RU67772U1 - ELECTROMAGNETIC DRIVE OF CIRCUIT BREAKERS - Google Patents
ELECTROMAGNETIC DRIVE OF CIRCUIT BREAKERS Download PDFInfo
- Publication number
- RU67772U1 RU67772U1 RU2007120187/22U RU2007120187U RU67772U1 RU 67772 U1 RU67772 U1 RU 67772U1 RU 2007120187/22 U RU2007120187/22 U RU 2007120187/22U RU 2007120187 U RU2007120187 U RU 2007120187U RU 67772 U1 RU67772 U1 RU 67772U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistor
- diode
- contact
- threshold
- capacitor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Relay Circuits (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к вакуумным выключателям с электромагнитным приводом и схемам управления им в циклах АПВ.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to vacuum circuit breakers with an electromagnetic drive and their control circuits in automatic recirculation cycles.
Сущность решения: коммутация электромагнитов включения и отключения IGBT транзисторами с формированием прямоугольного импульса управления включающего электромагнита с помощью порогово-ключевого элемента и времязадающей RC цепочки; концевой переключатель имеет замыкающий и размыкающий контакты, переключаемые от защелки и шунтирующие резистор RC цепочки и расшунтирующие двухступенчатый делитель напряжения, питающий цепь транзистора отключения и связанный с порогово-ключевым элементом через резистор и диод, общая точка которых через конденсатор присоединена к общему минусу источника питания и питающего цепи управления конденсатора, плюс которого присоединен через разделительный диод к этому источнику; переход коллектор-эмиттер включающего транзистора шунтирован поглотителем энергии; порогово-ключевой элемент может быть выполнен в виде тиристора и стабилитрона или в виде триггерных микросхем с элементами логики.The essence of the solution: switching electromagnets on and off IGBT transistors with the formation of a rectangular control pulse of the switching electromagnet using a threshold-key element and a timing RC circuit; the limit switch has closing and opening contacts, switchable from the latch and shunting the RC resistor, and disconnecting the two-stage voltage divider, supplying the trip transistor circuit and connected to the threshold-key element through the resistor and diode, the common point of which is connected through the capacitor to the common minus of the power source and a capacitor control supply circuit, plus which is connected via an isolation diode to this source; the collector-emitter junction of the switching transistor is shunted by an energy absorber; the threshold-key element can be made in the form of a thyristor and a zener diode or in the form of trigger circuits with logic elements.
Description
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к вакуумным выключателям с электромагнитным приводом и схемам управления им в циклах с автоматическим повторным включением (АПВ). Привод производит включение выключателя, взводит пружину отключения и поджимает пружины контактов вакуумных дугогасигельных камер (ВДК) с посадкой на защелку. Отключение выключателя производится указанными пружинами после сбивания защелки электромагнитом отключения или расцепителями.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to vacuum circuit breakers with an electromagnetic drive and their control circuits in cycles with automatic restart (AR). The drive turns on the circuit breaker, cocks the trip spring and presses the contact spring of the vacuum arc chambers (VDK) with a latch. The circuit breaker is tripped by the indicated springs after the latch is knocked down by the tripping electromagnet or by releases.
В последнее время имеется тенденция к упрощению сложных механизмов расцепления приводов при аварийных отключениях за счет применения электронных быстродействующих схем управления электромагнитами включения и отключения, при этом устраняется основной недостаток электромагнитных приводов - инерционность спада тока и магнитного потока, а, следовательно, и сил, могущих продолжаться доли секунды, при требуемых при АПВ временах на один-два порядка меньше. Известно коммутирующее устройство (а.с. СССР №1252834, кл. Н01Н 47/32 1986 г.), в котором управление дистанционным переключателем осуществляется двумя катушками электромагнитов с помощью двух биполярных транзисторов n-р-n и р-n-р типов. При этом на базы транзисторов через RC цепочки подаются экспоненциально падающие сигналы управления, подаваемые от одного переключающего контакта.Recently, there has been a tendency to simplify complex mechanisms for tripping drives during emergency trips due to the use of high-speed electronic control circuits for turning on and off solenoids, while eliminating the main drawback of electromagnetic drives - the inertia of current and magnetic flux decay, and, consequently, of forces that can continue fractions of a second, with the times required for AR, one or two orders of magnitude less. A switching device is known (USSR AS No. 1252834, class N01H 47/32 1986), in which the remote switch is controlled by two coils of electromagnets using two bipolar transistors npn and pnp types. In this case, exponentially falling control signals supplied from one switching contact are supplied to the transistor bases through RC chains.
Большими недостатками устройства являются: необходимость применения очень мощных транзисторов, работающих в усилительном, а не в насыщенном режимах, и невозможность применения в циклах АПВ из-за одного контакта управления.The big disadvantages of the device are: the need to use very powerful transistors operating in the amplifier rather than in saturated modes, and the inability to use recloser cycles due to a single control contact.
То есть, такое устройство непригодно для быстродействующих выключателей на среднее напряжение с токами электромагнитов включения в десятки ампер и с временами в 30...40 миллисекунд, работающих в циклах АПВ.That is, such a device is unsuitable for high-speed medium voltage circuit breakers with switching electromagnet currents of tens of amperes and with times of 30 ... 40 milliseconds operating in automatic reclosure cycles.
Известен электромагнитный привод выключателей (патент РФ №2074438, кл. Н01Н 33/42; 33/66: 33/59, 1994 г.), содержащий основные элементы привода и вакуумного выключателя: ВДК, пружины поджатая, изоляционные тяги, общий на три фазы вал с рычагами, пружину отключения, электромагнит включения (ЭВ), поворачивающий вал через рычаг при включении, с якорем ЭВ связан выступ, управляющий блок-контактами в конце включения, и упор, фиксируемый в конце включения подпружиненной защелкой, Known electromagnetic drive circuit breakers (RF patent No. 2074438, class N01N 33/42; 33/66: 33/59, 1994), containing the main elements of the drive and vacuum circuit breaker: VDK, preloaded springs, insulating rods, common to three phases a shaft with levers, a disconnection spring, an inclusion electromagnet (EV), a shaft turning through a lever when turned on, an overhang is connected to the EV armature that controls the block contacts at the end of inclusion and an emphasis fixed at the end of inclusion by a spring-loaded latch,
которая управляется электромагнитом отключения (ЭО). Питание катушки ЭВ осуществляется от источника постоянного или выпрямленного напряжения через электронный ключ. Вывод электромагнитной энергии из катушки ЭВ после обрыва тока электронным ключом осуществляется через диодно-резисторную цепочку, шунтирующую катушку.which is controlled by a shutdown electromagnet (EO). The power supply of the EV coil is carried out from a constant or rectified voltage source through an electronic switch. The output of electromagnetic energy from the EV coil after the current is cut off by an electronic key is carried out through a diode-resistor circuit shunting the coil.
Существенные недостатки привода: не раскрыта структура электронного ключа; вывод энергии из катушки малоэффективен - он максимален в начальный момент при максимальном токе, и падает с уменьшением тока, что увеличивает время отключения и уменьшает начальную скорость отрыва контактов ВДК, напряжение на электронном ключе определяется суммой напряжения питания и падением напряжения на резисторе, которое максимально в первый момент; установка переключающего блок-контакты выступа на якоре, имеющего обычно ход в 20...40 мм, малонадежна из-за необходимости установки большого запаса по ходу якоря при быстром спаде тока в катушке для обеспечения надежной посадки на защелку в конце включения, как из-за большого колебания питающего напряжения, так и из-за изменяющихся условий окружающей среды и электроизноса контактов ВДК; из конструкции неизвестно, как взаимодействуют цепи управления ЭВ и ЭО при АПВ, как осуществляется блокировка от несанкционированных повторных включений при действующих одновременно сигналах включения В и отключения О.Significant disadvantages of the drive: the structure of the electronic key is not disclosed; the energy output from the coil is ineffective - it is maximum at the initial moment at the maximum current, and decreases with decreasing current, which increases the disconnection time and decreases the initial separation speed of the VDK contacts, the voltage on the electronic key is determined by the sum of the supply voltage and the voltage drop across the resistor, which is maximum in first moment; the installation of the protruding block-contact ledge on the armature, which usually has a stroke of 20 ... 40 mm, is unreliable due to the need to install a large margin along the armature with a rapid drop in current in the coil to ensure a secure fit on the latch at the end of switching, as due to large fluctuations in the supply voltage, as well as due to changing environmental conditions and electrical wear of the VDK contacts; it is not known from the design how the control circuits of the EV and EO interact with automatic reclosure, how is blocking from unauthorized repeated switching on when the signals of turning on and off O acting simultaneously.
Известен электромагнитный привод коммутационного аппарата (патент РФ №2074430, кл. Н01Р 7/08, Н01Н 47/32, 1994 г.), выбранный за прототип, содержащий катушку электромагнита включения, шунтированную диодом; транзисторный ключ, на базе составного биполярного транзистора, переход коллектор-эмиттер которого шунтирован защитным элементом от перенапряжений, могущих возникнуть из-за запаздывания открытия шунтирующего диода; времязадающую RC цепочку и порогово-кпючевой элемент в виде динистора, к аноду которого присоединены: общая точка времязадающей цепочки непосредственно, а база транзистора - через диод; один из резисторов времязадающей RC цепочки шунтирован замыкающим контактом концевого переключателя, управляемого якорем электромагнита включения в конце включения; конденсатор питания цепей управления присоединен к источнику питания постоянного или выпрямленного напряжения через диод и резистор.Known electromagnetic drive switching device (RF patent No. 2074430, class. Н01Р 7/08, ННН 47/32, 1994), selected for the prototype, containing a coil of the switching electromagnet, shunted by a diode; a transistor switch, based on a composite bipolar transistor, the collector-emitter junction of which is shunted by a protective element against overvoltages that may occur due to the delay in opening the shunt diode; a RC timing chain and a threshold-key element in the form of a dynistor, to the anode of which are connected: the common point of the timing chain directly, and the base of the transistor through a diode; one of the resistors of the RC timing chain is bridged by the closing contact of the limit switch controlled by the armature of the switching electromagnet at the end of switching on; the control capacitor is connected to a constant or rectified voltage power supply through a diode and a resistor.
В прототипе, по сути, раскрыта структура электронного ключа управления электромагнитом включения второго аналога. Но ему присущи все недостатки этого аналога.In the prototype, in fact, the structure of the electronic control key of the electromagnet switching on the second analogue is disclosed. But he has all the disadvantages of this analogue.
Предлагаемый электромагнитный привод позволяет устранить все отмеченные недостатки аналогов и прототипа и создать простую и надежную конструкцию привода и выключателя с большим быстродействием и сроком службы, минимальным потреблением энергии; заменить сложные медленно-действующие механические системы высокотехнологичными компактными быстродействующими электронными элементами, связи которых позволяют легко решить вопросы блокировок и мониторинга, удовлетворяющих всем требованиям к выключателям с АПВ.The proposed electromagnetic drive allows you to eliminate all the noted disadvantages of analogues and prototype and to create a simple and reliable design of the drive and the switch with high speed and service life, minimal energy consumption; to replace complex slow-acting mechanical systems with high-tech compact high-speed electronic elements, the connections of which make it easy to solve interlocking and monitoring issues that satisfy all the requirements for circuit breakers with automatic reclosure.
Предлагаемый привод отличается тем, что в качестве транзисторов использованы биполярные транзисторы с изолированным затвором, переход коллектор-эмиттер включающего транзистора шунтирован поглотителем энергии, рассчитанным на полную энергию катушки включения, а затвор этого транзистора присоединен к первому делителю напряжения, состоящему из первого стабилитрона и второго резистора, подключенных свободным концом стабилитрона к общему минусу, а свободным концом второго резистора - к контакту включения, присоединенному к плюсу конденсатора питания; между конденсатором и резистором времязадерживающей RC цепочки включен первый дополнительный диод, у анода которого общая с резистором этой цепочки точка присоединена через второй дополнительный диод к порогово-ключевому элементу; затвор отключающего транзистора подключен к первой ступени второго делителя напряжения в виде второго стабилитрона и третьего резистора, образующего с четвертым резистором вторую ступень этого делителя напряжения, свободные концы которого подключены со стороны второго стабилитрона к общему минусу, а со стороны четвертого резистора через контакт отключения - к плюсу конденсатора питания, причем одна или обе ступени второго делителя напряжения шунтированы размыкающим контактом концевого переключателя, управляемого защелкой; общая точка второй ступени второго делителя напряжения через пятый резистор и третий дополнительный диод присоединена к катодам второго и второго дополнительного диодов и порогово-ключевому элементу, причем общая точка пятого резистора и третьего дополнительного диода через дополнительный конденсатор присоединена к общему минусу.The proposed drive is characterized in that bipolar transistors with an insulated gate are used as transistors, the collector-emitter junction of the switching transistor is shunted by an energy absorber designed for the total energy of the switching coil, and the gate of this transistor is connected to the first voltage divider consisting of the first zener diode and the second resistor connected by the free end of the zener diode to the common minus, and by the free end of the second resistor to the switching contact connected to the plus of the conden power saturation; between the capacitor and the resistor of the time-delaying RC circuit, a first additional diode is connected, at the anode of which a point common with the resistor of this chain is connected via a second additional diode to the threshold-key element; the gate of the disconnecting transistor is connected to the first stage of the second voltage divider in the form of a second zener diode and a third resistor, forming with the fourth resistor the second stage of this voltage divider, the free ends of which are connected from the second zener diode to the common minus, and from the fourth resistor through the disconnection contact to plus a power capacitor, wherein one or both steps of the second voltage divider are bridged by the opening contact of the end switch controlled by the latch; the common point of the second stage of the second voltage divider through the fifth resistor and the third additional diode is connected to the cathodes of the second and second additional diodes and the threshold key element, and the common point of the fifth resistor and the third additional diode through the additional capacitor is connected to a common minus.
Порогово-ключевой элемент может быть выполнен в виде тиристора, к управляющему электроду которого подключены стабилитрон и резистор, другие концы которых подключены к минусу питающего конденсатора и аноду тиристора; порогово-ключевой элемент также может быть выполнен на триггерных микросхемах, например, в виде одновибратора или логики с тремя элементами И и одним НЕ; кроме того, схема The threshold-key element can be made in the form of a thyristor, to the control electrode of which a zener diode and a resistor are connected, the other ends of which are connected to the minus of the supply capacitor and the anode of the thyristor; the threshold-key element can also be performed on trigger circuits, for example, in the form of a one-shot or logic with three AND elements and one NOT; In addition, the scheme
управления позволяет легко встроить датчик напряжения источника питания, размыкающий контакт которого включен последовательно с контактом включения, а замыкающий контакт этого датчика шунтирует второй делитель напряжения и контакт отключения. Сущность предлагаемого решения позволяет получить следующие положительные результаты: устранить главный недостаток электромагнитного привода - его инерционность, за счет быстрого обрыва тока во включающем электромагните высокотехнологичными электронными элементами и импульсным энергоемким поглотителем энергии, при этом исключаются сложные наименее надежные механические системы свободного расцепления, что значительно повышает срок службы привода и всего выключателя; схема управления приводом позволяет обеспечить минимальное время протекания тока короткого замыкания, полное включение выключателя с посадкой на защелку при АПВ благодаря применению микропереключателя с управлением от защелки, что обеспечивает отрыв и максимальную начальную скорость отключения подваривающихся контактов ВДК; привод обладает высокой надежностью даже при отказе концевого микропереключателя; привод легко обеспечивает все требуемые блокировки при АПВ, в том числе от повторных включений при одновременном действии сигналов включения и отключения; схема управления приводом обладает большими функциональными возможностями, позволяет легко встраивать элементы сигнализации и блокировок, частично может взять на себя систему релейной защиты; привод позволяет осуществлять быстрые многократные циклы АПВ.The control makes it easy to integrate the voltage sensor of the power supply, the NC contact of which is connected in series with the ON contact, and the NO contact of this sensor shunts the second voltage divider and the trip contact. The essence of the proposed solution allows us to obtain the following positive results: eliminate the main drawback of the electromagnetic drive - its inertia, due to the rapid interruption of the current in the switching on electromagnet with high-tech electronic elements and a pulsed energy-intensive energy absorber, this eliminates complex, less reliable mechanical systems of free trip, which significantly increases the term drive and entire circuit breaker services; drive control circuitry allows to ensure minimum short-circuit current flow time, fully close the circuit breaker with latching for automatic reclosure due to the use of a microswitch controlled by a latch, which ensures separation and maximum initial speed of disconnection of welded VDK contacts; the drive has high reliability even in case of failure of the end microswitch; the drive easily provides all the required interlocks during automatic reclosure, including from repeated switching on with the simultaneous action of on and off signals; the drive control circuit has great functionality, makes it easy to integrate alarm and blocking elements, and can partially take over the relay protection system; the drive allows for quick multiple reclosure cycles.
Конструкция привода с элементами выключателя представлена на чертежах: на фиг.1a - конструкция с элементами схемы управления в отключенном положении привода и выключателя; на фиг.1б - то же во включенном положении; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема блока управления; на фиг.3 - диаграммы спада тока в катушке электромагнита включения после отключения включающего транзистора: (1) - для прототипа и второго аналога. (2) - для предлагаемого решения, (3) - то же с меньшей индуктивностью катушки, (4) - линия тока удержания; на фиг.4 - варианты выполнения порогово-ключевого элемента с внешней для них времязадающей RC цепочкой: а) одновибратора, б) триггерной цифровой логики с тремя элементами И и одним НЕ.The design of the drive with circuit breaker elements is shown in the drawings: Fig. 1a shows a structure with control circuit elements in the disconnected position of the drive and circuit breaker; on figb - the same in the on position; figure 2 is a circuit diagram of a control unit; figure 3 - diagrams of the current decline in the coil of the electromagnet enable after turning off the switching transistor: (1) for the prototype and the second analogue. (2) - for the proposed solution, (3) - the same with a lower inductance of the coil, (4) - line current retention; figure 4 - embodiments of a threshold-key element with an external RC timing chain for them: a) a single-shot, b) trigger digital logic with three AND elements and one NOT.
Электромагнитный привод выключателей (Фиг.1) содержит электромагнит включения (ЭВ) 1 с катушкой 2 и якорем 3, кинематически связанным с одним из рычагов 4, закрепленных на валу 5, с другими концами рычагов кинематически связаны изоляционные тяги 6 трех фаз выключателя, другие концы которых связаны с узлами поджатая 7, содержащими пружины поджатия 8, поджимающие контакты ВДК 9 во включенном The electromagnetic drive of the circuit breakers (FIG. 1) contains an on-circuit electromagnet (EV) 1 with a coil 2 and an armature 3 kinematically connected to one of the levers 4 mounted on the shaft 5, insulating rods 6 of the three phases of the switch are kinematically connected to the other ends of the levers, the other ends which are connected to the preloaded nodes 7, containing preload springs 8, pressing contacts of the airborne transport system 9 in the
положении. Рычаг 4 подпружинен пружиной отключения 10. На якоре имеется упор 11, взаимодействующий с торцом 12 защелки 13 в конце включения. Упор 11 может быть закреплен не на якоре, а на одном из рычагов 4 или на валу. Подпружиненная пружиной 14 защелка ограничена в повороте: по часовой стрелке - упором 11. а против часовой стрелки - штоком 15 электромагнита отключения (ЭО) 16 с катушкой 17. Защелка 13 в отключенном положении привода давит на подпружиненный элемент 18 концевого переключателя 19 с замыкающим контактом 20 и размыкающим контактом 21. Концы этих контактов и катушек ЭВ и ЭО подключены к блоку управления 22, питающемуся от источника постоянного или выпрямленного напряжения.position. The lever 4 is spring-loaded with a trip spring 10. An anchor 11 has a stop 11 that interacts with the end face 12 of the latch 13 at the end of the switch. The emphasis 11 can be fixed not on the anchor, but on one of the levers 4 or on the shaft. The spring-loaded latch 14 is limited in rotation: clockwise - by the stop 11. and counterclockwise - by the rod 15 of the shut-off solenoid (EO) 16 with the coil 17. The latch 13 in the disconnected position of the actuator presses on the spring-loaded element 18 of the limit switch 19 with the closing contact 20 and disconnecting contact 21. The ends of these contacts and coils of EV and EO are connected to the control unit 22, powered by a constant or rectified voltage source.
В блок управления входят (Фиг.2): включающий 23 и отключающий 24 биполярные транзисторы с изолированным затвором (ЮВТ); контакты в цепях управления транзисторов: 25 - включения и 26 - отключения; конденсатор питания 27 цепей управления, подключенный плюсом к источнику питания через первый резистор 28 и первый диод 29 и имеющий общий минус с источником питания; затвор включающего транзистора 23 питается от первого делителя напряжения, состоящего из второго резистора 30 и первого стабилитрона 31; затвор отключающего транзистора 24 питается от второго двухступенчатого делителя напряжения, первую ступень которого образуют второй стабилитрон 32 и третий резистор 33, образующий с четвертым резистором 34 вторую ступень этого делителя; затвор транзистора 23 через второй диод 35 подключен к порогово-ключевому элементу, состоящему из порогового элемента - третьего стабилитрона 36 и ключевого элемента - тиристора 37, управляющий электрод которого соединен с общей точкой этого стабилитрона и шестого резистора 38, времязадающая RC цепочка состоит из резисторов 39 и 40 и конденсатора 41 и включенного между ними первого дополнительного диода 42, общая точка анода которого и резистора 40 через второй дополнительный диод 43 присоединена к порогово-ключевому элементу и катоду второго диода 35 в точке «а»; переход коллектор - эмиттер транзистора 23 шунтирован поглотителем энергии 44; общая точка «б» второй ступени второго делителя напряжения через пятый резистор 45 и третий дополнительный диод 46 подключена к порогово-ключевому элементу и катодам диодов 35 и 43 в точке «а», а общая точка резистора 45 и диода 46 присоединена через дополнительный конденсатор 47 к общему минусу, катушка 17 шунтирована цепочкой из резистора 48 и диода 49; резистор 50 шунтирует конденсатор 41; резисторы для снятия заряда с затворов транзисторов и защитные диодно-конденсаторные цепочки, шунтирующие The control unit includes (Figure 2): including 23 and disconnecting 24 bipolar transistors with an isolated gate (SE); contacts in the control circuits of transistors: 25 - on and 26 - off; a power capacitor 27 of the control circuits connected positively to the power source through the first resistor 28 and the first diode 29 and having a common minus with the power source; the gate of the turning transistor 23 is powered by a first voltage divider consisting of a second resistor 30 and a first zener diode 31; the gate of the shutdown transistor 24 is powered by a second two-stage voltage divider, the first stage of which is formed by the second zener diode 32 and the third resistor 33, forming with the fourth resistor 34 the second stage of this divider; the gate of the transistor 23 through a second diode 35 is connected to a threshold-key element consisting of a threshold element - the third zener diode 36 and a key element - thyristor 37, the control electrode of which is connected to a common point of this zener diode and the sixth resistor 38, the RC timing circuit consists of resistors 39 and 40 and the capacitor 41 and the first additional diode 42 connected between them, the common point of the anode of which and the resistor 40 is connected through the second additional diode 43 to the threshold-key element and the cathode of the second diode 35 at point “a”; the collector-emitter junction of the transistor 23 is shunted by an energy absorber 44; the common point "b" of the second stage of the second voltage divider through the fifth resistor 45 and the third additional diode 46 is connected to the threshold key element and the cathodes of the diodes 35 and 43 at point "a", and the common point of the resistor 45 and diode 46 is connected through an additional capacitor 47 to a common minus, the coil 17 is shunted by a chain of resistor 48 and diode 49; resistor 50 shunts capacitor 41; resistors for removing charge from transistor gates and protective diode-capacitor circuits, shunting
коллекторы после обрыва тока, не показаны; датчик 51 напряжения источника питания имеет размыкающий 52 и замыкающий 53 контакты.collectors after current interruption, not shown; the voltage sensor 51 of the power source has a disconnect 52 and a make 53 contacts.
При применении в качестве порогово-ключевого элемента интегральной микросхемы в виде одновибратора 54 (Фиг.4а) имеются дополнительные резистор 55 и конденсатор 57, дающие задержку для установки одновибратора, и согласующий резистор 56; на фиг.46 показана триггерная логическая микросхема 58 с тремя элементами И и одним элементом НЕ.When used as a threshold-key element of an integrated circuit in the form of a single vibrator 54 (Fig. 4a) there are additional resistor 55 and a capacitor 57 giving a delay for installing a single vibrator, and a matching resistor 56; on Fig shows a trigger logic chip 58 with three elements AND and one element NOT.
Привод работает следующим образом. При подаче команды на включение - замыкании контакта включения 25 (Фиг.2), включается транзистор включения 23, ток начинает протекать через катушку 2 электромагнита включения 1 (Фиг.1a), якорь 3 движется на втягивание (вниз на чертеже), вал 5 с рычагами 4 фаз поворачивается по часовой стрелке против пружины отключения 10, но с дополнительной помощью от атмосферного давления на сильфоны ВДК 9, тяги 6 и узел поджатая 7 двигаются вверх до замыкания контактов ВДК, после чего при дальнейшем движении начинают сжиматься пружины поджатая 8, создавая дополнительное нажатие на торцевые контакты ВДК, обеспечивающее их нормальную работу в длительном включенном режиме или необходимую скорость отключения при коротком замыкании. В конце включения при подходе якоря 3 к торцу корпуса магнитопровода ЭВ выступ 11 выходит из соприкосновения с защелкой 13 и образует с ее торцом 12 небольшой зазор (необходимый запас для установки привода на защелку). Под действием пружины 14 защелка поворачивается по часовой стрелке и торец 12 оказывается над выступом 11 (Фиг.1б), при этом подпружиненный элемент 18 переключает замыкающий контакт 20 и размыкающий контакт 21 конечного переключателя 19. С момента замыкания контакта 25 (Фиг.2) начинает заряжаться конденсатор 41 через резисторы 39 и 40 времязадающей RC цепочки. После замыкания контакта 20 ускоренно дозаряжается конденсатор 41 через одно сопротивление 39 до напряжения стабилизации стабилитрона 36 и на управляющем электроде тиристора 37 появляется напряжение, открывающее тиристор, при этом шунтируется затвор транзистора 23, который закрывается, обрывая ток катушки включения 2, накопленная электромагнитная энергия которой быстро гасится поглотителем энергии 44. Синхронно со спадом тока в катушке 2 падает магнитный поток в магнитопроводе (шихтованном) электромагнита 1 и сила, действующая на его якорь. Упор 11 упирается в торец 12 защелки 13, фиксируя привод и выключатель во включенном положении (Фиг.1б). Повторное включение привода после его отключения, например, от расцепителей максимального тока при коротком замыкании The drive operates as follows. When a command is given for switching on - closing the switching contact 25 (Fig. 2), the switching transistor 23 is turned on, current starts flowing through the coil 2 of the switching electromagnet 1 (Fig. 1a), the armature 3 moves to retract (down in the drawing), shaft 5 s levers of 4 phases rotates clockwise against the disconnection spring 10, but with additional help from atmospheric pressure on the VDK bellows 9, the rods 6 and the preloaded 7 unit move up to close the VDK contacts, after which, with the further movement, the preloaded 8 springs begin to compress, creating an additional Gentle pressing on the end contacts of the VDK, ensuring their normal operation in long-term on mode or the necessary shutdown speed in case of short circuit. At the end of switching on, when the armature 3 approaches the end of the body of the EV magnetic circuit, the protrusion 11 comes out of contact with the latch 13 and forms a small gap with its end 12 (the necessary margin for installing the drive on the latch). Under the action of the spring 14, the latch rotates clockwise and the end 12 is above the protrusion 11 (Fig.1b), while the spring-loaded element 18 switches the make contact 20 and the make contact 21 of the end switch 19. From the moment of closing of the contact 25 (Fig.2) starts the capacitor 41 is charged through the resistors 39 and 40 of the timing RC circuit. After the contact 20 is closed, the capacitor 41 is accelerated to recharge through one resistance 39 to the stabilization voltage of the zener diode 36 and a voltage appears on the control electrode of the thyristor 37, which opens the thyristor, while the gate of the transistor 23 is shunted, which closes, breaking off the current of the switching coil 2, the accumulated electromagnetic energy of which is quickly it is quenched by the energy absorber 44. Synchronously with the current decrease in the coil 2, the magnetic flux in the magnetic circuit (charged) of the electromagnet 1 and the force acting on its armature fall. The stop 11 abuts against the end face 12 of the latch 13, fixing the drive and the switch in the on position (Fig.1b). Re-starting the drive after it has been disconnected, for example, from overcurrent releases in the event of a short circuit
возможно только после отключения контакта включения 25, закрытия тиристора и разряда конденсатора 41 на резистор 50, что важно в циклах АПВit is possible only after turning off the on-contact contact 25, closing the thyristor and discharging the capacitor 41 to the resistor 50, which is important in reclosure cycles
Отключение привода осуществляется при замыкании контакта отключения 26 (Фиг.2) (контакт 21 разомкнут). При этом идут два процесса: открывается транзистор 24 и ток начинает протекать через катушку 17 ЭО, на срабатывание которой необходимо 15...20 миллисекунд, и одновременно начинает заряжаться конденсатор 47 до напряжения открытия тиристора 37 за несколько миллисекунд, блокируя при этом открытие транзистора 23 при наличии сигнала на включение (при замкнутом контакте 25). Напряжение на второй ступени второго делителя напряжения (в точке «б») выше напряжения открытия тиристора 37 (в точке «а»), которое выше напряжения затвора при насыщении транзистора 23 с некоторым запасом. Обычно для IGBT транзисторов напряжение на затворе берется в 15...20 В, что обеспечивает работу транзистора в ключевом насыщенном режиме. После срабатывания электромагнита отключения 16 защелка 13 (Фиг.1б) поворачивается против часовой стрелки, освобождая упор 11, при этом поворачиваются против часовой стрелки вал 5 и рычаги 4, тяги 6 и узлы поджатия 7 идут вниз. Упомянутые подвижные детали разгоняются под действием пружин поджатия 8 и отключающей пружины 10 и бьют узлом поджатия по подвижным контактам ВДК, отключая их. После размыкания контактов дальнейшее движение подвижных частей идее за счет кинетической энергии и под действием пружины отключения; действие атмосферного давления на сильфоны ВДК подтормаживает движение подвижных частей привода и выключателя. В конце отключения торможение и фиксация привода и выключателя осуществляются обычно демпфером (на чертежах не показан). Привод и выключатель удерживаются в отключено положении пружиной отключения 10. После сбивания электромагнитом 16 защелка 13 через элемент 18 размыкает контакт 20 и замыкает контакт 21 (Фиг.1a), при этом шунтируется затвор транзистора 24 (Фиг.2), который отключает питание катушки 17; накопленная этой катушкой электромагнитная энергия разряжается на сопротивлении катушки и резисторе 48. Здесь не требуется жестко и быстро обрывать ток. Достаточно, чтобы якорь этого электромагнита вернулся в отключенное состояние за время бестоковой паузы выключателя, равной 0,3 секунды для выключателей с АПВ.The drive is disconnected when the trip contact 26 is closed (Figure 2) (contact 21 is open). There are two processes involved: the transistor 24 opens and the current starts flowing through the EO coil 17, which requires 15 ... 20 milliseconds, and at the same time, the capacitor 47 starts charging up to the thyristor 37 opening voltage for several milliseconds, blocking the opening of the transistor 23 in the presence of a switch-on signal (with closed contact 25). The voltage at the second stage of the second voltage divider (at point “b”) is higher than the opening voltage of the thyristor 37 (at point “a”), which is higher than the gate voltage when the transistor 23 is saturated with some margin. Typically, for IGBT transistors, the gate voltage is taken at 15 ... 20 V, which ensures the operation of the transistor in key saturated mode. After the actuation of the shutdown electromagnet 16, the latch 13 (Fig. 1b) rotates counterclockwise, releasing the stop 11, while the shaft 5 and levers 4, rods 6 and preload nodes 7 are rotated counterclockwise. Mentioned movable parts are accelerated by the action of the preload springs 8 and the breaking spring 10 and beat by the preload unit on the movable contacts of the airborne landing gear, disconnecting them. After opening the contacts, the further movement of the moving parts is idea due to kinetic energy and under the action of a trip spring; the effect of atmospheric pressure on the VDK bellows inhibits the movement of the moving parts of the drive and switch. At the end of the trip, braking and fixing of the drive and switch are usually carried out with a damper (not shown in the drawings). The drive and the switch are held in the off position by the spring of disconnection 10. After being knocked down by the electromagnet 16, the latch 13 through the element 18 opens the contact 20 and closes the contact 21 (Fig. 1a), while the gate of the transistor 24 (Fig. 2) is shunted, which turns off the power of the coil 17 ; the electromagnetic energy accumulated by this coil is discharged on the resistance of the coil and resistor 48. Here, it is not necessary to interrupt the current hard and fast. It is enough that the anchor of this electromagnet returns to the off state during a currentless pause of the circuit breaker, equal to 0.3 seconds for circuit breakers with automatic reclosure.
Скорость спада тока и силы тяги в катушке электромагнита включения зависят, Прежде всего, от допустимого напряжения на коллекторе транзистора и на поглотителе энергии, величины тока в катушке в момент его обрыва, индуктивности катушки, зависящей от степени насыщения железа в магнитопроводе и его выполнение шихтованным или The decay rate of the current and the traction force in the coil of the electromagnet switch on depend, first of all, on the allowable voltage on the collector of the transistor and on the energy absorber, the magnitude of the current in the coil at the time of breakage, the inductance of the coil, which depends on the degree of saturation of the iron in the magnetic circuit and if it is charged or
литым, что сильно влияет на вихревые токи, задерживающие спад силы. Лучше всего эти процессы оптимизируются предлагаемыми здесь биполярными транзисторами с изолированным затвором, пропускающими токи в десятки ампер при восстанавливающемся напряжении на коллекторе свыше 1000 В.cast, which greatly affects the eddy currents that delay the decay of the force. These processes are best optimized by the insulated gate bipolar transistors offered here, passing currents of tens of amperes with a recovery voltage across the collector of more than 1000 V.
Н фиг.3 показана диаграмма спада тока в электромагните включения, где за исходные данные взяты: обрываемый ток в 30А и поглотитель энергии в виде нелинейного резистора на базе двуокиси цинка с ограничивающим напряжением 625 В. Кривая 1 соответствует схеме аналога и прототипа при индуктивности 0,3 Гн; кривая 2 соответствует предлагаемому решению с той же индуктивностью; кривая 3 соответствует индуктивности 0,1 Гн (при обрыве тока) и сопротивлению катушки 7 Ом (испытанный выключатель на 10 кВ, номинальный ток 1000 А, номинальный ток отключения 20 кА).Figure 3 shows a diagram of the current drop in the switching solenoid, where the initial data are taken: a cut-off current of 30A and an energy absorber in the form of a nonlinear resistor based on zinc dioxide with a limiting voltage of 625 V. Curve 1 corresponds to the analogue and prototype circuit with inductance 0, 3 H; curve 2 corresponds to the proposed solution with the same inductance; curve 3 corresponds to an inductance of 0.1 G (with current interruption) and a coil resistance of 7 Ohms (tested 10 kV circuit breaker, rated current 1000 A, rated tripping current 20 kA).
Горизонтальная прямая соответствует току удержания, то есть току, создающему усилие электромагнита, равное усилиям пружин поджатая и отключающей пружины. Важным является факт посадки привода на защелку в момент обрыва тока, который определяет начальную скорость размыкания контактов ВДК и их отрыв из-за возможного приваривания. Как видно из кривой 3, достаточно иметь время задержки упора на защелке всего в несколько миллисекунд, что обеспечивает высокое быстродействие выключателя. Предлагаемый привод решает эту задачу за счет применения мощных IGBT транзисторов, энергоемких нелинейных резисторов, рассчитанных на поглощение всей энергии катушки, и за счет управления конечным переключателем от защелки.The horizontal line corresponds to the holding current, that is, the current creating the force of the electromagnet, equal to the efforts of the springs preloaded and breaking the spring. Important is the fact that the actuator lands on the latch at the time of current interruption, which determines the initial opening speed of the VDK contacts and their separation due to possible welding. As can be seen from curve 3, it is enough to have a delay time of the stop on the latch of just a few milliseconds, which ensures high speed circuit breaker. The proposed drive solves this problem through the use of powerful IGBT transistors, energy-intensive nonlinear resistors designed to absorb all the energy of the coil, and by controlling the end switch from the latch.
Спад тока в прототипе и аналоге определяется выражением (1):The current drop in the prototype and analogue is determined by the expression (1):
(1) ;(one) ;
где u - напряжение питания, постоянная времени τ=L/R, r - сопротивление катушки, L - индуктивность катушки, R - суммарное сопротивление катушки и дополнительного сопротивления, шунтирующего катушку.where u is the supply voltage, the time constant τ = L / R, r is the resistance of the coil, L is the inductance of the coil, R is the total resistance of the coil and the additional resistance shunting the coil.
В предлагаемом решении ток спадает по выражению (2):In the proposed solution, the current decreases according to the expression (2):
(2),(2) ,
где io - обрываемый ток, который практически будет меньше (u/r) из-за обрыва тока концевым переключателем, управляемым от защелки, un - напряжение на нелинейном резисторе.where i o is the interrupted current, which will be practically less (u / r) due to the interruption of the current by the limit switch controlled by the latch, and u n is the voltage across the nonlinear resistor.
Второй член в (2) показывает эффективность повышения напряжения на коллекторе транзистора и нелинейном резисторе.The second term in (2) shows the efficiency of increasing the voltage across the collector of the transistor and non-linear resistor.
Желание снизить потребляемый электромагнитом ток при сохранении намагничивающей силы, что важно при использовании для питания накопителя энергии, требует увеличения числа витков катушки, что ведет к значительному увеличению индуктивности. В этом случае применение предлагаемого решения еще более эффективно по сравнению с аналогом и прототипом.The desire to reduce the current consumed by the electromagnet while maintaining the magnetizing force, which is important when using an energy storage device, requires an increase in the number of turns of the coil, which leads to a significant increase in inductance. In this case, the application of the proposed solution is even more effective in comparison with the analogue and prototype.
Использование вместо нелинейного резистора (с мало изменяющимся на нем напряжением в зависимости от тока) цепочки из резистора и конденсатора потребует применения импульсного конденсатора больших габаритов.Using instead of a non-linear resistor (with a voltage that varies little on it depending on the current) a chain of resistor and capacitor will require the use of a large pulse capacitor.
В случае отказа в переключении контакта 20 концевого переключателя ток в транзисторе все равно будет оборван, но с некоторой задержкой при заряде конденсатора 41 через оба резистора 39 и 40 до напряжения открытия тиристора 37, как описано выше. Диод 35 отделяет затвор транзистора 23 от RC цепочки, обеспечивая рост напряжения на конденсаторе 41; диод 43 обеспечивает крутой фронт сигнала включения. Переменный резистор 39 позволяет настраивать времязадающую RC цепочку на минимальное время дозаряда конденсатора 41 после переключения защелки. Применение в предлагаемом решении тиристора и стабилитрона вместо динистора целесообразно из-за большого разброса напряжения открытия динисторов.In case of failure to switch the contact 20 of the limit switch, the current in the transistor will still be cut off, but with some delay when charging the capacitor 41 through both resistors 39 and 40 to the opening voltage of the thyristor 37, as described above. A diode 35 separates the gate of the transistor 23 from the RC circuit, providing an increase in voltage across the capacitor 41; diode 43 provides a steep edge of the enable signal. Variable resistor 39 allows you to adjust the RC timing chain to the minimum charge time of the capacitor 41 after switching the latch. The use of a thyristor and a zener diode in the proposed solution instead of a dinistor is advisable because of the large variation in voltage of the opening of the dinistors.
Из-за малых токов управления транзисторами и малых перемещений защелки целесообразно использовать в качестве концевого переключателя микропереключатель, имеющий ход 3...5 мм.Due to the small currents of transistor control and small displacements of the latch, it is advisable to use a microswitch with a stroke of 3 ... 5 mm as an end switch.
Блокировка от повторных включений привода и выключателя при одновременном действии сигналов В и О осуществляется после полного включения привода и выключателя и последующего их отключения: блокирование сигнала повторного включения,Blocking from repeated switching on of the drive and the switch with the simultaneous action of signals B and O is carried out after the drive and the switch are completely turned on and then turning them off: blocking the signal of repeated switching on,
осуществляется подпиткой открывшегося тиристора 37 через контакт включения 25, резистор 30 и диод 35 и через резисторы 39 и 40 и диод 43. Так же осуществляется отключение привода и выключателя при включении на короткое замыкание. Если предъявляется требование не пропускания сигнала на включение при подаче сигнала на отключение, достаточно размыкающим контактом 21 шунтировать первую ступень второго делителя напряжения, то есть, шунтировать затвор транзистора 24.it is fed by the opened thyristor 37 through the switching contact 25, the resistor 30 and the diode 35 and through the resistors 39 and 40 and the diode 43. The drive and the circuit breaker are also switched off when turned on for a short circuit. If there is a requirement not to pass the signal to turn on when the signal to turn off, it is enough to disconnect the first stage of the second voltage divider with a normally open contact 21, that is, bypass the gate of the transistor 24.
Предлагаемая электрическая схема управления приводом позволяет легко осуществить контроль питающего привод напряжения, то есть встроить расцепитель The proposed electric drive control circuit makes it easy to control the voltage supplying the drive, that is, to integrate the release
минимального напряжения. Для этого достаточно иметь датчик напряжения в виде маломощного реле 51 с размыкающим контактом 52, включенным последовательно с контактом включения, и замыкающим контактом 53, шунтирующим обе ступени второго делителя напряжения - резисторы 33 и 34 и контакт отключения 26. При пропадании напряжения на источнике питания и, следовательно, на катушке реле, оно отключится и замкнет контакт 53 и включит транзистор 24, который пропустит ток через катушку 17 от конденсатора питания 27, отделенного от источника питания диодом 29, и отключит привод. Разомкнувшийся контакт 52 не позволит произвести включение при пониженном напряжении питания. Схема вернется в рабочее состояние при включении реле 51, то есть, при подъеме напряжения на источнике питания до нужного значения.minimum voltage. To do this, it is enough to have a voltage sensor in the form of a low-power relay 51 with an NC contact 52 connected in series with the ON contact and a NO contact 53 shunting both stages of the second voltage divider — resistors 33 and 34 and the trip contact 26. In the event of a voltage failure on the power source and therefore, on the relay coil, it will disconnect and close contact 53 and turn on the transistor 24, which will pass current through the coil 17 from the power capacitor 27, separated from the power source by the diode 29, and turn off the drive. Open contact 52 will not allow switching on at low supply voltage. The circuit will return to operating state when the relay 51 is turned on, that is, when the voltage at the power source rises to the desired value.
При отказе контакта 21 при включении (он останется замкнутым) привод можно отключить дистанционно, если предусмотреть замыкающий контакт, параллельный контакту 53.If contact 21 fails when it is turned on (it will remain closed), the drive can be switched off remotely by providing a make contact parallel to contact 53.
Схема позволяет встроить расцепитель максимального тока, если предусмотреть замыкающий контакт в этом расцепителе и установить его параллельно контакту отключения 26.The circuit allows you to integrate the overcurrent release, if you provide a make contact in this release and set it parallel to the trip contact 26.
Как показали испытания упомянутого выключателя, время замкнутого состояния выключателя в цикле ВО составляет всего 15...20 миллисекунд, что позволяет быстро защитить объект потребления электроэнергии при коротком замыкании.As the tests of the mentioned circuit breaker showed, the closed time of the circuit breaker in the BO cycle is only 15 ... 20 milliseconds, which allows you to quickly protect the object of energy consumption during a short circuit.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007120187/22U RU67772U1 (en) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | ELECTROMAGNETIC DRIVE OF CIRCUIT BREAKERS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007120187/22U RU67772U1 (en) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | ELECTROMAGNETIC DRIVE OF CIRCUIT BREAKERS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU67772U1 true RU67772U1 (en) | 2007-10-27 |
Family
ID=38956322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007120187/22U RU67772U1 (en) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | ELECTROMAGNETIC DRIVE OF CIRCUIT BREAKERS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU67772U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA025757B1 (en) * | 2014-08-08 | 2017-01-30 | Валерий Иванович Таракановский | Super-high-speed automatic circuit breaker |
EA026040B1 (en) * | 2011-06-24 | 2017-02-28 | Таврида Электрик Холдинг Аг | Method and apparatus for controlling circuit breaker operation |
-
2007
- 2007-05-31 RU RU2007120187/22U patent/RU67772U1/en active IP Right Revival
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA026040B1 (en) * | 2011-06-24 | 2017-02-28 | Таврида Электрик Холдинг Аг | Method and apparatus for controlling circuit breaker operation |
EA025757B1 (en) * | 2014-08-08 | 2017-01-30 | Валерий Иванович Таракановский | Super-high-speed automatic circuit breaker |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4492610B2 (en) | Circuit breaker and its switching method | |
AU2010223361B2 (en) | Circuit for controlling an electromagnetic actuator for a vacuum switch | |
EP3834212B1 (en) | Manual close assist control mechanism | |
US20090273419A1 (en) | Switching device, in particular a compact starter | |
RU67772U1 (en) | ELECTROMAGNETIC DRIVE OF CIRCUIT BREAKERS | |
US3644790A (en) | Static antipump circuit breaker closing system | |
CN105047491B (en) | A kind of permanent-magnet operating mechanism anti-bouncing device | |
CN201444464U (en) | Novel control system of permanent magnetic mechanism of vacuum circuit breaker | |
CN101226855B (en) | Anti-dazzling-electric exterior adjustable delay time type permanent magnetism type AC contactor | |
CN105529228B (en) | The controllable electromagnetic buckle releaser and control method of short-circuit protection can be achieved | |
JP3163948B2 (en) | DC high-speed vacuum circuit breaker | |
CN112260231B (en) | Circuit breaker anti-jump loop | |
CN101431231A (en) | High-reliability deexcitation apparatus used for hydro-turbo generator set | |
KR102344181B1 (en) | Fast Switch | |
CN204407860U (en) | The control circuit of circuit breaker Undertension shunt opening integrated electrical apparatus release | |
CN105811364B (en) | The control circuit of breaker Undertension shunt opening integrated electrical apparatus release | |
CN215897287U (en) | De-excitation resistor rapid switching loop based on de-excitation switch tripping | |
RU130759U1 (en) | DEVICE FOR REMOTE CONTROL OF THE CIRCUIT BREAKER | |
US2870289A (en) | Circuit interrupter | |
KR101342519B1 (en) | Permanent magmetic actuator being able to control precision motion velociy with mechanical latch unit type | |
SU1231541A1 (en) | Device for controlling high-speed d.c.circuit breaker | |
RU167774U1 (en) | DEVICE FOR REMOTE CONTROL OF THE CIRCUIT BREAKER | |
JP3127678B2 (en) | DC high-speed circuit breaker | |
JPH07130255A (en) | Automatic switch | |
RU2069406C1 (en) | Arcless-switching dc contactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120601 |
|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20130420 |