Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к контакторам постоянного тока. The invention relates to low-voltage electrical apparatus, in particular to direct current contactors.
Известен контактор постоянного тока [1] содержащий цепь, состоящую из основного тиристора и диода, подключенную параллельно главному контакту, блок принудительной коммутации основного тиристора, состоящий из коммутирующих конденсатора и тиристора, зарядное устройство, блок управления. Устройство [1] характеризуется низкими массогабаритными показателями и недостаточной надежностью вследствие сложности схемы, включающей специализированные блоки заряда и управления, требующие автономного питания. Known DC contactor [1] containing a circuit consisting of a main thyristor and a diode connected in parallel with the main contact, a forced switching unit of the main thyristor, consisting of a switching capacitor and thyristor, a charger, a control unit. The device [1] is characterized by low overall dimensions and insufficient reliability due to the complexity of the circuit, including specialized charge and control units requiring autonomous power.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению устройством (прототип) является контактор постоянного тока [2] содержащий основной тиристор, подключенный параллельно главному контакту, соединяющему цепи источника питания и нагрузки, блок принудительной коммутации основного тиристора, состоящий из коммутирующих тиристора и конденсатора, цепь заряда коммутирующего конденсатора, состоящую из зарядных тиристора и резистора, блок управления тиристорами. The closest device in technical essence to the invention (prototype) is a direct current contactor [2] containing a main thyristor connected in parallel with the main contact connecting the power supply and load circuits, a forced switching unit of the main thyristor, consisting of a switching thyristor and a capacitor, a switching charge circuit a capacitor consisting of a charging thyristor and a resistor, a thyristor control unit.
Устройство [2] обладает невысокой надежностью по следующим причинам:
непосредственное подключение предварительно заряженного конденсатора к основному тиристору в начале процесса принудительной коммутации приведет к двухкратному перенапряжению в цепи нагрузки, а в момент запирания основного тиристора к еще более значительному импульсу перенапряжения из-за наличия собственной индуктивности конденсатора и индуктивности соединительных проводов контура коммутации, что исключает применение быстродействующих тиристоров;
при малых уровнях нагрузки отключение нагрузочной цепи сильно затягивается, так как время перезаряда конденсатора малым током велико;
при наличии в нагрузке значительной индуктивной составляющей коммутирующий конденсатор, имеющий ограниченную емкость, достаточную лишь для коммутации основного тиристора, будет заряжаться до очень высокого напряжения, опасного для изоляции конденсатора.The device [2] has low reliability for the following reasons:
direct connection of the pre-charged capacitor to the main thyristor at the beginning of the forced switching process will lead to a double overvoltage in the load circuit, and at the time of locking the main thyristor to an even more significant overvoltage pulse due to the presence of the capacitor's own inductance and the inductance of the connecting wires of the switching circuit, which eliminates the use of high-speed thyristors;
at low load levels, the disconnection of the load circuit is greatly delayed, since the capacitor recharging time with a small current is large;
if there is a significant inductive component in the load, the switching capacitor, having a limited capacity sufficient only for switching the main thyristor, will be charged to a very high voltage, which is dangerous for the insulation of the capacitor.
Цель изобретения повышение надежности. The purpose of the invention is improving reliability.
В контакторе, содержащем общие с прототипом [2] источник питания, два главных контакта, основной тиристор, блок принудительной коммутации основного тиристора, содержащий коммутирующие тиристор и конденсатор, соединенные между собой последовательно, зарядную цепь, содержащую последовательно соединенные зарядный тиристор и резистор, блок управления тиристорами и цепь нагрузки, при этом один из выводов первого главного контакта подключен к положительному выводу источника питания, аноду основного тиристора и аноду коммутирующего тиристора, катод коммутирующего тиристора подключен к общей точке соединения одной из обкладок коммутирующего конденсатора с одним из выводов зарядной цепи, вторая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с катодом основного тиристора и положительным выводом цепи нагрузки, второй вывод зарядной цепи подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки, указанная выше цель по совершенствованию контактора достигается тем, что он снабжен двумя нелинейно-резистивными элементами и первым обратным диодом, цепь нагрузки зашунтирована вторым обратным диодом и ее отрицательный вывод непосредственно подключен к отрицательному выводу источника питания, блок управления тиристорами выполнен в виде автономных схем управления каждым тиристором, причем схема управления основным тиристором выполнена в виде первого нелинейно-резистивного элемента, второй вывод первого главного контакта соединен с первым выводом второго главного контакта, управляющим электродом основного тиристора и первым выводом первого нелинейно-резистивного элемента, второй вывод второго главного контакта соединен со вторым выводом первого нелинейно-резистивного элемента и с катодом основного тиристора, параллельно основному тиристору подключена цепочка последовательно соединенных второго нелинейно-резистивного элемента и первого обратного диода, автономная схема управления коммутирующим тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных между собой стабилитрона, диода, резистора и контактов концевого выключателя, предназначенного для механической связи с подвижной частью контактора, причем один вывод указанной цепочки подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора, а другой к катоду основного тиристора, причем стабилитрон включен встречно, а диод согласно по отношению к управляющему переходу коммутирующего тиристора, автономная схема управления зарядным тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных резистора, конденсатора и контактов переключателя, которые механически связаны с контактами элемента, включающего катушку электромагнита, причем первый вывод указанной цепочки соединен с управляющим электродом зарядного тиристора, второй вывод в одном положении переключателя соединен с положительным выводом источника питания, а в другом положении он от него отсоединен и присоединен к первому выводу цепочки, в результате чего цепочка замкнута накоротко. In the contactor, containing a power supply common with the prototype [2], two main contacts, a main thyristor, a forced switching unit of the main thyristor, containing a switching thyristor and a capacitor connected in series, a charging circuit containing a charging thyristor and a resistor connected in series, a control unit thyristors and a load circuit, while one of the terminals of the first main contact is connected to the positive terminal of the power source, the anode of the main thyristor and the anode of the switching thyristor a, the cathode of the switching thyristor is connected to the common point of connection of one of the plates of the switching capacitor with one of the terminals of the charging circuit, the second plate of the switching capacitor is connected to the cathode of the main thyristor and the positive terminal of the load circuit, the second terminal of the charging circuit is connected to the negative terminal of the load circuit, above The goal of improving the contactor is achieved by the fact that it is equipped with two non-linear resistive elements and the first reverse diode, the load circuit is shunted by the second an atomic diode and its negative output is directly connected to the negative output of the power source, the thyristor control unit is made in the form of autonomous control circuits for each thyristor, and the main thyristor control circuit is made in the form of a first nonlinear resistive element, the second output of the first main contact is connected to the first output of the second the main contact, the control electrode of the main thyristor and the first output of the first nonlinear resistive element, the second output of the second main contact inen with the second output of the first non-linear resistive element and the cathode of the main thyristor, a chain of series-connected second non-linear resistive elements and the first inverse diode is connected in parallel to the main thyristor, an autonomous switching thyristor control circuit is made in the form of a chain of a zener diode, resistor and contacts of the limit switch, intended for mechanical communication with the moving part of the contactor, moreover, one output of the specified chain connected to the control electrode of the switching thyristor and the other to the cathode of the main thyristor, the zener diode being turned on and the diode according to the control transition of the switching thyristor, the autonomous charging thyristor control circuit is made in the form of a chain of resistor, capacitor and switch contacts connected in series, which are mechanically connected with the contacts of the element including the coil of the electromagnet, and the first output of the specified chain is connected to the control electrode charge thyristor, the second terminal in one position of the switch is connected to the positive terminal of the power source, and in another position it is disconnected from it and connected to the first terminal of the circuit, as a result of which the circuit is short-circuited.
Представленная на чертеже схема контактора постоянного тока с бездуговой коммутацией содержит первый главный контакт 1 и последовательно соединенный с ним второй главный контакт 2, шунтированный первым нелинейно-резистивным элементом 3, основной тиристор 4, шунтирующий цепочку главных контактов 1-2, включенную в цепь источника питания 5, блок принудительной коммутации основного тиристора 4, состоящий из коммутирующих тиристора 6, конденсатора 7, второго нелинейно-резистивного элемента 8 и первого обратного диода 9, цепь заряда коммутирующего конденсатора, состоящая из зарядных тиристора 10 и резистора 11, цепь нагрузки 12, шунтированную вторым обратным диодом 13. Схема управления коммутирующим тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных стабилитрона 14, резистора 15, диода 16 и контактов 17 концевого выключателя, предназначенного для механической связи с подвижной частью контактора. Схема управления зарядным тиристором выполнена в виде цепочки последовательно соединенных резистора 18, конденсатора 19 и контактов 20 переключателя, механически связанных с контактами 21 элемента, подключающего к источнику питания 5 катушку 22 электромагнита. The scheme of the DC contactor with an arcless switching shown in the drawing contains the first main contact 1 and a second main contact 2 connected in series with it, shunted by the first non-linear resistive element 3, the main thyristor 4, bypassing the main contact chain 1-2, included in the power supply circuit 5, the forced switching unit of the main thyristor 4, consisting of a switching thyristor 6, a capacitor 7, a second non-linear resistive element 8 and a first reverse diode 9, the charge circuit is commutating o capacitor, consisting of a charging thyristor 10 and a resistor 11, a load circuit 12, shunted by the second reverse diode 13. The control circuit of the switching thyristor is made in the form of a chain of series-connected zener diode 14, resistor 15, diode 16 and contacts 17 of the limit switch, designed for mechanical communication with the moving part of the contactor. The control circuit of the charging thyristor is made in the form of a chain of series-connected resistor 18, a capacitor 19 and contacts 20 of the switch, mechanically connected with the contacts 21 of the element connecting the coil 22 of the electromagnet to the power source 5.
Устройство, приведенное на чертеже, работает следующим образом. The device shown in the drawing, operates as follows.
В исходном (включенном) состоянии главных контактов 1-2 контакты 21 выключателя разомкнуты, катушка 22 обесточена, а замкнутое состояние контактов 1-2 обеспечивает пружинный механизм контактора. Одновременно с разомкнутым состоянием контактов 21 подвижная контакт-деталь переключателя 20 находится в крайне левом положении и замыкает накоротко цепь из конденсатора 19 и резистора 18, в результате чего конденсатор 19 находится в разряженном состоянии. Управляющие и силовые цепи тиристоров 4, 6, 10 и диодов 9, 13 обесточены, контакты 17 концевого выключателя разомкнуты, конденсатор 7 либо разряжен, либо заряжен с полярностью, показанной на чертеже в скобках. Ток из источника 5 протекает в нагрузку 12 через замкнутую контактную группу 1-2. In the initial (on) state of the main contacts 1-2, the contacts 21 of the switch are open, the coil 22 is de-energized, and the closed state of contacts 1-2 provides the spring mechanism of the contactor. Simultaneously with the open state of the contacts 21, the movable contact part of the switch 20 is in the extreme left position and short-circuits the capacitor 19 and the resistor 18, as a result of which the capacitor 19 is in a discharged state. The control and power circuits of thyristors 4, 6, 10 and diodes 9, 13 are de-energized, the contacts of the limit switch 17 are open, the capacitor 7 is either discharged or charged with the polarity shown in brackets in the drawing. The current from the source 5 flows into the load 12 through a closed contact group 1-2.
В процессе отключения контактора замыкаются контакты 21, подключающие к источнику питания 5 катушку 22 тягового электромагнита, а переключатель 20 переводится в крайне правое положение и подключает к положительному выводу источника питания 5 цепь управления тиристора 10, что приводит к его отпиранию и началу зарядного (перезарядного) процесса конденсатора 7. После завершения зарядных процессов конденсаторов 7 и 19 силовая и управляющая цепи тиристора 10 обесточатся, и он закроется. Эти процессы завершатся раньше того, как ток в катушке электромагнита достигнет значения тока срабатывания, когда придут в движение контакт-детали сначала контакта 2, а затем контакта 1. Размыкание контакта 2 приведет к переходу тока нагрузки в цепь нелинейно-резистивного элемента 3, имеющего напряжение пробоя значительно меньше того уровня, при котором на контакте 2 может возникнуть короткая бесплазменная дуга и который достаточен для отпирания тиристора 4. Последующее за этим размыкание контакта 1 произойдет при открытом тиристоре 4, который шунтирует всю контактную группу 1-2, что приведет к переходу тока нагрузки в цепь с тиристором 4. Таким образом размыкание контактов 1-2 будет полностью бездуговым. In the process of disconnecting the contactor, contacts 21 are closed, connecting the traction electromagnet coil 22 to the power source 5, and the switch 20 is turned to the far right position and connects the thyristor 10 control circuit to the positive output of the power source 5, which leads to its unlocking and the beginning of the charging (recharging) the process of the capacitor 7. After the charging processes of the capacitors 7 and 19 are completed, the power and control circuits of the thyristor 10 are de-energized, and it closes. These processes will end before the current in the coil of the electromagnet reaches the value of the pickup current when the contact part first moves to pin 2 and then to pin 1. Opening contact 2 will cause the load current to transfer to the circuit of the nonlinear resistive element 3 having voltage breakdown is much lower than the level at which a short flameless arc can occur on contact 2 and which is sufficient to unlock thyristor 4. Subsequent opening of contact 1 will occur when thyristor 4 is open, which A shunt shunts the entire contact group 1-2, which will lead to the transfer of the load current to the circuit with thyristor 4. Thus, the opening of contacts 1-2 will be completely arcless.
Полное раздвижение контакт-деталей контакта 1 приведет к замыканию контактов 17 концевого выключателя и подключению управляющей цепи тиристора 6 к положительной обкладке заряженного конденсатора 7, напряжение на которой должно быть больше напряжения пробоя стабилитрона 14. В результате тиристор 6 откроется и начнется разрядный процесс конденсатора 7. Так как конденсатор 7 должен быть неполярным, то в этом случае используются металлобумажные или пленочные типы конденсаторов, имеющие, как правило, значительную собственную индуктивность (0,05-0,1 мкГн). Следует учитывать также индуктивность соединительных проводов контура принудительной коммутации (десятые доли мкГн). Поэтому разряд конденсатора 7 будет иметь колебательный характер с частотой 30-80 кГц. На первом этапе разряд протекает по контуру 7-4-6-7, пока ток в тиристоре 4 не упадет до нуля, а затем по контуру 7-9-8-6-7 (второй этап). На втором этапе разрядный ток становится больше тока нагрузки, а его избыточная часть замыкается через шунтирующую цепь 8-9, падение напряжения в которой приложено в обратном направлении к тиристору 4, ускоряя восстановление его запирающих свойств. Для повышения эффективности этого процесса нелинейно-резистивный элемент 8, определяющий падение напряжения на цепочке 8-9, должен иметь пороговое напряжение порядка 20 В. К моменту обесточивания цепочки 8-9, когда ток разряда станет равным току нагрузки, должно пройти время, достаточное для надежного восстановления запирающих устройств основного тиристора 4. К этому моменту цепь управляющего электрода тиристора 6 будет обесточена, так как напряжение на конденсаторе 7 упадет. Конденсатор 7 начнет перезаряжаться с изменением полярности на его обкладках по контуру 7-12-5-6-7. Если нагрузка 12 контактора чисто активная, то конденсатор 7 зарядится до величины напряжения источника питания (на чертеже полярность указана в скобках). В момент окончания заряда нагрузка отсоединяется от источника питания. Ввиду небольшой емкости конденсатора 7 (10-20 мкФ) этот процесс произойдет при номинальной нагрузке достаточно быстро (15-20 мкс). При малой чисто активной нагрузке процесс отключения теоретически затягивается, но даже небольшой индуктивности соединительных проводов достаточно, чтобы при наличии обратного диода 13, шунтирующего нагрузку 12, процесс отключения ускорился. The full separation of the contact parts of pin 1 will lead to the closure of the contacts 17 of the limit switch and the control circuit of the thyristor 6 is connected to the positive lining of the charged capacitor 7, the voltage on which should be greater than the breakdown voltage of the zener diode 14. As a result, the thyristor 6 will open and the discharge process of the capacitor 7 will begin. Since the capacitor 7 must be non-polar, in this case, paper or film types of capacitors are used, which, as a rule, have a significant intrinsic inductance (0.05- 0.1 μH). It is also necessary to take into account the inductance of the connecting wires of the forced switching circuit (tenths of a μH). Therefore, the discharge of the capacitor 7 will have an oscillatory character with a frequency of 30-80 kHz. At the first stage, the discharge flows along the circuit 7-4-6-7, until the current in the thyristor 4 drops to zero, and then along the circuit 7-9-8-6-7 (second stage). At the second stage, the discharge current becomes larger than the load current, and its excess part is closed through the shunt circuit 8-9, the voltage drop in which is applied in the opposite direction to the thyristor 4, accelerating the restoration of its locking properties. To increase the efficiency of this process, the nonlinear resistive element 8, which determines the voltage drop across the circuit 8-9, should have a threshold voltage of about 20 V. By the time the circuit 8-9 is de-energized, when the discharge current becomes equal to the load current, sufficient time should pass for reliable restoration of the locking devices of the main thyristor 4. At this point, the control circuit of the thyristor 6 will be de-energized, since the voltage across the capacitor 7 will drop. The capacitor 7 will begin to recharge with a change in polarity on its plates along the circuit 7-12-5-6-7. If the load 12 of the contactor is purely active, then the capacitor 7 will be charged to the voltage of the power source (in the drawing, the polarity is indicated in brackets). At the end of the charge, the load is disconnected from the power source. Due to the small capacitance of capacitor 7 (10–20 μF), this process will occur at rated load quite quickly (15–20 μs). With a small purely active load, the disconnection process is theoretically delayed, but even a small inductance of the connecting wires is enough so that in the presence of a reverse diode 13, shunting the load 12, the disconnection process is accelerated.
Если нагрузка имеет значительную индуктивную составляющую, то в ее магнитном поле запасается значительная магнитная энергия, которая в процессе отключения при отсутствии диода 13 преобразуется в электрическую энергию коммутирующего конденсатора 7 и зарядит его до очень высокого напряжения, опасного для изоляции. Чтобы этого не произошло, нагрузка шунтируется обратным диодом 13 и тогда конденсатор 7 зарядится практически только до величины напряжения источника питания, так как зарядный ток замкнется через открытый диод 13. С окончанием перезаряда конденсатора 7 (очень быстрый процесс) источник питания 5 отсоединяется от нагрузки 12, хотя ток в нагрузке активно-индуктивного характера еще не успевает упасть до нуля: он замкнется через диод 13 и будет снижаться в соответствии с постоянной времени нагрузки. If the load has a significant inductive component, then considerable magnetic energy is stored in its magnetic field, which, during the disconnection process, in the absence of a diode 13, is converted into electrical energy of the switching capacitor 7 and charges it to a very high voltage, which is dangerous for insulation. To prevent this from happening, the load is shunted by the reverse diode 13 and then the capacitor 7 is charged almost exclusively to the voltage of the power source, since the charging current closes through the open diode 13. With the end of the recharging of the capacitor 7 (very fast process), the power source 5 is disconnected from the load 12 , although the current in the load of an active-inductive nature still does not have time to drop to zero: it closes through diode 13 and will decrease in accordance with the load time constant.
В следующем цикле отключения контактора конденсатор 7 следует перезарядить таким образом, чтобы он приобрел исходную полярность, показанную на чертеже без скобок. Для этой цели служит цепочка 10-11. In the next cycle of disconnecting the contactor, the capacitor 7 should be recharged so that it acquires the original polarity shown in the drawing without brackets. For this purpose, chain 10-11 is used.
Включение контактора происходит путем замыкания сначала контакта 1, а затем с некоторой выдержкой времени и контакта 2. Это приведет к включению на короткое время тиристора 4, а затем к его отключению, так как при замкнутых контактах 1-2 тиристор 4 обесточится, и ток перейдет в контактную цепь. The contactor is turned on by first closing contact 1, and then with a certain delay of time and contact 2. This will turn on thyristor 4 for a short time, and then turn it off, since when contacts 1-2 are closed, thyristor 4 is de-energized and the current will pass into the contact circuit.
Схема контактора постоянного тока, обеспечивающая бездуговую коммутацию при размыкании главного контакта, достаточно проста, имеет минимальное количество элементов и не требует для питания отдельных ее цепей дополнительных источников энергии. Включение основного тиристора, шунтирующего главный контакт, не происходит в момент его размыкания, а с некоторым опережением, поэтому кратковременная короткая дуга, свойственная большинству схем гибридных контакторов, здесь не образуется, что увеличивает ресурс главного контакта. Все это обеспечивает высокую надежность схемы контактора. The DC contactor circuit, which provides arc-free switching when the main contact opens, is quite simple, has a minimum number of elements and does not require additional energy sources to power its individual circuits. The main thyristor, which shunts the main contact, does not turn on at the moment of its opening, but with a certain lead, therefore, the short-term short arc characteristic of most hybrid contactor circuits is not formed here, which increases the resource of the main contact. All this provides high reliability of the contactor circuit.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94031175ARU2069407C1 (en) | 1994-08-15 | 1994-08-15 | Arcless-switching dc contactor |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94031175ARU2069407C1 (en) | 1994-08-15 | 1994-08-15 | Arcless-switching dc contactor |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94031175A RU94031175A (en) | 1996-08-10 |
| RU2069407C1true RU2069407C1 (en) | 1996-11-20 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94031175ARU2069407C1 (en) | 1994-08-15 | 1994-08-15 | Arcless-switching dc contactor |
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069407C1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2391735C1 (en)* | 2009-03-17 | 2010-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Device for arcless disconnection of direct current by contact switching device |
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 546029, кл. H 01H 9/30, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР N 526029, кл. H 01H 9/30, 1976.* |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2391735C1 (en)* | 2009-03-17 | 2010-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технос" | Device for arcless disconnection of direct current by contact switching device |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94031175A (en) | 1996-08-10 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10217585B2 (en) | Control circuit for composite switch with contact protection based on diode and relay control method | |
| JP2849876B2 (en) | Charger for electric energy storage means, comprising means for permitting charge control | |
| RU2069407C1 (en) | Arcless-switching dc contactor | |
| RU2100861C1 (en) | D c contactor with arcless commutation | |
| RU2074430C1 (en) | Electromagnetic drive for switching device | |
| RU2069406C1 (en) | Arcless-switching dc contactor | |
| RU2094882C1 (en) | Device for arcless handling of inductance circuit | |
| RU2305366C1 (en) | Constant current circuit release | |
| RU2210832C2 (en) | Direct-current disconnecting device | |
| SU1365155A1 (en) | Quick-acting circuit-breaker | |
| SU1683086A1 (en) | Device for control of high-voltage circuit breaker | |
| SU849327A1 (en) | Device for switching heavy dc circuits | |
| SU1339671A1 (en) | Apparatus for monitoring electric magnetic drive | |
| SU790028A1 (en) | Device for boosting hydrodistributer with dc electromagnet | |
| RU2094883C1 (en) | Dc contactor | |
| SU1742934A1 (en) | Device for protection of thyristor converter against emergency currents | |
| SU957390A1 (en) | Asynchronous electric motor start-up device | |
| RU2109363C1 (en) | Device for arcless disconnection of dc inductive circuit | |
| SU1030874A2 (en) | Vacuum d.c. switch | |
| SU1191964A1 (en) | Three-phase high-speed hybrid contactor | |
| SU1132312A1 (en) | Vacuum a.c.circuit breaker | |
| RU2009051C1 (en) | Device for starting locomotive diesel | |
| RU2020734C1 (en) | Charging device for reservoir capacitor | |
| SU1561115A1 (en) | Dc switch | |
| SU1120416A1 (en) | Multipole circuit breaker with arcless commutation |