Устройство для бездуговой коммутациицЕпЕй пОСТОяННОгО TOKA Советский патент 1981 года по МПК H01H9/30 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗДУГОБОЙ КОММУТАЦИИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА лизатора тока отключения, замыкающий контакт ключа управления включен между базой эмиттерного повторителя и входом стабилизатора тока включения, а дополнительный замыкающий контакт ключа управления включен между коллектором транзистора и входом порогового элемента, подключенного выходом к катушке управления коммутирующего аппарата. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для коммутации. , Устройство содержит силовой контакт 1 коммутирующего аппарата, катущку 2 управления, шунтированную обратным диодом 3, транзистор 4, подключенный выходом параллельно контакту 1, стабилизатор тока включения в виде времязадающей цепи на транзисторе 5 и переменном резисторе 6, времязадающий конденсатор 7, эмиттерный повторитель на транзисторе 8 и резисторе 9, замыкающий контакт 10 ключа управления, стабилизатор тока отключения в виде времязадающей цепи на транзисторе 11 и переменном резисторе 12, размыкающий контакт 13 ключа управления, пороговый элемент 14, .выполненный по схеме триггера Шмитта на диоде 15, транзисторах 16 и 17 и резисторах 18-22, дополнительный размыкающий контакт 23 ключа управления, подключенный одним выводом к коллектору транзистора 4, а другим - ко входу порогового элемента 14, т. е. к аноду диода 15. Потребитель 24 использует для своего функционирования электроэнергию источника 25, например электромашинного генератора постоянного тока, обладающего внутренним сопротивлением 26 активно-индуктивного характера. Контакт 23 ключа управления замыкается при замыкании контакта 10 и размыкается при замыкании контакта 13. База транзистора 4 подключена к выходу эмиттерного повторителя - эмиттеру транзистора 8. Устройство работает следующим образом. В разомкнутом состоянии цепи потребителя 24 контакт 13 замкнут, а контакт 10 ключа управления разомкнут, при этом разомкнут также контакт 23. Пороговый элемент 14 построен таким образом, что его выходной сигнал отсутствует, поэтому катущка 2 обесточена, вследствие чего контакт 1 разомкнут. Разряженный конденсатор 7 при этом позволяет удерживать транзистор 4 в состоянии отсечки неопределенное время. Уровень срабатывания порогового элемента 14 может устанавливаться в широких пределах и определяется при расчете параметра схемы. При переводе ключа управления в другое положение замыкаются контакты 10 и 23 и размыкается контакт 13. При этом замыкается цепь стабилизатора тока включения. Поскольку транзистор 5 и резистор 6 соединены по схеме стабилизатора тока, то конденсатор 7 заряжается стабильным током, а напряжение на нем линейно нарастает от нулевой величины. Величина тока заряда определяется установочным сопротивлением резистора 6. На выходе эмиттерного повторителя формируется сигнал замыкания (изменяющийся также линейно), под действием которого транзистор непрерывно изменяет свое состояние, и ток в цепи потребителя при этом нарастает по линейному закону от нуля. При определенной величине сигнала замыкания транзистор 4 входит в область насыщения и процесс замыкания цепи транзистором 4 заканчивается. Величина развиваемой ЭДС самоиндукции AU на сопротивлении 26 источника 25 определяется выражением ли L - индуктивность источ;ника относительно выходных зажимов; I - величина номинального тока потребителя;. tj-время замыкания цепи. При заданных величинах L и I путем изменения величины t, можно регулировать величину ли на требуемом уровне и тем самым уменьшить величину отклонения напряжения + U на выходном зажиме источника при замыкании цепи. Время t, определяется емкостью конденсатора и током стабилизатора. Уровень (порог) срабатывания элемента 14 выбирается по величине напряжения насыщения транзистора 4, поэтому указанный элемент срабатывает в моivieHT насыщения транзистора 4 и подключает катущку 2 к источнику напряжения +U. После этого контакт 1 замыкается и надежно блокирует транзистор 4, при этом полупроводниковый шунт позволяет устранить процесс искро- и дугообразования при замыкании и дребезге контакта 1. Потребитель 24 надежно подключается к источнику 25, и под действием напряжения -I-U пороговый элемент надежно удерживает катущку 2 во включенном состоянии. Таким образом, контакт 1 при замыкании использует информацию о состоянии транзистора 4.. Момент замыкания контакта 1 регулируется путем установки необходимого напряжения срабатывания порогового элемента 14, который выполняет функцию согласующего органа. При переводе ключа управления в исход ное положение контакты 10 и 23 размыкаются, а контакт 13 замыкается, в результате входной сигнал порогового элемента 14 скачком уменьшается до нуля, а сам элемент возврашается в исходное состояние. Ток катушки 2 уменьшается до нуля, замыкаясь через диод 3 и в определенный момент времени контакт 1 размыкается. Ток потребителя 24 перетекает при этом в цепь шунтирующего транзистора 4. С учетом требований, накладываемых на параметры шунтирующей ветви с транзистором 4, довольно просто достигается процесс бездуговой коммутации в рассматриваемой цепи электрической системы. При замыкании контакта 13 замыкается цепь стабилизатора тока отключения. Транзистор 11 и резистор 12 соединены по схеме стабилизатора тока, поэтому конденсатор 7 разряжается стабильным током и напряжение на нем линейно уменьшается от напряжения питания системы до нуля. Величина тока разряда определяется установочным сопротивлением резистора 12. На выходе эмиттерного повторителя фор мйруется линейный сигнал размыкания, под действием которого транзистор непрерывно изменяет,свое состояние. Ток в цепи потребителя при этом спадает по линейному закону от величины I до нуля. Величина развиваемой ЭДС самоиндукции ди на сопрот тивлении 26 источника 25 определяется выражениемAU -L-i, где1|,- время размыкания цепи транзистором. При заданных величинах L и I путем изменения величины tj можно регулировать величину на требуемом уровне и тем самым уменьшить величину отклонения напряжения -I-U на выходном зажиме источника при размыкании цепи. Время tp определяется емкостью конденсатора и током стабилизатора. Момент выхода транзистора 4 в граничный режим из области насыщения определяется величиной напряжения на конденсаторе 7, меньшей исходной величины напряжения на нем при размыкании, поэтому процесс размыкания контакта 1 заканчивается к указанному моменту времени. Для формирования процесса размыкания контакта 1 в цепь шунтирующего диода 3 целесообразно включать форсирующий элемент, например стабилитронный приемник энергии, что существенно повышает быстродействие устройства при размыкании. Если исключить из схемы транзисторы 5 и 11, то управление транзистором 4 происходит по закону экспоненты с постоянными времениT sRe-C, i .iC Таким образом, устройство осуществляет безразрывную-коммутацию в цепи электрической системы. Комбинирование контакта 1 с транзистором 4 позволяет обеспечить кратковременный режим работы последнего, что дает возможность использовать перегрузочную способность транзисторов при работе в импульсных режимах. В случае необходимости возможно параллельное соединение или использование составного транзистора 4. В качестве элемента 14 можно использовать и другие полупроводниковые устройства, например компараторы или релейные усилители. Изобретение позволяет повысить надежность работы и долговечность устройства посредством ликвидации опасных выбросов напряжения в системе, повысить качество электроэнергии за счет уменьшения величины коммутационных отклонений напряжения на зажимах источника, увеличить электрическую износоустойчивость силовых контактов, упростить эксплуатацию устройства посредством использования типрвых элементов и создания условий,- обеспечивающих согласованную работу силовых контактов и транзисторного шунта и упростить настройку с целью получения заданных норм качества электроэнергии. При использовании предлагаемого устройства достигается высокая эффективность функционирования. Формула изобретения Устройство для бездуговой коммутации цепей постоянного тока, содержащее транзистор, подключенный параллельно силовому контакту коммутирующего аппарата, эмиттерный повторитель, подключеннный эмиттером к базе транзистора, времязадающий конденсатор, подключенный к базе эмиттерного повторителя, катушку управления коммутирующего аппарата, зашунтированную обратным диодом и ключ управления, с замыкающим и размыкающим контактами, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности, уменьщения коммутационных перенапряжений и уменьщения коммутационных провалов напряжения, оно снабжено пороговым элементом, дополнительным замыкающим контактом ключа управления, стабилизатором тока включения и стабилизатором тока отключения, причем размыкающий контакт ключа управления включен между базой эмиттерного повторителя и входом стабилизатора тока отключения, замыкающий контакт ключа управления включен между базой эмиттерного повторителя и входом стабилизатора тока включения, а дополнительный замыкающий контакт ключа управления включен между коллектором транзистора и входом порогового элемента, подключенного выходом к катушке управления коммутирующего аппарата. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Спиридонов В., Ткаченко Ю. и Чалый М. Выключение шунтирующего вентиля в системе ёездугового разрыва цепей.-Сб. «Электротехническая промыщленность, вып. 305, М., 1968, с. 12-13. 2.Марактанов В. А. и Пивненко А. Д. О возможности создания выключателя, работающего с заданным законом коммутации.Сб. «Электротехническая промышленность, сер. «Аппараты низкого напряжения, вып. 7 1971, с. 7-8.