RU225110U1

RU225110U1 - Switching device for DC output current of power converters

Info

Publication number: RU225110U1
Application number: RU2023132973U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Доронин; Сергей Николаевич Доронин; Анастасия Сергеевна Гусева; Александр Иванович Бардин
Original assignee: Акционерное общество "Рязанское конструкторское бюро "Глобус" (АО "РКБ "Глобус")
Filing date: 2023-12-13
Publication date: 2024-04-15

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам коммутации цепей постоянного тока, и может быть использована для коммутации выходного тока силовых преобразователей в системах заряда тяговых аккумуляторов электротранспортных средств. Технический результат заключается в обеспечении электробезопасности системы заряда тяговых аккумуляторов электротранспортных средств за счет полной гальванической изоляции нагрузки от источника питания в отключенном состоянии контакторов. Устройство коммутации выходного постоянного тока силовых преобразователей содержит первый и второй контакторы и искрогасящую цепь, состоящую из конденсатора и диода, которые позволяют подавить возникающую при размыкании контакторов самоиндукцию и снизить вероятность появления дугового разряда. 1 ил.

The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to switching devices for DC circuits, and can be used to switch the output current of power converters in charging systems for traction batteries of electric vehicles. The technical result consists in ensuring the electrical safety of the charging system for traction batteries of electric vehicles due to complete galvanic isolation of the load from the power source when the contactors are off. The switching device for the output DC current of the power converters contains the first and second contactors and a spark-extinguishing circuit consisting of a capacitor and a diode, which make it possible to suppress the self-induction that occurs when the contactors open and reduce the likelihood of an arc discharge. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам коммутации цепей постоянного тока, и может быть использована для коммутации выходного тока силовых преобразователей в системах заряда тяговых аккумуляторов электротранспортных средств.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to switching devices for DC circuits, and can be used to switch the output current of power converters in charging systems for traction batteries of electric vehicles.

Процесс коммутации тока в системах заряда тяговых аккумуляторов электротранспортных средств регламентирован международными стандартами, которые требуют обеспечение полной гальванической изоляции нагрузки, а также использование электромагнитных контакторов (далее по тексту - контактор) при коммутации тока. Однако, контакторы обладают рядом недостатков, одним из которых является их малый срок службы, связанный с износом контактов. Известно, что при размыкании контактов контактора, как правило, возникает дуговой разряд (дуга), который инициируется из-за избыточного тепла и ионизации газа в контактной зоне. Открытая дуга имеет высокую температуру, что приводит к перегреву самих контактов. Применение в схемах коммутации искрогасящих цепей минимизирует износ контактов, что увеличивает срок службы и снижает вероятность их поломки или повреждения.The process of current switching in charging systems for traction batteries of electric vehicles is regulated by international standards, which require complete galvanic isolation of the load, as well as the use of electromagnetic contactors (hereinafter referred to as contactors) when switching current. However, contactors have a number of disadvantages, one of which is their short service life due to contact wear. It is known that when the contactor contacts open, an arc discharge (arc) usually occurs, which is initiated due to excess heat and ionization of the gas in the contact zone. An open arc has a high temperature, which leads to overheating of the contacts themselves. The use of spark-extinguishing circuits in switching circuits minimizes contact wear, which increases service life and reduces the likelihood of their breakage or damage.

Известно устройство для бездуговой коммутации электрических цепей (патент РФ №2192682, МПК Н01Н 9/30). Здесь для предотвращения эффекта возникновения дуги используется транзистор, управляющий электрод которого подключен через диод к первой клемме и к одному из выводов контакта, а через параллельно соединенные резистор и конденсатор к другому выводу контакта, а силовыми электродами транзистор включен последовательно в цепь нагрузки. Недостаток данного решения заключается в том, что транзистор, включенный последовательно в силовую цепь, должен быть рассчитан на полный ток нагрузки, иначе существенно увеличиваются потери энергии, и возникает необходимость в эффективном отводе тепла.A device for arcless switching of electrical circuits is known (RF patent No. 2192682, MPK N01N 9/30). Here, to prevent the effect of an arc, a transistor is used, the control electrode of which is connected through a diode to the first terminal and to one of the contact terminals, and through a parallel-connected resistor and capacitor to the other contact terminal, and with power electrodes the transistor is connected in series to the load circuit. The disadvantage of this solution is that the transistor connected in series to the power circuit must be designed for the full load current, otherwise energy losses increase significantly, and there is a need for efficient heat removal.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является искрогасящее устройство для отключения цепи постоянного тока (патент США №5764459, МПК Н01Н 9/30), которое содержит два контактора, предназначенных для подключения источника питания постоянного тока к нагрузке, и искрогасящую цепь, состоящую из конденсатора, подключенного параллельно первому контактору через диод для накопления электроэнергии при размыкании первого контактора, и разрядного резистора, через который разряжается конденсатор при последовательном размыкании вначале первого контактора, а затем второго контактора для отключения нагрузки от источника питания.The closest to the proposed technical solution is a spark-extinguishing device for disconnecting a DC circuit (US patent No. 5764459, IPC N01N 9/30), which contains two contactors designed to connect a DC power source to the load, and a spark-extinguishing circuit consisting of a capacitor, connected in parallel to the first contactor through a diode to store electricity when the first contactor is opened, and a discharge resistor through which the capacitor is discharged when first the first contactor and then the second contactor are opened in series to disconnect the load from the power source.

Однако, после размыкания первого контактора нагрузка остается подключенной к источнику через элементы искрогасящей цепи, и даже после размыкания второго контактора нагрузка остается гальванически связанной с источником питания, что нарушает требования безопасности, в частности, в системах заряда тяговых аккумуляторов электротранспортных средств.However, after opening the first contactor, the load remains connected to the source through the elements of the spark-extinguishing circuit, and even after opening the second contactor, the load remains galvanically connected to the power source, which violates safety requirements, in particular, in charging systems for traction batteries of electric vehicles.

Технический результат полезной модели направлен на расширение функциональных возможностей и повышение электробезопасности устройства путем обеспечения полной гальванической изоляции нагрузки в отключенном состоянии контакторов, при сохранении их коммутационной износостойкости.The technical result of the utility model is aimed at expanding the functionality and increasing the electrical safety of the device by ensuring complete galvanic isolation of the load in the off state of the contactors, while maintaining their switching wear resistance.

Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство коммутации выходного постоянного тока силовых преобразователей содержит первый и второй контакторы и искрогасящую цепь, состоящую из конденсатора и диода. При этом оно отличается тем, что положительный вывод источника постоянного тока подключен к первому выводу конденсатора и первому контакту первого контактора, второй контакт которого соединен с катодом диода и подключен к нагрузке, отрицательный вывод источника постоянного тока подключен к второму выводу конденсатора и второму контакту второго контактора, первый контакт которого соединен с анодом диода и подключен к нагрузке.The technical result of the utility model is achieved by the fact that the switching device for the output direct current of power converters contains first and second contactors and a spark-extinguishing circuit consisting of a capacitor and a diode. Moreover, it differs in that the positive terminal of the DC source is connected to the first terminal of the capacitor and the first contact of the first contactor, the second contact of which is connected to the cathode of the diode and connected to the load, the negative terminal of the DC source is connected to the second terminal of the capacitor and the second contact of the second contactor , the first contact of which is connected to the anode of the diode and connected to the load.

Описание устройства поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства коммутации выходного постоянного тока силовых преобразователей.The description of the device is illustrated by a drawing, which shows a block diagram of a switching device for the output DC current of power converters.

На чертеже обозначены:The drawing shows:

1 - клемма,1 - terminal,

2 - клемма,2 - terminal,

3 - конденсатор,3 - capacitor,

4 - контактор,4 - contactor,

5 - контактор,5 - contactor,

6 - диод,6 - diode,

7 - клемма,7 - terminal,

8 - клемма.8 - terminal.

Последовательно со схемой включаются не показанные чертеже источник питания, подключаемый к клеммам 1, 2, и нагрузка, подключаемая к клеммам 7, 8. Схема содержит контактор 4, первый контакт которого подключен к клемме 1, а второй - к клемме 7, контактор 5, второй контакт которого подключен к клемме 2, а первый - к клемме 8. Между клеммами 1 и 2 подключен конденсатор 3, а между клеммами 7 и 8 подключен диод 6 так, что анод подключен к клемме 8, а катод - к клемме 7.A power source, not shown in the drawing, connected to terminals 1, 2, and a load connected to terminals 7, 8 are connected in series with the circuit. The circuit contains a contactor 4, the first contact of which is connected to terminal 1, and the second to terminal 7, contactor 5, the second contact of which is connected to terminal 2, and the first to terminal 8. Capacitor 3 is connected between terminals 1 and 2, and diode 6 is connected between terminals 7 and 8 so that the anode is connected to terminal 8 and the cathode to terminal 7.

Устройство коммутации выходного постоянного тока силовых преобразователей работает следующим образом.The DC output switching device of power converters operates as follows.

При замкнутом положении контактов контакторов 4 и 5 ток протекает от положительного полюса к отрицательному по замкнутой цепи. При этом конденсатор 3 заряжен протекающим в цепи током, а через диод 6 ток не течет.When the contacts of contactors 4 and 5 are closed, current flows from the positive pole to the negative pole in a closed circuit. In this case, capacitor 3 is charged by the current flowing in the circuit, but no current flows through diode 6.

При размыкании контактов контакторов 4 и 5 возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует убыванию силы тока на нагрузке. Такой эффект приводит к пробою межконтактного промежутка и возникновению дугового разряда в контактной зоне контакторов 4 и 5. В целях стабилизации ЭДС и предотвращения появления дуговых разрядов, между клеммами 1 и 2, включается конденсатор 3, а между клеммами 7 и 8 - диод 6.When the contacts of contactors 4 and 5 open, a self-induction emf occurs, which prevents the current on the load from decreasing. This effect leads to breakdown of the intercontact gap and the occurrence of an arc discharge in the contact zone of contactors 4 and 5. In order to stabilize the EMF and prevent the occurrence of arc discharges, capacitor 3 is turned on between terminals 1 and 2, and diode 6 is connected between terminals 7 and 8.

Диод 6 позволяет подавить ЭДС самоиндукции, направляя ток самоиндукции обратно через нагрузку, тем самым исключая возникновение дугового разряда в контактной зоне контакторов 4 и 5. Конденсатор 3 также позволяет подавить ЭДС самоиндукции. Работа конденсатора 3 основана на принципе реактивной компенсации (заряженный конденсатор компенсирует резкое изменение напряжения). Следовательно, энергия, возникающая в момент размыкания цепи, расходуется на заряд конденсатора 3, что обеспечивает плавное увеличение напряжения, исключая тем самым возникновение дугового разряда в контактной зоне контакторов 4 и 5.Diode 6 allows you to suppress the self-induction EMF by directing the self-induction current back through the load, thereby eliminating the occurrence of an arc discharge in the contact area of contactors 4 and 5. Capacitor 3 also allows you to suppress the self-induction EMF. The operation of capacitor 3 is based on the principle of reactive compensation (a charged capacitor compensates for a sudden change in voltage). Consequently, the energy generated at the moment of opening the circuit is spent on charging the capacitor 3, which ensures a smooth increase in voltage, thereby eliminating the occurrence of an arc discharge in the contact area of contactors 4 and 5.

Таким образом, при разомкнутом положении контактов контакторов 4 и 5 в устройстве обеспечивается полная гальваническая изоляция нагрузки, благодаря чему становится возможным его применение в системах, не допускающих гальванической связи нагрузки с источником питания при ее отключении, согласно требованиям электробезопасности. При этом сохраняется высокая надежность устройства за счет снижения вероятности появления дугового разряда, что положительно сказывается на состоянии контактов и обеспечивает увеличение коммутационной износостойкости контакторов.Thus, when the contacts of contactors 4 and 5 are in the open position, the device provides complete galvanic isolation of the load, making it possible to use it in systems that do not allow galvanic connection of the load with the power source when it is turned off, in accordance with electrical safety requirements. At the same time, high reliability of the device is maintained by reducing the likelihood of an arc discharge, which has a positive effect on the condition of the contacts and ensures an increase in the switching wear resistance of the contactors.

Claims

A device for switching the output DC current of power converters, containing first and second contactors and a spark-extinguishing circuit consisting of a capacitor and a diode, characterized in that the positive terminal of the DC source is connected to the first terminal of the capacitor and the first contact of the first contactor, the second contact of which is connected to the cathode of the diode and connected to the load, the negative terminal of the DC source is connected to the second terminal of the capacitor and the second terminal of the second contactor, the first terminal of which is connected to the anode of the diode and connected to the load.