Безконтактний контактор постійного струму

Реферат: Безконтактний контактор постійного струму 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, обмежувач перенапруг, підключений між вхідними затискачами контактора, демпфуюче коло, що містить послідовно увімкнені резистор і конденсатор, коло контролю заряду комутуючого конденсатора, що містить світлодіод і резистор. Додатково введені 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 вхідною затискача, діод, який підключений послідовно з комутуючим конденсатором та зарядним резистором, оптронний тиристор, вихідне коло якого підключене між вихідними затискачами, 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". UA 90418 U (54) БЕЗКОНТАКТНИЙ КОНТАКТОР ПОСТІЙНОГО СТРУМУ UA 90418 U UA 90418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до низьковольтних електричних апаратів. У безконтактних контакторах постійного струму для забезпечення бездугової комутації електричних кіл застосовується безконтактний електронний ключ, як такий, як правило застосовується керований або повністю керований силовий напівпровідниковий прилад. Відсутність електричної дуги при комутації кіл навантаження, а також відсутність рухомих механічних частин суттєво покращує комутаційні характеристики цих контакторів у порівнянні з традиційними контактними апаратами. Однак їхня висока вартість у порівнянні з останніми обмежує сфери їхнього застосування. Тому такі апарати доцільно застосовувати у важких умовах експлуатації, таких як часті пуски електродвигунів, їхній реверс, вибухонебезпечне середовище тощо, де їхні переваги є визначальними. Відомий безконтактний контактор постійного струму, який містить тиристорний ключ з примусовою ємнісною комутацією, який складається з основного тиристора та імпульсної схеми примусової комутації - комутуючий тиристор, комутуючий конденсатор, комутуюча котушка індуктивності, зворотний діод, додатковий резистор, коло заряду комутуючого конденсатора, що складається із зарядного тиристора, комутуючої котушки індуктивності, що служить для його попереднього заряду, схему запуску основною тиристора, що складається з контактів кнопок "Пуск" і "Стоп" та обмежуючого резистора, схеми запуску комутуючого тиристора і зарядного тиристора, захисний діод, що виключає вплив індуктивності навантаження на тиристорний ключ при вимиканні навантаження, що має індуктивний характер [Сосков А.Г., Соскова И.А. Полупроводниковые аппараты: коммутация, управление, защита / А.Г. Сосков, И.А. Соскова. К.: Каравелла, 2005. - 344 с. - С. 211]. Цей контактор через наявність складного і вартісного вузла примусової ємнісної комутації основного тиристора більш ніж на порядок за вартістю і габаритам перевершують звичайні контактні електромагнітні контактори. Крім цього цей контактор не може застосовуватись у реверсивних схемах вмикання електродвигунів. Зазначені недоліки суттєво знижують галузі його застосування. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого контактора є вибраний як найближчий аналог безконтактний контактор постійного струму, що містить повністю керований напівпровідниковий ключ, наприклад двоопераційний тиристор, схему його примусового запирання, яка містить комутуючий конденсатор, що через комутуючий резистор та комутуючийтиристор 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, 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 комутуючому конденсатору [Сосков А.Г., Соскова И.А. Полупроводниковые аппараты: коммутация, управление, защита / А.Г. Сосков, И.А. Соскова. - К.: Каравелла, 2005. - 344 с. - С. 214]. У цьому контакторі завдяки застосуванню як тиристорний ключ двоопераційного тиристора, що не потребує для свого запирання складного і громіздкого вузлу примусової комутації були знижені його габарити і вартість. Однак цей контактор також не можливо застосовувати в реверсивних схемах вмикання споживачів, крім того, в ньому 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. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення безконтактного контактора постійного струму, в якому введення нових конструктивних елементів та зв'язків дозволило б застосовувати цей контактор для реверсивного вмикання електродвигунів, а також забезпечило б захист двоопераційного тиристора від впливу надструмів, при цьому забезпечивши придатні габарити та вартість виробу. 1 UA 90418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що відомий безконтактний контактор постійного струму, вибраний як найближчий аналог, має як другий полюс струмопровідну шину, що з'єднує нижній вхідний затискач з нижнім вихідним затискачем, також енергія, накопичена в індуктивності навантаження, в момент розмикання контактора розсіюється за допомогою захисного діоду, увімкненому між верхнім і нижнім затискачами контактора. Це не дозволяє цим апаратом змінювати полярність напруги на навантаженні. Крім цього у цього контактора відсутній захист повністю керованого напівпровідникового ключа від протікання надструмів. Зазначене не дозволяє вирішити поставлене вище завдання. Поставлена задача вирішується тим, що в 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, згідно з корисною моделлю, додатково введені 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". Пропонований контактор відрізняється від найближчого аналога тим, що в нього додатково введені у його другий полюс силовий тиристор, оптронний тиристор замість захисного діода, реле струму, послідовно увімкнене з повністю керованим напівпровідниковим ключем, причому струм спрацьовування реле нижчий за допустимий струм перевантаження, а також діод, який підключений послідовно з комутуючим конденсатором та зарядним резистором, що блокує зворотну напругу на навантаженні. Суть корисної моделі полягає в тому, що введення до неї нових елементів і зв'язків забезпечує роботу безконтактного контактора постійного струму в реверсивних схемах вмикання навантаження, а також захист повністю керованого напівпровідникового ключа від надструмів при високій надійності роботи схеми при придатних габаритах і вартості контактора, тобто вирішується поставлена задача. Безконтактний контактор постійного струму показаний на кресленні. Безконтактний контактор постійного струму містить повністю керований напівпровідниковий ключ 1, як такий застосовується двоопераційний тиристор, схему його примусового запирання, яка містить комутуючий конденсатор 2, що через комутуючий резистор 3 та комутуючий тиристор 4, підключений до його входу, при цьому один вивід комутуючого конденсатора 2 під'єднано з боку верхнього вихідного затискача контактора до виходу повністю керованого напівпровідникового ключа 1, а другий - через зарядний резистор 5 до нижнього вихідного затискача контактора, кнопку "Пуск" 6, нормально розімкнені контакти якої через обмежуючий резистор 7 підключені між верхнім вхідним затискачем та керуючим електродом повністю керованого напівпровідникового ключа, кнопку "Стоп" 8, нормально розімкнені контакти якої через резистор 9 підключені між анодом та керуючим електродом комутуючого тиристора 4, при цьому нормально замкнені контакти кнопки "Пуск" 6 включені послідовно з нормально 2 UA 90418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 замкненими контактами кнопки "Стоп" 8, а нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" 8 послідовно з нормально розімкненими контактами кнопки "Пуск" 6, обмежувач перенапруг 10, підключений між вхідними затискачами контактора, демпфуюче коло, що містить послідовно увімкнені резистор 11 і конденсатор 12, під'єднані паралельно повністю керованому напівпровідниковому ключу 1, коло контролю заряду комутуючою конденсатора 2, що містить світлодіод 13 і резистор 14, підключені паралельно комутуючому конденсатору 2, додатково введені силовий тиристор 15, катод якого підключений до нижнього вхідного затискача, анод до нижнього вихідного затискача, а його керуючий електрод - через послідовно з'єднані резистор 16, нормально розімкнені контакти кнопки "Пуск" 6 та нормально замкнені контакти кнопки "Стоп" 8 до верхнього вхідного затискача, діод 17, який підключений послідовно з комутуючим конденсатором 2 та зарядним резистором 5, при цьому його анод підключений до зарядного резистора 5, а катод - до нижнього вихідного затискача, оптронний тиристор 18, вихідне коло якого підключене між вихідними затискачами, причому анодом до нижнього вихідного затискача, а його вхідне коло послідовно з комутуючим тиристором 4 і комутуючим резистором 3, а також герконове реле струму 19, увімкнене послідовно з повністю керованим напівпровідниковим ключем 1, нормально розімкнені контакти 20 якого підключені паралельно нормально розімкненим контактам кнопки "Стоп" 8 та нормально замкненим контактам кнопки "Пуск" 6. Контакти кнопок "Пуск" 6 і "Стоп" 8 увімкнені між собою таким чином, що виключається можливість виникнення аварійної ситуації в роботі схеми при одночасному натисканні кнопок "Пуск" і "Стоп". На кресленні елементи 1 і 15 утворюють його головне коло, елементи 6-8 - елементи кола керування вмиканням повністю керованого напівпровідникового ключа 1, елементи 6, 8, 9 - коло керування вмиканням силового тиристора 15, елементи 6, 8, 16 - коло керування вмиканням комутуючого тиристора 4, елементи 2, 5, 17 - коло заряду комутуючого конденсатора 2, елементи 2-4, 18 - коло примусової комутації повністю керованого напівпровідникового ключа 1, елементи 13, 14 - коло діагностики заряду комутуючого конденсатора 2, а елементи 11, 12 демпфуюче коло. Як контакти 20 реле струму 19 застосовано магнітокеровані герметичні контакти (геркони). У вимкненому стані контактора елементи його схеми знеструмлені. При натисненні кнопки "Пуск" його нормально розімкнені контакти замикаються і повністю керований напівпровідниковий ключ 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 9 і ті ж контакти. Таким чином, контактор вмикається і струм навантаження буде перетікати по відкритим елементам 1 і 15. Під дією напруги на навантаженні комутуючий конденсатор 2 через зарядний резистор 5 і діод 17 заряджається приблизно до напруги мережі й світлодіод 13, який почне світитися, буде сигналізувати, що комутуючий конденсатор 2 є готовим до виконання операції вмикання. Для забезпечення необхідної швидкодії схеми контактора постійна часу заряду цього конденсатора обирається рівною 0,5-1 мс. Оскільки величина робочого струму в нормальному режимі роботи контактора завжди менше порогу спрацьовування реле струму 19, його контакти 20 будуть знаходитись у розімкненому стані. При натисканні кнопки "Стоп" її нормально розімкнені контакти замикаються і комутуючий тиристор 4 через резистор 16 увімкнеться. При цьому комутуючий конденсатор 2 починає розряджатися по колу: вхідне коло оптронного тиристора 18, комутуючий резистор 3, комутуючий тиристор 4, вхідне коло повністю керованого напівпровідникового ключа 1, забезпечуючи таким чином його запирання. Оскільки струм у колі контактора переривається, силовий тиристор також вимикається. При цьому енергія, що запасена в індуктивності навантаження, розсіюється за допомогою оптронного тиристора 18, а запасена в індуктивності мережі - в обмежувачі перенапруг (варисторі) 10. Параметри останнього обираються 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 повністю керованого напівпровідникового ключа 1 при вимиканні ним надструму, величина якого визначається порогом спрацьовування реле струму 19. Це обумовлено тим, що при перевищенні струмом навантаження порогу спрацьовування реле струму 19 контакти 20 цього реле замикаються, комутуючий тиристор 4 вмикається, забезпечуючи спрацьовування схеми примусової комутації повністю керованого напівпровідникового ключа 1 та вимикання контактора. Демпфуюче коло, що містить послідовно увімкнений резистор 11 та конденсатор 12, під'єднані паралельно повністю керованому напівпровідниковому ключу 1, та також демпфуюче 3 UA 90418 U 5 10 15 20 коло, що увімкнене паралельно силовому тиристору 15, забезпечує захист елементів 1 і 15 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. Запропонований безконтактний контактор постійного струму може змінюватись в реверсивних схемах вмикання навантаження за рахунок додаткового введення у другий полюс контактора силового тиристора, блокуючого діода в коло заряду комутуючого конденсатора та оптронного тиристора, увімкненою паралельно вихідним затискачам контактора, що дозволяють безаварійно змінювати полярність напруги на навантаженні при підключенні до нього двох контакторів по реверсивній схемі вмикання. Також у цьому контакторі передбачений захист повністю керованого напівпровідникового ключа від аварійних струмів за рахунок введення додатково послідовно з цим ключем герконового реле струму, нормально розімкнені контакти якого підключені паралельно розімкненим контактам кнопки "Стоп" і нормально замкненим контактам кнопки "Пуск". Запропонований безконтактний контактор постійного струму забезпечує надійну роботу апарату у всіх можливих схемах його вмикання, високу комутаційну 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 50 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" 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, 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, який відрізняється тим, що в нього додатково введені 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 вхідною 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". 4 UA 90418 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5