Устройство для гибридной коммутации электрической цепи Советский патент 1993 года по МПК H01H9/30 

цепи постоянного тока, выбранное за прототип. Устройство содержит двухразрывный контакт, образованный двумя неподвижными контактами и подвижным контактным мостиком, электрически соединенным с выводом управления полупроводникового ключа с одним устойчивым состоянием, схему управления, состоящую из трансформатора тока и диода.;

Данное устройство имеет ряд недостат- ков. Использование трансформатора тока и других элементов для управления полупроводниковым ключом приводит к увеличению габаритов и массы всего устройства, по этой же причине затруднено использование дан- ного технического решения в многоконтактном исполнении, Необходимо отметить, что использование двухразрывного контактного мостика с электрическим отводом приводит к трудностям реализации техно- логии и конструкции электрического отвода от подвижной части. Также в реальных контактах с двойным разрывом отсутствует необходимая последовательность замыкания или размыкания контактных пар. По этой причине пир отключении устройства или же при воздействии вибрации или ударов во включенном его положении, контакты,, шунтирующие последовательную цепь перехода коллектор - база и обмотки трансформатора тока W2, могут расходиться и затягивать дугу, привариваться, т.к. включение полупроводникового ключа возможно только при наличии напряжения дуги на другом разрыве контактного мостика. Это приводит к повы- шенному износу и снижает ресурс работы устройства..

Цель изобретения - упрощение, увеличение ресурса работы, а также снижение массы и габаритов устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гибридной бездуговой коммутации электрической цепи, содержащем две основные контактные пары, образованные двумя неподвижными контактами, под- ключенными к полупроводниковому ключу с одним устойчивым состоянием и подвижным мостиком, электрически подсоединенным к выводу управления указанного ключа, вывод управления ключа соединен с по- движным мостиком через вспомогательную контактную пару, один контакт которой жестко связан с одним концом подвижного мостика, а другой контакт - с гибкой пластиной, при этом зазор и провал вспомогатель- ной контактной пары выбраны так, что она замыкается первой, а размыкается последней; либо всегда замкнута.

Техническая сущность предлагаемого решения -заключается в следующем. Использование предложенного контактного мостика, одним концом связанного с вспомогательным контактом, позволяет исключить трансформатор тока и диоды из схемы управления. После размыкания первой основной пары время перехода тока нагрузки в полупроводниковый ключ минимально, т.к. цепь управления полупроводниковым ключом замкнута и ключ подготовлен к пропусканию тока. Включенное состояние полупроводникового ключа на промежуток времени от расхождения основной контактной пары, размыкающейся первой, до расхождения второй основной контактной пары обеспечивает необходимую электрическую прочность контактных промежутков, тем более, что вторая контактная пара рвет только ток управления полупроводниковым ключом. Таким образом, ионизация контактных промежутков будет минимальна, что снижает возможность вторичного пробоя. В предлагаемом контактном мостике необходимая последовательность срабатывания контактных пар получается следующим образом; в процессе включения устройства движению стороны подвижного мостика с вспомогательным контактом противодействует давление гибкого вспомогательного контакта управления, за счет чего происходит снижение скорости движения этой стороны мостика и увеличение скорости движения его противоположной стороны, которая и замкнется первой. Процесс отключения происходит в обратной последовательности, т.е. первым будет отходить контакт, замкнувшийся последним при замыкании и т.д. Таким образом, включение предложенного вспомогательного контакта между мостиком и выводом управления полупроводникового ключа, позволяет значительно упростить схему управления, уменьшить габариты и массу устройства.

Благодаря тому, что один контакт управления закреплен на гибкой токопроводящей пластине и образует цепь управления полупроводниковым ключом в замкнутом положении устройства и в процессе его переключения, полупроводниковый ключ имеет возможность включаться в случае отхода подвижного мостика при вибрации или ударах. Так же необходимо отметить, что в этом случае первой будет отходить та же сторона мостика, что и при отключении, т.к. на нее действует согласно с направлением удара гибкая токопроводяща пластина. Таким образом, происходит сложение полупроводникового ключа за состоянием контактов, что cnoco6cTsyet снижению износа контактов и повышает ресурс работы устройства.

Известны технические решения, где необходимая последовательность замыкания и размыкания контактов достигается путем применения двух контактных пар, расположенных на разных реле (или разных приво- дах одного реле), срабатывающих друг относительно друга с задержкой времени, или использования шагового реле. Однако эти решения сравнительно громоздки и сложны.

Известно техническое решение,.где с целью экономии контактного материала используется неодновременность замыкания контактных пар мостика, обеспеченная за счет предварительно перекошенного мое- тика. Однако такой мостик потребует увеличения раствора контактов, а значит и хода подвижной части аппарата, что в конечном итоге приводит к увеличению габаритов и массы электромагнита, или увеличению по- требляемой мощности. В отличие от вышеуказанного в предлагаемом техническом решении перекос подвижного мостика получается в динамике, а в отключенном состоянии мостик возвращается в исходное положение, т.к. гибкий контакт теряет с ним связь, или, хотя бы не оказывает механического давления. Это позволяет не увеличивать раствора основных контактных пар.

Известно техническое решение, где по- лупроводниковый ключ подключен к неподвижным контактам основных контактных пар, замыкаемых подвижным мостиком, и цепь управления полупроводниковым ключом образуется через вспомогательный кон- такт и подвижный мостик. Однако, цель данного изобретения - обеспечение защиты бесконтактного ключа от повреждений при протекании сверхтока по цепи главного контакта, которая реализуется путем раз- мыкания вспомогательным контактом цепи управления во включенном положении аппарата. В предлагаемом техническом решении в отличие от не ставилась задача коммутации сверхтоков, и как показала прак- тика, максимально возможное падение напряжения на контактах было на порядок меньше минимального напряжения, необходимого для включения полупроводникового ключа.

В устройстве при наличии вибрации и ударов может возникать дуга и происходить приваривание контактов (что недопустимо в поляризованных электромагнитных реле из-за малого тягового усилия в начальный момент движения якоря), т.к. цепь управления разомкнута м полупроводниковый ключ не следит за состоянием контактов. Также здесь нет упорядоченности касания контактных пар, необходимой для обеспечения

бездуговой коммутации, что значительно увеличивает их износ за счет размыкания при дуговом размыкании. В отличие от этого предлагаемое техническое решение преследует цепь повышения ресурса работы, которая достигается путем обеспечения цепи управления и слежением полупроводникового ключа за состоянием контактов во включенном положении аппарата.

На фиг.1 и 2 схематично изображено предлагаемое устройство.

На контактном мостике 1 с контактами 1а и 2а со стороны контакта 2а жестко закреплен или сформирован один вспомогательный контакт управления За. Контакты 1 а и 2а образуют с неподвижными контактами 16 и 26 основные контактные пары. Другой вспомогательный контакт управления 36 расположен на гибкой токопроводящей пластине 4, которая электрически связана с выводом 5 цепи управления полупроводникового ключа 6. При этом зазор вспомогательных контактов выбран меньше зазора основных контактов, а провал - соответственно больше, что обеспечивает замыкание вспомогательных контактов первыми, а размыкание последними.

Работает устройство следующим образом.

После подачи команды на включение контактный мостик 1 начинает движение, при этом замыкаются контакты За и 36, и пластина 4 начинает оказывать противодействие движению контакта 2а. Дальнейшее движение контактного мостика 1 приводит к его развороту и замыканию контактов 1а и 16, после чего обеспечивается цепь включения полупроводникового ключа 6. При дальнейшем движении замыкаются контакты 2а и 26 шунтируют полупроводниковый ключ 6, который запирается.

Процесс отключения происходит в обратной последовательности: расходятся контакты 2а и 26, шунтировавшие полупроводниковый ключ 6, и ток нагрузки переходит в полупроводниковый ключ 6, далее размыкаются контакты 1а и 16, разрывая цепь управления полупроводниковым ключом 6, который запирается. При дальнейшем движении контактный мостик 1 возвращается в исходное состояние, контакты За и 36 могут размыкаться и разрывать цепь соединения вывода управления 5 полупроводниковым ключом 6с подвижным мостиком 1.

Макет указанного устройства для гибридной коммутации электрической цепи был изготовлен на основе двустабильного поляризованного электромагнитного реле на номинальный ток 25 А. Растворы и провалы основных контактных пар были выбраны соответственно 1,3-1,5 мм и 0,3-0,5 мм, провал вспомогательного контакта регулировался от 1 мм вплоть до величины хода траверсы реле (т.е. раствор менялся от 0,8 мм до нуля). Испытания проводились при напряжении 286 В постоянного тока 16-25 А. Испытания макета предложенного устройства подтвердили его работоспособность и безотказность в работе.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет сравнительно небольшую стоимость, простоту технологии изготовления и настройки и может быть реа0

лизовано после небольшой доработки серийных электрических аппаратов, что может расширить область его использования от спецтехники до общепромышленных образцов.

В предлагаемом устройстве обеспечи- - вается слежение ключа за состоянием основных контактов, что позволяет повысить надежность питания цепи нагрузки.

Указанные простота, малогабарит- ность, сравнительно небольшой вес, и большой ресурс работы устройства позволяют использовать его в автономных системах автоматики, устанавливаемых на подвижных установках и летательных аппаратах.

Формула изобретения Устройство для гибридной коммутации электрической цепи, содержащее главный мостиковый контакт, подвижный контакт которого упруго установлен в изоляционной траверсе, бесконтактный ключ, подключен- ный параллельно мостиковому контакту, и дополнительный контакт, подключенный к управляющему выводу бесконтактного ключа, установленный упруго и образующий с подвижным контактом электрический кон-

такт, величина перемещения которого меньше величины перемещения мостикового контакта, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса при внешних механических воздействиях, дополнительный контакт выполнен в виде гибкой токопроводящей пластины, один конец которой закреплен на корпусе, а другой взаимодействует с одним из концов подвижного контакта главного мостикового контакта.

Фиг.1