RU2050616C1

RU2050616C1 - Hybrid arcless apparatus

Info

Publication number: RU2050616C1
Application number: SU5064931/07A
Authority: RU
Inventors: А.А. Григорьев
Original assignee: Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1995-12-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: hybrid arcless apparatus has two pairs of contacts operating at different time, operating mechanism for these contacts, semiconductor switch connected by its power leads through contacts of first pair in parallel to second pair of contacts; in addition, it is provided with third pair of contacts one of whose contact-member leads is connected to control lead of mentioned semiconductor switch and lead of second contact member is connected to common point of connection of contact-member leads of first and second contact pairs. Third contact pair is so mounted in respect to first and second contact pairs that its closure is effected upon closure of first contact pair and its opening, after opening of second contact pair; mentioned semiconductor switch (transistor module) is of hybrid design and mounted either on one of contacts or on its contact holder, or on contact holder common for contact members of three electrically insulated contact pairs. EFFECT: improved reliability. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для бездуговой коммутации электрических цепей и может быть использовано при разработке бездуговых коммутационных аппаратов, предназначенных для работы в объектах повышенной надежности, например в бортовых системах автоматики. The invention relates to electrical engineering, is intended for arc-free switching of electrical circuits and can be used in the development of arc-free switching devices designed to work in facilities of high reliability, for example in on-board automation systems.

Известно устройство для бездуговой коммутации электрической цепи [1] содержащее контактно-полупроводниковый блок управления реле, дифференциальный усилитель, полупроводниковый ключ и четырехпозиционное шаговое реле, которое включает в себя первый замыкающий контакт, шунтированный полупроводниковым ключом и дифференциальным усилителем, второй замыкающий контакт, соединенный последовательно с первым контактом, третий замыкающий контакт соединенный между входной цепью полупроводникового ключа и вторым контактом, и четвертый замыкающий контакт, соединенный между выходом дифференциального усилителя и блоком управления реле. A device for arc-free electrical circuit switching [1] comprising a contact semiconductor relay control unit, a differential amplifier, a semiconductor switch, and a four-position step relay, which includes a first make contact, shunted by a semiconductor switch and a differential amplifier, a second make contact connected in series with the first contact, the third make contact connected between the input circuit of the semiconductor key and the second contact, and the fourth make a contact connected between the output of the differential amplifier and the relay control unit.

Выполнение реле четырехпозиционным обусловлено необходимостью с целью обеспечения бездуговой коммутации электрической цепи, очередности срабатывания четырех контактов, когда каждой позиции реле соответствует определенное состояние контактов. При замыкании электрической цепи первым замыкается второй контакт, а последним первый, а при размыкании очередность срабатывания контактов изменяется первым размыкается первый контакт, а последним второй. При этом контактно-полупроводниковый блок управления выдает импульсы, переводящие коммутационный диск шагового реле и связанные с ним контакты в определенную позицию. The execution of the four-position relay is due to the need to ensure an arc-free switching of the electric circuit, the sequence of operation of the four contacts, when each position of the relay corresponds to a certain state of the contacts. When the electric circuit is closed, the second contact closes first, and the first closes last, and when the contacts are opened, the sequence of contacts changes first, the first contact opens, and the last second. In this case, the contact-semiconductor control unit generates pulses that translate the switching disk of the step relay and the contacts associated with it to a specific position.

Недостатки устройства сложность и невысокая надежность, обусловленные контактно-полупроводниковым блоком управления, дифференциальным усилителем и четырехпозиционным многоконтактным шаговым реле. The disadvantages of the device are complexity and low reliability due to the contact-semiconductor control unit, differential amplifier and four-position multi-contact step relay.

Наиболее близким к предлагаемому результату является устройство для бездуговой коммутации электрической цепи [3] выбранное за прототип, содержащее две пары контактов, привод указанных контактов, один или два подвижных элемента, полупроводниковый ключ и датчик замыкания контактов, причем указанный привод механически связан с указанными контактными парами через указанные подвижные элементы так, что контактная пара через силовые выводы полупроводникового ключа подключена параллельно второй паре контактов, дополнительный элемент, выполненный в виде выступа или постоянного магнита, установленного на подвижном элементе первой пары контактов, причем выходы указанного датчика замыкания контактов подключены к точке соединения первой контактной пары с силовым выводом полупроводникового ключа. Closest to the proposed result is a device for arc-free switching of an electric circuit [3] selected for the prototype, containing two pairs of contacts, a drive of these contacts, one or two movable elements, a semiconductor key and a contact closure sensor, the drive being mechanically connected to these contact pairs through these movable elements so that the contact pair is connected in parallel with the second pair of contacts through the power terminals of the semiconductor switch, an additional element, nested in the form of a protrusion or a permanent magnet mounted on a movable element of the first pair of contacts, and the outputs of the specified contact closure sensor are connected to the connection point of the first contact pair with the power terminal of the semiconductor key.

Недостаток устройства невысокая надежность и сложность, обусловленные наличием дополнительного элемента, выполненного в виде выступа или постоянного магнита и датчика конечного положения с встроенным усилительным каскадом. The disadvantage of the device is low reliability and complexity due to the presence of an additional element made in the form of a protrusion or a permanent magnet and an end position sensor with a built-in amplifier stage.

Цель изобретения упрощение и повышение надежности. The purpose of the invention is to simplify and improve reliability.

Цель достигается тем, что гибридный бездуговой аппарат, содержащий две пары контактов, привод указанных контактов, обеспечивающий срабатывание второй контактной пары с опережением на размыкание и с замедлением на замыкание по отношению к первой контактной паре, полупроводниковый ключ, подключенный силовыми выводами через контакты первой пары параллельно второй паре контактов, снабжен третьей парой контактов, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу указанного полупроводникового ключа, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой и второй контактных пар таким образом, что ее замыкание обеспечивается после замыкания первой пары контатков, а размыкание после размыкания второй пары контактов, причем каждый контакт может быть размещен как на индивидуальном, так и на общем контакт-держателе контакт-деталей трех контактных пар, электрически изолированных друг от друга, в качестве указанного полупроводникового ключа может быть использован транзисторный модуль, выполненный в гибридном исполнении, и расположенный либо на одном из контактов или его контактодержателе, либо на общем держателе контакт-деталей трех контактных пар. The goal is achieved by the fact that a hybrid arcless apparatus containing two pairs of contacts, a drive of these contacts, providing the second contact pair is activated ahead of opening and slowing down on the circuit with respect to the first contact pair, a semiconductor switch connected in parallel with the power terminals through the contacts of the first pair the second pair of contacts is provided with a third pair of contacts, the output of one of the contact parts of which is connected to the control terminal of the specified semiconductor key, and the output of the second tact-parts to the common point of connection of the terminals of the contact parts of the first and second contact pairs in such a way that its closure is ensured after the first pair of contacts is closed, and opening after the second pair of contacts is opened, each contact can be placed either individually or on a common contact holder of the contact parts of three contact pairs electrically isolated from each other, as a specified semiconductor key can be used a transistor module made in a hybrid design, and located either on one of the contacts or its contact holder, or on a common holder of contact parts of three contact pairs.

Благодаря введению третьей пары контактов, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу полупроводникового ключа, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой и второй контактных пар, и расположенной относительно первой и второй контактных пар так, что достигается определенный алгоритм работы трех контактных пар с полупроводниковым ключом, при котором последовательно замыкается и размыкается цепь практически без дугообразования на контактах, так что первая (изолирующая) контактная пара первой замыкается и последней размыкается, в то время как вторая (шунтирующая) контактная пара последней замыкается и первой размыкается, а третья (управляющая) контактная пара второй последовательно замыкается и размыкается, при этом обеспечивается повышение надежности за счет упрощения как механической части конструкции привода (исключается выступ или постоянный магнит с деталями его крепления), так и полупроводниковой за счет уменьшения количества отдельных электронных компонентов и межсоединений (исключается датчик конечного положения с усилительным каскадом и монтажные провода межсоединений). Кроме того, существенным образом расширяются функциональные возможности благодаря использованию в качестве полупроводникового ключа транзисторного модуля, выполненного по гибридной технологии и содержащего n бескорпусных транзисторов либо биполярных, либо полевых, включенных, например, параллельно или каскадно, управление которыми интегрировано, что дало возможность при использовании бескорпусных транзисторов повышенной степени интеграции преодолеть ряд ограничений, свойственных корпусным транзисторам (заключенным в очень объемные кожуха), снизить в несколько раз массу, габариты и трудоемкость изготовления. Все это в сочетании с применением предложенного технического решения позволило повысить надежность гибридного бездугового аппарата и расположить гибридный транзисторный модуль либо на одном из контактов или его контактодержателе, либо на общем держателе контакт-деталей трех контактных пар, электрически изолированных друг от друга, как, например [2]
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях, что позволило установить соответствие его критерию "изобретательский уровень".Thanks to the introduction of the third pair of contacts, the output of one of the contact parts of which is connected to the control terminal of the semiconductor key, and the output of the second contact part to the common connection point of the terminals of the contact parts of the first and second contact pairs, and located relative to the first and second contact pairs, that a certain algorithm is achieved for the operation of three contact pairs with a semiconductor key, in which the circuit is sequentially closed and opened practically without arcing at the contacts, so the first (insulating second) the contact pair closes first and the last opens, while the second (shunting) contact pair closes and the first opens, and the third (control) contact pair the second sequentially closes and opens, while improving reliability due to simplification as a mechanical part drive design (the protrusion or permanent magnet with the details of its fastening is excluded), and the semiconductor by reducing the number of individual electronic components and interconnects (excludes end position transmitter with amplifier stage and interconnecting wires). In addition, the functionality is significantly expanded due to the use of a transistor module as a semiconductor key, made using hybrid technology and containing n single-frame transistors, either bipolar or field, connected, for example, in parallel or in cascade, the control of which is integrated, which made it possible to use case-free transistors of increased degree of integration overcome a number of limitations inherent in case transistors (enclosed in a very large casing), to reduce several times the weight, dimensions and complexity of manufacturing. All this, combined with the application of the proposed technical solution, made it possible to increase the reliability of the hybrid arcless apparatus and place the hybrid transistor module either on one of the contacts or its contact holder, or on the common holder of contact parts of three contact pairs that are electrically isolated from each other, such as [ 2]
Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion of "novelty." Signs that distinguish the claimed solution from the prototype are not identified in other technical solutions, which made it possible to establish compliance with its criterion of "inventive step".

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предложенного гибридного бездугового аппарата; на фиг.2 показан конструктивный вариант выполнения гибридного аппарата, в котором в качестве привода использован дистанционный переключатель серии ДП1 ТУ 16-526.455-79; на фиг.3 конструктивный вариант выполнения гибридного аппарата применительно к кнопочному выключателю поворотного типа, в котором поворотный подвижный элемент привода 3 выполнен из упругого электропроводного материала. In FIG. 1 shows a circuit diagram of the proposed hybrid arcless apparatus; figure 2 shows a constructive embodiment of a hybrid apparatus, in which the remote switch series DP1 TU 16-526.455-79 is used as a drive; figure 3 is a structural embodiment of a hybrid apparatus as applied to a push-button switch of the rotary type, in which the rotary movable element of the actuator 3 is made of an elastic conductive material.

Гибридный бездуговой аппарат содержит (фиг.1) первую пару контактов 1, вторую пару контактов 2, привод 3 указанных контактов, выполненный так, что вторая пара контактов 2 срабатывает с замедлением на замыкание и с опережением на размыкание по отношению к первой паре контактов 1, полупроводниковый ключ 4, подключенный силовыми выводами 5 и 6 через первую пару контактов 1 параллельно второй паре контактов 2. Указанная параллельная цепь включена между выводами 7 и 8 для подключения коммутируемой цепи, третью пару контактов 9, вывод одной из контакт-деталей которой подключен к управляющему выводу 10 полупроводникового ключа 4, а вывод второй контакт-детали к общей точке соединения выводов контакт-деталей первой 1 и второй 2 контактных пар таким образом, что замыкание третьей пары контактов 9 обеспечивается после замыкания первой пары контактов 1, а размыкание после размыкания второй пары контактов 2, и управление состоянием проводимости полупроводникового ключа 4, в качестве которого может быть использован транзисторный модуль, выполненный по гибридной технологии и расположенный либо на контакте, например, первой контактной пары 1 или его держателе 11 (фиг.2), либо на общем держателе 12 (фиг. 3) контакт-деталей трех контактных пар 1, 2, 9, электрически изолированных друг от друга. The hybrid arcless apparatus contains (Fig. 1) a first pair of contacts 1, a second pair of contacts 2, a drive 3 of said contacts, such that the second pair of contacts 2 is decelerated by closing and ahead of opening with respect to the first pair of contacts 1, a semiconductor switch 4 connected by power terminals 5 and 6 through the first pair of contacts 1 parallel to the second pair of contacts 2. The specified parallel circuit is connected between terminals 7 and 8 for connecting a switched circuit, the third pair of contacts 9, the output of one of the contact d the hoist of which is connected to the control terminal 10 of the semiconductor key 4, and the output of the second contact part to the common point of connection of the terminals of the contact parts of the first 1 and second 2 contact pairs in such a way that the third pair of contacts 9 is closed after the first pair of contacts 1 is closed, and opening after opening the second pair of contacts 2, and controlling the state of conductivity of the semiconductor switch 4, which can be used as a transistor module made by hybrid technology and located either and a contact, for example, of the first contact pair 1 or its holder 11 (FIG. 2), or on a common holder 12 (FIG. 3) contact parts of three contact pairs 1, 2, 9, electrically isolated from each other.

Гибридный бездуговой аппарат работает следующим образом. Hybrid arcless apparatus operates as follows.

Включение гибридного аппарата осуществляется в результате включающего воздействия на привод 3, замыкающий контакты трех пар в определенной последовательности. Под действием привода 3 первыми замыкаются контакты первой пары 1 при практически нулевом токе и, следовательно, без искрообразования, подготавливая полупроводниковый ключ 4 к включению, затем замыкаются контакты третьей пары 9, подключенные к управляющему выводу 10 полупроводникового ключа 4, что приводит к включению с высоким быстродействием полупроводникового ключа 4 до начала замыкания второй пары контактов 2, вследствие чего обеспечивается бездуговое включение электрической цепи второй парой контактов 2. При этом замыкание контактов второй пары 2 происходит с выдержкой во времени относительно времени замыкания первой пары контактов 1, что обеспечивает замыкание третьей пары контактов 9 и включение с высоким быстродействием полупроводникового ключа 4 до начала замыкания контактов второй пары 2, обеспечивая практически бездуговое включение электрической цепи постоянного тока. The inclusion of the hybrid apparatus is carried out as a result of the impact on the actuator 3, closing the contacts of three pairs in a certain sequence. Under the action of the drive 3, the contacts of the first pair 1 are closed first at almost zero current and, therefore, without sparking, preparing the semiconductor switch 4 for inclusion, then the contacts of the third pair 9 are connected, connected to the control terminal 10 of the semiconductor switch 4, which leads to high the speed of the semiconductor switch 4 before the start of the closure of the second pair of contacts 2, as a result of which the electric circuit is switched on without an arc by the second pair of contacts 2. Moreover, the closure of the contacts the second pair 2 occurs with a time delay relative to the closing time of the first pair of contacts 1, which ensures the closure of the third pair of contacts 9 and the inclusion of a high-speed semiconductor switch 4 before the closure of the contacts of the second pair 2, providing an almost arc-free DC circuit.

Отключение гибридного аппарата происходит при отключающем воздействии на привод 3, размыкающий контакты трех пар в обратной последовательности, первыми начинают размыкаться контакты второй пары 2. При размыкании второй пары контактов 2 ток, протекающий через контакты, перераспределяется в шунтирующую цепь, состоящую из последовательно соединенных замкнутых контактов первой пары 1 и включенного полупроводникового ключа 4, удерживаемого во включенном состоянии током, проходящим по управляющему выводу 10 через замкнутую третью контактную пару 9, и обеспечивается практически бездуговое размыкание контактов второй пары 2, затем размыкаются контакты третьей пары 9, снимая сигнал управления с управляющего вывода 10, и одновременно происходит выключение с высоким быстродействием полупроводникового ключа 4 до начала размыкания контактов первой пары 1, которые, размыкая токи утечки полупроводникового ключа 4, размыкаются без искрообразования. При этом опережение размыкания контактов второй пары 2 выбрано таким, чтобы до начала размыкания контактов первой пары 1 закончился процесс размыкания контактов третьей пары 9 и выключения с высоким быстродействием по управляющему выводу 10 полупроводникового ключа 4, вследствие чего контакты первой пары 1 размыкаются без искрообразования, осуществляя полный (гальванический) разрыв электрической цепи постоянного тока. The hybrid apparatus is switched off when the drive 3 is switched off, opening the contacts of three pairs in the reverse order, the contacts of the second pair 2 begin to open first. When the second pair of contacts 2 is opened, the current flowing through the contacts is redistributed into a shunt circuit consisting of closed-connected closed contacts the first pair 1 and the included semiconductor switch 4, held in the on state by the current passing through the control terminal 10 through a closed third contact a pair of 9, and provides an almost arc-free opening of the contacts of the second pair 2, then the contacts of the third pair 9 are opened, removing the control signal from the control output 10, and at the same time, the high-speed semiconductor switch 4 is turned off before the contacts of the first pair 1, which, breaking the currents semiconductor key leaks 4, open without sparking. In this case, the opening delay of the contacts of the second pair 2 is selected so that before the opening of the contacts of the first pair 1, the process of opening the contacts of the third pair 9 and shutdown with high speed on the control output 10 of the semiconductor switch 4 is completed, as a result of which the contacts of the first pair 1 open without sparking, complete (galvanic) breaking of the DC circuit.

Использование предложенного технического решения позволит повысить надежность гибридного аппарата за счет введения третьей пары контактов, которая используется для управления полупроводниковым ключом в определенной последовательности с тремя контактными парами. Требуемая последовательность срабатывания с заданной выдержкой времени трех пар контактов (изолирующих, управляющих и шунтиpующих) достигается за счет конструкции привода (использованием дистанционных переключателей либо с механической, либо с магнитной фиксацией (защелками) или кнопочных выключателей поворотного типа), а также за счет того, что три контакт-детали трех контактных пар электрически объединены в общую точку, что в отличие от известных достигается простым схемным и конструктивным решением при обеспечении высокой надежности. Изобретение позволит без увеличения массогабаритных показателей расширить функциональные возможности благодаря использованию в качестве полупроводникового ключа транзисторного модуля, за счет выполнения его в гибридном исполнении, а также за счет увеличения коммутируемых номинальных токов и напряжений при сохранении высокой надежности. Using the proposed technical solution will improve the reliability of the hybrid apparatus by introducing a third pair of contacts, which is used to control a semiconductor key in a certain sequence with three contact pairs. The required sequence of operation with a given time delay of three pairs of contacts (isolating, controlling and shunting) is achieved due to the design of the drive (using remote switches with either mechanical or magnetic lock (latches) or push-button switches of rotary type), as well as due to that the three contact parts of the three contact pairs are electrically combined into a common point, which, in contrast to the known ones, is achieved by a simple circuit and structural solution while ensuring high reliability tee. The invention will allow, without increasing the overall dimensions, to expand the functionality due to the use of a transistor module as a semiconductor switch, by performing it in a hybrid design, and also by increasing the switched rated currents and voltages while maintaining high reliability.

Таким образом сочетание трех контактных пар с полупроводниковым ключом, имеющим полную управляемость и высокие скорости переключения, обеспечивает малое падение напряжения в состоянии включения наряду с практически нулевым напряжением включения, нулевой ток отключения и практически бездуговое коммутирование с использованием очень малого числа компонентов. Thus, the combination of three contact pairs with a semiconductor switch, which has full controllability and high switching speeds, provides a small voltage drop in the on state along with almost zero switching voltage, zero breaking current and almost arcless switching using a very small number of components.

Claims

1. HYBRID ARC-FREE APPLIANCE, containing two pairs of contacts, a drive of these contacts, providing the second contact pair is activated ahead of opening and slowing down on the circuit with respect to the first contact pair, a semiconductor switch connected by power leads through the contacts of the first pair parallel to the second pair of contacts , characterized in that it is equipped with a third pair of contacts, the output of one of the contact parts of which is connected to the control terminal of the specified semiconductor key, and the output of the second clock parts to the common point of connection of the terminals of the contact parts of the first and second contact pairs, said third contact pair is located relative to the first and second contact pairs, so that it closes after closing the first pair of contacts, and opening after opening the second pair of contacts, each contact can be placed both on an individual contact holder and on a common holder of contact parts of three contact pairs, electrically isolated from one another.

2. The device according to claim 1, characterized in that the transistor module is used as a semiconductor key, made in a hybrid design and located either on one of the contacts or its contact holder, or on a common holder of contact parts of three contact pairs.