RU2319248C1 - Arcless electromechanical contactor - Google Patents
Arcless electromechanical contactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319248C1 RU2319248C1 RU2006141405/09A RU2006141405A RU2319248C1 RU 2319248 C1 RU2319248 C1 RU 2319248C1 RU 2006141405/09 A RU2006141405/09 A RU 2006141405/09A RU 2006141405 A RU2006141405 A RU 2006141405A RU 2319248 C1 RU2319248 C1 RU 2319248C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- relay
- output
- contact
- input
- auxiliary
- Prior art date
Links
Landscapes
- Relay Circuits (AREA)
- Keying Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам коммутации электрических цепей, и может быть использовано в сетях систем электроснабжения и управления, работающих на постоянном токе. Применение заявляемого устройства наиболее целесообразно в высоковольтных цепях постоянного напряжения при больших значениях токов. При его использовании достигается повышение надежности работы не только за счет исключения дугообразования на механических контактах, но и исключения тепловых потерь, а также уменьшаются габариты коммутационных и распределительных шкафов из-за отсутствия камер дугогашения.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to devices for switching electrical circuits, and can be used in networks of power supply and control systems operating on direct current. The use of the inventive device is most appropriate in high voltage DC circuits at high currents. When using it, an increase in operational reliability is achieved not only by eliminating arcing on mechanical contacts, but also by eliminating heat losses, and also reducing the dimensions of switching and distribution cabinets due to the absence of arc suppression chambers.
Известно устройство /1/, содержащее механические контакты, полупроводниковый ключ, диод, конденсатор и резистор, в котором полупроводниковый ключ подключен последовательно с размыкаемыми контактами. При запирании полупроводникового ключа ток в цепи прекращается и имеется возможность осуществить бездуговое размыкание механических контактов. Основным недостатком данного устройства является постоянное протекание полного тока через полупроводниковый ключ, что ведет к значительному выделению на нем тепла. Это в свою очередь требует применения различного рода охладителей, что дополнительно приводит к росту массогабаритных показателей устройства. Применение данного устройства при высоких напряжениях и больших токах оказывается затруднительным из-за высоких требований к полупроводниковому ключу, что ведет либо к снижению надежности работы устройства, либо к существенному росту его стоимости.A device / 1 / is known that contains mechanical contacts, a semiconductor switch, a diode, a capacitor and a resistor, in which the semiconductor switch is connected in series with the disconnected contacts. When the semiconductor switch is locked, the current in the circuit stops and it is possible to carry out the arc-free opening of the mechanical contacts. The main disadvantage of this device is the constant flow of full current through a semiconductor switch, which leads to a significant release of heat on it. This, in turn, requires the use of various kinds of coolers, which additionally leads to an increase in the overall dimensions of the device. The use of this device at high voltages and high currents is difficult due to the high requirements for a semiconductor switch, which leads to either a decrease in the reliability of the device or a significant increase in its cost.
Известно устройство /2/, также содержащее механическую контактную группу и два управляемых полупроводниковых ключа, один из которых силовой и включен последовательно с контактами, а второй управляющий и включен параллельно контактам последовательно с полупроводниковым выпрямительным мостом. Недостатками данного устройства также являются высокие потери в электрической цепи за счет последовательного включения силового полупроводникового ключа и значительное выделение тепла на нем, что требует принятия специальных мер по его отводу и снижает надежность коммутационного устройства в целом.A device / 2 / is also known that also contains a mechanical contact group and two controllable semiconductor switches, one of which is power and connected in series with the contacts, and the second control and connected in parallel with the contacts in series with the semiconductor rectifier bridge. The disadvantages of this device are also high losses in the electric circuit due to the sequential inclusion of the power semiconductor switch and significant heat generation on it, which requires special measures to remove it and reduces the reliability of the switching device as a whole.
Известно устройство /3/, содержащее главные контакты, коммутирующие цепи, по крайней мере двух ступеней коммутации, каждая из которых включает последовательно соединенные управляемый ключ и предварительно заряжаемый конденсатор, последовательно соединенный с диодом и транзистором, причем коммутирующая цепь первой ступени коммутации включена параллельно главным контактам. Недостатками этого устройства являются низкая надежность, а также потери, вызванные токами утечек через полупроводниковый ключ после отключения.A device / 3 / is known that contains main contacts, switching circuits of at least two switching stages, each of which includes a serially connected controlled key and a pre-charged capacitor connected in series with a diode and a transistor, and the switching circuit of the first switching stage is connected in parallel with the main contacts . The disadvantages of this device are low reliability, as well as losses caused by leakage currents through the semiconductor switch after shutdown.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является устройство, описанное в /3/ и выше и принятое за прототип.The closest analogue of the claimed device is the device described in / 3 / and above and adopted as a prototype.
Задачей изобретения является повышение надежности работы систем электроснабжения и автоматики, где находит применение высокое постоянное напряжение, при котором размыкание цепей сопровождается появлением электрической дуги, приводящей к выгоранию контактов, а также снижение тепловых потерь на контакторе до минимума и полное исключение токов утечек через полупроводниковый ключ.The objective of the invention is to increase the reliability of power supply systems and automation, where high DC voltage is used, at which the circuit opening is accompanied by the appearance of an electric arc leading to the burning of contacts, as well as reducing heat loss at the contactor to a minimum and completely eliminating leakage currents through a semiconductor switch.
Задача решается за счет применения нового устройства, которое позволяет осуществлять бездуговую коммутацию в цепях постоянного тока высокого напряжения при больших токах, обеспечивает низкие значения тепловых потерь и высокую надежность работы.The problem is solved through the use of a new device that allows for arc-free switching in high voltage direct current circuits at high currents, provides low heat loss and high reliability.
Сущность изобретения заключается в следующем. Бездуговой электронно-механический контактор является сборным коммутирующим устройством, состоящим из нескольких элементов. В его состав входят (чертеж): основное электромеханическое реле 1, имеющее обмотку и два замыкающих контакта, первый из которых является входным, а второй - выходным; датчик тока 2, имеющий токовые вход и выход, а также информационный выход; управляемый полупроводниковый ключ 3, имеющий силовой вход, силовой выход и управляющий вход; вспомогательное электромеханическое реле 4, имеющее обмотку и два замыкающих контакта, первый из которых является входным, а второй - выходным; устройство управления 5, имеющее два входа и два выхода. Причем как в основном, так и во вспомогательном реле при их срабатывании происходит такая коммутация, при которой первый контакт соединяется со вторым. Обмотки обоих реле имеют выводы, на которые подается напряжение управления.The invention consists in the following. The arcless electronic-mechanical contactor is a prefabricated switching device consisting of several elements. It consists of (drawing): the main electromechanical relay 1, having a winding and two make contacts, the first of which is the input, and the second is the output; a current sensor 2 having current input and output, as well as an information output; a controlled semiconductor switch 3 having a power input, a power output and a control input; auxiliary electromechanical relay 4 having a winding and two make contacts, the first of which is input, and the second is output; a control device 5 having two inputs and two outputs. Moreover, both in the main and in the auxiliary relay, when they are triggered, a switching occurs in which the first contact is connected to the second. The windings of both relays have terminals to which control voltage is applied.
Для обеспечения заявляемого технического результата соединение элементов электронно-механического контактора осуществляется следующим образом. Последовательно с контактами основного реле 1 подключают датчик тока 2 (чертеж) по токовому входу и выходу, при этом второй контакт основного реле соединен с токовым входом датчика тока. На первый контакт основного реле подают коммутируемое напряжение постоянного тока. Последовательно соединенные основное реле и датчик тока образуют основную силовую цепь. Полупроводниковый ключ 3 по силовому входу и выходу подключают последовательно с контактами вспомогательного реле 4, при этом силовой вход полупроводникового ключа соединен с первым контактом основного реле, а его силовой выход с первым контактом вспомогательного реле. К токовому выходу датчика тока, соединенному со вторым контактом вспомогательного реле, подключают нагрузку. Таким образом, полупроводниковый ключ и контакты вспомогательного реле, образующие вспомогательную силовую цепь, подключены параллельно основной силовой цепи.To ensure the claimed technical result, the connection of the elements of the electronic-mechanical contactor is as follows. In series with the contacts of the main relay 1, a current sensor 2 (drawing) is connected via the current input and output, while the second contact of the main relay is connected to the current input of the current sensor. The first contact of the main relay is supplied with a switched DC voltage. The main relay and current sensor connected in series form the main power circuit. The semiconductor switch 3 is connected in series with the contacts of the auxiliary relay 4 via the power input and output, while the power input of the semiconductor switch is connected to the first contact of the main relay, and its power output is connected to the first contact of the auxiliary relay. A load is connected to the current output of the current sensor connected to the second contact of the auxiliary relay. Thus, the semiconductor switch and the auxiliary relay contacts forming the auxiliary power circuit are connected in parallel with the main power circuit.
Устройства вспомогательной силовой цепи должны обеспечивать кратковременное протекание через них полного тока нагрузки. В качестве полупроводникового ключа используется управляемый высоковольтный транзистор (например, IGBT). Вспомогательное электромеханическое реле выбирается однотипным основному реле, но гораздо менее мощным, поскольку замыкание и размыкание контактов происходит при отсутствии тока. При этом его контакты, соответственно, по размерам существенно меньше контактов основного реле. В случае необходимости для обеспечения протекания необходимого уровня тока через вспомогательную силовую цепь возможно параллельное включение любого количества контактов вспомогательного реле.Devices of the auxiliary power circuit must provide a short-term flow through them of the full load current. As a semiconductor switch, a controlled high-voltage transistor (for example, IGBT) is used. The auxiliary electromechanical relay is selected by the same type of the main relay, but much less powerful, since the closing and opening of the contacts occurs in the absence of current. Moreover, its contacts, respectively, in size are significantly smaller than the contacts of the main relay. If necessary, in order to ensure that the required current level flows through the auxiliary power circuit, any number of contacts of the auxiliary relay can be connected in parallel.
Управление работой всех элементов бездугового электронно-механического контактора осуществляет устройство управления 5. На первый вход устройства управления подают напряжение управления. Это же напряжение с первого входа устройства управления подается на обмотку основного реле. Второй вход устройства управления соединен с информационным выходом датчика тока. Первый выход устройства управления соединяют с управляющим входом полупроводникового ключа, а второй выход с обмоткой вспомогательного реле. Обмотка основного реле может подключаться либо непосредственно к первому входу устройства управления, либо через устройство управления. При ее подключении через устройство управления имеется возможность реализовать различные режимы включения реле, при этом устройство управления должно иметь дополнительный третий выход для соединения с выводами обмотки основного реле.The operation of all the elements of the arcless electronic-mechanical contactor is controlled by the control device 5. The control voltage is supplied to the first input of the control device. The same voltage from the first input of the control device is applied to the winding of the main relay. The second input of the control device is connected to the information output of the current sensor. The first output of the control device is connected to the control input of the semiconductor key, and the second output is with the winding of the auxiliary relay. The main relay coil can be connected either directly to the first input of the control device, or through a control device. When it is connected through the control device, it is possible to implement various modes of switching on the relay, while the control device must have an additional third output for connection with the terminals of the main relay winding.
Для включения электронно-механического контактора на обмотку основного реле подается напряжение управления, которое вызывает замыкание контактов основного реле. Одновременно напряжение управления подается на первый вход устройства управления, инициируя формирование сигналов управления полупроводниковым ключом и вспомогательным реле. Сигналы управления, сформированные устройством управления, поступают на управляющие входы полупроводникового ключа и обмотку вспомогательного реле с временной задержкой относительно напряжения управления, поступающего на управляющий вход устройства управления. Время задержки определяется временем гарантированного замыкания контактов основного реле. В результате подачи напряжения на эти элементы происходит подключение вспомогательной силовой цепи, которая шунтирует основную силовую цепь. Поскольку сопротивление цепи контактов вспомогательного реле существенно выше основной силовой из-за наличия в цепи полупроводникового ключа, то ток преимущественно будет протекать по цепи основного реле, внутреннее сопротивление которой существенно меньше вспомогательной. Поскольку через полупроводниковый ключ протекает малый ток, то потери на нем существенно меньше, чем в том случае, когда он включен последовательно, как например в /1/ или /2/.To turn on the electronic-mechanical contactor, the control voltage is applied to the winding of the main relay, which causes the contacts of the main relay to close. At the same time, the control voltage is supplied to the first input of the control device, initiating the formation of control signals for the semiconductor key and auxiliary relay. The control signals generated by the control device are supplied to the control inputs of the semiconductor switch and the auxiliary relay winding with a time delay relative to the control voltage supplied to the control input of the control device. The delay time is determined by the time of guaranteed contact closure of the main relay. As a result of applying voltage to these elements, an auxiliary power circuit is connected, which shunts the main power circuit. Since the resistance of the auxiliary relay contact circuit is significantly higher than the main power due to the presence of a semiconductor switch in the circuit, the current will mainly flow through the main relay circuit, the internal resistance of which is significantly less than the auxiliary one. Since a small current flows through the semiconductor switch, the losses on it are significantly less than when it is connected in series, such as in / 1 / or / 2 /.
Поскольку управляющее напряжение также обеспечивает питание устройства управления, то нет необходимости формирования отдельной линии питания устройства управления, а при отсутствии напряжения питания на входе устройства управления, даже при наличии высокого постоянного коммутируемого напряжения на первом контакте основного реле, контактор переходит в выключенное состояние, и напряжение на нагрузке отсутствует. При наличии напряжения управления на устройстве управления, но при отсутствии коммутируемого напряжения на входном контакте основного реле, контактор включается, но электрический ток через нагрузку не протекает. Протекание тока в цепи нагрузки возможно только при наличии двух напряжений: коммутируемого напряжения и напряжения управления.Since the control voltage also provides power to the control device, there is no need to form a separate power line for the control device, and if there is no supply voltage at the input of the control device, even if there is a high constant switched voltage at the first contact of the main relay, the contactor goes into off state, and the voltage no load. If there is a control voltage on the control device, but in the absence of a switched voltage at the input contact of the main relay, the contactor turns on, but the electric current does not flow through the load. The current flow in the load circuit is possible only if there are two voltages: switching voltage and control voltage.
Для отключения нагрузки снимается напряжение управления. При этом отключается обмотка основного реле, что приводит к размыканию контактов основного реле. Датчик тока, включенный по токовому входу последовательно контактам основного реле, определяет значение тока в цепи нагрузки, что дает возможность определять момент полного размыкания контактов основного реле и формирования сигналов управления для отключения полупроводникового ключа и вспомогательного реле.To disconnect the load, the control voltage is removed. In this case, the winding of the main relay is disconnected, which leads to the opening of the contacts of the main relay. A current sensor connected at the current input in series to the contacts of the main relay determines the current value in the load circuit, which makes it possible to determine the moment of complete opening of the contacts of the main relay and the formation of control signals to disable the semiconductor switch and auxiliary relay.
Устройством управления создается временная задержка отключения полупроводникового ключа и вспомогательного реле. Контакты основного реле размыкаются без образования дуги, поскольку ток будет протекать по шунтирующей вспомогательной цепи. При разрыве основной цепи с информационного выхода датчика тока подается сигнал на второй вход устройства управления. При наличии этого сигнала устройством управления формируются два сигнала: первый сигнал, который подается на управляющий вход полупроводникового ключа, и второй, с временной задержкой по отношению к первому сигналу, который подается на обмотку вспомогательного реле. По первому сигналу полупроводниковый ключ осуществляет разрыв вспомогательной силовой цепи. В силу конструкции полупроводникового ключа этот разрыв осуществляется бездуговым образом. После отключения полупроводникового ключа отключается обмотка вспомогательного реле, что приводит к размыканию механических контактов вспомогательного реле. Поскольку в шунтирующей вспомогательной цепи после отключения полупроводникового ключа остаются только токи утечек, которые существенно меньше тока основной силовой цепи, то размыкание контактов вспомогательного реле осуществляется также бездуговым образом, при этом после их размыкания полностью исключаются токи утечек во внутренних цепях полупроводникового ключа в отличие от прототипа /3/, что повышает надежность работы устройства в целом и снижает тепловые потери.The control device creates a time delay for disconnecting the semiconductor key and auxiliary relay. The main relay contacts open without arcing, as current will flow through the bypass auxiliary circuit. When the main circuit is broken, a signal is supplied from the information output of the current sensor to the second input of the control device. In the presence of this signal, the control device generates two signals: the first signal, which is fed to the control input of the semiconductor key, and the second, with a time delay in relation to the first signal, which is fed to the auxiliary relay winding. At the first signal, the semiconductor switch interrupts the auxiliary power circuit. Due to the design of the semiconductor key, this gap is carried out in an arcless manner. After disconnecting the semiconductor key, the winding of the auxiliary relay is disconnected, which leads to the opening of the mechanical contacts of the auxiliary relay. Since in the shunt auxiliary circuit after disconnecting the semiconductor key there are only leakage currents that are substantially less than the current of the main power circuit, the auxiliary relay contacts are also opened in an arcless manner, and after they are opened, leakage currents in the internal circuits of the semiconductor key are completely excluded, unlike the prototype / 3 /, which increases the reliability of the device as a whole and reduces heat loss.
Исключение дугообразования дает возможность дополнительно уменьшить воздушный зазор между силовыми контактами основного реле, что не только ведет к уменьшению габаритов и массы контактора, но также позволяет дополнительно повысить его быстродействие и быстродействие контактора в целом.The exclusion of arcing makes it possible to further reduce the air gap between the power contacts of the main relay, which not only leads to a decrease in the size and weight of the contactor, but also allows to further increase its speed and the speed of the contactor as a whole.
Уменьшение тепловыделения на полупроводниковом ключе благодаря использованию датчика тока, обеспечивающему отключение полупроводникового ключа немедленно после прекращения тока через контакты основного реле, позволяет отказаться от применения мощных охладителей, что дополнительно уменьшает габаритные размеры и в целом снижает вес устройства.Reducing heat on a semiconductor key due to the use of a current sensor, which turns off the semiconductor key immediately after the current is stopped through the contacts of the main relay, eliminates the use of powerful coolers, which further reduces the overall dimensions and generally reduces the weight of the device.
Применение полупроводникового ключа в сочетании с вспомогательным электромеханическим реле и датчиком тока не только предотвращает дугообразование, что позволяет исключить из состава устройства камеру гашения, как у традиционных контакторов, но и уменьшить до минимума охладитель, как у бездуговых, что не только улучшает габаритно-массовые показатели, но и повышает надежность работы устройства в целом.The use of a semiconductor key in combination with an auxiliary electromechanical relay and a current sensor not only prevents arcing, which eliminates the quenching chamber from the structure of the device, as with traditional contactors, but also minimizes the cooler, like arcless contactors, which not only improves the overall mass indicators , but also increases the reliability of the device as a whole.
Таким образом, результат изобретения достигается за счет применения нового устройства. Применение бездугового электронномеханического контактора возможно в системах электроснабжения постоянного тока высокого напряжения, а также в автоматических системах управления исполнительными двигателями постоянного тока.Thus, the result of the invention is achieved through the use of a new device. The use of an arcless electromechanical contactor is possible in high voltage DC power supply systems, as well as in automatic control systems for DC direct current motors.
ЛитератураLiterature
1. Описание изобретения по патенту РФ №2192682. Устройство для бездуговой коммутации электрической цепи.1. Description of the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2192682. Device for arc-free electrical circuit switching.
2. Описание изобретения по патенту РФ №2255390. Устройство для бездуговой коммутации электрических цепей.2. Description of the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2255390. Device for arc-free switching of electrical circuits.
3. Описание изобретения по патенту СССР №1128700. Высоковольтный выключатель постоянного тока.3. Description of the invention according to the patent of the USSR No. 1118700. High voltage DC switch.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006141405/09A RU2319248C1 (en) | 2006-11-23 | 2006-11-23 | Arcless electromechanical contactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006141405/09A RU2319248C1 (en) | 2006-11-23 | 2006-11-23 | Arcless electromechanical contactor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2319248C1 true RU2319248C1 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=39281091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006141405/09A RU2319248C1 (en) | 2006-11-23 | 2006-11-23 | Arcless electromechanical contactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2319248C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2604354C1 (en) * | 2015-11-17 | 2016-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная организация "ВОЛЬТ" | Ac network voltage stabilizer |
RU2614807C2 (en) * | 2013-01-31 | 2017-03-29 | Нр Электрик Ко., Лтд | Device for limiting or interrupting current in power transmission line and method of controlling said device |
RU177486U1 (en) * | 2016-12-05 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" | ARC-FREE ELECTRONIC-MECHANICAL CONTACTOR |
CN114864336A (en) * | 2022-04-29 | 2022-08-05 | 河北工业大学 | Arc-free relay based on natural commutation and control method thereof |
-
2006
- 2006-11-23 RU RU2006141405/09A patent/RU2319248C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2614807C2 (en) * | 2013-01-31 | 2017-03-29 | Нр Электрик Ко., Лтд | Device for limiting or interrupting current in power transmission line and method of controlling said device |
RU2604354C1 (en) * | 2015-11-17 | 2016-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная организация "ВОЛЬТ" | Ac network voltage stabilizer |
RU177486U1 (en) * | 2016-12-05 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" | ARC-FREE ELECTRONIC-MECHANICAL CONTACTOR |
CN114864336A (en) * | 2022-04-29 | 2022-08-05 | 河北工业大学 | Arc-free relay based on natural commutation and control method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100814514B1 (en) | On-load tap changer | |
KR101483298B1 (en) | Micro-electromechanical system based electric motor starter | |
KR101416787B1 (en) | Method for switching without any interruption between winding taps on a tap-changing transformer | |
RU2319248C1 (en) | Arcless electromechanical contactor | |
CN110024071A (en) | Contactor with coil polarity reverse turn control circuit | |
US7667938B2 (en) | Power node switching center | |
US3389301A (en) | Arc suppressing circuit | |
EP3486933B1 (en) | Device to attenuate arc fauts in an electric distributor | |
RU2343580C1 (en) | Electromagnetic drive | |
GB2487918A (en) | DC power network protection system | |
RU2333585C1 (en) | Protector for constant current electrical equipment | |
JP2010257660A (en) | Operation circuit of vacuum circuit breaker | |
SU883995A1 (en) | Device for arcless switching of electric circuits | |
RU2224344C2 (en) | Method and device for reducing electrical energy loss in low-voltage networks | |
SU854217A1 (en) | Superconductive switch | |
SU434500A1 (en) | SWITCHING DEVICE | |
SU1120420A1 (en) | Three-phase switching device with short-circuit protection | |
RU2321095C1 (en) | Electromagnetic operating mechanism of fast-response circuit breaker | |
SU1231541A1 (en) | Device for controlling high-speed d.c.circuit breaker | |
SU951443A1 (en) | Arcless contact switching-off device | |
RU2278436C2 (en) | Disconnecting module of high-speed circuit breaker | |
SU928450A1 (en) | Quick-action switching device with overcurrent protection | |
CN101101823A (en) | Adaptable arc chute for circuit breaker | |
SU1683086A1 (en) | Device for control of high-voltage circuit breaker | |
SU1095256A1 (en) | Hybrid a.c.contactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121124 |