RU2109365C1

RU2109365C1 - Switching device

Info

Publication number: RU2109365C1
Application number: RU96111906A
Authority: RU
Inventors: Владимир Леонтьевич Лотоцкий; Сергей Владимирович Лотоцкий
Original assignee: Владимир Леонтьевич Лотоцкий; Сергей Владимирович Лотоцкий
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 1998-04-20
Also published as: RU96111906A

Abstract

FIELD: low-voltage electrical equipment; arcless switching of circuits with inductive energy storages. SUBSTANCE: device has power contact 1 shorted out by circuit set up of n series-connected auxiliary contacts 2 and 3 of which (n-1) auxiliary contacts 2 are shorted out by nonlinear resistance units 4 and inductive load 5 is shorted out by circuit of series-connected backward diode 6 and nonlinear resistance unit 7 whose leads are connected to interlocking contact 8 and primary winding of pulse transformer; secondary winding of the latter is connected through backward diode 10 to leads of power supply 11. EFFECT: provision for arcless switching and return of energy stored in magnetic field of load inductance coil to power supply. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам и предназначено для бездуговой коммутации цепей с индуктивным накопителем энергии. The invention relates to low-voltage electrical apparatus and is intended for arc-free switching circuits with an inductive energy storage.

Известно устройство, в котором для облегчения условий гашения энергии, накопленной в индуктивной нагрузке, последняя шунтируется нелинейно-резистивным элементом (варистором) [1]. A device is known in which, in order to facilitate the damping of the energy accumulated in an inductive load, the latter is shunted by a nonlinear resistive element (varistor) [1].

Однако бездуговое размыкание контактов в этом устройстве не достигается. However, an arc-free opening of contacts in this device is not achieved.

Прототипом данного технического решения является устройство, содержащее первый и второй главные контакты, соединенные последовательно. При этом первый главный контакт зашунтирован цепью из последовательно соединенных вспомогательных контактов, каждый из которых в свою очередь зашунтирован силовым резистором [2]. The prototype of this technical solution is a device containing the first and second main contacts connected in series. In this case, the first main contact is shunted by a chain of series-connected auxiliary contacts, each of which in turn is shunted by a power resistor [2].

Такая схема выключения первого главного контакта позволяет существенно улучшить условия коммутации второго главного контакта, снабженного дугогасительной системой. Условия гашения поля здесь облегчены, но коммутирующее устройство не является бездуговым, а энергетические показатели его не высоки, так как энергия рассеивается в виде тепловых потерь. Such a circuit for switching off the first main contact can significantly improve the switching conditions of the second main contact equipped with an arcing system. The field damping conditions are facilitated here, but the switching device is not arcless, and its energy performance is not high, since the energy is dissipated in the form of heat loss.

Целью изобретения является обеспечение бездуговой коммутации и повышение энергетических показателей коммутирующего устройства. The aim of the invention is the provision of arc-free switching and improving the energy performance of the switching device.

В устройстве, содержащем источник питания, главный контакт, зашунтированный цепью из n последовательно соединенных вспомогательных контактов, цепь нагрузки с преобладанием индуктивной составляющей, указанная выше цель по совершенствованию схемы коммутирующего устройства, достигается тем, что каждый из (n-1) вспомогательных контактов зашунтирован нелинейно-резистивным элементом, а цепь нагрузки зашунтирована цепочкой, состоящей из последовательно соединенных обратного диода и нелинейно-резистивного элемента, к выводам которого подключены блокирующий контакт и первичная обмотка импульсного трансформатора, а его вторичная обмотка через второй обратный диод подключена к выводам источника питания. In the device containing the power source, the main contact, shunted by a circuit of n serially connected auxiliary contacts, the load circuit with a predominance of the inductive component, the above goal to improve the circuit of the switching device is achieved by the fact that each of the (n-1) auxiliary contacts is shunted nonlinearly -resistive element, and the load circuit is shunted by a chain consisting of a series-connected reverse diode and a nonlinear resistive element, to the terminals of which cheny blocking contact and the primary winding of the pulse transformer and its secondary winding through a second freewheeling diode connected to the power supply terminals.

В коммутирующем устройстве для ускорения гашения поля цепь, шунтирующая нагрузку, составлена из последовательно соединенных обратного диода и нескольких (более одного) нелинейно-резистивных элементов, каждый из которых зашунтирован отдельным блокирующим контактом, а ко всей цепочки нелинейно-резистивных элементов подключена первичная обмотка импульсного трансформатора. In the switching device to accelerate the field damping, the load shunt circuit is composed of a series-connected reverse diode and several (more than one) non-linear resistive elements, each of which is bridged by a separate blocking contact, and the primary winding of the pulse transformer is connected to the entire chain of non-linear resistive elements .

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - то же, но вместо одного нелинейно-резистивного элемента и одного блокирующего контакта применяется цепочка последовательно соединенных нелинейно-резистивных элементов, шунтированных блокирующими контактами. In FIG. 1 schematically shows the proposed device; figure 2 is the same, but instead of one nonlinear resistive element and one blocking contact, a chain of series-connected nonlinear resistive elements shunted by the blocking contacts is used.

Устройство (фиг.1) содержит главный контакт 1, зашунтированный цепью из n последовательно соединенных вспомогательных контактов 2 и 3, при этом каждый из (n-1) контактов 2 зашунтированы нелинейно-резистивным элементом 4, а контакт 3 не шунтируется. Нагрузка 5 зашунтирована цепью, состоящей из последовательно соединенных обратного диода 6 и линейно-резистивного элемента 7, к выводам которого подключены блокирующий контакт 8 и первичная обмотка импульсного трансформатора 9, а его вторичная обмотка через второй обратный диод 10 подключена к выводам источника 11 питания. The device (figure 1) contains the main contact 1, shunted by a chain of n series-connected auxiliary contacts 2 and 3, while each of the (n-1) contacts 2 are bridged by a non-linear resistive element 4, and the contact 3 is not bridged. The load 5 is shunted by a circuit consisting of a series-connected reverse diode 6 and a linear resistive element 7, to the terminals of which a blocking contact 8 and the primary winding of the pulse transformer 9 are connected, and its secondary winding through the second reverse diode 10 is connected to the terminals of the power supply 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном (включенном) состоянии главный контакт 1, вспомогательные контакты 2 и 3 и блокирующий контакт 8 находятся в замкнутом состоянии. Ток из источника 11 питания в нагрузку 5 протекает главным образом через контакт 1, а через цепи, в которых расположены контакты 2, 3 и 8, протекают незначительные токи утечки, которые можно в виде их малости в расчет не принимать. In the initial (on) state, main contact 1, auxiliary contacts 2 and 3, and blocking contact 8 are in the closed state. The current from the power supply 11 to the load 5 flows mainly through pin 1, and insignificant leakage currents flow through the circuits in which the contacts 2, 3 and 8 are located, which can be ignored in the form of their smallness.

При отключении нагрузки первым размыкается главный контакт 1 и ток переходит в шунтирующую цепь, образованную контактами 2 и 3. Так как падение напряжения в этой цепи мало (≈ 1 В), то размыкание контакта 1 будет бездуговым. После полного раздвижения контакт-деталей главного контакта 1, когда полностью восстанавливается его электрическая прочность, размыкаются вспомогательные контакты 2 и ток переходит в цепь, состоящую из нелинейно-резистивных элементов 4, пробивное напряжение которых выбирается меньшим, чем напряжение образования короткой дуги на вспомогательном контакте, поэтому размыкание вспомогательных контактов будет бездуговым. Суммарное пробивное напряжение всей цепи, составленной из нелинейно-резистивных элементов 4, выбирается несколько большим, чем напряжение источника 11 питания (принимается максимально допустимое значение) плюс прямое падение напряжения в обратном диоде 6 и блокирующем контакте 8. Это способствует мгновенному отключению источника питания от нагрузки 5 и переходу нагрузочного тока в шунтирующую цепь с диодом 6 и блокирующим включенным контактом 8. После этого отключается практически обесточенный вспомогательный контакт 3. When the load is disconnected, the main contact 1 opens first and the current passes to the shunt circuit formed by contacts 2 and 3. Since the voltage drop in this circuit is small (≈ 1 V), opening contact 1 will be arcless. After the contact details of the main contact 1 are completely extended, when its electric strength is fully restored, auxiliary contacts 2 open and the current passes to a circuit consisting of nonlinear resistive elements 4, the breakdown voltage of which is selected less than the voltage of formation of a short arc on the auxiliary contact, therefore, the opening of the auxiliary contacts will be arc-free. The total breakdown voltage of the entire circuit, composed of non-linear resistive elements 4, is selected somewhat larger than the voltage of the power supply 11 (the maximum acceptable value is taken) plus a direct voltage drop in the reverse diode 6 and the blocking contact 8. This contributes to the instantaneous disconnection of the power source from the load 5 and the transfer of the load current to the shunt circuit with a diode 6 and a blocking included contact 8. After that, the practically de-energized auxiliary contact 3 is disconnected.

На этом заканчивается период отключения нагрузки от источника питания и начинается период гашения магнитного поля цепи нагрузки, для чего размыкается блокирующий контакт 8 и ток мгновенно переходит в нелинейно-резистивный элемент 7 ввиду его безынерционности. На нагрузке образуется перенапряжение, благодаря чему пробивается нелинейно-резистивный элемент 7. Но так как напряжение пробоя принимается меньшим, чем напряжение образования короткой дуги, то размыкание блокирующего контакта 8 будет бездуговым. При отсутствии в схеме коммутирующего устройства трансформатора 9 накопленная в магнитном поле нагрузки 5 энергия рассеялась бы в виде тепловых потерь в элементах 6 и 7. Однако напряжение пробоя элемента 7, будучи приложенным к первичной обмотке импульсного трансформатора 9, вызывает переходный процесс его включения, в результате чего начинают расти потребляемый ток и напряжение на его выходной обмотке (с учетом падения напряжения в обратном диоде 10). Как только выходное напряжение трансформатора сравняется с напряжением источника питания, начинает расти ток, поступающий в источник питания (ток рекуперации). Одновременно будут расти вторичный и первичный токи трансформатора 9, а элемент 7 будет соответственно разгружаться. При полной разгрузке элемента 7, когда его ток падает до нуля, заканчивается переходной процесс включения импульсного трансформатора 9. При этом напряжение на первичной обмотке трансформатора уменьшается до величины, немного меньшей, чем пробивное напряжение элемента 7, что обеспечивается правильно выбранным коэффициентом трансформации трансформатора. С момента завершения переходного процесса включения трансформатора он воспринимает на себя весь нагрузочный ток и преобразует его в ток рекуперации, а нелинейно-резистивный элемент 7 остается обесточенным. This ends the period of disconnecting the load from the power source and the period of damping of the magnetic field of the load circuit begins, for which the blocking contact 8 opens and the current instantly passes to the nonlinear resistive element 7 due to its inertialessness. An overvoltage is generated at the load, due to which the nonlinear-resistive element 7 breaks through. But since the breakdown voltage is taken less than the short arc formation voltage, the opening of the blocking contact 8 will be arcless. If there was no transformer 9 in the switching device circuitry, the energy 5 stored in the magnetic field of the load would dissipate in the form of heat losses in elements 6 and 7. However, the breakdown voltage of element 7, being applied to the primary winding of the pulse transformer 9, causes a transient switching process, as a result why the consumed current and voltage on its output winding begin to grow (taking into account the voltage drop in the reverse diode 10). 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) begins to increase. At the same time, the secondary and primary currents of the transformer 9 will grow, and the element 7 will accordingly be unloaded. With the complete unloading of the element 7, when its current drops to zero, the transition process of switching on the pulse transformer 9 ends. In this case, the voltage on the primary winding of the transformer decreases to a value slightly less than the breakdown voltage of the element 7, which is ensured by the correctly selected transformation coefficient of the transformer. From the moment the transformer is turned on, it takes on the entire load current and converts it into a recovery current, and the non-linear resistive element 7 remains de-energized.

Благодаря применению импульсного трансформатора между цепью шунтирования индуктивной нагрузки и источником питания осуществляется возврат (рекуперация) индуктивной энергии в источник питания, в результате чего улучшаются энергетические показатели коммутирующего устройства. Due to the use of a pulse transformer between the inductive load shunt circuit and the power source, the inductive energy is returned (recovered) to the power source, as a result of which the energy performance of the switching device is improved.

Устройство приведенное на фиг.2, работает аналогично описанному с той разницей, что благодаря применению вместо одного элемента 7 цепочки последовательно соединенных нелинейно-резистивных элементов обеспечивается бездуговое повышение напряжения в шунтирующей цепи, а следовательно, ускоряется процесс гашения магнитного поля нагрузки. The device shown in figure 2, works similarly to that described with the difference that, instead of using one element 7 of a chain of series-connected non-linear resistive elements, an arc-free voltage increase in the shunt circuit is provided, and therefore, the process of quenching the magnetic field of the load is accelerated.

Claims

1. A switching device containing a power source connected through a main contact, shunted by a circuit of n serially connected auxiliary contacts to a load circuit with a predominance of the inductive component, characterized in that each of the (n - 1) auxiliary contacts is shunted by a corresponding non-linear resistive element, and the load circuit is shunted in series with the first reverse diode and the blocking contact with the non-linear resistive element bypassing it, a pulse ansformator, the primary winding of which is connected in parallel with the locking pin and its secondary winding through a second freewheeling diode connected to the power supply terminals.

2. The switching device according to claim 1, characterized in that additional blocking contacts with correspondingly shunting non-linear resistive elements are introduced sequentially into the blocking contact circuit with the non-linear resistive element shunting it.