RU2094883C1

RU2094883C1 - Dc contactor

Info

Publication number: RU2094883C1
Application number: RU95112737A
Authority: RU
Inventors: Владимир Леонтьевич Лотоцкий; Сергей Владимирович Лотоцкий
Original assignee: Владимир Леонтьевич Лотоцкий; Сергей Владимирович Лотоцкий
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU95112737A

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: DC contactor has power supply, power contact, main thyristor, main-thyristor forced switching unit that incorporated switching thyristor and capacitor interconnected in series, charging circuit incorporating series-connected charging thyristor and resistor, thyristor control unit, and load circuit; one of power contact leads is connected to positive lead of power supply, to main-thyristor anode, and switching thyristor anode; switching thyristor cathode is connected to common point of connection of one of switching capacitor plates and one of leads of charging circuit; second plate of switching capacitor is connected to cathode of main thyristor and to positive lead of load circuit; second lead of charging circuit is connected to negative lead of load circuit; connected in parallel with main thyristor is circuit of series-connected first nonlinear resistive element and first back diode; load circuit is shorted out by circuit of series-connected second nonlinear resistive element and second back diode whose anode is connected to negative lead of load circuit and to that of power supply; pulse transformer primary winding is connected to leads of second nonlinear resistive element and its secondary winding is connected through third back diode to power supply leads. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, в частности к контакторам постоянного тока, подключающим цепи с индуктивными накопителями энергии. The invention relates to low-voltage electric devices, in particular to direct current contactors, connecting circuits with inductive energy storage devices.

Известен контактор постоянного тока [1] содержащий главный контакт, зашунтированный цепочкой последовательно соединенных основного тиристора и диода, блок принудительной коммутации основного тиристора, блок управления, цепь нагрузки, зашунтированную обратным диодом. Устройство обеспечивает коммутацию цепи с индуктивным накопителем энергии, однако время гашения этой энергии при отключении достаточно велико. Устройство обладает большими габаритами и имеет невысокую надежность. Known DC contactor [1] containing the main contact, shunted by a chain of series-connected main thyristor and diode, a forced switching unit of the main thyristor, a control unit, a load circuit shunted by a reverse diode. The device provides circuit switching with an inductive energy storage device, however, the damping time of this energy during shutdown is quite large. The device has large dimensions and has low reliability.

Прототипом данного технического решения является контактор постоянного тока [2] содержащий основной тиристор, подключенный параллельно главному контакту, соединяющему цепи источника питания и нагрузки, блок принудительной коммутации основного тиристора, состоящий из коммутирующих тиристора и конденсатора, цепь заряда коммутирующего конденсатора, состоящую из зарядных тиристора и резистора, блок управления тиристорами. Устройство имеет невысокую надежность, особенно при наличии в нагрузке значительной индуктивной составляющей, так как коммутирующий конденсатор, имеющий ограниченную емкость, достаточную лишь для коммутации основного тиристора, будет заряжаться до очень высокого напряжения, опасного для изоляции конденсатора. The prototype of this technical solution is a DC contactor [2] containing a main thyristor connected in parallel with the main contact connecting the power supply and load circuits, a forced switching unit of the main thyristor consisting of a switching thyristor and a capacitor, a switching capacitor charge circuit consisting of a charging thyristor and resistor, thyristor control unit. The device has low reliability, especially if there is a significant inductive component in the load, since a switching capacitor having a limited capacity sufficient only for switching the main thyristor will be charged to a very high voltage, which is dangerous for the insulation of the capacitor.

Цель изобретения повышение надежности и энергетических показателей контактора. The purpose of the invention to increase the reliability and energy performance of the contactor.

В контакторе, содержащем общие с прототипом [2] источник питания, главный контакт, основной тиристор, блок принудительной коммутации основного тиристора, содержащий коммутирующие тиристор и конденсатор, соединенные между собой последовательно, зарядную цепь, содержащую последовательно соединенные зарядный тиристор, блок управления тиристорами и цепь нагрузки, при этом один из выводов главного контакта подключен к положительному выводу источника питания, аноду основного тиристора и аноду коммутирующего тиристора, катод коммутирующего тиристора подключен к общей точке соединения одной из обкладок коммутирующего конденсатора с одним из выводов зарядной цепи, вторая обкладка коммутирующего конденсатора соединена с катодом основного тиристора и положительным выводом цепи нагрузки, второй вывод зарядной цепи подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки, указанная выше цель по совершенствованию контактора достигается тем, что он снабжен двумя нелинейно-резистивными элементами, тремя обратными диодами, импульсным трансформатором, параллельно основному тиристору подключена цепочка последовательно соединенных первого нелинейно-резистивного элемента и первого обратного диода, цепь нагрузки зашунтирована цепочкой последовательно соединенных второго нелинейно-резистивного элемента и второго обратного диода, анод которого подключен к отрицательному выводу цепи нагрузки и отрицательному выводу источника питания, первичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выводам второго нелинейно-резистивного элемента, а вторичная обмотка через третий обратный диод подключена к выводам источника питания. In the contactor, containing a power supply common to the prototype [2], the main contact, the main thyristor, the main switching unit of the main thyristor, containing the switching thyristor and capacitor connected in series, a charging circuit containing a connected charging thyristor, a thyristor control unit and a circuit load, while one of the terminals of the main contact is connected to the positive terminal of the power source, the anode of the main thyristor and the anode of the switching thyristor, the cathode of the switching the thyristor is connected to the common point of connection of one of the plates of the switching capacitor with one of the terminals of the charging circuit, the second plate of the switching capacitor is connected to the cathode of the main thyristor and the positive terminal of the load circuit, the second terminal of the charging circuit is connected to the negative terminal of the load circuit, the above goal to improve the contactor achieved by the fact that it is equipped with two nonlinear resistive elements, three reverse diodes, a pulse transformer, parallel to the main thyristor A chain of series-connected first non-linear resistive element and first reverse diode is connected, the load circuit is shunted by a chain of series-connected second non-linear resistive element and second reverse diode, the anode of which is connected to the negative terminal of the load circuit and the negative terminal of the power source, the primary winding of the pulse transformer is connected to the conclusions of the second non-linear resistive element, and the secondary winding through the third reverse diode is connected to the terminals of the source ka nutrition.

Представленная на чертеже схема контактора содержит источник питания 1, главный контакт 2, зашунтированный основным тиристором 3 и цепочкой последовательно соединенных первого нелинейно-резистивного элемента 4 и первого обратного диода 5, блок принудительной коммутации тиристора 3, содержащий тиристор 6 и конденсатор 7, зарядную цепь, стоящую из зарядного тиристора 8 и резистора 9, схему управления тиристорами 10, цепь нагрузки 11 активно-индуктивного характера. Цепь нагрузки зашунтирована цепочкой последовательно соединенных второго нелинейно-резистивного элемента 12 и второго обратного диода 13. К выводам элемента 12 подключена первичная обмотка импульсного трансформатора 14, а вторичная обмотка указанного трансформатора через третий обратный диод 15 подключена к выводам источника питания 1. The contactor circuit shown in the drawing contains a power source 1, a main contact 2, shunted by the main thyristor 3 and a chain of series-connected first non-linear resistive element 4 and the first reverse diode 5, a forced switching unit of the thyristor 3, containing thyristor 6 and a capacitor 7, a charging circuit, consisting of a charging thyristor 8 and a resistor 9, a thyristor 10 control circuit, a load circuit 11 of an active-inductive nature. The load circuit is shunted by a series of series-connected second non-linear resistive element 12 and the second reverse diode 13. The primary winding of the pulse transformer 14 is connected to the terminals of the element 12, and the secondary winding of the specified transformer is connected through the third reverse diode 15 to the terminals of the power source 1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии главный контакт 2 соединяет источник питания 1 с нагрузкой 11. Процесс отключения начинается с того, что по сигналу схемы управления 10 включается тиристор 8 и начинается зарядный процесс конденсатора 7, который заряжается до напряжения источника питания 1 с полярностью, показанной на фиг.1 без скобок. После завершении зарядного процесса одновременно с началом размыкания главного контакта 2 включается основной тиристор 3, и ток нагрузки переходит в цепь с тиристором 3. При полном раздвижении контакт-деталей главного контакта 2, когда его электрическая прочность достигает максимального значения, отпирается тиристор 6, включающий контур принудительной коммутации тиристора 3, который на первом этапе выключения 3 составлен из элементов 7,3,6, а на втором из элементов 7,4,5,6. На втором этапе тиристор 3 уже обесточен, а шунтирующая цепочка 4-5, пропускающая избыточный ток (в сравнении с током нагрузки), ускоряет процесс восстановления запирающих свойств основного тиристора 3. После выключения тиристора 3 дальнейший процесс разряда, а затем и перезаряда 7 происходит по контуру 1-6-7-11-1. Как только потенциал конденсатора 7 (измененная полярность показана на фиг.1 в скобках) превзойдет напряжение источника питания плюс падение напряжения в элементах 12, 13, ток нагрузки начнет перетекать в шунтирующую цепочку 12-13, а цепочка 6-7-начнет обесточиваться. Тиристор 6 отключается, и ток нагрузки полностью переходит в шунтирующую ветвь 12-13. При отсутствии в схеме контактора трансформатора 14 накопленная в магнитном поле нагрузки энергия рассеялась бы в виде тепловых потерь в элементах 12 и 13. Протекание тока нагрузки через нелинейно-резистивный элемент 12 (стабилитрон, варистор) вызывает его пробой и напряжение пробоя прикладывается к первичной обмотке импульсного трансформатора 14, вызывая переходный процесс его включения, в результате чего начнет расти потребляемый ток и напряжение на его обмотке (с учетом падения напряжения в обратном диоде 15). Как только выходное напряжение трансформатора сравняется с напряжением источника питания, начнет расти ток, поступающий в источник питания (ток рекуперации). Одновременно будут расти вторичный и первичный токи импульсного трансформатора 14, а нелинейно-резистивный элемент 12 будет соответственно разгружаться. При полной разгрузке элемента 12, когда его ток упадет до нуля, закончится переходной процесс включения импульсного трансформатора. При этом напряжение на первичный обмотке трансформатора уменьшится до величины немного меньшей, чем пробивное напряжение элемента 12, что обеспечивается правильно выбранным коэффициентом трансформации трансформатора. С момента завершения переходного процесса включения трансформатора он воспримет на себя весь ток нагрузки и преобразует его в ток рекуперации, а нелинейно-резистивный элемент 12 останется обесточенным. In the initial state, the main contact 2 connects the power source 1 to the load 11. The shutdown process begins when the thyristor 8 is turned on by the signal of the control circuit 10 and the charging process of the capacitor 7 starts, which is charged to the voltage of the power supply 1 with the polarity shown in FIG. 1 without brackets. After the charging process is completed, the main thyristor 3 is turned on simultaneously with the opening of the main contact 2, and the load current passes to the circuit with the thyristor 3. When the contact parts of the main contact 2 are completely extended, when its electric strength reaches its maximum value, the thyristor 6 is turned on, including the circuit forced switching of thyristor 3, which at the first stage of shutdown 3 is composed of elements 7.3.6, and at the second of elements 7.4.5.6. At the second stage, thyristor 3 is already de-energized, and the shunt circuit 4-5, which passes excess current (in comparison with the load current), accelerates the process of restoring the locking properties of the main thyristor 3. After turning off the thyristor 3, the further discharge process, and then recharge 7, takes place circuit 1-6-7-11-1. As soon as the potential of the capacitor 7 (the changed polarity is shown in brackets in Fig. 1) exceeds the voltage of the power supply plus the voltage drop in the elements 12, 13, the load current will begin to flow into the shunt circuit 12-13, and the circuit 6-7-will become de-energized. The thyristor 6 is turned off, and the load current completely passes into the shunt branch 12-13. If there was no transformer in the contactor circuit of the transformer 14, the energy stored in the magnetic field of the load would be dissipated in the form of heat losses in the elements 12 and 13. The flow of the load current through the nonlinear resistive element 12 (zener diode, varistor) causes its breakdown and the breakdown voltage is applied to the primary winding of the pulse transformer 14, causing a transition process of its inclusion, as a result of which the current consumption and voltage on its winding will begin to increase (taking into account the voltage drop in the reverse diode 15). As soon as the output voltage of the transformer is equal to the voltage of the power source, the current flowing into the power source (recovery current) will begin to increase. At the same time, the secondary and primary currents of the pulse transformer 14 will grow, and the non-linear resistive element 12 will be unloaded accordingly. When the element 12 is completely unloaded, when its current drops to zero, the transition process of switching on the pulse transformer will end. In this case, the voltage on the primary winding of the transformer will decrease to a value slightly less than the breakdown voltage of the element 12, which is ensured by the correctly selected transformation ratio of the transformer. From the moment the transformer is turned on, it will take on the entire load current and convert it into a recovery current, and the non-linear resistive element 12 will remain de-energized.

Благодаря применению импульсного трансформатора между контуром шунтирования индуктивной нагрузки и источником питания осуществляется возврат (рекуперация) индуктивной энергии в источник питания, в результате чего улучшаются энергетические показатели контактора. Thanks to the use of a pulse transformer between the inductive load shunt circuit and the power source, the inductive energy is returned (recuperated) to the power source, resulting in improved contactor energy performance.

Claims

A DC contactor containing a power source, a main contact, a main thyristor, a forced switching unit of the main thyristor, containing a switching thyristor and a capacitor connected in series, a charging circuit containing a charging thyristor and a resistor connected in series, a thyristor control unit and a load circuit, this one of the conclusions of the main contact is connected to the positive terminal of the power source, the anode of the main thyristor and the anode of the switching thyristor, the cathode commutes the thyristor is connected to the common point of connection of one of the plates of the switching capacitor with one of the terminals of the charging circuit, the second plate of the switching capacitor is connected to the cathode of the main thyristor and the positive terminal of the load circuit, the second terminal of the charging circuit is connected to the negative terminal of the load circuit, characterized in that it equipped with two non-linear resistive elements, three reverse diodes, a pulse transformer, a chain of series-connected connected parallel to the main thyristor the first non-linear resistive element and the first reverse diode, the load circuit is shunted by a series of second non-linear resistive element and the second reverse diode connected in series, the anode of which is connected to the negative terminal of the load circuit and the negative terminal of the power source, the primary winding of the pulse transformer is connected to the terminals of the second non-linear resistive element, and the secondary winding through the third reverse diode is connected to the terminals of the power source.