межэлектродных промежутков контактов 1,2,3, Четвертый этап коммутации заканчивается в момент спада тока перезаряда конденсатора i до величины тока нагрузки i в момент времени t t, Стадия выключения контактов заканчивается в момент времени выключения tj t, На пятом этапе коммутации (интервал времени .y), когда одновременная проводимость всех диодов выпрямительных мостов 24-27 полупроводниковых ключей 4,5,6 нарушается (поскольку не выполняется условие IK ) происходит дозаряд конденсаторов 13,14,15 остаточным током нагрузки и восстановление напряжения сети на разомкнутых контактах. Работа контактора в режиме отключения тока нагрузки в момент смены его полярности состоит в следующем, В момент отключения одиночные импульсы управления одновременно подаются на тиристор 22 и тиристоры 28, 29 полупроводниковых ключей 4,5,6, При этом конденсаторы 13,14,15 перезаряжаются аналогично указанному через катушку управления привода 23 и происходит размыкание контактов 1,2,3, шунтируемых включенными полупроводниковыми ключами 4,5,6, практически без дуги, В данном случае длительность импульсов, подаваемых на тиристоры 28,29, должна превьшать минимально допустимую, при которой обеспечивается восстановление прочности межэлектродных промежутков разомкнутых контактов 1,2,3, Выключение полупроводниковых ключей 4,5j6 произойдет после снятия сигналов упр.вления с тиристоров 28,29 полупроводниковых ключей в момент смены полярности тока нагрузки соответствующей фазы (точка естественной коммутации тиристоров). Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет расширить эксплуатационные возможности контактора - он может работать как в режиме быстродействующего принудительного отключения тока нагрузки в любой момент времени, так и в режиме отключения тока нагрузки в момент естественной смены полярности VoKa нагрузки, т,е, без создания перенапряжений в сети; улучшить мйссогабаритные показатели контактора, поскольку уменьшается суммарная емкость конденсаторов в схеме (управление приводом размыкания контактов осуществляется конденсаторамч всех полюсов, т.е. . , при увеличенной в число полюсов раз энергии) и габариты привода размыкания (привод общий для всех полюсов),

ТРЕХФАЗНЫЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩШ. ГИБРИДНЫЙ КОНТАКТОР, содержащий в каждом полюсе силовые контакты, три диодных выпрямительных моста, три последовательные цепи, каждая из которых включает в себя тиристор, катушку индуктивности и предварительно заряжаемый конденсатор, катушку привода размыкания силовых контактов и тиристор, причем каждый выпрямительный мост своими входами шунтирует соответствующий силовой контакт, к выходам каждого выпрямительного моста подключена указанная последовательная цепь, катушка привода размыкания силовых контактов и тиристор соединены последовательно, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и улучшения массогабаритных показателей устройства, в него введены развязывающие диоды и три последовательные цепи, каждая из которых содержит два тиристора, соединенных i своими анодами, каждый из предварительно заряжаемых конденсаторов че(Л рез два развязывающих диода подклюС чен параллельно цепи, содержащей катушку привода размыкания силовых контактов и тиристор, к входам каждого выпрямительного моста подключена одна КЗ указанных последовательных цепей, содержащих два тиристора. со со о 4