Бездуговой электронно-механический контактор

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в коммутационных аппаратах постоянного тока.
Из существующего уровня техники известно бездуговое коммутационное устройство [Патент РФ на изобретение RU 2293392 С1. Устройство защиты контактов реле от дуговых разрядов. МПК Н01Н 9/30. Заявка №2005125509/09 от 10.08.2005, опубл. 10.02.2007 в Бюл. №4], содержащее механические контакты, последовательно соединенные с полупроводниковым ключом, который управляется микроконтроллером. Недостатком данного устройства являются большие потери мощности в транзисторном ключе, что требует применение мощного транзистора с охладителем.
Известен бездуговой электронно-механический контактор [Патент РФ на полезную модель RU 177486 U1. МПК Н01Н 9/30. Бездуговой электронно-механический контактор. Заявка №2016147631 от 05.12.2016, опубл. 28.02.2018 в Бюл. №7], состоящий из основного и вспомогательного электромеханических реле, силового транзистора, последовательно соединенного с контактами вспомогательного реле, цепь которых шунтирует контакты основного реле, двух вспомогательных транзисторов, каждый из которых включен последовательно с катушками реле и микроконтроллера, который управляет работой транзисторов так, что главные и вспомогательные контакты осуществляют бездуговое включение и отключение цепи. Недостатком данного технического решения является отсутствие защиты от длительных перегрузок по току.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является бездуговой электронно-механический контактор [Патент РФ на полезную модель RU 183735 U1. Бездуговой электронно-механический контактор. МПК Н01Н 9/30. Заявка №2018125159 от 09.07.2018, опубл. 02.10.2018 в Бюл. №28], состоящий из основного и вспомогательного электромеханического реле, силового транзистора, последовательно соединенного с контактами вспомогательного реле, цепь которых шунтирует контакты основного реле, двух вспомогательных транзисторов, каждый из которых включен последовательно с катушками реле, микроконтроллера, который управляет работой транзисторов, датчик тока, вход которого включен последовательно в силовую цепь контактора, а выход соединен с входом микроконтроллера, и светодиод, а микроконтроллер программируется так, что главные и вспомогательные контакты при номинальном режиме работы осуществляют бездуговое включение и отключение цепи, а при недопустимых по длительности токах перегрузки - бездуговое выключение контактора и включение светодиода. Недостатком данного технического решения являются потери мощности в катушках электромагнитных приводов реле и вспомогательных транзисторах, что снижает надежность работы контактора и ухудшает его массогабаритные показатели.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание бездугового электронно-механического контактора без потребления электрической энергии во включенном состоянии и, следовательно, без потерь мощности в приводах реле и вспомогательных транзисторах.
Данный технический результат достигается за счет того, что бездуговой электронно-механический контактор, состоящий из основного и вспомогательного реле, силового транзистора, последовательно соединенного с контактами вспомогательного реле, цепь которых шунтирует контакты основного реле, двух вспомогательных транзисторов, микроконтроллера, который управляет работой транзисторов, датчика тока, вход которого включен последовательно в силовую цепь контактора, а выход соединен с входом микроконтроллера, и светодиод, содержит два дополнительных вспомогательных транзистора, а катушки приводов реле состоят из управляющих (включающей и выключающей) обмоток, которые размещены на крайних стержнях Ш-образного электромагнита, средний стержень которого выполнен в виде постоянного магнита, в цепь каждой обмотки включен вспомогательный транзистор. При этом микроконтроллер дополнительно программируется так, что при выключении контактора подается управляющий импульс на включающую обмотку, а при выключении - на выключающую обмотку реле.
В качестве приводов использованы реле двустабильных поляризованных электромагнитов, каждый из которых имеет две управляющие обмотки с импульсным питанием и постоянный магнит. Управляющие обмотки переключают якорь электромагнита в одно из устойчивых положений, а постоянный магнит обеспечивает удержание якоря в этом положении. В результате контактор не потребляет энергии во включенном состоянии.
Бездуговой электронно-механический контактор содержит основное реле 1 с контактами 2, вспомогательное реле 3 с контактами 4, силовой транзистор 5, включенный последовательно с контактами 4, цепь которых шунтирует контакты 2, вспомогательные транзисторы 6, 7, 8 и 9, каждый из которых включен последовательно с обмотками управления двустабильных приводных электромагнитов реле, датчик тока 10, вход которого включен последовательно в силовую цепь контактора, микроконтроллер 11, который обрабатывает выходной сигнал датчика тока и управляет работой транзисторов, светоизлучающий диод 12, сигнализирующий о срабатывании тепловой защиты и ключ управления 13 (см. Фигуру 1).
у
п1
п1
Работает контактор в основном так же, как и контактор аналога. Отличие заключается в конструкции и работе электромагнитных приводов реле. Привода выполняются на базе двустабильного электромагнита, имеющего две обмотки управления 14 и 15 и постоянный магнит 16 (Фигура 2). При включении контактора подается импульс управления на обмотку включения 14 основного реле 1. Магнитные потоки Ф и Ф от обмотки и постоянного магнита складываются в левом рабочем зазоре электромагнита, и его якорь 17 притягивается к левому полюсу магнитной системы. При этом контакты 2 реле замыкаются. При прекращении импульса управления якорь остается в притянутом положении под действием электромагнитной силы от потока Ф постоянного магнита. В результате контакты реле остаются во включенном положении, хотя обмотка управления и соответствующий транзистор находятся в обесточенном состоянии.
При выключении контактора подается импульс управления на обмотку выключения 15. Магнитные потоки обмотки и постоянного магнита складываются теперь в правом рабочем зазоре электромагнита. В результате якорь притягивается к правому полюсу, а контакты 2 реле размыкаются. После прекращения импульса управления якорь остается в притянутом положении под действием силы от магнитного потока постоянного магнита. В результате контакты реле остаются разомкнутыми.
Аналогичным образом работает привод вспомогательного реле 3. В результате во включенном состоянии контактора привод обоих реле не потребляет электрической энергии и, следовательно, отсутствуют потери мощности в обмотках обоих реле и их транзисторах. При этом и силовой транзистор 5 также находится в обесточенном состоянии. Контактор потребляет электрическую энергию лишь при включении и выключении, что существенно снижает потери мощности в нем, особенно при продолжительном режиме работы, повышает его надежность и улучшает массогабаритные показатели.