Гібридний двополюсний контактор постійного струму

Гібридний двополюсний контактор постійного струму, що містить у кожному полюсі по одному головному контакту, які відрегульовані з можливістю розмикання другого головного контакта пізніше розмикання першого, реле струму, увімкнене послідовно з першим головним контактом, пристрій примусової комутації, який складається з комутуючого тиристора, комутуючого конденсатора та обмежуючого резистора, елемент затримки часу, який складається з резистора та конденсатора, і пороговий елемент, який відрізняється тим, що він додатково оснащений повністю керованим напівпровідниковим ключем, наприклад, двоопераційним тиристором або IGBT-транзистором, увімкненим паралельно реле струму і першому головному контакту, також до нього додатково введені конденсатор та обмежувач напруги, уві U 2 (19) 1 3 33171 4 туючого конденсатора має значно підвищені нак цьому контактору властиві такі недоліки: його габарити, масу та вартість, також у ньому знижена не можна застосовувати в реверсивних схемах надійність роботи всього пристрою в цілому через вмикання; пристрій примусової комутації основнограничні режими роботи компонентів електронної го тиристора має великі габарити, масу та високу схеми керування, відсутність можливості роботи вартість через використання у ньому в якості коконтактора в реверсивних схемах вмикання та мутуючого конденсатора дорогого неполярного наявність достатньо складної схеми блоку керуконденсатора великої ємності, розрахованого на вання тиристорами. велику робочу напругу; наявність додаткового вузПоставлене завдання вирішується тим, що у ла (зарядного кола), який забезпечує попередній гібридний двополюсний контактор постійного заряд комутуючого конденсатора; високий рівень струму, який містить у кожному полюсі по одному комутаційних перенапруг через розсіювання енерголовному контакту, реле струму, увімкнене послігії, накопиченої в індуктивності мережі, у комутуюдовно з першим головним контактом, пристрій чому конденсаторі при відключенні граничних примусової комутації, який складається з комутуюструмів; комутуючий конденсатор знаходиться під чого тиристора, комутуючого конденсатора та обнапругою мережі протягом всього часу включеного межуючого резистора, елемент затримки часу, стану контактора; знижена надійність роботи через який складається з резистора та конденсатора, і граничні режими роботи компонентів електронної пороговий елемент, згідно з корисною моделлю, схеми контактора а також через наявність достатвін додатково забезпечений повністю керованим ньо складної схеми керування. напівпровідниковим ключем, наприклад, двоопеНайбільш близьким за технічною сутністю до раційним тиристором або IGBT-транзистором, увізапропонованого є обраний як прототип гібридний мкненим паралельно реле струму і першому голодвополюсний контактор постійного струму, який вному контакту, також до нього додатково введені містить у кожному полюсі по одному головному конденсатор та обмежувач напруги, увімкнені паконтакту, які відрегульовані з можливістю розмиралельно вхідному колу повністю керованого накання другого головного контакту пізніше розмипівпровідникового ключа, діод, резистор, зарядний кання першого, реле струму, тиристор, який шунрезистор, другий замикаючий контакт реле струму, тує головні контакти контактора, пристрій увімкнений паралельно конденсатору елемента примусової комутації, який складається з комутуюзатримки часу, транзисторний ключ, обмежувач чого тиристора, комутуючого конденсатора та обперенапруг, підімкнений між вхідним зажимом межуючого резистора, котушки індуктивності й першого полюса і вихідним зажимом другого позворотного діода, елемент затримки часу, який люса контактора, і оптронний тиристор, увімкнений складається з резистора та конденсатора, порогоміж вихідними зажимами контактора, при цьому вий елемент і діод, що шунтує навантаження і увівхідне коло повністю керованого напівпровідникомкнений між вихідними зажимами контактора [Сового ключа через замикаючий контакт реле струсков А.Г., Соскова И.А. Полупроводниковые му, діод і резистор підімкнено паралельно першоаппараты: коммутация, управление, защита. - К.: му головному контакту, а через обмежуючий Каравелла, 2005. -344с., с.222]. резистор, вхідне коло оптронного тиристора і коУ цьому контакторі комутуючий конденсатор мутуючий тиристор - паралельно комутуючому пристрою примусової комутації заряджається тільконденсатору, катод же комутуючого тиристора ки в момент вимикання контактора, пристрій причерез зарядний резистор увімкнений за другим мусової комутації має властивість повторного виголовним контактом до аноду оптронного тиристомикання тиристора, що шунтує головні контакти, ра, паралельно комутуючому конденсатору також але інші недоліки, властиві відомому контактору, підімкнений елемент затримки часу, конденсатор залишилися. якого через пороговий елемент підімкнений до В основу корисної моделі поставлено завданвхідного кола транзисторного ключа, а його вихідня удосконалення гібридного двополюсного контане коло через керуюче коло комутуючого тиристоктора постійного струму, в якому введення нових ра підключено до комутуючого конденсатора. конструктивних елементів та зв'язків дозволило б Пропонований контактор відрізняється від забезпечити без дугову комутацію кола як при прототипу тим, що у якості основного тиристора, включенні апарату, так і при його вимиканні та що шунтує головні контакти контактора у момент їх застосування контактора в реверсивних схемах розмикання, використано повністю керований навмикання, забезпечити відсутність зони можливої півпровідниковий прилад, наприклад, двооперакомутації з дугою, забезпечити низькі габарити, ційний тиристор або IGBT-транзистор, що забезмасу та вартість контактора, знизити рівень комупечує підвищення надійності роботи контактора таційних перенапруг через розсіювання енергії, через значне спрощення запропонованої схеми накопиченої в індуктивності мережі, у комутуючому керування цими приладами, також у пропонованоконденсаторі при відключенні граничних струмів, му апараті завдяки тому, що немає процесу переспростити схему керування контактора та підвизаряду конденсатора при вимиканні контактора у щити надійність його роботи. схемі на відміну від прототипу в якості комутуючоПоставлене завдання обумовлене тим, що віго конденсатора використано полярний (електродомий гібридний двополюсний контактор постійнолітичний) конденсатор з невеликою ємністю, внаго струму, який містить основний тиристор, підімкслідок чого суттєво знижуються габарити, маса та нений паралельно одному з головних контактів, вартість контактора, також у пропонованому конблок ємнісної примусової комутації основного титакторі введений обмежувач перенапруг, що значристора і блок, що керує тиристорами, через виконо знижує рівень перенапруг, обумовлених розсіристання неполярного конденсатора у якості кому 5 33171 6 16, 17 - коло керування вимиканням повністю кеюванням накопиченої енергії в індуктивності мерованого напівпровідникового ключа 3. У якості режі при відключенні граничних струмів, крім того, контактів 16 і 20 реле струму 4 використано магніоптронний тиристор, який шунтує навантаження, токеровані герметичні контакти (геркони). дозволяє застосовувати цей контактор у реверсиУ вимкненому стані апарату головні контакти 1 вних схемах вмикання. і 2 розімкнені й всі його елементи знеструмлені. Сутність корисної моделі полягає в тому, що При включенні апарату при замиканні головведення повністю керованого напівпровідникововних контактів 1 і 2 і протіканні струму у головному го ключа дозволяє значно спростити схему керуколі (колі, що містить головні контакти 1 і 2) реле вання та пристрою примусової комутації, введення струму 4 спрацьовує і його контакти 16 і 20 замиобмежувача перенапруг дозволяє знизити вплив каються. Комутуючий конденсатор 6 пристрою енергії, накопиченої індуктивністю мережі, пропопримусової комутації через зарядний резистор 15 нований контактор завдяки схемному рішенню має з малим опором швидко заряджається практично знижені масо-габаритні показники, вартість та піддо напруги мережі. Велика величина опору резисвищену надійність роботи через використання потора 8 елемента затримки часу забезпечує малий лярного конденсатора з невеликою ємністю, тобто струм, а отже малу потужність, яка споживається вирішується поставлене завдання. колами керування повністю керованим напівпровіГібридний двополюсний контактор постійного дниковим ключем 3 у ввімкненому стані контактоструму, виконаний з використанням IGBTра. У цьому стані, коли головний контакт 1 замкнетранзистора, показаний на Фіг.1, або з викорисний, повністю керований напівпровідниковий ключ танням двоопераційного тиристора - на Фіг.2. 3 знеструмлений, оскільки значення падіння наГібридний двополюсний контактор постійного пруги на замкнених головних контактах 1 у всьому струму містить у кожному полюсі по одному голодіапазоні робочих струмів контактора неперевивному контакту 1 і 2, причому раствори цих контакщує 0,5В, тобто керуючий сигнал на включення тів відрегульовані таким чином, що другий голоповністю керованого напівпровідникового ключа 3 вний контакт 2 розмикається пізніше розмикання відсутній. першого (час запізнення складає 7-9мс), повністю При вимиканні апарату при розмиканні голокерований напівпровідниковий ключ 3, наприклад, вного контакту 1 на ньому виникає коротка дуга, двоопераційний тиристор або IGBT-транзистор, внаслідок чого відбувається різке зростання падінувімкнений паралельно реле струму 4 і першому ня напруги на ньому, під дією якого через резистор головному контакту 1, а реле струму 4, увімкнене 14 і діод 13 відбувається включення повністю кепослідовно з головним контактом 1, пристрій прированого напівпровідникового ключа 3, внаслідок мусової комутації, який складається із комутуючочого він переходить у повністю включений стан. го тиристора 5, комутуючого конденсатора 6 та Струм з кола головного контакту 1 та реле обмежуючого резистора 7, елемент затримки часу, струму 4 переходить у коло повністю керованого який складається з резистора 8 і конденсатора 9, і напівпровідникового ключа 3. При повному перетіпороговий елемент 10, у контактор додатково ввеканні струму з кола головного контакту 1 реле дені конденсатор 11 та обмежувач напруги 12, струму 4 вимикається, його контакти 16 і 20 розмиувімкнені паралельно вхідному колу повністю кекаються і коло керування повністю керованим рованого напівпровідникового ключа 3, діод 13, ключем 3 знеструмлюється. резистор 14, зарядний резистор 15, другий замиМаксимальне пряме падіння напруги на відкаючий контакт 16 реле струму 4, увімкнений пакритому повністю керованому напівпровідниковоралельно конденсатору 9 елемента затримки часу, му ключі 3 не більше 1,5-3,5В, що є недостатнім транзисторний ключ 17, обмежувач перенапруг 18, для виникнення дуги на головному контакті 1. Слід підімкнений між вхідним зажимом першого полюса зазначити, що в момент переходу струму з кола і вихідним зажимом другого полюса контактора, і головних контактів через наявність індуктивності у оптронний тиристор 19, увімкнений між вихідними контурі комутації (головні контакти разом з повнісзажимами контактора, при цьому вхідне коло потю керованим напівпровідниковим ключем) винивністю керованого напівпровідникового ключа 3 кає коротка дуга, однак цей процес через мале через замикаючий контакт 20 реле струму 4, діод значення вказаної індуктивності триває кілька де13 і резистор 14 підімкнено паралельно головному сятків мікросекунд і тому не завдає суттєвого контакту 1, а через обмежуючий резистор 7, вхідне впливу на комутаційну ізносостійкість головних коло оптронного тиристора 19 і комутуючий тирисконтактів. тор 5 - паралельно комутуючому конденсатору 6, При горінні короткої дуги на головному контакті катод же комутуючого тиристора 5 через зарядний 1 контакти 16 і 20 реле струму 4 залишаються зарезистор 15 увімкнений за головним контактом 2 мкненими і розмикаються тільки після повного педо аноду оптронного тиристора 19, паралельно ретікання комутуємого струму з головного кола у комутуючому конденсатору 6 також підімкнений шунтуюче коло (коло повністю керованого напівелемент затримки часу, конденсатор 9 якого через провідникового ключа 3). Тривалість протікання пороговий елемент 10 підімкнений до вхідного струму навантаження через повністю керований кола транзисторного ключа 17, а його вихідне коло напівпровідниковий ключ 3 забезпечується елемечерез керуюче коло комутуючого тиристора 5 піднтом затримки часу і становить близько 3мс, що ключено до комутуючого конденсатора 6. цілком достатньо для розмикання головних контаНа Фіг.1 і Фіг.2 елементи апарату 1-4 утворюктів 1 на відстань, безпечну для електричного проють головне коло апарату, елементи 11-14, 20 бою контактного проміжку. Головний контакт 2 при коло керування включенням повністю керованим цьому ще залишається замкненим. напівпровідниковим ключем 3, а елементи 5-10, 7 33171 8 Для підтримання у відкритому стані IGBTДля виключення впливу індуктивності навантранзистора (Фіг.1) на цей час застосовується дотаження на контактор у схемах застосований оптдатково введений конденсатор 11, увімкнений паронний тиристор 19, який шунтує коло навантаралельно вхідному колу повністю керованого наження при вимиканні повністю керованого півпровідникового ключа 3. Напруги, до якої напівпровідникового ключа 3. Застосування оптзаряджений цей конденсатор у проміжок часу, коронного тиристора замість діода, що шунтує навали на головних контактах 1 існує коротка дуга, донтаження, дозволяє застосовувати пропонований статньо для підтримання повністю керованого наконтактор у реверсивних схемах вмикання. Для півпровідникового ключа 3 у ввімкненому стані зниження впливу енергії, накопиченої в індуктивпротягом вищезазначених 3мс. Діод 13 не дозвоності мережі при перериванні струму навантаженляє розрядитися конденсатору 11 через резистор ня і запобігання виникнення перенапруг на контак14 і відкриває повністю керований напівпровідниторі у схему введений обмежувач перенапруг 18, ковий ключ 3 у цей проміжок часу. Без цього конякий теж спрацьовує при вимиканні повністю кероденсатора IGBT-транзистор працював би в активваного напівпровідникового ключа 3. ному режимі і на ньому виділялась би значна При вібраціях головних контактів 1 повністю потужність. На відміну від IGBT-транзистора двокерований напівпровідниковий ключ 3 вмикається операційний тиристор, що застосовано у якості аналогічно тому, як це описано для випадку відповністю керованого напівпровідникового ключа 3 ключення контактора. Однак, конденсатор 9 еле(Фіг.2), після отримання керуючого сигналу на ввімента затримки часу за час відскоку головних конмкнення автоматично залишається у повністю відтактів не встигає зарядитися до напруги, яка є критому стані. необхідною для пробою порогового елемента 10, Повне вимикання комутуємого кола відбуващо керує подачею запираючого сигналу на повнісється після повного перетікання струму з головнотю керований напівпровідниковий ключ 3. Таким го кола у шунтуюче і розмикання головних контакчином, пристрій примусової комутації при вібрацітів 1 на відстань, безпечну для електричного ях головних контактів не працює. пробою контактного проміжку, після чого повністю Слід зазначити, що схему на Фіг.1 з викорискерований напівпровідниковий ключ 3 розмикаєтьтанням IGBT-транзистора у якості повністю керося. Оскільки головний контакт 2 відрегульовані ваного напівпровідникового ключа доцільно застотаким чином, що його розмикання відбудеться совувати при комутації струмів до 500-600А, тобто через 7-9мс пізніше розмикання головних контактів для контакторів на номінальні струми (І ном) До 1, він розмикається без дуги. Після розмикання 160А, через те, що ці прилади, розраховані на біголовного контакту 2 буде забезпечено гальванічльші струми ще не випускаються масово, але якну розв'язку мережі та навантаження, а контактор що випускаються, то мають велику вартість. На буде повністю знеструмлений. відміну від цих приладів двоопераційні тиристори Час перетікання струму з кола головних контавипускаються переважно для роботи у колах з ктів 1 в шунтуюче коло, як вже зазначалося, ставеликими струмами (І ном>160А), що й визначає новить близка 3мс. Така часова затримка на вимиобласть використання схеми на Фіг.2. Також, викання забезпечується елементом затримки часу, ходячи з того, що у схемі на Фіг.1 доцільним є вищо містить конденсатор 9 і резистор 8. Після повкористання комутуючого конденсатора з ємністю ного перетікання струму реле струму 4 вимикаєть1-2мкФ, а в схемі на Фіг.2 значно більшої ємності, ся і його контакти 16 і 20 розмикаються, при цьому контактор на Фіг.1 слід застосовувати у випадках, конденсатор 9 починає заряджатися від напруги коли вирішальну роль відіграють масо-габаритні на комутуючому конденсаторі 6 через резистор 8 показники контактора. елемента затримки часу. Як тільки конденсатор 9 Пропонований гібридний двополюсний контакзарядиться до напруги пробою порогового елеметор постійного струму має підвищений термін слунта 10, транзисторний ключ 17 відкривається і пожби та підвищену надійність роботи за рахунок дає сигнал на включення комутуючого тиристора того, що у якості основного тиристора, що шунтує 5. Комутуючий конденсатор 6 через відкритий коголовні контакти контактора у момент їх розмиканмутуючий тиристор 5 підмикається у протилежноня, використано повністю керований напівпровідму напрямку (запираючому) для повністю керованиковий прилад, наприклад, двоопераційний тириного напівпровідникового ключа 3, який внаслідок стор або IGBT-транзистор, контактор має значно цього вимикається, і струм у колі навантаження зменшені габарити, масу та вартість через спропереривається. Обмежувач перенапруг 18 забезщення схеми керування цими приладами а також печує допустимий рівень напруги на вході повнісза рахунок схемного рішення в якості комутуючого тю керованого напівпровідникового ключа 3. конденсатора використано полярний (електролітиДля схеми, що зображена на Фіг.2, запираючний) конденсатор з невеликою ємністю, в наслічий струм повинен складати не менше 1/5 від кодок чого суттєво знижуються габарити, маса та мутуємого струму у головному колі. Таке достатвартість контактора, також у пропонованому конньо велике значення струму забезпечується такторі знижений рівень перенапруг за рахунок малою величиною опору обмежуючого резистора введення обмежувача перенапруг, пропонований 7. Для схеми на Фіг.1 такий великий струм для контактор забезпечує гальванічну розв'язку мережі вимикання IGBT-транзистора не потрібен, для цьота навантаження. го на ньому треба підтримувати запираючу напруПропонований гібридний двополюсний контакгу близько 15В, що забезпечується в схемі наявнітор постійного струму забезпечує відсутність зони стю конденсатора 11 та обмежувача напруги 12. комутації з дугою як при включенні, так і при вимиканні апарату, його робота не залежить від типу 9 33171 10 приводу, який забезпечує комутацію контактної роботи. Цей апарат доцільно застосовувати у тяжсистеми апарату, тому він може застосовуватися ких режимах експлуатації, наприклад при частих як апарат керування, так і захисту. У порівнянні з пусках асинхронних двигунів, в умовах підвищених існуючими апаратами цього типу за рахунок завимог з вибухобезпеки, пожежобезпеки, наприклад пропонованих схемних рішень та економного рев електричному транспорті, є можливість застосожиму роботи комплектуючих у нього зменшені гавувати цей контактор у реверсивних схемах вмибарити і вартість та підвищена надійність його кання. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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