Бездуговой электронно-механический контактор

Настоящая полезная модель относится к области электроники и может быть использовано в коммутационных аппаратах постоянного тока.
Из существующего уровня техники известны бездуговые коммутационные устройства [патент РФ 2298249, Н01Н 9/30, заявл. 14.07.2004, опубл. 27.04.2007] и [патент РФ 2293392, Н01Н 9/30, заявл. 10.08.2005, опубл. 10.02.2007], содержащие механические контакты последовательно соединенные с полупроводниковым ключом. В первом устройстве управление ключом ведется контактами с помощью конденсатора, резистора и двух диодов, а во втором - с помощью микроконтроллера. Бездуговая коммутация цепи в обоих устройствах достигается тем, что при отключении цепи полупроводниковый ключ размыкается первым относительно контактов, а при включении - вторым. Недостатком данных устройств является большие потери мощности в транзисторном ключе, что требует применение мощного транзистора с охладителем.
Известен бездуговой электронно-механический контактор [патент РФ 2319248, Н01Н 9/30, заявл. 23.11.2006, опубл. 10.03.2008], состоящий из основного реле, контакты которого включены последовательно с датчиком тока, вспомогательного реле, контакты которого соединены последовательно с транзисторным ключом, электрическая цепь которых шунтирует цепь контактов основного реле и датчика тока, а полупроводниковый ключ и вспомогательное реле управляются устройством управления, которое обеспечивает включение транзистора и вспомогательного реле после замыкания контактов основного реле и выключения транзистора, а затем вспомогательного реле после размыкания контактов основного реле. В результате контакты вспомогательного реле размыкают обесточенную цепь без образования дуги. Недостатками данного технического решения являются:
- контакты основного реле включают пусковой ток нагрузки, часто в несколько раз превышающий номинальный, что приводит к возникновению короткой (до 1 мм), но многократной дуги при дребезге контактов, которая выжигает материал контактов;
н
н
- протекание части тока нагрузки I (примерно 1/3 I) через шунтирующую основные контакты цепь во включенном состоянии контактора, так как электрическое сопротивление последовательно включенных транзистора и контактов вспомогательного реле соизмеримо (ненамного больше) с сопротивлением последовательно включенных контактов основного реле и датчика тока; это требует применения достаточно мощных транзистора с охладителем и вспомогательного реле.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является бездуговой электронно-механический контактор [патент на полезную модель РФ 177485, Н01Т 2/00, заявл. 05.12.2016, опубл. 28.02.2018], состоящий из основного и вспомогательного электромеханических реле, силового транзистора, последовательно соединенного с контактами вспомогательного реле, цепь которых шунтирует контакты основного реле, двух транзисторов, каждый из которых включен последовательно с катушками реле и программируемого микроконтроллера, который управляет работой транзисторов и программируется так, что главные и вспомогательные контакты осуществляют бездуговое включение и отключение цепи. Недостатком данного технического решения является отсутствие защиты от длительных перегрузок по току.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание бездугового электронно-механического контактора с защитой от длительных перегрузок по току.
Данный технический результат решается за счет того, что бездуговой электронно-механический контактор, состоящий из основного и вспомогательного электромеханических реле, силового транзистора, последовательно соединенного с контактами вспомогательного реле, цепь которых шунтирует контакты основного реле, двух транзисторов, каждый из которых включен последовательно с катушками реле, программируемого микроконтроллера, который управляет работой транзисторов и программируется так, что при включении контактора первым включается вспомогательное реле, затем, после замыкания его контактов и их дребезга, силовой транзистор, затем основное реле и затем после замыкания контактов основного реле и их дребезга, выключается силовой транзистор, а при выключении контактора вначале включается силовой транзистор, затем выключается основное реле, затем, после перехода отключаемого тока в шунтирующую цепь, выключается силовой транзистор и затем вспомогательное реле, отличающийся тем, что включает в себя датчик тока, вход которого включен последовательно в силовую цепь контактора, а выход соединен с входом микроконтроллера, и светодиод, а микроконтроллер дополнительно программируется так, что при недопустимых по длительности токах перегрузки выключает контактор и включает светодиод.
доп.об
н
cp
н
Таким образом, полезная модель обеспечивает выполнение контактором дополнительной функции - защиты коммутируемого объекта от токов перегрузки недопустимой длительности. Данная функция выполняется путем использования зависимости допустимого времени протекания тока от тока перегрузки защищаемого объекта t=f(I), на основе которой рассчитывается время-токовая характеристика (ВТХ) контактора t=f(I) (см. Фиг. 2). Ввиду дискретности системы управления ВТХ контактора имеет ступенчатый вид.
Бездуговой электронно-механический контактор содержит основное реле 1 с контактами 2, вспомогательное реле 3 с контактами 4, транзисторы 5 и 6, включенные последовательно с катушками реле, силовой транзистор 7, включенный последовательно с контактами 4, цепь которых шунтирует контакты 2, датчик тока 8, вход которого включен последовательно в силовую цепь контактора, программируемый микроконтроллер 9, который обрабатывает выходной сигнал датчика тока и управляет работой транзисторов, светодиод 10, сигнализирующий о срабатывании тепловой защиты и ключ управления 11 (см. Фиг. 1).
н.п
н
н.п
Работает контактор при номинальном режиме так же, что и в аналоге [патент на полезную модель РФ 177485, Н01Т 2/00, заявл. 05.12.2016, опубл. 28.02.2018]. При превышении током пограничного значения тока I (I>I) микроконтроллер переходит в режим суммирования с записью результатов в оперативную память. Данный режим может быть описан формулой
i
i+1
N=N+Δ,
i
где N - предыдущее значение суммы;
i+1
N - текущее значение суммы;
Δ - величина приращения, пропорциональная току нагрузки.
cp
cp
н
cp
cp
cp
cp
При превышении суммой значения срабатывания N микроконтроллер произведет отключение цепи. Величины Δ рассчитываются из условия получения необходимой ВТХ следующим образом. Частота опроса датчика микроконтроллером f=1/T. За время задержки t, соответствующей току перегрузки I, число опросов датчика n=t/T, отсюда Δ=N/n. В результате за время t сумма N возрастет до значения N, при котором микроконтроллер подаст сигнал на отключение контактора и включение светодиода.
н.п
н.пред
н
н
Рассчитанная для всего диапазона токов (от пограничного тока I до предельного тока I) зависимость Δ=f(I) в табличной форме вводится в память микроконтроллера. По этой зависимости микроконтроллер определяет приращение Δ по току перегрузки I.
cp
cp
Т.о., чем больше ток перегрузки, тем больше приращение Δ и меньше время возрастания суммы N до N и, следовательно, меньше время срабатывания t (см. Фиг. 3).
Для повторного включения контактора после срабатывания тепловой защиты необходимо выключить ключ управления 11 и затем снова его включить.
доп.об
н
Таким образом, применение датчика тока и программирование микроконтроллера позволяет контактору выполнять дополнительную функцию - защиту от недопустимых по длительности токов перегрузки. При этом обеспечивается высокая точность защиты благодаря точному согласованию ВТХ контактора с t=f(I) объекта, обеспечивается возможность перенастройки защиты на новую ВТХ.