Гібридний контактор

Гібридний контактор, що містить у кожному полюсі головні контакти, кожен з яких складається з нерухомого і рухомого контактів, силовий безконтактний ключ і схему керування, який відрізняється тим, що в нього додатково введені у кожний полюс датчик струму, підключений послідовно з головними контактами з боку нерухомого контакту, додатковий рухомий контакт, розташований над рухомим головним контактом, верхній і нижній кінці 3 довищі. Тому галузі застосування цього контактора суттєво обмежуються. Також відомий гібридний двополюсний контактор постійного струму, що містить у кожному полюсі по одному головному контакту, які відрегульовані з можливістю розмикання другого головного контакту пізніше розмикання першого, реле струму (датчик струму), увімкнене послідовно з першим головним контактом, повністю керований силовий безконтактний (напівпровідниковий) ключ, наприклад двохопераційний тиристор або IGBTтранзистор, увімкнений паралельно реле струму й першому головному контакту, та схему керування включенням керованого ключа, який складається із замикаючого контакту реле струму, діода й резистора, через які вхідне коло повністю керованого напівпровідникового ключа підключене паралельно першому головному контакту, і пристрій примусової комутації цього ключа, який складається з комутуючого тиристора, комутуючого конденсатора, обмежуючого резистора, елемента затримки часу, який складається з резистора й конденсатора, і транзисторного ключа, при цьому вхідне коло повністю керованого напівпровідникового ключа через комутуючий тиристор та обмежуючий резистор підключене паралельно комутуючому конденсатору, а вхідне коло комутуючого тиристора через транзисторний ключ і елемент затримки часу підключене також паралельно комутуючому конденсатору, він також містить обмежувач перенапруг, підключений між вхідним затискачем першого полюсу і вихідним затискачем другого полюсу контактора [Патент на корисну модель №33171, МПК Н01Н9/30, Н01Н9/54, Бюл. №11, 2008]. У цього контактора за рахунок застосування другого полюсу з головним контактом зі спеціально відрегульованим зазором виключено гальванічний зв'язок між мережею та навантаженням у вимкненому стані. Але це досягається суттєвим підвищенням габаритів і вартості виробу, а також зниженням надійності його роботи, і якщо для бездугової комутації кіл постійного струму це технічне рішення є прийнятним, то очевидно, що для бездугової комутації кіл змінного струму (звичайно трифазних) його застосовування не є доцільним. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є обраний як прототип гібридний контактор змінного струму, кожний полюс якого містить головні контакти, що складаються з нерухомого й рухомого контактів, силовий безконтактний ключ, який складається з двох зустрічнопаралельно увімкнених тиристорів, відокремлюючи контакти з послідовно підключеним запобіжником, через які силовий безконтактний ключ підключений паралельно головним контактам, схему керування, що складається з керуючих контактів і обмежуючого резистора, зашунтованого конденсатором, при цьому керуючі електроди тиристорів через керуючі контакти й обмежуючий резистор з'єднані між собою [Сосков А.Г., Соскова И.А. Полупроводниковые аппараты: коммутация, управление, защита. - К.: Каравелла, 2005. - 314с. С.38]. У цьому контакторі виключено протікання струму витоки силового безконтактного ключа через навантаження у вимкненому стані. Це досяга 51691 4 ється шляхом введення у кожний полюс апарату додаткових сильнострумних відокремлюючих контактів і слабкострумних керуючих контактів. При цьому при вмиканні спочатку замикаються відокремлюючи контакти, далі керуючі, потім головні, а при вимиканні спочатку розмикаються головні контакти, далі керуючі, а потім через проміжок часу не менше півперіоду струму головного кола - відокремлюючи контакти. Це технічне рішення суттєво збільшує масу, габарити і вартість виробу і знижує надійність роботи контактора через збільшення контактних кіл утричі, до того ж охоплених достатньо складним кінематичним зв'язком. В основу корисної моделі поставлене завдання удосконалення гібридного контактора, в якому введення нових конструктивних елементів і зв'язків дозволило б забезпечити бездугову комутацію кіл як змінного, так і постійного струмів, виключення протікання струмів витоки силового безконтактного ключа через навантаження у вимкненому стані контактора, і за рахунок цього знизити трудомісткість виготовлення, масу, габарити й вартість, а також підвищити його надійність. Поставлене завдання зумовлене тим, що у відомих гібридних контакторах, які містять силовий безконтактний ключ, підключений паралельно головним контактам, або не виключене протікання струму витоки силового безконтактного ключа через навантаження у вимкненому стані, або воно виключене за допомогою таких технічних рішень, реалізація яких веде до суттєвого підвищення маси, габаритів і вартості контактора, а також зниження надійності його роботи. Поставлене завдання вирішується тим, що у гібридний контактор, який містить у кожному полюсі головні контакти, кожен з яких складається з нерухомого і рухомого контактів, силовий безконтактний ключ і схему керування, згідно корисної моделі додатково введені у кожний полюс датчик струму, підключений послідовно з головними контактами з боку нерухомого контакту, додатковий рухомий контакт, розташований над рухомим головним контактом, верхній і нижній кінці якого виконані з матеріалу, що не проводить струм, два упори, які також виконані з матеріалу, що не проводить струм, один з яких крізь отвір у рухомому головному контакті упирається в нижній кінець додаткового рухомого контакту, а другий через другий отвір в рухомому головному контакті - у верхній кінець того ж контакту та дві пружини, що стискаються, які надягнуті на вказані упори, кожен з кінців цих пружин жорстко закріплений з одного боку з частиною, яка не проводить струм, додаткового рухомого контакту, а з іншого - з рухомим головним контактом у місці, де його пронизує упор, при цьому силовий безконтактний ключ підключений одним виводом до вихідного затискача контактора з боку нерухомого головного контакту, а другим - до гнучкого виводу від додаткового рухомого контакту. Один полюс гібридного контактора показано на рисунках, при цьому на Фіг.1 - його схему, а на Фіг.2 - ескіз конструкції головних контактів у вимкненому стані. 5 Гібридний контактор містить у кожному полюсі головні контакти, кожен з яких складається з нерухомого і рухомого контактів, відповідно 1 і 2, силовий безконтактний ключ 3 і схему керування 5, у контактор додатково введені у кожний полюс датчик струму 4, підключений послідовно з головними контактами з боку нерухомого контакту 1, додатковий рухомий контакт 6, розташований над рухомим головним контактом 2, верхній і нижній кінці, відповідно 7 і 8, якого виконані з матеріалу, що не проводить струм, два упори 9 і 10, які також виконані з матеріалу, що не проводить струм, один з яких, наприклад 9, у відключеному стані контактора проникаючи крізь отвір 11 у рухомому головному контакті 2, упирається в нижній кінець 8 додаткового рухомого контакту, а 10 через отвір 12 в рухомому головному контакті 2-у верхній кінець 7 того ж контакту та дві пружини 13 і 14, що стискаються, які надягнуті на вказані упори, кожен з кінців цих пружин жорстко закріплений з одного боку з частиною, яка не проводить струм, додаткового рухомого контакту 6, а з іншого - з рухомим головним контактом 2 у місці, де його пронизує упор, при цьому силовий безконтактний ключ 3 підключений одним виводом до вихідного затискача 15 контактора з боку нерухомого головного контакту 1, а другим - до гнучкого виводу 16 від додаткового рухомого контакту 6, і який пронизує рухомий головний контакт 2 через отвір 17. На фігурах як силовий безконтактний ключ 3 можуть бути застосовані два зустрічно-паралельно підключені тиристори в контакторах змінного струму, або один повністю керований напівпровідниковий прилад, наприклад IGBT-транзистор або двоопераційний тиристор, в контакторах постійного струму. Як датчик струму 4 в контакторах змінного струму може застосовуватись трансформатор струму, а в контакторах постійного струму - реле струму. У вимкненому стані контактора рухомий головний контакт 2 під дією поворотної пружини, яка не показана на фігурах, доведений до упору 18, а додатковий рухомий контакт 6 відділений від нього за допомогою упорів 9 і 10. В результаті силовий безконтактний ключ 3 буде гальванічно не зв'язаний з напругою мережі, а на рухомий головний контакт 2 буде діяти сила, що дорівнює різності сил поворотної пружини й пружин 13 і 14. У ввімкненому стані контактора коло головних контактів замкнене і по ньому протікає струм навантаження. Датчик струму 4 виробляє сигнал, що діє на схему керування 5 таким чином, що вона виробляє керуючий сигнал на вмикання силового безконтактного ключа 3, однак через мале падіння напруги на ділянці кола нерухомий головний контакт 1 і додатковий рухомий контакт 6, струм у коло силового безконтактного ключа 3 відгалужуватися не буде. При вимиканні контактора при розімкненні контактів 1 і 6 між ними виникає «коротка» дуга з на 51691 6 пругою порядка 10-12В, під дією якої безконтактний ключ 3 вмикається і струм з кола цих контактів переходить до його кола. Звичайно цей процес триває кілька десятків мікросекунд і тому практично не приводить до зносу контактів. При повному перетіканні струму з кола нерухомого головного контакту 1 й додаткового рухомого контакту 6 датчик струму 4 діє на схему керування таким чином, що вона припиняє подавати сигнал на вмикання силового напівпровідникового ключа в контакторах змінного струму і продукує з фіксованою затримкою сигнал на вимикання силового безконтактного ключа 3 в контакторах постійного струму. Тривалість цієї затримки обирається такою, щоб до моменту вимикання силового безконтактного ключа забезпечити необхідну електричну міцність контактного проміжку між контактами 1 і 6, які розходяться. Тривалість же затримки до моменту розмикання контактів 6 і 2 повинна бути достатньою, щоб за цей проміжок відбулося надійне вимикання напівпровідникового ключа, тобто були забезпечені умови бездугового розмикання контактів 6 і 2. Указана тривалість в нашому випадку визначається швидкістю руху контактів, що розходяться, і висотою упорів 9 і 10 і звичайно для надійної роботи контактора повинна перевищувати на 30-40% тривалість півхвилі напруги мережі у колах змінного струму і тривалість затримки на вимикання силового безконтактного ключа 3 в колах постійного струму. Оскільки в існуючих контакторах час розмикання контактів головного кола складає кілька десятків мс, то дану умову достатньо просто виконати. Після закінчення розмикання головних контактів живлюча мережа й навантаження будуть електрично не зв'язані, а силовий безконтактний ключ буде також відключений від мережі. У запропонованому гібридному контакторі суттєво підвищений рівень його безпеки в умовах експлуатації за рахунок виключення протікання через навантаження струмів витоки силового безконтактного ключа, що сягають кількох десятків міліампер у вимкненому стані контактора, завдяки введенню в коло головних контактів додаткового рухомого контакту, розташованого над рухомим контактом, що забезпечує відключення від мережі силового безконтактного ключа в цьому стані апарату. Також за рахунок спрощення конструкції шляхом скорочення додаткових контактних кіл і виключення складних кінематичних зв'язків у них суттєво знижені габарити й маса контактора, а також підвищена надійність його роботи. Запропонований гібридний контактор може працювати в колах змінного і постійного струму, на відміну від існуючих апаратів цього типу він допускається до роботи в умовах з підвищеними вимогами до пожежо- й вибухонебезпеки, тобто може успішно експлуатуватися в таких галузях промисловості, як вугільна, газо- й нафтопереробна, хімічна, електричний транспорт тощо. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 51691 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601