Гибридный выключатель постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H01H9/30 

( 5) ГИБРИДНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к Гибридным выключателям постоянного тока. Известны гибридные выключатели постоянного тока, содержащие главные контакты, привод главных контактов, тиристор, включенный параллельно главным контактам, коммутирующий конденсатор и блок управления. В указанных выключателях подключение тиристора параллельно главным конта там исключает образование электрической дуги на контактах при KOMi Jyтации тока, а последующее выключение тиристора обеспечивается предварител но заряженным коммутирующим конденсатором tl, 31 Существенным недостатком данных выключателей является их пониженная надежность вследствие относительно большой величины емкости коммутирующих конденсаторов (и, соответственно, их количества), необходимой для принудительной коммутации тиристора при отключении номинальных и особенно аварийных токов. Величина емкости коммутирующего конде1 ;атора должна обеспечить определенное время существования обратного напряжения на тиристоре. Упомянутая величина времени составляет для рассматриваемых устройств при индуктивной нагрузке о активной нагруз 4 - Р„ Е/ где tp время существоннния обратного напряжения на тиристоре; С емкость коммутирующего конденсатора;начальное напряжение на коммутирующем конденсаторе; отключаемый ток; ЭДС сети. 39 Определенная по приведенным выражениям величина емкости коммутирующе го конденсатора получается весьма значительной.Например, для отключения номинального тока выключателя 250 Л при времени выключения тиристора 150 МКС и начальном напряжении на коммутирующем конденсаторе 220 В необходима емкость не ниже 170 мкФ при индуктивной и мкФ при активной нагрузке, а при отключении тока перегрузки, составляющего 2,5 но -инального, величина емкости составляет 425 мкФ и 616 мкФ соответственно. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является контактор постоянного тока с бездуговой коммутацией, содержащий главные контакты, привод главных контактов, диод и тиристор, вклюменные встречно-параллельно главным контактам, коммутирующий конденсатор и блок управления. Введение диода, включенного параллельно тиристору, и создание колебательного характера разряда коммутирующего конденсато ра позволяет ИСКЛЮЧИТЬ влияние характера нагрузки на время существования обратного напряжения на тиристоре, которое определяется по первому из приведенных выражений 4. Недостатком этого устройства является пониженная надежность вслед ствие большой величины емкости коммутирующих конденсаторов и, соответственно, их количества. Цель изобретения - повышение надежности работы гибридного выключателя постоянного тока. . Поставленная цель достигается тем, что в гибридный выключатель постоянного тока, содержащий главные контакты, привод главных контактов, диод и тиристор, включенные встречно-параллельно главным контактом, коммутирующий конденсатор и бло управления,.дополнительно введены ти ристорный мост, симистор и два транс форматора тока, причем выходные клем мы постоянного тока тиристорного моста включены параллельно главным контактам, а к входным клеммам переменного тока тиристорного моста подключены соединенные последовательно коммутирующий конденсатор, симистор и втори.цные обмотки трансформаторов тока, первичные обмотки включены встречно и последовательно в цепь нагрузки. Именно введение тиристорного мост та, симистора и двух трансформаторов тока с включением выходных зажимов постоянного тока тиристорного моста параллельно главным контактам и подключением к входным клеммам переменного тока тиристорного моста соединенных последовательно коммутирующего конденсатора, симистора и вторичных обмоток трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены встречно и последовательно в цепь нагрузки, обеспечивает повышение надежности работы гибридного выключателя постоянного тока благодаря тому, что существенно уменьшается величина емкости коммутирующего конденсатора, а следовательно, и количество упомянутых конденсаторов. Введение этих элементов и соединение их описанным путем обеспечивает многократный перезаряд коммутирующего конденсатора постоянным током при сохранении обратного напряжения на выключаемом тиристоре, что позволяет получить существенно более Щ4сокое чем в известном устройстве время су1)ествования обратного напряжения на тиристоре или, что более необходимо, при сохранении величины времени выключения существенно снизить емкости коммутирующего конденсат счэ а. Кроме того, введение тиристорного моста, симистора и двух трансформаторов тока, позволяющее повысить надежность работы из-за уменьшения величи1«1 емкости и количества коммутирующих конденсаторов, одновременно позволяет уменьшить габариты и стоимость устройства в целом. На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графики изменения токов и напряжений в схеме, поясняю1 4ие ее работу. Гибридный выключатель содержит главные контакты 1, их привод 2, диод 3 и тиристор , включенные встречно-параллельно главным контактам 1, коммутирукэдий конденсатор 5, блок уп авления 6, тиристорный мост, состоящий из тиристоров 7-10, симистор 11, трансформаторы тока 12 и 13 и устройство заряда коммутирукадего конденсатора. Предлагаемое устройство работает следукхчим образом. Во включенном состоянии главные контакты 1 замкнуты и по ним протекает ток нагрузки (направление тока показано на фиг.1 стрелкой), тиристоры и 7-10 и симистор 11 не включены, коммутирующий конденсатор 5 заряжен др напряжения Vc от ройства заряда l tlполярность напря- о жения на конденсаторе 5 показана на фиг.1). При отключении гибридного выключателя под действием привода 2 начинают размыкаться главные контакты 15 I.Одновременно блок управления 6 подает сигнал на включение тиристора k, и ток нагрузки переходит из цепи главных контактов 1 в цепь тиристора А, благодаря чему обеспе- 20 чивается бездуговое размыкание главных контактов 1. С выдержкой време- : ни, достаточной для полного перехода тока из цепи главных контактов 1 в цепь тиристора л и расхождения2S главных контактов 1 на расстояние, исключающее пробой воздушного промежутка, блок управления 6 подает сигнал на вклпчение тиристоров 7 10 и сижстора 11. Этим обеспечивает-зо ся цепь разряда коммутирующего конденсатора 5: вторичные обмотки трансформаторов тока 13 и 12, симистор II,тиристор 10, диод 3, тиристор 7. Ток разряда конденсатора 5 ограничен величиной, определяемой соотношением 1 I где I- ток заряда конденсатора; оотключаекмй ток; -, w число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, поэтому в цепи коммутирующего кон- денсатора 5 возннкают прямоугольные импульсы тока уменьшающейся длительности , а напряжение на конденсаторе имеет треугольную форму с уменьшающейся амплитудой (см.фиг.2). При о ко изменении направления тока в контуре коммутирующего конденсатора 5 изменяется проводящее состояние тиристоров моста, и дпя каждого направления тока работает один из трансфор- мо маторов тока 12 и 13, в котором н.с. первичной и вторичной обмоток направлены встречно. ти че ри це оп со гд сл ни ся гд опр т.е +А от рас т. ум чи При выборе (ip to резульрующий ток |д | с Зо РОоД рез запирающее напряжение на тисторе 1. Длительность протекания тока в пи коммутирующего конденсатора ределяется следующим приближенным отношением: „ . С vL-(JV) 0 2rfV , е г - активное сопротивление контура тока (в обмоток трансформаторов 12 и 13); ЛМ - общее падение напряжения на тиристорах 7 и 10 (или 8 и 9), симисторе 11, диоде 3. Указанное соотношение получено из едующих соображений. Процесс перемагничивания сердечка трансформатора тока описываетуравнением, число Ш1ТКОВ соответсте w ,Wq венно первичной и вторич«ой обмоток трансформатора тока; -отключаемый ток; сечение магнитопровода трансформатора тока; и - напряжение на конденсаторе; «Jdt-V . Шь ,-П. 1олноб 8p4U) перемагничивания t еделяется из условия , . ,(r1ogl + /) tj , куда 2c(Vco-4o5i-AV)Wa loW, Напряжение на емкости в конце сматриваемого этапа c, е. на кансдом чикле напряжение на нденсаторе по абсолютной величине еньшается на., 2).; Если ввести AV rlorj -fAV, то полное сло циклов перемагничивания (п) жет быть найдено из условия Ус(,-п2«ЛГ Л, VftoW Длительность цикла перемагнимив ния может быть записана в виде . 2cCvco-(2j-i)dvlwa 3loW где j - номер цикла. Тогда полная длительность прот кания тока через коммутирующий конденсатор равна сумме длительнос тей циклов перемагнимивания -т (2j-l)dV3Wa. п 4-.(„U.5 , . С Vc o-Cd-V) . О IQ2d В известных устройствах время выключения тиристора, включенного параллельно главным контактам t. ° о Таким образом, при равных t кратность уменьшения емкости в предлагаемом устройстве по сравнению с известным составляет Сиаа Vcc-fc v) СПРСАЛ 2-V{OcJV Так, в случае, когда г10«дУ, а дУйЛО В и В, емкость коммутирующего конденсатора предла гаемого устройства почти в 11 раз меньше емкости известного. После уменьшения напряжения на коммутирущем конденсаторе 5 до величины, близкой к нулю, блок управления 6 снимает сигнал управления с тиристоров 7-10 тиристорного моста, а затем с выдержкой времени снимается сигнал управления с сими тора 11, благодаря чему происходит полное отключение тока нагрузки. Таким образом, предлагаемый гиб ридный выключатель постоянного ток по сравнению с известным обладает повышенной наде яностью работы, так как в нем существенно уменьшена ем кость, и, соответственно, количест во коммутирующих конденсаторов. По 18 . леднее обеспечивает также снижение габаритов и стоимости гибридного выключателя. Экономическая эффективность составляет порядка 100 руб. для выключателя на номинальный ток 250 А и 300 руб. для выключателя на номинальг ЫЙ ток АОО Л. Общий экономический эффект при годовой потребности 500 шт. изделий на оба номинальных тока составляет 100 тыс. руб. Формула изобретения Гибридный выключатель постоянного тока, содержащий главные контакты, привод главных контактов, диод и тиристор, включенные встречнопараллельно главным контактам, коммутирующий конденсатор и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены тиристорный мост, симистор и два трансформатора тока, причем выходные клеммы постоянного тока тиристорного моста включены параллельно главным контактам, а к входным клеммам переменного тока тиристорного моста подключены соединенные последовательно коммутирующий конденсатор, симистор и вторичные обмотки трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены встречно и последовательно в цепь нагрузки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Контакторы серии Н фирмы СЕМ. Франция. Contacteurs Speslanx, 1966, с.109. 2, Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 01 Н 9/30, 197. 3.Авторское свидетельство СССР 526029, кл. Н 01 Н 9/30, 1976. 4.Авторское свидетельство СССР № 521611, кл, Н 01 Н 9/30, 1976.

+3

Ж

V

ц

Й

«

I г т гп i

ФтЛ