Устройство для бездуговой коммутации электрической цепи Советский патент 1992 года по МПК H01H9/30 

сл

с

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации электрической цепи. Цель изобретения - упрощение устройства. При замкнутых контактах запираемый тиристор 4 находится в открытом состоянии и через нагрузку протекает ток. При размыкании контактов на них появляется падение напряжения, которое прикладывается к управляющему электроду тиристора, что приводит к запиранию тиристора и прекращению протекания тока через контакты и нагрузку. Вместо запираемого тиристора 4 могут использоваться транзистор с статической индукцией. В последнем случае элементы 5, 7 могут отсутствовать. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутации электрической цепи, и может быть использовано в системах автоматики низковольтных энергосистем,

Известно устройство для защиты от искрения при включении, содержащее под- ключенныё к источнику питания последовательно соединенные нагрузку, контакты и управляемый однооперацйон- ный тиристорный ключ, управляющий электрод которого через первый резистор соединен с анодом через параллельно вклк ченные второй резистор и конденсатор-с катодом. Недостаток устройства - отсутствие защиты контактов от дуги при их размыкании.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по техническим средствам и достигаемому результату являемся устройство, содержащее шину управления и подключенные к источнику питания последовательно соединенные нагрузку, контакты односта- бильного электромагнитного реле, выводы обмотки которого зашунтированы диодом и подключены к шине управления и общей точке источников питания и управления, и выключаемый по управляющему электроду управляемый полупроводниковый ключ, например транзистор, причем полупроводниковый ключ подсоединен к выводу контактов электродом, который в совокупности с управляющим электродом, подключенным к шине управления, образуют входную цепь ключа. Недостатки устройства-сложность и узкие функциональные возможности, обусловленные наличием в устройстве шины управления, на которую необходимо подавать управляющий сигнал от специальной схемы, усложняющей устройство, и возможностью работы устройства только с одностабильными электромагнитными реле.

XI Ю.

Оч

сл со

Цель изобретения - упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для бездуговой коммутации электрической цепи, содержащем подключенные к источнику питания последовательно соединенные нагрузку, выключаемый по управляющему электроду управляемый полупроводниковый ключ и контакты с одним или двумя разрывами, причем полупроводниковый ключ подсоединен к выводу контактов электродом, который в совокупности с управляющим электродом образует входную цепь ключа, в качестве управляемого полупроводникового ключа используют либо нормально открытый полупроводниковый прибор, например транзистор со статической индукцией, либо нормально закрытый двухоперэционный полупроводниковый прибор, снабжены цепью отпирающего прибора сигнала, например запираемый тиристор, управляющий электрод которого через резистор соединен с анодом, при этом управляющий электрод управляемого полупроводникового ключа подключен к другому выводу контактов или выводу, расположенному между двумя их разрывами, непосредственно или (в случае использования- нормально закрытого двух- операционного полупроводникового прибора) - через элементы, имеющие падение напряжения, превышающее пороговое напряжение входной цепи управляемого полупроводникового ключа, например диоды или стабилитроны..

Благодаря подключению управляющего электрода полупроводникового ключа к выводу контактов или выводу , расположенному между двумя их разрывами, в предлагаемомус тройстве, не нарушив известного необходимого для бездуговой комму- тации последовательного соединения контактов с силовой цепью полупроводникового ключа, образовано новое (параллель ное) соединение контактов (или одного из их разрывов) с входной цепью выключаемого по управляющему электроду управляемого полупроводникового ключа, посредством которого при размыкании контактов обеспечивается автоматическое управление выключением открытого полупроводникового ключа (в качестве открытого ключа используется либо нормально открытый полупроводниковый прибор, либо нормально закрытый двухоперационный полупроводниковый прибор, снабженный цепью отпирающего прибор сигнала) непосредственно от самых размыкающихся контактов за счет приложения возникающего на них при размыкании запирающего напряжения к входной цепи управляемое полупроводникового ключа. Выполнение в предлагаемом устройстве автоматического управления полупроводниковым ключом непосредственно от самих контактов исключает необходимость в специальной схеме управления и снимает ограничения на способ управления контактами (в качестве контактов могут использоваться, например, контакты одно0 стабильных, двустабильных реле, механических кнопок и тумблеров), что упрощает и расширяет функциональные возможности устройства.

При этом в рассматриваемых устрой5 ствах в качестве управляемого полупроводникового ключа используется однооперационный незапираемый полупроводниковый ключ (в заявляемом - запи- раемый). Задача выключения тока

0 управляемым полупроводниковым ключом в этих устройствах не решена, поэтому они в основном применяются для коммутации цепей переменного тока, в которых выключение тока осуществляется при естественном

5 переходе тока через нуль. Для возможности использования таких устройств в цепях постоянного тока в них необходимо дополнительно вводить узлы принудительной коммутации, что приводит к усложнению и

0 увеличению габаритов устройств.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены варианты предложенного устройства для бездуговой коммутаций электрической цепи. Устройство для бездуговой коммутации

5 электрической цепи содержит подключенные к выводам источники питания 1, 2, последовательно соединенные нагрузку 3, выключаемый по управляющему электроду управляемый полупроводниковый ключ 4, в

0 качестве которого используют либо нормально открытый полупроводниковый прибор, например транзистор со статической индукцией (фиг. 1), либо нормально закрытый, двухоперационный полупроводнике5 вый прибор, например запираемый тиристор (см. фиг. 2), снабженный цепью отпирающего прибора сигна ла, выполненной на резисторе 5, контакты 6, выполненные с одним (см. фиг. 1) или, с целью

0 обеспечения в отключенном состоянии гальванической развязки нагрузки от источника питания, с двумя разрывами, например, мостикового типа (см. фиг. 2), причем полупроводниковый ключ подсоединен к

5 выводу контактов силовым электродом, который в совокупности с управляющим электродом образует входную цепь ключа. Управляющий электрод полупроводникового ключа для варианта выполнения контактов с одним разрывом подключен к другому

выводу контактов (см. фиг. 1), а для варианта выполнения контактов с двумя разрывными - к выводу, расположённбму между разрывами контактов (см. фиг, 2).

Устройство для бездуговой коммутации электрической цепи работает следующим образом.

В результате управляющего включающего воздействия на контакты б они замыкаются и через них и последовательно включенные с ними открытый полупроводниковый ключ 4 и нагрузку 3 начинает про- текать ток. При воздействии управляющего отключающего воздейст-. вия на контакты 6 они размыкаются и на них образуется запирающее для выключаемого по управляющему электроду управляемого полупроводникового ключа напряжение, что приводит к выключению ключа и, тем самым, к защите контактов от возникновения на них дуги отключения, При этом процесс выключения ключа происходит с петлей положительной обратной связи, которая способствует эффективной защите контактов от дуги. Действие петли положительной обратной связи выражается в том, что возникающее при расхождении контактов запирающее напряжение во входной цепи управляемого полупроводникового ключа начинает его выключать, что приводит к уменьшению тока через ключ и последовательно соединенные с ним контакты, что способствует более быстрому росту восстанавливающего напряжения на контактах, которое, являясь запирающим для управляемого полупроводникового ключа, усиливает и ускоряет процесс его выключения и всего устройства в целом. Использование предложенного технического решения, обеспечивающего автоматическое управление полупроводниковым ключом непосредственно от самих контактов, позволяет упростит и расширить функциональные возможности устройства для бездуговой коммутации электрической цепи.

В предлагаемом устройстве можно использовать нормально открытый полевой транзистор со статической индукцией который имеет очень низкое остаточное сопротивление, в частности для транзистора со статической индукцией типа 2П926А аА0.339.692,ТУ оно составляет всего 0,025 Ом/см. В устройстве прототипе использовать нормально открытый транзистор со статической индукцией невозможно, ввиду того, что при снятии сигнала управления с шины управления нормально открытый транзистор не закрывается (как это происходит в устройстве-прототипе с нормально закрытым биполярным транзистором), а переходит а активный режим с ограничением тока нагрузки, в котором он находится длительное время), время, равное времени отпускания одностабильного реле с

5 зашунтированной диодом обмоткой управления), что, соответственно, приводит к недопустимой перегрузке транзистора по мощности и выходу его из строя. В разработанных в настоящее время макетных образ0 цах устройства, в которых используются транзисторы со статической индукцией типа 2П926А, падение напряжения на транзисторах при токе 10 А составляет порядка 0,25 В, против 1 В в устройстве-прототипе. При

5 этом выделяемая мощность на транзисторах снижена с 10 до 2,5 Вт, т.е. в 4 раза. Существенное снижение мощности позволяет устройству бездуговой коммутации на ток 10А выполнять без радиатора с гораздо

0 меньшими габаритами и массой. Предлагаемое устройство для бездуговой коммутации электрической цепи создано в процессе проводимой ВНИИР разработки со сроком окончания в 1990 году. Указанные преиму5 щества предлагаемого устройства для бездуговой коммутации электрической цепи позволяет ему найти применение в системах автоматики низковольтных энергосистем, устанавливаемых как на стационарных, так и на

0 подвижных установках и летательных аппаратах.

Формула изобретения

0 для подключения положительного полюса источника питания, выводы для подключения нагрузки, силовые выводы полупроводникового ключа, контакты и выводы для подключения отрицательного полюса источ5 ника питания образуют последовательную цепь так, что полупроводниковый ключ включен в проводящем направлении по отношению к полярности источника питания, отличающееся тем, что, с целью

0 упрощения устройства, управляющий электрод полупроводникового ключа соединен с выводом для подключения otpnuaTenbHoro полюса источника питания, или (в случае контактов с двумя разрывами) - к участку

5 цепи, расположенному между разрывами контактов.

Фиг2

рассечку цепи между управляющим электродом тиристора и выводом для подключения отрицательного полюса источника питания, либо (в случае контактов с двумя разрывами) в рассечку цепи между управляющими электродом тиристора и участком цепи, расположенным между разрывами контактов.

Фиг.1