Переключатель питания Советский патент 1981 года по МПК H02J9/06 

(54) ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПИТАНИЯ

Изобретение относится к низковоль ным электрическим аппаратам, а именно к уст эойствам обеспечения беспере бойного питания особо ответственных потребителей, например вычислительных машин, вь1полняющим функцию прямого переключения питания с одного источника (основного) на другой (резервный) при недопустимом снижении напряжения в основном, а также обрат ного переключения при восстановлении напряжения в. основном источнике. Известен бесконтактный переключатель питания, содержащий бесконтактные прерыватели тока основного и резервного источников и обладающий высоким быстродействием D-}Недостатком их являются низкая перегрузочная способность потоку, зн чительные тепловые потери на бесконтактных элементах во включенном сост янии, а следовательно, и большие габариты переключателей при повышенных значениях номинальных TQKOB. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае- мому результату является устройство для автоматического включения резерва судовых потребителей, содерзкащее 8 каждом полюсе силовой части два по следовательно соединенных контакта контакторов, соединяющих входные клеммы переключателей со стороны обоих источников ме}хду собой, причем точка соединения контактов между 00- бой предназначена для подключения к клемме нагрузки непосредственно Г2. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие (время перекл очения), которое определяется по формуле I п Выкл г. д йкл, гдei в(, -время расхождения контактов контактора, стоящего в цепи откдтча-. емого основного источника;-1гг д - время гашения дуги на контактах отключаемого контактора jig-ц д -интервал времени между моментом погасания дуги и моментом замыкания конта{ тора, стоящего в цепи подключаемого резервного источника. ; Для существующих типов контакторов время -fc п весьма большое-, превышает х-ЮО мс, что неприемлемо для целого ряда ответственных потребителей, например, для цифровых вычислительных машин -Ь у, 5 мс. Цель изобретения - повышение быстродействия, применение переключателя в цепях постоянного и переменного тока. Указанная цель достигается тем, что в переключатель питания потребителей от двух источников, в каждом полюсе которого включены последовательно контакты двух контакторов, со единяющие входные клеммы переключате ля между собой, причем точка соедине ния контактов между собой предназначена для подключения к клемме нагрузки, введены бесконтактный узел, быстродействую1-щй контактор, контакт которого зашунтирован бесконтактным узлом, и полупроводниковые элементы, причем точка соединения контактов с клеммой нагрузки через контакт быстродействующего контактора, зашунтированный бесконтактным узлом, а клемма нагрузки соединена с входными через полупроводниковые элементы. Шунтирующий бесконтактный узел переключателя, работающего на пере-, менном токе, представляет собой бесконтактный ключ с любым видом коммутации. В переключателе постоянного тока шунтирующий бесконтактный узел диод. Благодаря такому схемному решению достигается уменьшение времени переключения (за счет бездуговой коммутации и быстродействующего контактора, работающего в импульсном режиме) Ка фиг. 1 представлена схема пред лагаемого переключателя; на фиг. 2 диагра.-дмы, поясняю1-1ие принцип действия переключателя; на фиг.3-4 - прим ры выполнения контактов для типоисполнения переключателя на переменном токе; на Фиг. 5 - схема контакта для типоисполнения переключателя на постоянном токе. Переключатель включает контакты 1 и 2 контакторов, служащие для выключения тока нагрузки, протекающего соответственно от основного источника UQ) и резервного ирщ , (при отсутс ВИИ управления контакты 1 и 2 разомк нуты) контакт 3 быстродействующего контактора, зашунтированный бесконтактным узлом (при отсутствии управления контакты контактора замкнуты), полупроводниковые элементы 4 и 5(на переменном токе это симисторы или встречно-параллельно включенные тиристоры, на постоянном токе это тиристоры) , контакт 6 контактора с быстродействующим приводом на отключение, бесконтактный ключ 7 (симнсто с естественной коммутацией (выключение при переходе тока через нулевые значения), контактор 8 с быстродейст вующим приводом на отключение, бесконтактные ключи 9-13, например диоды и тиристор. Узел принудительной коммутации, служащий для запирания тиристора 13, содержит индуктивность 14, емкость 15 (полярность напряжения предварительного заряда указана) и коммутирующий тиристор 16. Переключатель также содержит быстродействующий контактор 17 и диод 18. Номера позиций контактов и их контакторов совпадают. Рассмотрим принцип действия переключателя (фиг. 1 и 2) в режиме переключения потребителя с основного источника на резервный, для упрощения предполагая, что время выключения тока контактом 1 меньше времени замыкания контактов 2 (что наиболее характерно для существующих типов контакторов, в противном случае управление на контакторы при переключении следует подавать с задержкой во времени относительно момента снятия управления с контактора, стоящего в цепи протекания тока отключаемого источника), причем данные времена значительно превышают время размыкания контактов 3. До момента переключения-fc управление подается только на контактор 1, то есть его контакты замкнуты . В момент переключения управление с контакта 1 снимается и подается на контакты. 2 и 3. К MOMeHTy-t,j ток нагрузки, протекающий от основного источника, выключается с помощью контактов 3 (на постоянном токе выключение тока не происходит, о чем будет сказано ниже), хотя контакты 1 еще не успевают разомкнуться, в момент t-j управление подается на полупроводниковый элемент 4, при этом в нагрузке начинает протекать ток от резервного источника. Уравнительный ток через элемент 4 от источниковУ ц и Up не протекает так как на переменном токе элемент 3 выключен, а на постоянном токе (фиг. 5) контактор 17 выключен и в цепь соединения клеммы Н с точкой соединения контакторов 1 и 2 вводится диод 18, препятствующий протеканию уравнительного тока. К моменту -tj контакты 1 размыкаются, а контакты 2 заглыкаются, поэтому в момент i управление с контактов 3 снимается. После замыкания контактов 3 быстродействующего контактора полупроводниковый элемент 4 становится зашунтированным контактами 2 и 3, и,ток из цепи элемента 4 переходит в цепь контактов. Таким образом, время переключения . и определяется только быстродействием элемента (не превышает десятков микросекунд), которое в свою очередь, зависит от времени разведения контакта 3 с помо1чью быстродействующ го привода на расстояние, при котором обеспечивается электрическая прочность изоляции межконтактного промежутка (практически данное расстояние составляет 0,5-1 мм. а время разведения может быть менее при использовании приводовна базе индукционнодинамических, электродинамических механизмов)/ а также (для переключателей переменно .го тока) от времени выключения бесконтактного ключа, шунтирующего кон такт 3. Время выключения бесконтактного ключа 7 (фиг. 3), управление .на который подается в течение времени ip , равно3i i (где Т - период колебаний напряжений источников), т есть время переключения для случаев естественной коммутации бесконтактного ключа, шунтирующего контакт 3 равно п р tBk.A---tp- -j- , что для частоты источников, равной 50 Гц составляет -t « 11 мс. , Уменьшение времени выключения бес контактного ключа достигается в случае принудительной коммутации Так, выключение тока через ключи 9-13, замкнутое состояние которого обеспе.чивается путем подачи управления на ключ 13 в течение времени -tp , после чего управление подается на тиристор 16, При этом емкость 15 перезаряжает ся по цепи индуктивность 14-тиристор 16-ключи 9-12. Ток перезаряда емкости, протекающий через диоды моста, создает падение напряжения, прикладываемое к ключу 13 в запирающем направлении. Учитывая, что время выклю чения тиристоров составляет 0,050,5 мс, имеем в данном случае in X 1,5 мс. Время переключения на постоянном токе равно времени , поскольку здесь выключение тока, протекающего через шунтирующий контакт-полупровод никовый элемент, не производится. Переключение нагрузки с резервного источника на основной происходит аналогичным образом. Управление с полупроводникового элемента 4 снимается одновременно со снятием управ ления с контакта 2, поскольку в момент снятия управления элемент 4 обесточен,то после размыкания контакта 2 он будет находиться в выключенном состоянии. Переключение нагрузки с одного источника на другой (фиг. 1) осущест вляется при токах, не превышающих топустимой перегрузки. Аварийные токи через полупроводниковые элементы не протекают (поскольку они зашунтированы контактами). Благодаря практическому отсутствию тепловых потерь.на включенных контактах 1-3, а следовательно, и громоздких охладителей, достигается существенный выигрыш в габаритах в предлагаемом переключателе по сравнению с известными, не уступая последним в быстродействии. Таким образом, предлагаемый переключатель обеспечивает существенное уменьшение времени переключения по сравнению с известным. Формула изобретения 1. Переключатель питания потребителей от двух источников, в каждом полюсе которого включены последовательно контакты двух контакторов, соединяющие входные клеммы переключателя ме;хду co6ofi, причем точка соединения контактов между собой предназначена для подключения к клемме нагрузки, отличающ. ийся тем, что, с целью повышение быстродействия, в него введены бесконтактный узел, быстродействующий контактор, контакт которого зашунтирован бесконтактным узлом, и полупроводниковые элементы/ причем точка соединения контактов соединена с клеммой нагрузки через контакт быстродействующего контактора, а клемма нагрузки соединена с входными клеглмами через полупроводниковые элементы. 2.Переключатель по п. 1, о т л ичающийся тем, что, с целью применениуТ переключателя в цепях переменного тока, шунтирующий бесконтактный узел выполнен в виде бесконтактного ключа. 3.Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью применения переключателя в цепях постоянного тока, шунтирующий бесконтактный узел выполнен в виде диода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 316154, кл. Н 02J 9/06, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР t 459827, кл. Н 02Х 9/06, 1975.