Устройство для коммутации двигательной нагрузки Советский патент 1993 года по МПК H02J9/06 

симально возможным. При этом с помощью устройства осуществляется постоянный контроль наличия всех фаз питающего напряжения на зажимах нагрузки и ее отключение при обрыве одной из этих фаз.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что обеспечивается минимальная задержка коммутации контактора и минимальная продолжительность работы силовых вентильных ключей устройства до и после моментов коммутации силовых контактов контактора, а в целом - минимальная задержка коммутации нагрузки относительно сигнала управления. Введение в устройство трех дополнительных ключей и второго элемента ИЛИ, на вход которого поступает сигнал с выхода нуль- органа, подключенного к зажимам нагрузки, позволяет сохранить, как у прототипа, очередность коммутации силовых вентильных ключей и контактора, оптимизировать процесс коммутации нагрузки с одновременным расширением функциональных возможностей устройства - обеспечением невозможности подключения и работы нагрузки в случае отсутствия на ее зажимах после подключения к сети хотя бы одной фазы питающего напряжения. Положительный эффект, обусловленный совокупностью всех приведенных выше отличительных признаков, состоит в следующем.

Существенно ускоряется процесс подключения нагрузки к сети, так как силовые вентильные ключи замыкаются одновременно с подачей сигнала на подключение нагрузки.

Существенно ускоряется процесс отключения нагрузки от сети за счет гарантированного размыкания силовых вентильных ключей в течение не более времени, отсчитываемого с момента подачи сигнала на отключение нагрузки, и равного времени безыскрового размыкания контактора плюс не более периода сетевого напряжения.

Существенно снижаются потери активной мощности в силовых вентильных ключах за счет того, что они проводят ток нагрузки при включении нагрузки в течекие не более времени замыкания контактора, а при ее отключении - не более периода сетевого напряжения.

Существенно повышается ресурс работы устройства за счет гарантированно безыскровой работы контактора и минимально продолжительной работы силовых вентилей.

Расширяются функциональные возможности устройства - обеспечивается защита нагрузки от работы в режиме двухфазного

питания как при пуске, так и в течение всего времени ее работы.

Заявитель не знаком с другими решениями, которые содержат признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа.

На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема устройства для коммутации двигательной нагрузки; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема одного из вариантов реализации устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит нагрузку 1 с зажимами для подключения ее к сети, силовые вентильные ключи, состоящие из включенных встречно-параллельно управ5 ляемых 2 и неуправляемых 3 вентилей, которые соединены с зажимами нагрузки и сети одноименными электродами соответственно, контактор 4, силовые контакты 5 которого подключены параллельно силовым

0 вентильным ключам, а привод 6 контактора 4 подключен к выходу усилителя 7, нуль-орган 8, источник 9 напряжения управления, первый вывод которого соединен с общей шиной устройства, логический элемент 10

5 ИЛИ, два формирователя 11 и 12 импульсов, выходы которых соединение входами логического элемента ИЛИ 10, формирователь 15 длительности импульсов. Устройство содержит также второй логический элемент

0 ИЛИ 14 и три ключа 15...17, первый 15 и второй 16 из которых включены последовательно и соединяют первый вывод источника 9 напряжения управления с первым входом усилителя 7, второй вход которого

5 соединен с вторым выводом источника 9, входы нуль-органа 8 подключены к зажимам нагрузки, а его выход соединен с первым выводом третьего ключа 17 и первым входом второго логического элемента ИЛИ 14,

0 выход которого подключен к управляющему входу второго ключа 16, а второй вход - к выходу формирователя 13 длительности импульсов, вход которого подключен к точке соединения между собой ключей 15 и 16,

5 второй вывод ключа 17 соединен с общей шиной устройства, а его управляющий вход - с первым входом усилителя 7 и входами формирователей 11 и 12 импульсов. Управляющие входы силовых вентилей 2

0 соединены с выходом первого логического элемента ИЛИ 10.

На фиг. 2 приведена принципиальная электрическая схема, реализующая в одном из возможных вариантов блок-схему уст5 ройства для коммутации двигательной нагрузки. В качестве управляемых вентилей 2 применены оптотиристоры, усилитель 7 также выполнен на оптотиристоре 18, диоде 19 и резисторе 20. Нуль-орган 8 выполнен на диодах 21...23 и резисторе 24, в качестве

логического элемента ИЛИ 10 используется резистор 25, к которому подключены выходы формирователей 11 и 12 импульсов, выполненные соответственно первый на диодах 26, 27, резисторе 28, конденсаторе 29, транзисторе 30 и второй - на резисторе 31, диоде 32, резисторе 33, конденсаторе 34, транзисторах 35, 36, резисторе 37. В качестве формирователя 13 длительности импульсов применен конденсатор 38, функция логического элемента ИЛИ 14 выполняется суммированием токов конденсатора 38. и нуль-органа 8. Ключ 15, расположенный, как правило, вне устройства, может быть выполнен на любом бесконтактном или контактном элементе, рассчитанном, на напряжение источника 9 и ток управления оптотирис-ора 18. Ключ 16 выполнен на транзисторе 39, а ключ 17 - на транзисторе 40 и резисторе.

Устройство для коммутации двигательной нагрузки (фиг. 1) работает следующим образом. Разомкнутое состояние ключа 15 соответствует выключенному состоянию устройства, так как направляющий сигнал на усилитель 7 не поступает, привод 6 контактора 4 обесточен и силовые контакты 5 разомкнуты. Управляемые вентили 2 также разомкнуты из-за отсутствия сигнала на выходах формирователей 11, 12 и логического элемента ИЛИ 10. В этом состоянии ток нагрузки 1 не протекает, ключ 16 разомкнут, ключ 17 - замкнут. Поступление внешнего сигнала на подключение нагрузки вызывает замыкание ключа 15, при котором срабатывает формирователь 13 длительности импульсов, с выхода которого импульс через логический элемент ИЛИ 14 поступает на управляющий вход ключа 16, он замыкается, а ключ 17 - размыкается, так как его управляющий вход оказывается зашунтиро- ванным замкнутыми ключами 15 и 16. Замыкание ключей 15 и 16 приводит также к срабатыванию усилителя 7 и формиррвате- ля 11, то есть - подаче напряжения на при- и сигнала на управляемые вентили 2. С этого момента времени начинает протекать ток нагрузки 1 через силовые вентильные ключи, а на выходе нуль-органа появляется непрерывный сигнал при наличии напряжения на всех зажимах нагрузки 1, либо прерывистый (импульсный), если хоть одно из напряжений отсутствует. В штатном (полнофазном) режиме сигнал с выхода нуль-органа 8 через элемент ИЛИ 14 удерживает ключ 16 в замкнутом состоянии и через известное время замыкается контактор 4, шунтируя своими силовыми контактами 5 силовые вентильные ключи, а ток нагрузки 1 будет протекать через контактор

4 до его размыкания. В аварийном (непол- нофазном) режиме после окончания импульса формирователя 13 ключ 16 разомкнется по сигналу нуль-органа, одновременно с

этим замкнется ключ 17, шунтирующий сигнал нуль-органа для предотвращения многократного циклического ожесточения привода 6 и формирования импульса формирователем 12. Однократный же этот цикл

0 приводит к отключению контактора с безыскровым размыканием силовых контактов 5, шунтированных замкнутыми силовыми вентильными ключами. После аварийного отключения нагрузки 1 повторное ее под5 ключение возможно только после размыкания и повторного замыкания ключа 15, а после штатного отключения - достаточно только замкнуть ключ 15. Аналогично описанному происходит аварийное отключение

0 нагрузки 1, если неполнофазный режим ее питания возникает уже после штатного под- . ключения нагрузки 1 к сети. Штатное отключение нагрузки 1 начинается с размыкания ключа 15, что приводит к замыканию ключа

5 17, размыканию ключа 16 и однократному обесточению привода 6 и формированию импульса формирователем 12 с последующим безыскровым размыканием контактора 4, силовые контакты 5 которого в момент

0 размыкания шунтируются включившимися по сигналу формирователя 12, поступающему через элемент ИЛИ 10, силовыми вентильными ключами. Из описанного выше следует, что длительность импульса форми5 рователя 11 должна обеспечить только замкнутое состояние силовых вентильных ключей при замыкании контактора 4, а длительность импульса формирователя 12 - замкнутое их состояние при размыкании

0 контактора 4 и минимальное время сохранения замкнутого состояния вентильных клю- чей после размыкания силовых контактов 5. Устройство (фиг. 2) работает аналогично рассмотренному для устройства (фиг. 1),

5 функции стандартных элементов которого выполняются следующим образом. Усилитель 7 выполнен на оптотиристоре 18, диоде 19 и резисторе 20. По сигналу на подключение нагрузки 1 в управляющей цепи оптоти0 ристора 18 начинает протекать ток от источника постоянного напряжения 9, ограниченный резистором 20 и оптотиристор 18 замыкается. Приводная катушка 6 контактора 4 при этом подключается на линейное

5 напряжение нагрузки 1 и контактор замыкается через известное время. По сигналу на отключение нагрузки 1 управляющая цепь оптотиристора разрывается, что приводит к обесточению катушки 6 и отключению кон- тактора 4. Возможно включение катушки через описанный усилитель 7 также на фазное напряжение. Нуль-орган 8 выполнен в виде нулевого выпрямителя на диодах 21.„23, аноды которых подключены к зажимам нагрузки 1. Напряжение выпрямителя через токрограничивающий резистор 24 подается на базу транзистора 39. выполняющего функцию ключа 16. При полнофазном питании нагрузки 1 транзистор 39 постоянно насыщен, при обрыве фаз нагрузки происходит запирание транзистора 39 - размыкание ключа 16. Формирователи 1.1 и 12 импульсов работают аналогично друг другу, с той лишь разницей, что цикл формирования импульса первого начинается при замыкании ключа 15, а.второго - при размыкании ключа 15, либо 16 и последующем насыщении транзистора 36. В обоих случаях появляется ток заряда конденсатора 29 (34), ограниченный по величине резистором 28 (33) и достаточ- ный для насыщения в течение заданного времени транзистора 30 (35) при протекании в его базовой цепи. Функция логического элемента, ИЛИ 10 выполняется при этом с помощью резистора 25, который ограничи- вает по величине ток коллектора насыщенного транзистора 30, или 35, протекающий далее через цепи управления оптотиристо- ров 2 (управляемых вентилей 2). После размыкания цепи заряда конденсатора 29 (34) он разряжается через диод 26 (32), цепь управления оптотиристора 18 (резистор 31), резистор 28 (33) для повторного цикла формирования импульса. Диод 27 предотвращает при этом протекание зарядного тока конденсатора 29 через базовые цепи транзисторов 36 и 40. Функцию формирователя 13 длительности импульсов выполняет конденсатор 38, включенный параллельно пе- . реходу коллектор - база транзистора 39. Ток конденсатора 38 суммируется по ИЛИ на базе транзистора 39 с выходным током нуль-органа 8, благодаря чему выполняется функция логического элемента ИЛИ 14. Функции ключей 16 и 17 выполняют соот- ветственно транзистор 39 и транзистор 40 с резистором 41.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить быстродействие устройства и расширить его функциональ- ные возможности при одновременном уменьшении потерь активной мощности в силовых вентильных ключах и существенном повышении ресурса работы устройства и коммутируемой с его помощью нагрузки. Предлагаемое устройство, в отличие от прототипа, может быть использовано с высокой эффективностью в составе оборудования, где требуется коммутация двигательной нагрузки с высокой цикличностью и тяжелым

коммутационным режимом контактных аппаратов, в случае из применения для коммутации этой нагрузки. Замена контактных аппаратов предлагаемым устройством позволит существенно увеличить межремонтные сроки при эксплуатации коммутационной аппаратуры, получить значительную экономию драгоценных металлов и средств за счет уменьшения износа силовых контактов и простоя оборудования во время ремонта и обслуживания контактных коммутационных аппаратов, как правило применяемых в настоящее время для коммутации двигательной нагрузки. С высокой эффективностью может быть использовано предлагаемое устройство также для модернизации эксплуатируемых контактных коммутационных аппаратов путем до- оснащения контактора или магнитного пускателя электронными узлами предлагаемого изобретения.

Формула изобретения

Устройство для коммутации двигательной нагрузки переменного тока, содержащее два силовых ключа, состоящих из включенных встречно параллельно управляемых и неуправляемых вентилей, которые соединены с зажимами нагрузки иссети одноименными электродами соответственно, контактор, силовые контакты которого подключены параллельно силовым вентильным ключам, а привод контактора подключен к выходу усилителя, нуль-орган, источник напряжения управления, первый вывод которого соединен с общей шиной устройства, логический элемент ИЛИ, два формирователя импульсов, выходы которых соединены с входами логического элемента ИЛИ, формирователь длительности импульсов, отличающееся тем, что в него дополнительно введен третий силовой вентильный ключ и третий силовой контакт контактора, включенные между зажимами нагрузки и сети аналогично первым двум, второй логический элемент ИЛИ и три ключа, первый и второй из которых, включенные последовательно, соединяют первый вывод источника напряжения управления с первым входом усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом источника напряжения управления, входы нуль-орган подключены к зажимам нагрузки, а его выход соединен с первым выводом третьего ключа и первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, а второй вход - к выходу формирователя длительности импульсов, вход которого подключен к точке

соединения между собой первого и второгои входами формирователей импульсов, при-

ключей, второй вывод третьего ключа соеди-,чем управляющие входы силовых вентильнен с общей шиной устройства, а его управ-ных ключей соединены с выходом первого

ляющий вход - с первым входом усилителя логического элемента ИЛИ.

Назначение: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для коммутации нагрузки переменного тока, в частности статоров трехфазных машин переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит нагрузку с зажимами для подключения ее к сети, силовые вентильные ключи, состоящие из включенных встречно-параллельно управляемых и неуправляемых вентилей, которые соединены с зажимами нагрузки и сети одноименными электродами соответственно, контактор, силовые контакты которого подключены параллельно силовым вентильным ключам, а привод контактора подключен к Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для коммутации нагрузки переменного тока, в частности статоров трехфазных машин переменного тока. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и расширение его функциональных возможностей. Цель достигается исключением из устройства всех элементов, обеспечивающих выходу усилителя. Устройство также содержит нуль-орган, источник напряжения управления, первый вывод которого соединен с общей шиной устройства, логический элемент ИЛИ, формирователя импульсов, выходы которых соединены с входами логического элемента ИЛИ, и три ключа, первый и второй из которых включены последовательно между собой и соединяет первый вывод источника с первым входом усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом источника. Входы нуль-органа подключены к зажимам нагрузки, а его выход соединен с первым выводом третьего ключа и первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, а второй вход - к выходу формирователя длительности импульсов, вход которого подключен к точке соединения между собой первого и второго ключей, второй вывод третьего ключа соединен с общей шиной устройства, а его управляющий вход - с первым входом усилителя и входами формирователей импульсов. Управляющие входы силовых вентилей соединены с выходом первого логического элемента ИЛИ. 2 ил. задержку относительно сигнала управления коммутации контактора и включения тири- сторов, а также введением в устройство трех ключей, второго логического элемента ИЛИ, третьего силового вентильного ключа, за- шунтированного третьим силовым контактом контактора. Все это дает возможность уменьшить задержки коммутации элементов устройства до минимально возможных, а быстродействие устройства сделать макоо «а О W к OJ

Фиг. I

Фиг.1