RU2267184C1

RU2267184C1 - Method for control of hybrid switchgear and hybrid switchgear for its realization

Info

Publication number: RU2267184C1
Application number: RU2004117367/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Шипицын (RU); В.В. Шипицын; Эльхан Шахбаба оглы Мурадов (RU); Эльхан Шахбаба оглы Мурадов; ров А.Л. Худо (RU); А.Л. Худояров; Р.Е. Середко (RU); Р.Е. Середко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Технос"
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-12-27
Also published as: RU2004117367A

Abstract

FIELD: electrical engineering, in particular, hydride switchgears.

SUBSTANCE: the hybrid switchgears have a series-connected electromechanical switch and a semiconductor switch. The device has a series-connected electromechanical switch and a semiconductor switch, control system of semiconductor switch having opening, holding and closing units, as well as a load current transducer, in addition its has a load voltage transducer, whose output is connected to the inputs designed for feeding of the supply voltage of the holding unit, therefore at a load short circuit the supply voltage of the holding unit vanishes, which results in disconnection of the switchgear.

EFFECT: enhanced reliability and expanded functional potentialities.

6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к гибридным электрическим коммутационным аппаратам для включения и выключения нагрузки, которые содержат электромеханические контакты и полупроводниковый коммутатор. Обычно в установившемся режиме работают электромеханические контакты, а в режимах включения и выключения нагрузки работает полупроводниковый коммутатор, что позволяет при минимальных потерях в аппарате увеличить коммутационную стойкость электромеханических контактов (см. Г.В.Могилевский «Гибридные электрические аппараты низкого напряжения», М., Энергоатомиздат, 1986). Известны три типа гибридных коммутационных аппаратов постоянного тока, выполненных на основе полностью управляемого полупроводникового коммутатора - транзистора или запираемого тиристора (однооперационные тиристоры мы не будем рассматривать, так как они при постоянном токе требуют применения коммутирующих конденсаторов, что существенно увеличивает габариты и стоимость гибридных аппаратов): аппарат параллельного типа, когда электромеханические контакты подсоединяются параллельно полупроводниковому коммутатору, аппарат последовательного типа, когда электромеханические контакты соединяются последовательно с полупроводниковым коммутатором и аппарат параллельно-последовательного типа, когда одна пара электромеханических контактов соединяется параллельно с полупроводниковым коммутатором, а вторая пара электромеханических контактов соединяется последовательно с полупроводниковым коммутатором (см. «Электрические и электронные аппараты». Под ред. д.т.н. профессора Розанова Ю.К., М., Энергоатомиздат, 1998, стр.572-577). Наиболее совершенным с точки зрения коммутационной стойкости и минимальных потерь является гибридный аппарат параллельно-последовательного типа (см. «Электрические и электронные аппараты». Под ред. д.т.н. профессора Розанова Ю.К., стр.576, рис.11.16, а также патент №2214645 по заявке №2001115836/09 от 14.06.2001). Однако недостатком указанного гибридного аппарата является невысокое быстродействие как при включении, так и при выключении нагрузки по сравнению с полупроводниковым аппаратом.The invention relates to electrical engineering, in particular to hybrid electrical switching devices for switching on and off loads that contain electromechanical contacts and a semiconductor switch. Typically, electromechanical contacts operate in steady state, and a semiconductor switch operates in load on and off modes, which, with minimal losses in the apparatus, increases the switching resistance of electromechanical contacts (see G.V. Mogilevsky “Hybrid low-voltage electrical apparatus”, M., Energoatomizdat, 1986). Three types of hybrid DC switching devices are known, based on a fully controlled semiconductor switch - a transistor or a lockable thyristor (we will not consider single-operation thyristors, since they require the use of switching capacitors at constant current, which significantly increases the size and cost of hybrid devices): parallel type apparatus, when electromechanical contacts are connected in parallel with a semiconductor switch, the apparatus is type, when the electromechanical contacts are connected in series with the semiconductor switch and the parallel-serial device, when one pair of electromechanical contacts is connected in parallel with the semiconductor switch, and the second pair of electromechanical contacts is connected in series with the semiconductor switch (see "Electrical and electronic devices". Edited by Doctor of Technical Sciences Professor Rozanov Yu.K., M., Energoatomizdat, 1998, pp. 572-577). The most perfect from the point of view of switching resistance and minimal losses is a hybrid device of parallel-serial type (see "Electrical and Electronic Devices". Edited by Professor T. Rozanov Yu.K., p. 566, Fig. 11.16 , as well as patent No. 2214645 according to application No. 2001115836/09 dated 06/14/2001). However, the disadvantage of this hybrid device is its low speed both when switching on and off when compared to a semiconductor device.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом, который выбран в качестве прототипа, является гибридный аппарат последовательного типа и способ его управления (см. «Электрические и электронные аппараты». Под ред. д.т.н. профессора Розанова Ю.К. стр.575, рис.11.15.). Одним из недостатков прототипа является то, что он имеет низкое быстродействие при включении нагрузки. Но если оперативные переключения в прототипе производить полупроводниковым коммутатором, а электромеханические контакты использовать только для обеспечения гальванической развязки между нагрузкой и силовой сетью, то быстродействие при включении можно получить такое же, как у полупроводникового аппарата. Однако и в этом случае прототип аппарата и способ его управления имеют несколько недостатков, к числу которых прежде всего относится то, что не решен вопрос быстрого и надежного обнаружения и отключения короткого замыкания нагрузки, не производится диагностика полупроводникового коммутатора перед включением электромеханического коммутатора, импульс управления аппаратом подается одновременно на электромеханический коммутатор и полупроводниковый коммутатор и не имеет оптимальной формы, а именно нет форсировки управляющего сигнала в момент начала протекания тока транзистора, тем более, что в прототипе этот момент определить весьма сложно, нет запирающего сигнала транзистора, в то время как силовые мощные транзисторы, как правило, требуют этого при выключении, не раскрыта система управления, не решен вопрос рекуперации избыточной энергии с нагрузки, например двигателя, в питающую сеть. Все отмеченные недостатки снижают быстродействие и надежность прототипа, сужают область его применения. В предлагаемом изобретении все эти недостатки устранены.The closest to the proposed invention analogue, which is selected as a prototype, is a hybrid device of a sequential type and a method for controlling it (see "Electrical and Electronic Devices". Edited by Dr. Sc. Professor Rozanov Yu.K. p.575 , Fig. 11.15.). One of the disadvantages of the prototype is that it has low performance when the load is turned on. But if the operational switching in the prototype is done by a semiconductor switch, and the electromechanical contacts are used only to ensure galvanic isolation between the load and the power network, then the switching speed can be the same as that of the semiconductor device. However, in this case as well, the prototype of the device and its control method have several drawbacks, which primarily include the fact that the issue of quick and reliable detection and disconnection of the short circuit of the load is not resolved, the semiconductor switch is not diagnosed before turning on the electromechanical switch, the control pulse of the device fed simultaneously to the electromechanical switch and the semiconductor switch and does not have the optimal shape, namely, there is no control signal forcing in the moment the transistor current starts flowing, especially since in the prototype this moment is very difficult to determine, there is no transistor blocking signal, while power transistors, as a rule, require this when turning off, the control system is not disclosed, the issue of recovery of excess energy is not resolved from a load, such as an engine, to the mains. All the noted disadvantages reduce the speed and reliability of the prototype, narrow the scope of its application. In the invention, all these disadvantages are eliminated.

Технический результат изобретения - способа управления и устройства - заключается в том, чтобы увеличить быстродействие и надежность работы гибридного коммутационного аппарата и всей системы электроснабжения с указанным аппаратом, а также расширить его функциональные возможности и область применения.The technical result of the invention, the control method and device, is to increase the speed and reliability of the hybrid switching apparatus and the entire power supply system with the specified apparatus, as well as expand its functionality and scope.

Сущность предлагаемого способа управления гибридным коммутационным аппаратом, содержащим полупроводниковый коммутатор и последовательно соединенный с ним электромеханический коммутатор, заключается в том, что обеспечивают раздельное управление электромеханическим коммутатором, то есть формируют включающий и отключающий сигналы, и полупроводниковым коммутатором, то есть формируют открывающий, удерживающий и закрывающий сигналы, при этом обеспечивают оптимальную форму управляющего сигнала для полупроводникового коммутатора, а именно оптимальную крутизну нарастания открывающего сигнала при включении полупроводникового коммутатора, оптимальную мощность удерживающего сигнала управления для полупроводникового коммутатора в его открытом состоянии и оптимальную форму и мощность закрывающего сигнала при отключении полупроводникового коммутатора при номинальном токе, при токе перегрузки и особенно при коротком замыкании нагрузки, при этом в двух последних операциях отключают не только полупроводниковый коммутатор, но и электромеханический коммутатор.The essence of the proposed method for controlling a hybrid switching device containing a semiconductor switch and an electromechanical switch connected in series with it is that they provide separate control of the electromechanical switch, that is, they form on and off signals, and a semiconductor switch, that is, they form an opening, holding and closing signals, while providing the optimal form of the control signal for the semiconductor switch, and they the optimal slope of the rise of the opening signal when the semiconductor switch is turned on, the optimal power of the holding control signal for the semiconductor switch in its open state, and the optimal shape and power of the closing signal when the semiconductor switch is turned off at rated current, at overload current, and especially when the load is short-circuited, in the last two operations, not only the semiconductor switch is turned off, but also the electromechanical switch.

Новым в предложенном способе управления гибридным коммутационным аппаратом (п.1 формулы) является то, что при включенном электромеханическом коммутаторе непрерывно контролируют напряжение на нагрузке и разрешают формирование удерживающего сигнала для полупроводникового коммутатора только при наличии напряжения на нагрузке, при этом исключается возможность формирования удерживающего сигнала для полупроводникового коммутатора в режиме пуска, а также прекращается формирование упомянутого удерживающего сигнала при коротком замыкании нагрузки, что обеспечивает ускоренное отключение короткозамкнутой нагрузки по сравнению с максимально-токовой защитой, так как при обычно встречающемся активно-индуктивном сопротивлении силовой сети напряжение на нагрузке при ее коротком замыкании исчезает быстрей, чем ток короткого замыкания достигнет значения тока уставки, следовательно, при этом сокращается и полное время отключения короткозамкнутой нагрузки.New in the proposed method for controlling a hybrid switching device (claim 1 of the formula) is that when the electromechanical switch is turned on, the voltage at the load is continuously monitored and the formation of a holding signal for a semiconductor switch is allowed only when there is voltage on the load, while eliminating the possibility of generating a holding signal for semiconductor switch in startup mode, and also stops the formation of the aforementioned holding signal when a short circuit and load, which provides an accelerated disconnection of the short-circuited load in comparison with the overcurrent protection, since with the usually encountered active-inductive resistance of the power network, the load voltage during its short circuit disappears faster than the short circuit current reaches the set current value, therefore, when This reduces the total time of disconnection of the short-circuited load.

По п.2 формулы перед формированием включающего сигнала для электромеханического коммутатора контролируют исправность полупроводникового коммутатора и разрешают формирование упомянутого включающего сигнала только при исправном полупроводниковом коммутаторе, при этом увеличивается надежность электроснабжения нагрузки, так как исключается подача напряжения на нагрузку при неисправном полупроводниковом коммутаторе.According to claim 2, before the formation of the switching signal for the electromechanical switch, the health of the semiconductor switch is controlled and the formation of the said switching signal is allowed only with a working semiconductor switch, while the reliability of the power supply to the load is increased, since voltage supply to the load is excluded when the semiconductor switch is faulty.

Предложенное устройство (фиг.1) содержит электромеханический коммутатор ЭК с приводом ПР и системой управления СУЭК, в которую могут входить первые пусковая П1 и остановочная С1 кнопки и первые замыкающие блок-контакты БК1, полупроводниковый коммутатор ПК с системой управления СУПК, в которую входят открывающий ОБ, удерживающий УБ и закрывающий ЗБ блоки и датчик ДТ тока нагрузки, а также могут входить вторая пусковая кнопка П2, второй остановочный ключ С2, вторые замыкающие блок-контакты БК2, при этом электромеханический ЭК и полупроводниковый ПК коммутаторы соединены последовательно между собой, электромеханический коммутатор управляется посредством кнопок П1 и С1, полупроводниковый коммутатор управляется посредством кнопки П2 и ключа С2, а датчик ДТ тока нагрузки выходными выводами соединен с входными выводами привода ПР, а также с первыми входными выводами открывающего ОБ, удерживающего УБ и закрывающего ЗБ блоков.The proposed device (Fig. 1) contains an electromechanical EC switch with a PR drive and a SUEK control system, which may include the first start-up P1 and stop-C1 buttons and the first closing block contacts BK1, a semiconductor switch PC with a control system for control system, which includes an opening The OB that holds the UB and closes the ST blocks and the load current sensor DT, can also include a second start button P2, a second stop key C2, second closing block contacts BK2, while the electromechanical EC and semiconductors The PC switches are connected in series with each other, the electromechanical switch is controlled using the buttons P1 and C1, the semiconductor switch is controlled by the button P2 and the key C2, and the load current sensor DT is connected with the output terminals to the input terminals of the PR drive, as well as to the first input terminals of the opening OB, holding UB and closing ST blocks.

По п.3 формулы новым является то, что дополнительно введен датчик ДН напряжения на нагрузке, выходные выводы которого подсоединены к выводам для подвода напряжения питания к удерживающему блоку. По п.4 формулы остановочный ключ С2 подсоединен параллельно к упомянутым выводам для подвода напряжения питания удерживающего блока. По п.5 формулы выходные выводы датчика ДН напряжения на нагрузке соединены с первыми входными выводами открывающего и закрывающего блоков. Такое исполнение устройства позволяет ускоренно обнаружить короткое замыкание нагрузки и быстро его отключить.According to claim 3 of the formula, it is new that an additional sensor for the voltage diaphragm on the load is introduced, the output terminals of which are connected to the terminals for supplying the supply voltage to the holding unit. According to claim 4 of the formula, the stop switch C2 is connected in parallel to the said terminals for supplying the supply voltage of the holding unit. According to claim 5 of the formula, the output terminals of the load cell voltage sensor are connected to the first input terminals of the opening and closing blocks. This embodiment of the device allows you to quickly detect a short circuit load and quickly turn it off.

По п.6 формулы новым является также то (фиг.2), что дополнительно введено реле контроля РК, которое входными выводами подсоединено параллельно полупроводниковому коммутатору, а его выходные выводы подсоединены к входным выводам привода ПР, при этом в случае обнаружения неисправности полупроводникового коммутатора, а именно его пробоя, запрещается формирование включающего сигнала для электромеханического коммутатора, что повышает надежность системы электроснабжения с предложенными способом и устройством.According to claim 6 of the formula, it is also new (Fig. 2) that an RK monitoring relay is additionally introduced, which is connected in parallel with the semiconductor switch by input terminals, and its output terminals are connected to the input terminals of the PR drive, and in case of failure of the semiconductor switch namely, its breakdown, the formation of an enabling signal for the electromechanical switch is prohibited, which increases the reliability of the power supply system with the proposed method and device.

Для работы в режиме рекуперации (фиг.3) дополнительно введены первый, второй, третий и четвертый диоды, при этом они подсоединены так, что при рекуперации избыточной энергии с нагрузки, например, двигателя, в питающую силовую сеть обеспечивают протекание тока рекуперации через полупроводниковый коммутатор в том же направлении, что и при питании нагрузки, что расширяет область применения предложенных способа управления и устройства гибридного коммутационного аппарата. Также такой аппарат может быть использован в цепях переменного тока.To work in the recovery mode (Fig. 3), the first, second, third and fourth diodes are additionally introduced, while they are connected so that when recovering excess energy from a load, for example, an engine, the recuperation current flows through the semiconductor switch in the same direction as with load power, which expands the scope of the proposed control method and device hybrid switching apparatus. Also, such an apparatus can be used in AC circuits.

Рассмотрим подробно примеры исполнения предложенных устройств.Consider in detail examples of the proposed devices.

На фиг.1 приведено устройство, в котором может быть реализован предлагаемый способ управления и которое содержит: первый 1 и второй 2 неподвижные контакты для соединения с внешней цепью нагрузки, электромеханический коммутатор ЭК с первым 3 и вторым 4 выходными выводами, приводом ПР и системой управления СУЭК, первые пусковая П1 и остановочная С1 кнопки, первые замыкающие блок-контакты БК1, полупроводниковый коммутатор ПК с первым 5 и вторым 6 выходными выводами, первыми 24 и вторыми 25 входными выводами и системой управления СУПК, в которую входят открывающий блок ОБ с выводами 7, 8 для подвода напряжения питания, с входными 9,10 и выходными 11 выводами, удерживающий блок УБ с выводами 12, 13 для подвода напряжения питания, с входными 14 и выходными 15 выводами, закрывающий блок ЗБ с выводами 16, 17 для подвода напряжения питания, с входными 18, 19 и выходными 20 выводами, вторые замыкающие блок-контакты БК2, вторая пусковая кнопка П2, второй остановочный ключ С2, датчик ДТ тока нагрузки с выходными 21, 22 выводами, датчик ДН напряжения на нагрузке с выходными выводами 23, при этом с первым неподвижным контактом 1 для соединения с внешней цепью нагрузки соединен первый вывод 3 электромеханического коммутатора ЭК, второй вывод 4 которого соединен с первым выводом (коллектором) 5 транзистора полупроводникового коммутатора, второй вывод (эмиттер) 6 которого соединен с вторым неподвижным контактом 2 для соединения с внешней цепью нагрузки, при этом к первому - положительному полюсу +Е_п сети питания собственных нужд подсоединены первые выводы первых замыкающих блок-контактов БК1 и первой пусковой кнопки П1, вторые выводы которых соединены с первым выводом первой остановочной кнопки С1, второй вывод которой соединен с первым выводом 27 для подвода напряжения питания привода ПР, второй вывод 28 которого соединен с вторым - отрицательным полюсом сети питания собственных нужд, при этом первый вывод вторых замыкающих блок-контактов БК2 и первый вывод 16 для подвода напряжения питания закрывающего блока ЗБ соединены с первым - положительным полюсом сети питания собственных нужд, при этом второй вывод вторых замыкающих блок-контактов БК2 соединен с первым выводом второй пусковой кнопки П2, второй вывод которой соединен с первым выводом 7 для подвода напряжения питания открывающего блока ОБ, а вторые выводы 8 открывающего ОБ и 17 закрывающего ЗБ блоков соединены с упомянутым вторым отрицательным полюсом сети питания собственных нужд, при этом первые выходные выводы 21 датчика ДТ тока нагрузки соединены с входными выводами 26 привода ПР, а вторые выходные выводы 22 упомянутого датчика ДТ соединены с первыми 10, 14 и 18 входными выводами соответственно открывающего ОБ, удерживающего УБ и закрывающего ЗБ блоков, при этом выходные выводы 11 и 15 соответственно открывающего ОБ и удерживающего УБ блоков подсоединены к первым входным выводам 24 полупроводникового коммутатора ПК, а выходные выводы 20 закрывающего ЗБ блока подсоединены к вторым входным выводам 25 полупроводникового коммутатора ПК, при этом электромеханический коммутатор ЭК, первые БК1 и вторые БК2 замыкающие блок-контакты кинематически связаны с приводом ПР, при этом выходные выводы 23 датчика ДН напряжения на нагрузке соединены с выводами 12, 13 для подвода напряжения питания удерживающего блока УБ, а второй остановочный ключ С2 подсоединен параллельно выводам 12, 13 для подвода напряжения питания удерживающего блока УБ.Figure 1 shows a device in which the proposed control method can be implemented and which contains: first 1 and second 2 fixed contacts for connecting to an external load circuit, an electro-mechanical switch EC with the first 3 and second 4 output terminals, the PR drive and the control system SUEK, the first starting P1 and stopping C1 buttons, the first closing block contacts BK1, a semiconductor switch PC with the first 5 and second 6 output pins, the first 24 and second 25 input pins and the control system of the control system into which t opening OB block with terminals 7, 8 for supply voltage supply, with input 9.10 and output 11 terminals, UB holding unit with terminals 12, 13 for supply voltage, with input 14 and output 15 terminals, closing ST block with terminals 16, 17 for supply voltage, with input 18, 19 and output 20 conclusions, the second closing block contacts BK2, the second start button P2, the second stop switch C2, the load current sensor DT with output 21, 22 outputs, the voltage sensor DN load with output terminals 23, while with the first stationary con tact 1 for connecting to the external load circuit, the first terminal 3 of the EC electromechanical switch is connected, the second terminal 4 of which is connected to the first terminal (collector) 5 of the transistor of the semiconductor switch, the second terminal (emitter) 6 of which is connected to the second fixed contact 2 for connection with the external circuit load, while the first terminals of the first closing block contacts BK1 and the first start button P1 are connected to the first - positive pole + E _{p of} the auxiliary supply network, the second terminals of which are connected to the first the output of the first stop button C1, the second output of which is connected to the first terminal 27 for supplying the supply voltage of the PR drive, the second terminal 28 of which is connected to the second negative pole of the auxiliary supply network, while the first terminal of the second closing block contacts BK2 and the first terminal 16 for supplying the supply voltage of the closing block, the STs are connected to the first - positive pole of the auxiliary supply network, while the second output of the second closing block contacts BK2 is connected to the first output of the second start button P2, in the second terminal of which is connected to the first terminal 7 for supplying the supply voltage of the opening OB block, and the second terminals 8 of the opening OB and 17 of the closing ST blocks are connected to the second negative pole of the auxiliary supply network, while the first output terminals 21 of the load current sensor DT are connected to the input terminals 26 of the PR drive, and the second output terminals 22 of the aforementioned DT sensor are connected to the first 10, 14 and 18 input terminals of the opening OB, holding the UB and closing the ST blocks, respectively, while the output conclusions 11 and 15, respectively, of the opening OB and the holding UB blocks are connected to the first input terminals 24 of the PC semiconductor switch, and the output terminals 20 of the closing ST block are connected to the second input terminals 25 of the PC semiconductor switch, while the EC electromechanical switch, the first BC1 and second BC2 closing block -contacts are kinematically connected to the PR drive, while the output terminals 23 of the DN voltage sensor at the load are connected to the terminals 12, 13 for supplying the supply voltage of the UB holding unit, and the second is left the mounting key C2 is connected in parallel with the terminals 12, 13 for supplying the supply voltage of the holding block UB.

На фиг.2 приведено предлагаемое устройство, в котором по сравнению с фиг.1 дополнительно введено реле контроля РК с входными 29 и выходными 30 выводами, при этом реле контроля РК входными выводами 29 подсоединено к выходным выводам 5, 6 полупроводникового коммутатора ПК, а выходные выводы 30 упомянутого реле контроля РК подсоединены к входным выводам привода ПР.Figure 2 shows the proposed device, in which, in comparison with figure 1, an additional relay of control of the RK with input 29 and output 30 conclusions is added, while the relay of control of the Republic of Kazakhstan with input terminals 29 is connected to the output terminals 5, 6 of the PC semiconductor switch, and the output conclusions 30 of the said monitoring relay RK are connected to the input terminals of the PR drive.

На фиг.3 приведено устройство, в котором по сравнению с фиг.1 дополнительно введены первый 29, второй 30, третий 31 и четвертый 32 диоды, при этом с вторым выводом 4 электромеханического коммутатора ЭК соединены; анод первого 29 и катод второго 30 диодов, при этом катод первого диода 29 соединен с первым выводом (коллектором) 5 транзистора полупроводникового коммутатора ПК и с катодом третьего диода 31, а анод второго диода 30 соединен с вторым выводом (эмиттером) 6 упомянутого транзистора полупроводникового коммутатора ПК и анодом четвертого диода 32, катод которого соединен с анодом третьего диода 31 и вторым неподвижным контактом 2 для соединения с внешней цепью нагрузки.Figure 3 shows a device in which, in comparison with figure 1, the first 29, second 30, third 31 and fourth 32 diodes are additionally introduced, while connected to the second terminal 4 of the electromechanical switch EC; the anode of the first 29 and the cathode of the second 30 diodes, while the cathode of the first diode 29 is connected to the first terminal (collector) 5 of the transistor of the semiconductor switch PC and to the cathode of the third diode 31, and the anode of the second diode 30 is connected to the second terminal (emitter) 6 of the said semiconductor transistor PC switch and the anode of the fourth diode 32, the cathode of which is connected to the anode of the third diode 31 and the second fixed contact 2 for connection with an external load circuit.

Предлагаемое устройство, схема которого приведена на фиг.1 и 2, работает следующим образом. Режимы работы устройства:The proposed device, the circuit of which is shown in figures 1 and 2, works as follows. Device Modes:

1. режим включения нагрузки;1. load switching mode;

2. режим оперативного отключения нагрузки;2. mode of operational load shedding;

3. режим отключения нагрузки при перегрузке;3. load disconnection mode during overload;

4. режим отключения нагрузки при ее коротком замыкании.4. load disconnection mode during its short circuit.

Перед включением электромеханического коммутатора ЭК реле контроля РК (см. фиг.2) определяет исправность полупроводникового коммутатора ЭК и в случае его исправного состояния дает разрешающий сигнал на привод ПР. После этого схемы приводов, приведенные на фиг.1 и 2, работают идентично. При нажатии первой пусковой кнопки П1 по цепи +Е_п-П1-С1-27-28 - -Е_п протекает ток питания привода ПР и последний выключается, при этом замыкаются рабочие контакты 3, 4 электромеханического коммутатора ЭК, замыкаются первые замыкающие блок-контакты БК1, что обеспечивает питание привода ПР при отжатой первой пусковой кнопке П1, а также замыкаются вторые замыкающие блок-контакты БК2, что обеспечивает возможность включения в работу системы управления СУПК полупроводниковым коммутаторам ПК. При нажатии второй пусковой кнопки П2 ток протекает по цепи: +Е_п-БК2-П2-7-8 - -Е_п, при этом открывающий блок ОБ начинает формировать открывающий сигнал, который с его выходных выводов 11 подается на первые входные выводы 24 полупроводникового коммутатора ПК, последний открывается и обеспечивает кратковременную подачу напряжения на нагрузку, так как контакты 3, 4 электромеханического коммутатора уже замкнуты, и, если нагрузка исправна, на ней появляется напряжение, которое поступает на датчик ДН, с выходных выводов 23 которого упомянутое напряжение поступает и на выводы 12, 13 для подвода напряжения питания удерживающего блока УБ и последний начинает формировать длительный удерживающий сигнал, который поступает с выходных выводов 15 удерживающего блока УБ на первые входные выводы 24 полупроводникового коммутатора ПК, который обеспечивает постоянную подачу напряжения на нагрузку. Закрывающий сигнал с блока ЗБ на полупроводниковый коммутатор ПК не подается до поступления специального сигнала от датчика ДТ тока нагрузки или датчика ДН напряжения на нагрузке. При исправной нагрузке включение аппарата и нагрузки на этом заканчивается, при этом с выходных выводов 23 датчика ДН на входные выводы 9 открывающего блока ОБ подается сигнал о прекращении работы этого блока. Если нагрузка неисправна, на ней во время работы открывающего блока ОБ не может появиться напряжение, следовательно, его не будет на датчике ДН напряжения на нагрузке и на выводах 12, 13 для подвода напряжения питания удерживающего блока УБ, и последний не может начать формировать длительный удерживающий сигнал. Если короткое замыкание нагрузки происходит за время формирования открывающего сигнала, то по сигналу от датчика ДТ тока нагрузки о коротком замыкании нагрузки, подаваемому с его выходных выводов 22 на входные выводы 10 открывающего блока ОБ последний прекращает работу, то есть перестает посылать открывающий сигнал с выходных выводов 11 на первые входные выводы 24 полупроводникового коммутатора ПК, одновременно по этому же сигналу, подаваемому с выходных выводов 22 на входные выводы 18 закрывающего блока ЗБ, последний формирует закрывающий сигнал, который подается с выходных выводов 20 закрывающего блока ЗБ на вторые входные выводы 25 полупроводникового коммутатора ПК, при этом последний закрывается и короткое замыкание локализуется уже при пуске аппарата, одновременно с первых выходных выводов 21 подается сигнал о коротком замыкании и на входные выводи 26 привода ПР, и последний также отключается.Before turning on the electro-mechanical switch of the EC, the monitoring relay of the Republic of Kazakhstan (see figure 2) determines the health of the semiconductor switch of the EC and, if it is in good condition, gives an enable signal to the PR drive. After this, the drive circuit shown in figures 1 and 2, work identically. When the first start button P1 is pressed along the circuit + Е _п -П1-С1-27-28 - -Е _п , the power supply current of the PR drive flows and the last one turns off, while the working contacts 3, 4 of the EC electromechanical switch are closed, the first closing block contacts are closed BK1, which provides power to the PR drive when the first start button P1 is depressed, and also the second closing BK2 blocking contacts are closed, which makes it possible to turn on the control system of the control system for control and control systems for PC semiconductor switches. When you press the second start button P2, the current flows through the circuit: + E _p -BK2-P2-7-8 - -E _p , while the opening block OB begins to generate an opening signal, which is fed from its output terminals 11 to the first input terminals 24 of the semiconductor PC switch, the latter opens and provides a short-term supply of voltage to the load, since the contacts 3, 4 of the electromechanical switch are already closed, and if the load is working, voltage appears on it, which is supplied to the DN sensor, from the output terminals 23 of which the voltage s and arrives at the terminals 12, 13 for supplying power voltage holding unit UB begins to form and the last long retention signal which is supplied from the output terminals 15 of the holding block UB on the first input terminals of the semiconductor switch 24 PC which provides a constant supply voltage to the load. The closing signal from the ST unit to the PC semiconductor switch is not supplied until a special signal is received from the load current sensor DT or the load voltage sensor DN. When the load is working properly, the apparatus is turned on and the load ends, and at the same time, a signal is sent from the output terminals 23 of the DN sensor to the input terminals 9 of the OB opening block about the termination of this block. If the load is faulty, voltage cannot appear on it during operation of the opening OB block, therefore, it will not be on the load cell voltage detector and on terminals 12, 13 for supplying the supply voltage of the UB holding block, and the latter cannot begin to form a long holding signal. If the load short circuit occurs during the formation of the opening signal, then the signal from the load current sensor DT about the short circuit of the load supplied from its output terminals 22 to the input terminals 10 of the opening OB unit last stops, that is, it stops sending the opening signal from the output terminals 11 to the first input terminals 24 of the PC semiconductor switch, at the same time using the same signal supplied from the output terminals 22 to the input terminals 18 of the closing block of the ST, the latter forms a closing the signal that is fed from the output terminals 20 of the closing block of the ST to the second input terminals 25 of the PC semiconductor switch, the latter being closed and the short circuit is localized already when the device is started, at the same time the first output terminals 21 receive a short circuit signal to the input leads 26 of the drive OL, and the latter is also turned off.

Так как возможен отказ в поступлении сигналов о прекращении работы открывающего блока ОБ от датчика ДТ тока нагрузки или датчика ДН напряжения на нагрузке, длительность работы открывающего блока ОБ ограничивается интервалом времени, в течение которого происходит появление напряжения на нагрузке. Это позволяет предотвратить неконтролируемое развитие режима короткого замыкания нагрузки при длительной работе открывающего блока ОБ.Since there may be a refusal to receive signals about the termination of operation of the opening OB unit from the load current sensor DT or load voltage sensor DN, the duration of the opening OB unit is limited by the time interval during which voltage appears on the load. This allows you to prevent the uncontrolled development of the short circuit load during continuous operation of the opening block OB.

Режим оперативного выключения полупроводникового коммутатора ПК осуществляется путем замыкания второго остановочного ключа С2, при этом предотвращается подача напряжения питания на выводы 12, 13 для подвода напряжения питания удерживающего блока УБ, который перестает формировать удерживающий сигнал, поступающий с выходных выводов 15 удерживающего блока УБ на первые входные выводы 24 полупроводникового коммутатора ПК, одновременно с выходных выводов 23 датчика ДН на входные выводы 19 закрывающего блока ЗБ поступает сигнал, в соответствии с которым закрывающий блок ЗБ начинает подавать с выходных выводов 20 закрывающий сигнал на вторые входные выводы 25 полупроводникового коммутатора, последний закрывается и снимает напряжение с нагрузки. Электромеханический коммутатор ЭК может при этом выключаться с помощью первой остановочной кнопки С1, которая прерывает цепь питания привода ПР, при этом привод выключается и размыкаются контакты 3, 4 электромеханического коммутатора ЭК, а также первые БК1 и вторые БК2 блок-контакты.The operational shutdown mode of the PC semiconductor switch is carried out by closing the second stop key C2, while the supply voltage to the terminals 12, 13 is prevented for supplying the power supply to the UB holding unit, which ceases to form a holding signal coming from the output terminals 15 of the UB holding unit to the first input conclusions 24 of the semiconductor switch PC, at the same time from the output terminals 23 of the DN sensor to the input terminals 19 of the closing block of the ST receives a signal, in accordance with by which the closing block of the ST starts to supply a closing signal from the output terminals 20 to the second input terminals 25 of the semiconductor switch, the latter closes and removes voltage from the load. In this case, the EC electromechanical switch can be turned off using the first stop button C1, which interrupts the power supply circuit of the PR drive, while the drive is turned off and contacts 3, 4 of the EC electromechanical switch are disconnected, as well as the first BK1 and second BK2 block contacts.

Режим выключения при перегрузке происходит следующим образом. Датчик ДТ тока нагрузки формирует сигнал о перегрузке, который с выходных выводов 21 подается на входные выводы 26 привода, а с выходных выводов 22 одновременно подается на входные выводы 14 удерживающего блока УБ, который перестает формировать удерживающий сигнал, и на первые входные выводы 18 закрывающего блока ЗБ, который с выходных выводов 20 начинает подавать закрывающий сигнал на вторые входные выводы 25 полупроводникового коммутатора ПК, который в силу своего быстродействия закрывается быстрей, чем отключается электромеханический коммутатор ЭК, который таким образом отключается в бестоковом режиме.The shutdown mode during overload occurs as follows. The load current sensor DT generates an overload signal, which is supplied from the output terminals 21 to the input terminals 26 of the drive, and from the output terminals 22 is simultaneously fed to the input terminals 14 of the UB holding unit, which ceases to form a holding signal, and to the first input terminals 18 of the closing unit ST, which from the output terminals 20 starts to supply a closing signal to the second input terminals 25 of the PC semiconductor switch, which, due to its speed, closes faster than the electromechanical switch is turned off Tatorey EC, which is thus deactivated in currentless mode.

Режим выключения при коротком замыкании нагрузки происходит следующим образом. Режим выключения может быть инициирован как сигналом от датчика ДТ тока нагрузки о ее коротком замыкании, так и сигналом от датчика ДН напряжения на нагрузке об исчезновении этого напряжения на нагрузке в зависимости от того, который сигнал поступит раньше. Следует отметить, что при обычно встречающемся активно-индуктивном сопротивлении силовой питающей сети при коротком замыкании нагрузки напряжение на ней исчезает быстрей, чем ток короткого замыкания нагрузки, изменяющийся по экспоненциальному закону, достигает значения тока уставки. Выключение аппарата при коротком замыкании нагрузки по сигналу от датчика ДТ тока нагрузки уже было рассмотрено при описании процесса включения аппарата. Выключение аппарата по сигналу от датчика ДН напряжения на нагрузке об исчезновении этого напряжения происходит следующим образом. Исчезновение напряжения на нагрузке приводит к автоматическому исчезновению напряжения на входе и выходе 23 датчика ДН напряжения на нагрузке, и на выводах 12, 13 для подвода напряжения питания удерживающего блока УБ, в результате чего последний перестает формировать удерживающий сигнал, подаваемый с выходных выводов 15 на первые входные выводы 24 полупроводникового коммутатора ПК, одновременно с выходных выводов 23 датчика ДН на входные выводы 19 закрывающего блока ЗБ поступает сигнал, по которому упомянутый закрывающий блок ЗБ начинает посылать с выходных выводов 20 закрывающий сигнал на вторые входные выводы 25 полупроводникового коммутатора ПК и последний закрывается, при этом с выходных выводов 21 датчика ДТ тока нагрузки на входные выводы 26 привода ПР подается сигнал, который вызывает отключение привода ПР.The shutdown mode when a short circuit load occurs as follows. The shutdown mode can be initiated both by a signal from the load current sensor DT about its short circuit, and by a signal from the load cell DN sensor on the disappearance of this voltage on the load, depending on which signal arrives earlier. It should be noted that with the usually encountered active-inductive resistance of the power supply network with a short circuit of the load, the voltage on it disappears faster than the short circuit current of the load, which varies exponentially, reaches the value of the set current. Turning off the device during a short circuit of the load by a signal from the DT sensor of the load current has already been considered when describing the process of turning on the device. The device is turned off by a signal from the sensor of the DN of the voltage at the load about the disappearance of this voltage is as follows. The disappearance of the voltage at the load leads to the automatic disappearance of the voltage at the input and output 23 of the DN sensor for the voltage at the load, and at terminals 12, 13 for supplying the supply voltage of the UB holding unit, as a result of which the latter ceases to form a holding signal supplied from output terminals 15 to the first input terminals 24 of the PC semiconductor switch, simultaneously from the output terminals 23 of the DN sensor, a signal is received at the input terminals 19 of the closing block of the ST, according to which the said closing block of the ST starts lat with output terminals 20 a closing signal to the second input terminals of the semiconductor switch 25 and the last PC locked, while a sensor 21 output terminals DT load current to input terminals 26, the drive signal CR is supplied, which causes disabling drive PR.

Устройство, приведенное на фиг.3, работает следующим образом. Функции систем управления СУЭК электромеханическим коммутатором ЭК и СУПК полупроводниковым коммутатором ПК остаются теми же, что и на фиг.1 и 2. Отличие заключается в том, что в режиме рекуперации избыточной энергии с нагрузки, например двигателя, варианты гибридного аппарата, приведенные на фиг.1 и 2, не могут пропускать ток рекуперации в питающую сеть без дополнительных переключении, так как ток рекуперации протекает в обратном направлении по отношению к направлению тока при питании нагрузки. В варианте гибридного аппарата, приведенном на фиг.3, ток по силовой цепи при питании нагрузки протекает по контуру 1-3-4-29-5-6-32-2, а при рекуперации, то есть при поступлении энергии от нагрузки в питающую сеть, ток протекает по контуру 2-31-5-6-30-4-3-1, то есть в силовой цепи в обратном направлении, а через полупроводниковый коммутатор в том же направлении, что и при питании нагрузки, поэтому и все функции управления в данном варианте сохраняются.The device shown in figure 3, operates as follows. The functions of the SUEK control systems by the EC electromechanical switch and PCC semiconductor switch PC remain the same as in FIGS. 1 and 2. The difference is that in the recovery mode of excess energy from the load, for example, the engine, the hybrid apparatus variants shown in FIG. 1 and 2, can not pass the recovery current into the supply network without additional switching, since the recovery current flows in the opposite direction with respect to the direction of the current when the load is powered. In the embodiment of the hybrid apparatus shown in FIG. 3, the current in the power circuit when the load is powered flows along the circuit 1-3-4-29-5-6-32-2, and during recovery, that is, when energy from the load enters the power supply network, current flows along the circuit 2-31-5-6-30-4-3-1, that is, in the power circuit in the opposite direction, and through the semiconductor switch in the same direction as when supplying the load, therefore, all functions controls in this option are saved.

В заключение необходимо отметить:In conclusion, it should be noted:

1) при изменении полярности напряжений, отмеченных на фиг.1, 2 и 3, изменяются направления прямого включения полупроводниковых приборов;1) when the polarity of the voltages indicated in FIGS. 1, 2, and 3 changes, the directions of the direct connection of semiconductor devices change;

2) на фиг.1, 2 и 3 для упрощения не показаны известные защитно-демпфирующие устройства в цепях управления и силовых цепях полупроводниковых приборов, состоящие обычно из резисторов, конденсаторов, варисторов и стабилитронов;2) in FIGS. 1, 2 and 3, for simplicity, the known protective damping devices in control circuits and power circuits of semiconductor devices are not shown, usually consisting of resistors, capacitors, varistors and zener diodes;

3) при реализации предлагаемых вариантов гибридного аппарата может быть использована как трансформаторная, так и оптоэлектронная развязка разнопотенциальных цепей аппарата.3) when implementing the proposed variants of the hybrid apparatus, both transformer and optoelectronic isolation of different potential circuits of the apparatus can be used.

4) упомянутые в тексте блок-контакты могут быть заменены любыми управляемыми ключами.4) the block contacts mentioned in the text can be replaced by any managed keys.

Claims

1. A control method for a hybrid switching apparatus comprising an electromechanical switch with a control system and a semiconductor switch connected in series with it based on a fully controlled device, for example, a transistor or a lockable thyristor, also with a control system, which consists in generating on and off signals for the electromechanical switch and opening, holding and closing signals for a semiconductor switch, characterized in that the holding signal l for a semiconductor switch is formed by a device for which the voltage at the load is used as the supply voltage.

2. The control method according to claim 1, characterized in that before the formation of the switching signal for the electromechanical switch, the health of the semiconductor switch is controlled and the switching signal for the electromechanical switch is formed only with a working semiconductor switch.

3. The hybrid switching apparatus for implementing the control method according to claim 1, comprising an electromechanical switch with a drive and a control system, a semiconductor switch with a control system, which includes opening, holding and closing blocks and a load current sensor, while the electromechanical switch and the semiconductor the switch is connected in series with each other, opening and closing the blocks of the control system of the semiconductor switch terminals for supply voltage connected to the auxiliary supply network, the output terminals of the load current sensor are connected to the input terminals of the drive, as well as to the first input terminals of the opening, holding and closing blocks, the output terminals of the opening, holding and closing blocks are connected to the input terminals of the semiconductor switch, characterized in that an additional voltage sensor is introduced at the load, while its input terminals are connected to the load, and its output terminals are connected to the terminals for supplying voltage holding block.

4. The hybrid switching apparatus according to claim 3, characterized in that the second stop switch of the semiconductor switch is connected in parallel with the terminals for supplying a supply voltage to the holding unit.

5. The hybrid switching apparatus according to claim 3, characterized in that the output terminals of the voltage sensor are connected to the second input terminals of the opening unit.

6. The hybrid switching apparatus according to claim 3, characterized in that an additional monitoring relay is introduced, wherein the input terminals of the monitoring relay are connected to the semiconductor switch, the output terminals of which are connected to the input terminals of the control system of the electromechanical switch.