Безконтактний контактор постійного струму

Реферат: Безконтактний контактор постійного струму містить силовий двоопераційний тиристор, затискач, комутуючий конденсатор, комутуючий тиристор, комутуючий резистор, зарядний резистор, кнопка "Пуск", кнопка "Стоп", силовий тиристор, оптронний тиристор, герконове реле струму, зарядний тиристор, стабілітрон. UA 101893 U (54) БЕЗКОНТАКТНИЙ КОНТАКТОР ПОСТІЙНОГО СТРУМУ UA 101893 U UA 101893 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до низьковольтних електричних апаратів. Її доцільно застосовувати у важких умовах експлуатації, таких як часті пуски електродвигунів, їхній реверс, вибухонебезпечне середовище тощо, тобто у галузях, де їхні переваги - відсутність електричної дуги при комутації, а також відсутність рухомих механічних частин -є визначальними. Відомий безконтактний контактор постійного струму, який містить повністю керований напівпровідниковий ключ, наприклад двоопераційний тиристор, схему його примусового запирання, яка містить комутуючий конденсатор, що через комутуючий резистор та комутуючий тиристор підключений до його входу, при цьому один вивід комутуючого конденсатора підключено з боку верхнього вихідного затискача контактора до виходу повністю керованого напівпровідникового ключа, а другий - через зарядний резистор до нижнього вихідного затискача контактора, кнопку "Пуск", нормально розімкнені контакти якої через обмежуючий резистор підключені між верхнім вхідним затискачем контактора та керуючим електродом повністю керованого напівпровідникового ключа, кнопку "Стоп", нормально розімкнені контакти якої через резистор підключені між анодом та керуючим електродом комутуючого тиристора, причому нормально замкнені контакти кнопки "Пуск" увімкнені послідовно з нормально розімкненими контактами кнопки "Стоп", а нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" послідовно з нормально розімкненими контактами кнопки "Пуск", обмежувач перенапруг, підключений між вхідними затискачами контактора, захисний діод підключений між вихідними затискачами контактора своїм катодом до верхнього затискача, демпфуюче коло, що містить послідовно увімкнені резистор і конденсатор, під'єднані паралельно повністю керованому напівпровідниковому ключу, коло контролю заряду комутуючого конденсатора, що містить світлодіод і резистор, підключені паралельно до комутуючого конденсатора [Сосков А.Г., Соскова И.А. Полупроводниковые аппараты: коммутация, управление, защита / А.Г. Сосков, И.А.Соскова. - К.: Каравелла, 2005. - 344 с. - С. 214]. Недоліком цього контактора є неможливість його застосовування в реверсивних схемах вмикання споживачів, крім того у нього відсутній захист двоопераційного тиристора, який суттєво поступається одноопераційному тиристору за перевантажувальною здібністю, від ймовірних надструмів у його колі. Все вищезазначене обмежує галузі його застосування, а також знижує його надійність. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого контактора є безконтактний контактор постійного струму, який містить повністю керований напівпровідниковий ключ, як такий застосовується двоопераційний тиристор, схему його примусового запирання, що містить комутуючий конденсатор, який через комутуючий резистор та комутуючий тиристор, підключений до його входу, при цьому один вивід комутуючого конденсатора під'єднано з боку верхнього вихідного затискача контактора до виходу повністю керованого напівпровідникового ключа, а другий - через зарядний резистор до нижнього вихідного затискача контактора, кнопку "Пуск", нормально розімкнені контакти якої через обмежуючий резистор підключені між верхнім вхідним затискачем контактора та керуючим електродом повністю керованого напівпровідникового ключа, кнопку "Стоп", нормально розімкнені контакти якої через резистор підключені між анодом та керуючим електродом комутуючого тиристора, при цьому нормально замкнені контакти кнопки "Пуск" включені послідовно з нормально розімкненими контактами кнопки "Стоп", а нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" - послідовно з нормально розімкненими контактами кнопки "Пуск", обмежувач перенапруг, підключений між вхідними затискачами контактора, демпфуюче коло, що містить послідовно увімкнені резистор і конденсатор, під'єднані паралельно повністю керованому напівпровідниковому ключу, коло контролю заряду комутуючого конденсатора, що містить світлодіод і резистор, підключені паралельно комутуючому конденсатору, силовий тиристор, катод якого підключений до нижнього вхідного затискача, анод - до нижнього вихідного затискача, а його керуючий електрод - через послідовно з'єднані резистор, нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" та нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" до верхнього вхідного затискача, діод, який підключений послідовно з комутуючим конденсатором та зарядним резистором, при цьому його анод підключений до зарядного резистора, а катод - до нижнього вихідного затискача, оптронний тиристор, вихідне коло якого підключене між вихідними затискачами, причому анодом до нижнього вихідного затискача, а його вхідне коло - послідовно з комутуючим тиристором і комутуючим резистором, а також герконове реле струму, увімкнене послідовно з повністю керованим напівпровідниковим ключем, нормально розімкнені контакти якого підключені паралельно нормально розімкненим контактам кнопки "Стоп" та нормально замкненим контактам кнопки "Пуск" [Патент на корисну модель № 90418, МПК Н01Н 9/30, Бюл. № 10, 2014]. 1 UA 101893 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Недоліком цього контактора є те, що впродовж усього часу ввімкненого стану контактора комутуючий конденсатор є зарядженим, а до елементів схеми примусової комутації підключена висока напруга мережі. Зазначені недоліки суттєво знижують надійність роботи контактора. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення безконтактного контактора постійного струму, в якому введення нових конструктивних елементів та зв'язків дозволило б застосовувати його в реверсивних схемах вмикання споживачів, забезпечити захист двоопераційного тиристора від ймовірних надструмів у його колі, виключити ситуацію, коли впродовж усього часу ввімкненого стану контактора комутуючий конденсатор є зарядженим, а до елементів схеми примусової комутації підключена висока напруга мережі, що в цілому дозволяє підвищити надійність безконтактного контактора постійного струму, а також розширити галузі його застосування. Поставлена задача вирішується тим, що в безконтактний контактор постійного струму, який містить силовий двоопераційний тиристор, підключений анодом до верхнього вхідного затискача, схему його примусового запирання, що містить комутуючий конденсатор, який через комутуючий тиристор та комутуючий резистор підключений до його входу, при цьому один вивід комутуючого конденсатора під'єднано з боку верхнього вихідного затискача контактора до катода двоопераційного тиристора, а другий - до зарядного резистора, кнопку "Пуск", нормально розімкнені контакти якої через обмежуючий резистор підключені між верхнім вхідним затискачем контактора та керуючим електродом двоопераційного тиристора, кнопку "Стоп", при цьому нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" увімкнені послідовно з нормально замкненими контактами кнопки "Стоп", а нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп" послідовно з нормально замкненими контактами кнопки "Пуск", силовий тиристор, катод якого підключений до нижнього вхідного затискача, анод - до нижнього вихідного затискача, а його керуючий електрод - через послідовно з'єднані резистор, нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" та нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" до верхнього вхідного затискача, оптронний тиристор, вихідне коло якого підключене між вихідними затискачами, причому анодом до нижнього вихідного затискача, а його вхідне коло - послідовно з комутуючим резистором і комутуючим тиристором, герконове реле струму, увімкнене послідовно з двоопераційним тиристором, нормально розімкнені контакти якого підключені паралельно нормально розімкненими контактам кнопки "Стоп" та нормально замкненим контактам кнопки "Пуск", обмежувач перенапруг, підключений між вхідними затискачами контактора, згідно з корисною моделлю, додатково введені зарядний тиристор, підключений послідовно з зарядним резистором катодом до нижнього вихідного затискача, причому анод цього тиристора через резистор та нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп" і нормально замкнені контакти кнопки "Пуск" підключений до його керуючого електрода, коло затримки часу, що містить послідовно увімкнені резистор і конденсатор, під'єднані паралельно комутуючому конденсатору, при цьому вищезазначений конденсатор через також додатково введений стабілітрон підключений до входу комутуючого тиристора. У пропонований контактор додатково введений зарядний тиристор замість зарядного діода, причому анод цього тиристора через резистор та нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп" і нормально замкнені контакти кнопки "Пуск" підключений до його керуючого електрода, коло затримки часу, що містить послідовно увімкнені резистор і конденсатор, під'єднанні паралельно комутуючому конденсатору, при цьому вищезазначений конденсатор через також додатково введений стабілітрон підключений до входу комутуючого тиристора. В результаті комутуючий конденсатор і схема примусової комутації знаходиться під дією напруги тільки в момент вимикання контактора. Суть корисної моделі доповнена ілюстраціями, показаними на кресленні "Безконтактний контактор постійного струму". Безконтактний контактор постійного струму містить силовий двоопераційний тиристор 1, підключений анодом до верхнього вхідного затискача, схему його примусового запирання, що містить комутуючий конденсатор 2, який через комутуючий тиристор 3 та комутуючий резистор 4 підключений до його входу, при цьому один вивід комутуючого конденсатора під'єднано з боку верхнього вихідного затискача контактора до катода двоопераційного тиристора 1, а другий - до зарядного резистора 5, кнопку "Пуск" 6, нормально розімкнені контакти якої через обмежуючий резистор 7 підключені між верхнім вхідним затискачем контактора та керуючим електродом силового двоопераційного тиристора 1, кнопку "Стоп" 8, при цьому нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" увімкнені послідовно з нормально замкненими контактами кнопки "Стоп", а нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп" - послідовно з нормально замкненими контактами кнопки "Пуск", силовий тиристор 9, катод якого підключений до нижнього вхідного затискача, анод - до нижнього вихідного затискача, а його керуючий електрод - через 2 UA 101893 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 послідовно з'єднані резистор 10, нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" 6 та нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" 8 до верхнього вхідного затискача, оптронний тиристор 11, вихідне коло якого підключене між вихідними затискачами, причому анодом до нижнього вихідного затискача, а його вхідне коло 12 - послідовно з комутуючим резистором і комутуючим тиристором, герконове реле струму 13, увімкнене послідовно з силовим двоопераційним тиристором 1, нормально розімкнені контакти 14 якого підключені паралельно нормально розімкненими контактам кнопки "Стоп" 8 та нормально замкненим контактам кнопки "Пуск" 6, обмежувач перенапруг 15, підключений між вхідними затискачами контактора, додатково введені зарядний тиристор 16, підключений послідовно з зарядним резистором 5 катодом до нижнього вихідного затискача, причому анод цього тиристора через резистор 17 та нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп" 8 і нормально замкнені контакти кнопки "Пуск" 6 підключений до його керуючого електрода, коло затримки часу, що містить послідовно увімкнені резистор 18 і конденсатор 19, під'єднанні паралельно комутуючому конденсатору 2, при цьому конденсатор 19 через також додатково введений стабілітрон 20 підключений до входу комутуючого тиристора. Контакти кнопок "Пуск" 6 і "Стоп" 8, увімкнені між собою таким чином, що виключається можливість виникнення аварійної ситуації в роботі схеми при одночасному натисканні кнопки "Пуск" і "Стоп". На кресленні елементи 1, 9 і 13 утворюють його головне коло, елементи 6-8 - елементи кола керування вмиканням силового двоопераційного тиристора 1, елементи 6, 8, 10 - коло керування вмиканням силового тиристора 9, елементи 6, 8, 17 - коло керування вмиканням зарядного тиристора 16, елементи 18-20 - коло керування вмиканням комутуючого тиристора 3, елементи 2, 5, 16 - коло заряду комутуючого конденсатора 2, а елементи 2-4, 12 - коло примусової комутації повністю керованого напівпровідникового ключа 1. Як контакти 14 реле струму 13 застосовано магнітокеровані герметичні контакти (геркони). У вимкненому стані контактора елементи його схеми знеструмлені. При натисненні кнопки "Пуск" його нормально розімкнені контакти замикаються і силовий двоопераційний тиристор 1 та силовий тиристор 15 вмикаються, причому перший з них через резистор 7, замкнені контакти кнопки "Пуск" і нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп", а другий - через резистор 10 і ті ж контакти. Таким чином, контактор вмикається і струм навантаження буде перетікати по відкритим елементам 1 і 9. Оскільки величина робочого струму в нормальному режимі роботи контактора завжди менше порогу спрацьовування реле струму 19, його контакти 14 будуть знаходитись у розімкненому стані. При натисканні кнопки "Стоп" її нормально розімкнені контакти замикаються і зарядний тиристор 16 через резистор 17 увімкнеться. Під дією напруги на навантаження комутуючий конденсатор 2 через зарядний резистор 5 і тиристор 16 заряджається приблизно до напруги мережі. Для забезпечення цього, а також для швидкодії схеми контактора, постійна часу заряду цього конденсатора вибирається рівною 0,1-0,2 мс, а постійна часу заряду конденсатора 19 кола затримки часу дорівнює 0,4-0,8 мс. Тому пробій стабілітрона 20 і вмикання комутуючого тиристора 3 відбудеться за практично зарядженого комутуючого конденсатора 2 та затримки часу, яка не перебільшує 1,5 мс, що є цілком допустимим для цього класу апаратів. Після його вмикання комутуючий конденсатор 2 починає розряджатися по колу: вхідне коло оптронного тиристора 12, комутуючий резистор 4, комутуючий тиристор 3, вхідне коло силового двоопераційного тиристора 1, забезпечуючи таким чином його запирання. Оскільки струм у колі контактора переривається, силовий тиристор 9 також вимикається. При цьому енергія, що запасена в індуктивності навантаження, розсіюється за допомогою оптронного тиристора 11, а запасена в індуктивності мережі - в обмежувачі перенапруг (варисторі) 15. Параметри останнього вибираються таким чином, щоб рівень перенапруг, які виникають на ньому при вимиканні контактора, не перевищували допустимий рівень. Розрахунок параметрів комутуючого кола проводиться для випадку, за якого забезпечується надійне запирання силового двоопераційного тиристора 1 при вимиканні ним надструму, величина якого визначається порогом спрацьовування реле струму 13. Це обумовлено тим, що при перевищенні струмом навантаження порогу спрацьовування реле струму 13 контакти 14 цього реле замикаються, зарядний тиристор 16 вмикається, забезпечуючи спрацьовування схеми примусової комутації силового напівпровідникового ключа 1 та вимикання контактора. Демпфуючі кола, що містять послідовно увімкнений резистор та конденсатор, під'єднані паралельно силовому двоопераційному тиристору 1 та силовому тиристору 9, забезпечують захист елементів 1 і 9 від дії комутаційних перенапруг. Слід також зазначити, що полярність напруги на комутуючому конденсаторі 2 при комутації кола не змінює знак. Це дозволяє застосовувати як його малогабаритні та дешеві електролітичні конденсатори. 3 UA 101893 U 5 У запропонованому безконтактному контакторі постійного струму внаслідок того, що його головні електронні елементи в процесі роботи знаходяться практично в режимі зберігання забезпечена надійна робота апарату у всіх можливих схемах його вмикання, висока комутаційна зносостійкість при придатних габаритах і вартості. У порівнянні з існуючими апаратами цього типу за рахунок запропонованих схемних рішень суттєво розширена галузь його застосування. Цей апарат доцільно застосовувати у важких режимах експлуатації, наприклад при частих пусках і реверсах електродвигунів постійного струму, в умовах підвищених вимог з вибухобезпеки, пожежобезпеки, наприклад у вугільній та нафтогазовій промисловості. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 Безконтактний контактор постійного струму, який містить силовий двоопераційний тиристор, підключений анодом до верхнього вхідного затискача, схему його примусового запирання, що містить комутуючий конденсатор, який через комутуючий тиристор та комутуючий резистор підключений до його входу, при цьому один вивід комутуючого конденсатора під'єднано з боку верхнього вихідного затискача контактора до катода двоопераційного тиристора, а другий - до зарядного резистора, кнопку "Пуск", нормально розімкнені контакти якої через обмежуючий резистор підключені між верхнім вхідним затискачем контактора та керуючим електродом двоопераційного тиристора, кнопку "Стоп", при цьому нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" увімкнені послідовно з нормально замкненими контактами кнопки "Стоп", а нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп" - послідовно з нормально замкненими контактами кнопки "Пуск", силовий тиристор, катод якого підключений до нижнього вхідного затискача, анод - до нижнього вихідного затискача, а його керуючий електрод - через послідовно з'єднані резистор, нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" та нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" до верхнього вхідного затискача, оптронний тиристор, вихідне коло якого підключене між вихідними затискачами, причому анодом до нижнього вихідного затискача, а його вхідне коло послідовно з комутуючим резистором і комутуючим тиристором, герконове реле струму, увімкнене послідовно з двоопераційним тиристором, нормально розімкнені контакти якого підключені паралельно нормально розімкненими контактам кнопки "Стоп" та нормально замкненим контактам кнопки "Пуск", обмежувач перенапруг, підключений між вхідними затискачами контактора, який відрізняється тим, що в нього додатково введені зарядний тиристор, підключений послідовно з зарядним резистором катодом до нижнього вихідного затискача, причому анод цього тиристора через резистор та нормально розімкнені контакти кнопки "Стоп" і нормально замкнені контакти кнопки "Пуск" підключений до його керуючого електрода, коло затримки часу, що містить послідовно увімкнені резистор і конденсатор, під'єднанні паралельно комутуючому конденсатору, при цьому вищезазначений конденсатор через також додатково введений стабілітрон підключений до входу комутуючого тиристора. 4 UA 101893 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5