Устройство бездуговой коммутации электрических цепей постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H01H9/30 

.-L.

(Л

С

Использование: коммутация цепей постоянного тока, преимущественно емкостных и ламповых нагрузок. Сущность изобретения: при включении замыкается ключ 17 и блок 15 предварительного заряда и прогрева нагрузки низким уровнем напряжения подключает нагрузку к источнику питания. Затем включается блок 21 предварительного заряда и прогрева нагрузки высоким уровнем напряжения, замыкаются контакты реле 12, и нагрузка подключается к источнику питания. Повышение надежности и срока службы устройства и коммутируемых нагрузок достигается за счет исключения бросков тока при включении 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

х| 4 v| Ю Ю

Изобретение относится к коммутационным устройствам и предназначено для коммутации цепей постоянного тока, преимущественно емкостных нагрузок и ламп накаливания.

Цель изобретения - улучшение массога- баритных характеристик при коммутации емкостных нагрузок и ламп накаливания, повышение надежности, срока службы ламп накаливания за счет снижения коммутаци- онной мощности.

На чертеже приведена блок-схема устройства бездуговой коммутации электрических цепей постоянного тока с выделением схемы электрической принципиальной и ее подключением в цепь источника питания и нагрузки.

Устройство 1 бездуговой коммутации электрических цепей постоянного тока содержит вывод 2 ввода тока, подключенный к положительному полюсу источника 3 питания, выходной вывод 4, подключенный к нагрузке, содержащей активную составляющую в виде резистора 5, емкостную составляющую в виде конденсатора 6 и лампу 7 накаливания, общий вывод 8, подключенный к указанной нагрузке и отрицательному полюсу источника 3 питания. Реле 9 имеет переключающую контактную группу, подвижный контакт 10 которой подключен к выводу 2 ввода тока, неподвижный замыкающий контакт 11 подключен к выходному выводу 4. Обмотка 12 реле 9 одним выводом подключена к общему выводу 8 и зашунти- рована обратно смещенным диодом 13. Так- же переключающая группа реле 9 содержит неподвижный размыкающий контакт 14

Узел 15 предварительного заряда и прогрева нагрузки низким уровнем напряжения может быть выполнен в виде управ- ляемого ключевого элемента-транзистора 16, управляемого электрическим сигналом, подаваемым на его базу или тумблера (кнопки) 17, управляемого механическим воздействием ча его контакт Указанные ключевые элементы могут быть подключены параллельно, причем их вход (эмиттер транзистора 16) подключен к выводу 2 ввода тока, а выход (коллектор транзистора 16) подключен к последовательной цепи, состоящей из низкоомного резистора 18, прямосмещен- ного диода 19, низкоомного резистор 20 и подключенной к выходному выводу 4

Общая точка соединения резистора 18 и диода 19 образует первый выход указанного узла 15 предварительного заряда и прогрева нагрузки низким уровнем напряжения, который подключен к второму выводу обмотки 12 реле 9 а вывод резисторз 20,

подключенный к выходному выводу 4, образует его второй выход.

Узел 21 предварительного заряда и прогрева нагрузки высоким уровнем напряжения выполнен в виде транзистора 22, эмиттер которого подключен к подвижному контакту 10, его коллектор подключен к неподвижному контакту 11, а его база подключена к неподвижному размыкающему контакту 14 и через резистор 23 - к общему выводу 8.

Устройство бездуговой коммутации электрических цепей постоянного тока работает следующим образом.

В исходном состоянии контакты тумблера (кнопки) 17 разомкнуты, база транзистора 16 находится под высоким потенциалом, транзистор 16-в непроводящем состоянии, подвижный контакт 10 замкнут с неподвижным размыкающим контактом 14, транзистор 22 находится в непроводящем состо°нии в диодном режиме, нагрузка обесточен а.

Для включения нагрузки механически воздействуют на контакты тумблера (кнопки) 17 и замыкают их или подают низкий уровень напряжения на базутранзистора 16 и вводят его в режим насыщения, при этом активная составляющая нагрузки в виде резистора 5 и ее емкостная составляющая в виде конденсатора 6, а также нить лампы накаливания 7 подключаются к источнику питания 3 через последовательную цепь: транзистор 16 или контакты тумблера (кнопки) 17- резистор 18-диод 19 - резистор 20. Такое включение нагрузки ограничивает пусковое значение тока, определяемого в основном величиной сопротивления резистора 18, резистора 20, что позволяет использовать малогабаритные типы транзистора 16, тумблера (кнопки) 17 и диода 19. В момент включения нагрузки холодная нить лампы 7 накаливания и полностью разряженный конденсатор 6 имеют весьма малую величину сопротивления, и так как они включены в последовательную цепь с узлом 15 предварительного заряда и прогрева нагрузки низким уровнем напряжения, имеющим более высокое значение суммарного сопротивления, то на них установится низкий уровень напряжения, а обмотка 12 реле 9 будет шунтирована прямосмещенным диодом 19 и резистором 20.

Величина резисторов 18 и 20 выбирается образом, чтобы в момент включения нагрузки напряжение на указанном входе Зыло всегда меньше наг яжения срч- батыьания реле 9.

1о мере прогрева i ти лампы 7 накаливания и заряда конденсатора 6 их сог.ротивление увеличивается, ток в их цепи уменьшается, а напряжение на них увеличивается.

Также напряжение увеличивается и на обмотке 12 реле 9. Когда напряжение на указанном входе достигнет значения напряжения срабатывания реле 9, его подвижный контакт 10 приходит в движение, его контактное давление на неподвижный размыкающий контакт 14 уменьшается, в результате чего увеличивается падение напряжения на указанных контактах 10 и 14 и транзистор 22 открывается. В момент размыкания контактов 10 и 14 транзистор 22 входит в режим насыщения, при этом значение тока его коллектора значительно уменьшено предварительным зарядом и прогревом нагрузки. В течение времени пролета подвижным контактом 10 контактного зазора между неподвижным размыкающим контактом 14 и неподвижным замыкающим контактом. 11 транзистор 22 осуществляет предварительный заряд конденсатора 6 и прогрев нити лампы 7 накаливания уже высоким уровнем напряжения, что еще более уменьшает пусковой ток в их цепи. Нахождение транзистора 22 в режиме насыщения еще более уменьшает напряжение на контактах 10и 11 и приводит к обратному смещению диода 19, в результате чего замыкание подвижного контакта 10с неподвижным замыкающим контактом 11 происходит при рабочем напряжении на обмотке 12 реле 9, т.е. при номинальном контактом давлении. При замыкании контактов 10 и 11 включение нагрузки завершается, транзистор 22 закрывается по своим коллекторным характеристикам.

В случае короткого замыкания в цепи нагрузки при включении устройства 1 на обмотке 12 реле 9 устанавливается постоянно во времени значение напряжения, недостаточное для срабатывания реле 9, при этом транзистор 16, тумблер (кнопка) 17 и диод 19 защищены оттока короткого замыкания резисторами 18 и 20.

В некоторых случаях использование резистора 20 не обязательно, так как он служит для согласования параметров нагрузки с параметрами обмотки 12 реле 9, а именно, с напряжением Срабатывания. Также резистор 20 увеличивает быстродействием окончательного включения нагрузки.

Использование узла 21 предварительного заряда и прогрева нагрузки высоким уровнем напряжения также не всегда обязательно. При его отсутствии напряжение коммутации на контактах 10 и 11 будет уменьшено на величину напряжения предварительного заряда и прогрев нагрузки,

ток коммутации через них благодаря осуществлению указанного предварительного заряда и прогрева также будет уменьшен. Однако замыкание контактов 10 и 11 в этом

случае будет осуществляться при пониженном напряжении на обмотке 12 реле 9 (при напряжении его срабатывания) и пониженном контактом давлении, что не позволит использовать весь ресурс (износостойкость)

0 контактов 10 и 11 при достигнутой мощности коммутации.

Для отключения нагрузки механически воздействуют на контакты тумблера (кнопки) 17 и размыкают их или подают высокий

5 уровень напряжения на базу транзистора 16 и закрывают его, при этом обмотка 12 и реле 9 обесточивается. Подвижный контакт 10 реле 9 приходит в движение, его давление на неподвижный замыкающий контакт 11

0 уменьшается, что приводит к увеличению переходного сопротивления и падения напряжения на контактах 10 и 11. Транзистор 22 из закрытого состояния переходит в режим насыщения, перераспределяя ток меж5 ду собой и контактами 10 и 11. В момент разрыва контактов 10 и 11 напряжение на них равно напряжению насыщения перехода коллектор - эмиттер транзистора 22, которое всегда меньше напряжения горения

0 короткой дуги, На время перелета подвижным контактом 10 контактного промежутка ток в нагрузку (лампу накаливания 7 и конденсатор б, резистор 5) поступает через транзистор 22. При замыкании контактов 10

5 и 14 транзистор 22 закрывается и нагрузка обесточивается.

Если узел 2 I предварительного заряда и прогрева нагрузки высоким уровнем напряжения не использован, то отключение

0 нагрузки происходит в момент размыкания контактов 10 и 11, при этом емкостная составляющая нагрузки (если таковая имеется) препятствует уменьшению напряжения на неподвижном замыкающем контакте 11,

5 тем самым уменьшая разность напряжений на контактах 10 и 11.

Предложенное устройство может работать на любую нагрузку, а именно на ламповую нагрузку 7, емкостную нагрузку 6,

0 активную нагрузку 5, индуктивную нагрузк/ (не показана), а также на любую их комбинацию.

Наиболее эффективно использовать такое устройство при коммутации ламповых и

5 емкостных нагрузок, так как оно уменьшает пусковые значения тока коммутации и защищает их от токов короткого замыкания контактов в цепи нагрузки.

Эффективность использования устройства при коммутации активных и индуктивных нагрузок заключается в уменьшении тока в случае короткого замыкания цепи нагрузки и исключении возможности замыкания контактов реле и выхода их из строя.

Использование данного устройства позволяет применять коммутационные элементы с улучшенными (минимальными) массогабаритными характеристиками в цепях коммутации любых емкостных нагрузок и ламп накаливания и защищать их от токов короткого замыкания, на несколько порядков повышать износостойкость контактов реле, одновременно увеличив максимальное значение тока через них, и увеличивать срок службы ламп накаливания, используемых в качестве нагрузки.

Формула изобретения 1. Устройство бездуговой коммутации электрических цепей постоянного тока, содержащие вывод для подключения положительного полюса источника питания, вывод для подключения нагрузки и общий вывод для подключения отрицательного полюса источника питания и нагрузки, реле с катушкой и замыкающим контактом, узел предварительного заряда и прогрева нагрузки, выполненный в виде ключевого элемента с двумя выводами и управляющим входом, причем вывод для подключения к положительному полюсу источника питания, замыкающий контакт реле и вывод для подключения нагрузки образуют последовательную цепь, первый вывод ключевого элемента узла предварительного заряда и прогрева нагрузки соединен с выводом для подключения положительного полюса источника питания, а первый вывод катушки реле соединен с общим выводом для под- ключения отрицательного полюса источника питания и нагрузки, отличающееся тем, что, с целью улучшения массогабарит- ных характеристик устройства при коммутации емкостных нагрузок и ламп

накаливания, повышения надежности и срока службы ламп накаливания за счет снижения коммутируемой мощности, указанный узел предварительного заряда и прогрева нагрузки выполнен с возможностью прогрева нагрузки низким уровнем напряжения и снабжен третьим выводом, низкоомным резистором и диодом, причем второй вывод указанного ключевого элемента узла предварительного заряда и прогрева нагрузки через указанный низкоомный резистор соединен с анодом указанного диода, катод которого соединен с выводом для подключения нагрузки, указанный третий вывод узла предварительного заряда и прогрева нагрузки образован общей точкой соединения низкоомного резистора и диода и подключен к второму выводу катушки реле.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что в него введен узел предварительного заряда и прогрева нагрузки высоким уровнем напряжения, снабженный транзистором и вспомогательным резистором, причем в качестве контактов указанного реле используются переключающая контактная группа, эмиттер указанного транзистора соединен с выводом для подключения положительного полюса источника питания, коллектор указанного транзистора соединен с выводом для подключения нагрузки, а база указанного транзистора соединена с размыкающим контактом переключающей контактной группы, общий вывод для подключения отрицательного полюса источника питания и нагрузки через указанный вспомогательный резистор соединен с базой указанного транзистора.