Устройство для буздуговой коммута-ции цепей переменного тока Советский патент 1976 года по МПК H01H9/54 

1

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности ж коммутационным аппаратам с бездуговой коммутацией.

Известны устройства для бездуговой коммутации цепей переменного тока, содержащие контактор и тиристорный коммутатор, подключенный параллельно главным контактам, трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно с главными контактами, а к вторичным обмоткам через выпрямители подсоединены накопительные конденсаторы и датчик наличия напряжения на контактах.

Однако во включенно.м состоянии контактора в цепи управления бесконтактного элемента из-за протекания вторичного тока непрерывно выделяется значительная мощность (для нормальной работы контактоса достаточно подавать управляющий сигнал только в момент размыкания контактов). Трансформатор тока имеет значительные габариты, обусловленные тем, что во всем диапазоне рабочих токов контактора он не должен насыщаться, обеспечивая при этом достаточный ток для включения бесконтактных элементов. Кроме того, возможно дуговое размыкание цепи при малых токах в коммутируемой цели, когда вторичный ток ниже тока включения бесконтактного элемента.

Цель изобретения - повышение надежности работы коитактора при уменьщении его габаритов за счет существенного уменьщения выделяемой мощности в цепи управления во

включенном состоянии контактора и значительного сокращения зоны токов, при которых возможно горение дуги.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве для бездуговой коммутации цепей

переменного тока цепи управления тиристорами снабжены полупроводннковыми ключами, управляемыми общим датчиком паличия напряжения на контактах.

Это значительно повышает надежность устройства, так как управляющий импульс на тиристорный коммутатор подается только в момент размыкания контактов, что исключает перегрузку тиристорного комл1утатора цепи управления и повышает срок его службы.

Подача одноразовых импульсов на тиристорный ком.мутатор позволяет применять в устройстве для бездуговой коммутации цепей переменного тока маломощный насыщающийся трансформатор тока в сочетании с накопительными конденсаторами, что уменьшает мощность, выделяемую в цепи управления во включенном состоянии и уменьшает габариты устройства.

Применение накопительных конденсаторов

практически полностью исключает ток, при

котором возможно дуговое размыкание контактов.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства для бездуговой коммутации цепей переменного тока (один полюс); на фиг. 2 - один из возможных вариантов конкретного выполнения для промышленного использования (также один полюс) .

Параллельно главным контактам 1 контактора в прямом и обратном направлениях по отношению друг к другу подключены два управляемых бесконтактных элемента 2 и 3 (на фиг. 1 для удобства описания они изображены в виде тиристоров). Основиььм элементом схемы управления является маломош,ный насыщающийся трансформатор тока 4, первичная обмотка 5 которого включена последовательно с контактами 1, а две вторичные обмотки 6 и 7 через выпрямители 8 и 9 включены иа накопительные конденсаторы 10 и 11, каждый из которых через свой ключ 12 и 13, управляемый датчиком напряжения 14 ла контактах, подключен к управляющим целям тиристоров 2 и 3 соответственно.

Контактор переменного тока с бездуговой коммутацией работает следующим образом.

При замыкании контактов 1 и возникповении тока в главной кепи трансформатор тока 4 через выпрямители 8 и 9 попе;ременно зарял ает накопительные конденсаторы 10 и 11. Уровень напряжения на этих конденсаторах, определяемый энергией, необходимой для включения тиристоров, ограничивается стабилитронами 15 и 16.

ПОСКОЛЬКУ напряжение на замкнутых контактах не превышает десятков милливольт, а уровень срабатывания датчика напряжения 14 лежит значительно выше (порядка 2-3 в), то ключи 12 и 13 разомкнуты, и на управление тиристорами 2 и 3 сигнал не поступает. При отключении контактора в момент размыкания контактов 1 напряжение на них нарастает. Когда оно превышает уровень срабатывания датчика 14, последний переводит ключи 12 и 13 в проводящее состояние, и накопительные конденсаторы 10 и 11 начинают разряжаться на управляющие переходы тиристоров 2 и 3. При этом ток, протекающий через контакты, под действием напряжения на контактном промежутке отводится в тиристор, полярность которого соответствует ианравлению тока в цепи. Напряжение на контактах нри этоМ не превышает величины прямого падения напряжения на тиристоре, что исключает образование дуги. При полном перетекании тока из цепи контактов в тиристор сигнал с выхода трансформатора тока быстро спадает до нуля. Так как время разряда накопительного конденсатора, выбираемое из уелоВИЯ надежного включения тиристора, незначительно (порядка нескольких десятков микросекунд), то отключение цепи происходит при первом переходе тока через нуль в проводящем тиристоре.

Как следует из приведенного описания, в данной схеме для включения тиристоров применяется энергия накопительных конденсаторов.

Предварительное накопление энергии е дальнейшим использованием ее за короткий промежуток времени позволяет применить в схеме управления контактора малогабаритный трансформатор тока, мощность которого значительно меньше мощности управления тиристорами.

Поскольку включение тиристоров обеспечивается не непосредственно от трансформатора тока, то это дает возможность выполнить его насыщающимся, что также снижает мощность, выделяемую в схе.ме управления. Кроме того, минимальный отключаемый этим контактором ток без дуги значительно ниже, чем в случае, когда тиристоры управляются непосредственно вторичны.м током трансформатора. Минимальный коммутируемый ток в данном случае определяется только таки.ми физическими параметрами магнитопровода трапсформатора тока, как коэрцетивная сила и динамическая магнитная нроницаемость. Как правило, такой ток лежит ниже уровня рабочих TOiKOB контактора.

В схеме, приведенной на фиг. 2, в качестве ключей 12 и 13 используются маломощный тиристор и транзистор. Последовательно включенный в коллекторную цепь транзистора стабилитрон исключает срабатывание ключа при напряжениях на накопительном конденсаторе ниже заданного уровня. Реально при переходе тока из |цепи контактов в тиристор накопительный конденсатор, предварительно разряженный перед этим на цепь управления, вновь заряжается, хотя и незначительно, под действием как индуктивности рассеяния вторичной обмотки, так и магнитной энергии, запасенной в магнитопроводе. Так как пара.метры цепи управления тиристоров 2 и 3 имеют очень большой разброс, то это небольшое напряжение могло бы вызвать ненужное повторное включение (особенно нежелательное в реверсивных схемах) одного из силовых тиристоров лри возникновении напряжения на контактах после нервого прохождения через нуль тока в цепи тиристоров 2 и 3.

Роль датчика напряжения 14 выполняет маломощный импульсный трансформатор, подключенный через демпфирующую Т С-цепь к контактам 1. Вторичные обмотки импульсного трансформатора подключены к ключам 12 и 13. Схема работает аналогично описанной выше.

Формула изобретения

Устройство для бездуговой коммутации цепей переменного тока, содержащее контактор и тиристорный коммутатор, подключенный параллельно главным контактам, трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно с главными контактами, а к вторичным обмоткам через выпрямители подсоединены накопительные конденсаторы и датчик наличия напряжения на контактах, отличающееся тем, что, с целью

повышения надежности, цепи управления тиристорами снабжены полупроводниковыми ключами, управляемыми общим датчиком наличия .напряжения на контактах.