Устройство для коммутации электрических цепей постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H01H33/12 

ройства оказывается технически нецелесообразным. Это объясняется тем, что для таких цепей диод схемы в дейстЬительности вырождается в ряд параллельных цепочек с большим количеством диодов в каждой из них, что в целом приводит к большим габаритам, значительной стоимости устройства и большим потерям энергии в нем от рабочего тока. Кроме того, при таком исполнении устройство теряет двустороннюю проводимость устройства.

Цель изобретения - создание устройства для коммутации сильноточных цепей постоянного тока высокого напряжения, обладающего малыми габаритами, умеренной стоимостью, имеющего все достоинства контактного аппарата, а именно обладающего двусторонней проводимостью и незначительными потерями энергии от рабочего тока, но не требующего мощной дугогасительной камеры для гашения дуги.

Указанная цель достигается тем, что силовые контакты устройства снабжены камерой с двумя направляющими рогами для движения дуги и двумя дополнительными рогами в центральной части камеры, причем между направляющими рогами включена коммутирующая цепочка, состоящая из управляемого вентиля, емкости и индуктивности, а между дополнительными рогами согласно с направлением тока цепи включен диод. Благодаря этому при нормальном рабочем режиме диод оказывается исключенным из схемы устройства и. оно работает как обычный выключатель, имея малые потери энергии и обладая двусторонней проводимостью. При отключении же тока между контактами устройства кратковременно возникает короткая дуга, которая входя в камеру, вводит в цепь тока диод и далее, после включения коммутирующей цепочки, гаснет. Благодаря короткому времени протекания тока через диод может быть использов на его перегрузочная способность (по величине тока в 20-30 превосходящая номинальный ток), поэтому количество параллельных цепочек реальных диодов устройства существенно сокращается, устройство получается малых габаритов и небольщой стоимости.

Возможны варианты устройства с упрощенными камерами, имеющими один дополнительный рог в центральной части камеры. В этом случае дирд включается между дополнительным рогом и одним из направляющих рогов.,

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 а и 26 - кривые токов и кривые напряжений при работе устройства соответственно; на фиг. 3 - пример исполнения схемы устройства; на фиг. 4 а и 46 - два варианта камер устройства.

Устройство состоит из небольшой дугогасительной камеры I, у нижнего края которой размещены неподвижный 2 и подвижный

3 силовые контакты, соединенные с направляющими рогами 4 и 5 Д.ПЯ движения дуги. В центральной части камеры смонтированы дополнительные рога 6 и 7, между которыми включен диод 8. К направляющим рогам присоединена коммутирующая цепочка, состоящая из последовательно включенных управляющего вентиля 9, емкости 10 и индуктивности II.

Как и в обычном выключателе контакты 2 и 3 служат для возбуждения дуги, направляющие рога 4 и 5 - для направления движения дуги вверх по камере, дополнительные рога 6 и 7 - для перехвата дуги и введения диода в цепь тока. По этой причине расстояние между дополнительными рогами выбрдно таким, чтобы падение напряжения на длине дуги, равной этому расcтoяF ию, было больше падения напряжения на диоде в проводящем направлении. Коммутирующая цепочка (9, 10 и II) служит для гашения дуги и тока цепи после введения диода в цепь тока.

Устройство работает следующим образом.

В момент размыкания, силовых контактов между ними возникает дуга (на фиг. 1 показана пунктиром), которая под действием поперечного магнитного поля, создаваемого одним из известных способов, поднимаетс:я вверх, занимая последовательно положения I, II и III. При переходе дуги из положения II в положение П1 часть дуги на участке а-б отмирает, поскольку падение напряжения на участке дуги такой длины больше, чем падение напряжения на диоде 8, в зоне а-б камеры восстанавливается электрическая прочность, и ток цепи протекает только через диод. В момент, когда дуга занимает положение 1П, открывается управляемый вентиль 9, происходит разряд емкости 10, тем или иным способом предварительно заряженной до высокого напряжения с полярностью, указанной на фиг. I (без скобок). Ток разряда проходит по участкам дуги III и черей диоД в направлении, обратном направлению отключаемого тока, так что суммарный ток через камеру становится равным нулю. В связи с этим начинает интенсивно развиваться процесс деионизации остатков плаз,мы на месте участков И и вбсстановление электрической прочности межконтактного промежутка и камеры в целом. Начиная с этого момента контакты устройства обесточены. Однако отключение тока в цепи еще не произошло. Он продолжает протекать по коммутирующей цепи, сначала разряжая до нуля, а потом перезаряжая конденсатор (полярность в скобках), и в конце концов под действием напряжения на емкости убывает до нуля.

На фиг. 2 а показаны кривые тока в цепи и через диод (заштриховано), на фиг. 26 - кривые напряжения на контактах устройства.

В указанные на фиг. 2 моменты времени троисходит:

ti -размыкание контактов, луга занимает положение I;

tj -дуга занимает положение 1, часть дуги на участке а-б отмирает, ток начинает проходить через диод;

t, -дуга занимает положение И, открывается коммутирующий вентиль 9;

t - ток в цепи диода спадает до нуля; tj -ток в отключаемой цепи достигает максимума, напряжение в межконтактном промежутке меняет знак;

tj -ток в отключаемой цепи спадает, до нуля, на перезаряженной емкости максимум напряжения, закрывается коммутирующий вентиль 9.

Пример исполненияустройства (фиг. v3) отличается от принципиальной схемы (фиг. 1J наличием трансформатора 12 в цепи диода, вторичная обмотка которого подключена к формирователю 13 управляющих импульсов с задержкой времени, выход которого, в свою очередь, подключен к управляющему электроду и катоду коммутирующего управляемого вентиля, варистора 14, подключенного параллельно коммутирующей цепочке, и дополнительных контактов 15 в цепи коммутирующей цепочки.

Трансформатор 12 и формирователь 13 с задержкой времени предназначены для автоматического открывания коммутирующего вентиля 9, варистор 14 поставлен для уменьшения величины потребной емкости 10 и ограничения перенапряжений между контактами 2 и 3 в процессе отключения, дополнительные контакты 15 нужны для полного отсоединения источника питания и конденсатора, коммутирующей цепочки 10 от отключенной части цепи.

Устройство (фиг. 3) работает следующим образом.

После размыкания силовых контактов, появления дуги и перехода ее из положения I в положение П через диод 8 и трансформатор 12 начинает протекать ток, поэтому на вторичной обмотке трансформатора появляется напряжение, которым через формирователь 13 с задержкой времени, достаточной для передачи тока с участка а-б дуги в цепь диода и полной деионизйции промежутка а-б, открывается управляемый вентиль 9. Происходит разряд предварительно заряженной емкости 10 через участки дуги, занимаемой к .этому времени положение Я1, трансформатор и диод в на.правлении обратном направлению отключаемого тока. Когда суммарный ток через диод становится равным нулю, начинает интенсивно развиваться -процесс деионизации остатков плазмы на месте участков 1.1 и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка и камеры в целом, поэтому появление в дальнейшем при t t , напряжения на контактах устройства Fie приводит к повторному зажиганию дуги. Таким образом, начиная с момента t t 4 контакты устройства обесточены Однако в отключаемой цепи еще протекает ток, замыкающийся через коммутирующую щепочку. Вынуждаемый индуктивностью цепи этот ток перезаряжает

емкость 10, напряжение на ней растет и при достижении напряжения открытия варистора И последний переключает ток цепи на себя. Управляемый вентиль 9 закрывается. По мере рассеяния энергии цепи в варисторе ток цепи уменьщается и, наконец,

становится равным нулю. В заключение дополнителы1ые контакты 15, сблокированные с контактом 3 и имеющие по отношению к нему выдержку времени на срабатывание, отключают источник питания и конденсатор коммутирующей цепочки от отключенной части цепи.

На фиг. 4 показаны варианты упрощенных камер устройства, в которых в средней части камеры размещен лишь один дополнительный рог, а диод включен между дополнительным рогом и одним из направляющих рогов. На фиг. 4 а диод 8 включен между дополнительным рогом б и направляющим рогом 5, соединенным с отрицательным полюсом источника напряжения. На фиг. 4 б диод 8 включен между дополнительным рогом 6 и направляющим рогом 4, соединенным с положительным полюсом источника напряжения.

Работа устройства с такими упрощенными камерами принципиально-не отличается от работы устройства по фиг. I, однако наличие гальванической связи диода с источником напряжения делает такие упрощенные камеры менее, предпочтительными чем показанные на фиг. 1.

Формула изобретения

1. Устройство для коммутации электрических цепей постоянного тока, преимущественно сильноточных цепей высокого напряжения, содержащее силовые контакты, коммутирующую цепь из последовательно соединенных емкости, индуктивности и управляемого вентиля с формирователем управляющих импульсов, а также диод в цепи гашения тока, отличающееся тем, что, с целью сокращения габаритов устройства, его стоимости и потерь энергии в нем, силовые контакты снабжены камерой, оборудованной направляюнхими рогами для движения дуги, и двумя дополнительными рогами в центральной части камеры, упомянутый диод присоединен к дополнительным рогам, а расстояние между дополнительными рогами выбрано таким, чтобы падение напряжения на длине дуги, рав.ной этому расстоянию было больше падения напряжения на диоде в проводящем направлении.

2.Устройство по п. I, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса управления устройством, последовательно с диодом включен дополнительно введенный насыщающийся трансформатор, вторичная обмотка которого присоединена ко входу формирователя управляющих импульсов управляемого вентиля.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, оно снабжено камерой с одним дополнительным рогом, который размещен в центральной части камеры, между которым и одним из направляющих рогов включен указанный диод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Голубев А. И. Быстродействующие автоматические выключатели. «Энергия, 1964.

2.Авторское свидетельство СССР № 384866, кл. Н 01 Н 33/59, 1968.

-+-J2

)

tf 3 Ц i is

V . .-,,. .Ji.

748547