автоматический выключатель постоянного тока

Формула изобретения

1. Автоматический выключатель постоянного тока, содержащий дроссель, один вывод обмотки которого подключен к положительной шине источника питания, второй вывод подключен к положительному зажиму нагрузки через силовую цепь быстродействующего выключателя, выполненную в виде последовательно соединенных размыкающих контактов, дугогасительной катушки на одном магнитопроводе и размагничивающих витков, расположенных в зазоре другого магнитопровода, имеющего удерживающую катушку, подключенную к источнику тока удержания, конденсатор, резистор, одним выводом соединенный с общей шиной источника питания и с отрицательным зажимом нагрузки, к которому одним выводом подсоединен обратно включенный диодный столб, второй вывод которого подключен к положительному зажиму нагрузки, отличающийся тем, что введены два дополнительных диодных столба, а обмотка дросселя выполнена с промежуточным выводом, причем конденсатор включен между промежуточным выводом обмотки дросселя и вторым выводом резистора, параллельно которому подсоединен обратно включенный первый дополнительный диодный столб, а второй дополнительный диодный столб обратно включен между промежуточным выводом обмотки дросселя и первым из размыкающих контактов силовой цепи быстродействующего выключателя, второй размыкающий контакт которого соединен с положительным зажимом нагрузки.

2. Автоматический выключатель по п.1, отличающийся тем, что введен третий дополнительный диодный столб, включенный в обратном направлении параллельно последовательно соединенным дугогасительной катушке и размагничивающим виткам силовой цепи быстродействующего выключателя.

3. Автоматический выключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что введены дополнительный конденсатор, четвертый и пятый дополнительные диодные столбы, дополнительные дроссель и резистор, причем первый вывод обмотки дополнительного дросселя соединен со вторым выводом обмотки дросселя, второй вывод дополнительного дросселя через обратно включенный четвертый дополнительный диодный столб подключен к первому размыкающему контакту силовой цепи быстродействующего выключателя, а через дополнительный конденсатор и обратно включенный пятый дополнительный диодный столб, зашунтированный дополнительным резистором, подсоединен ко второму выводу резистора.

4. Автоматический выключатель по п.1, отличающийся тем, что введены второй дополнительный конденсатор, шестой дополнительный диодный столб и второй дополнительный резистор, причем последний подключен параллельно шестому дополнительному диодному столбу, обратно включенному между общей шиной источника питания и через второй дополнительный конденсатор - к положительной шине источника питания.

5. Автоматический выключатель по п.1, отличающийся тем, что введена последовательная цепь из нелинейного резистора и контактора, включенная между положительным зажимом нагрузки и положительной шиной источника питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к автоматическим выключателям постоянного тока и может быть использовано в качестве устройства защиты транспортного электрооборудования.

Известен быстродействующий выключатель, содержащий электромагнит, неподвижный и подвижный контакты, катушку, тягу, якори электромагнита, пружины, рычаг с защелкой, зацеп, дополнительный рычаг с валиком, упоры, привод, короткозамкнутые кольца. (См. патент РФ N1725286, кл. H 01 H 75/02 от 13.07.89 г.).

Однако известное устройство не может обеспечить высокое быстродействие при КЗ в цепях питания транспортного электрооборудования.

Известно устройство для защиты от аварийных токов резисторов ослабления возбуждения тяговых электродвигателей тепловоза, содержащее для группы тяговых электродвигателей резистор и релейный элемент со снабженным механической защелкой размыкающим контактом, включенным в цепь катушек контакторов возбуждения тягового генератора, связанного через реверсор с последовательно включенными якорными обмотками тягового электродвигателя и их обмотками возбуждения, параллельно которым через замыкающие контакты соответствующих контакторов включены резисторы ослабления. (См. патент РФ N 2090387 кл. B 60 L 3/04 от 16.09.94 г.)

Однако известное устройство не может обеспечить быстродействующую защиту от КЗ цепей питания транспортного электрооборудования.

По технической сущности наиболее близким к предложенному является автоматический выключатель постоянного тока, содержащий дроссель, один вывод обмотки которого подключен к положительной шине источника питания, второй вывод подключен к положительному зажиму нагрузки через силовую цепь быстродействующего выключателя, выполненную в виде последовательно соединенных размыкающих контактов, дугогасительной катушки на одном магнитопроводе и размагничивающих витков, расположенных в зазоре другого магнитопровода, имеющего удерживающую катушку, подключенную к источнику тока удержания, конденсатор, резистор, одним выводом соединенный с общей шиной источника питания и с отрицательным зажимом нагрузки, к которой одним выводом подсоединен обратно включенный диодный столб, второй вывод которого подключен к положительному зажиму нагрузки. (См. Цукало П.В. и др. Эксплуатация электропоездов. Справочник. М.: Транспорт, 1994 г., стр. 31-35, 94,95.)

Однако известное устройство при значительных длинах проводов питания электрооборудования электропоездов не может обеспечить быстродействующую защиту и отключение при КЗ и больших перегрузках, что влияет на работоспособность и срок службы устройства.

Техническим результатом является увеличение быстродействия и срока службы устройства.

Достигается это тем, что в автоматический выключатель постоянного тока, содержащий дроссель, один вывод обмотки которого подключен к положительной шине источника питания, второй вывод подключен к положительному зажиму нагрузки через силовую цепь быстродействующего выключателя, выполненную в виде последовательно соединенных размыкающих контактов, дугогасительной катушки на одном магнитопроводе и размагничивающих витков, расположенных в зазоре другого магнитопровода, имеющего удерживающую катушку, подключенную к источнику тока удержания, конденсатор, резистор, одним выводом соединенный с общей шиной источника питания и с отрицательным зажимом нагрузки, к которой одним выводом подсоединен обратно включенный диодный столб, второй вывод которого подключен к положительному зажиму нагрузки, согласно изобретению введены два дополнительных диодных столба, а обмотка дросселя выполнена с промежуточным выводом, причем конденсатор включен между промежуточным выводом обмотки дросселя и вторым выводом резистора, параллельно которому подсоединен обратно включенный первый дополнительный диодный столб, а второй дополнительный диодный столб обратно включен между промежуточным выводом обмотки дросселя и первым из размыкающих контактов силовой цепи быстродействующего выключателя, второй размыкающий контакт которого соединен с положительным зажимом нагрузки, кроме того, введен третий дополнительный диодный столб, включенный в обратном направлении, параллельно последовательно соединенным дугогасительной катушке и размагничивающим виткам силовой цепи быстродействующего выключателя, а также введены дополнительный конденсатор, четвертый и пятый дополнительные диодные столбы, дополнительные дроссель и резистор, причем первый вывод обмотки дополнительного дросселя соединен со вторым выводом обмотки дросселя, второй вывод дополнительного дросселя через обратно включенный четвертый дополнительный столб подключен к первому размыкающему контакту силовой цепи быстродействующего выключателя, а через дополнительный конденсатор и обратно включенный пятый дополнительный диодный столб, зашунтированный дополнительным резистором, подсоединен ко второму выводу резистора, также введены второй дополнительный конденсатор, шестой дополнительный диодный столб и второй дополнительный резистор, причем последний подключен параллельно шестому дополнительному диодному столбу, обратно включенному между общей шиной источника питания и через второй дополнительный конденсатор - к положительной шине источника питания, кроме того, введена последовательная цепь из нелинейного резистора и контактора, включенная между положительным зажимом нагрузки и положительной шиной источника питания.

Сущность изобретения заключается в том, что введение двух дополнительных диодных столбов и выполнение обмотки дросселя с соответствующими связями позволило обеспечить форсированное срабатывание быстродействующего выключателя за счет тока разряда конденсатора через правую полуобмотку дросселя, силовую цепь быстродействующего выключателя, короткого замыкания цепи нагрузки и диодный столб.

Сравнение предложенного устройства с прототипом позволяет утверждать о соответствии критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Предварительные испытания подтверждают возможность широкого промышленного использования.

На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема предложенного устройства, на фиг. 2 - схема прототипа.

Устройство содержит быстродействующий выключатель 1, выполненый в виде последовательно соединенных размыкающих контактов 2, дугогасительной катушки 3 на одном магнитопроводе и размагничивающих витков 4, расположенных в зазоре другого магнитопровода, имеющего удерживающую катушку 5, подключенную к источнику тока удержания.

Кроме того, устройство содержит дроссель 6, конденсатор 7, резистор 8, диодный столб 9, шины 10 и 11 источника питания, положительная и отрицательная (общая), соответственно, положительный зажим 12 для подключения нагрузки и первый и второй дополнительные диодные столбы 13 и 14.

Один вывод обмотки дросселя 6 подключен к положительной шине 10 источника питания, второй вывод подключен к положительному зажиму 12 нагрузки через силовую цепь быстродействующего выключателя 1.

Резистор 8 одним выводом соединен с общей шиной 11 источника питания и с отрицательным зажимом нагрузки, к которому одним выводом подсоединен обратно включенный диодный столб 9, второй вывод которого подключен к положительному зажиму 12 нагрузки.

Обмотка дросселя 6 выполнена с промежуточным выводом, причем конденсатор 7 включен между промежуточным выводом обмотки дросселя 6 и вторым выводом резистора 8, параллельно которому подсоединен обратно включенный первый дополнительный диодный столб 13. Второй дополнительный диодный столб 14 обратно включен между промежуточным выводом обмотки дросселя 6 и первым из размыкающих контактов 2 силовой цепи быстродействующего выключателя 1, второй размыкающий контакт которого соединен с положительным зажимом 12 нагрузки.

Для улучшения переходных процессов при размыкании контактов 2 устройство может содержать третий дополнительный диодный столб 15, включенный в обратном направлении параллельно последовательно соединенным дугогасительной катушки 3 и размагничивающим виткам 4 силовой цепи быстродействующего выключателя 1.

Для улучшения процесса дугогашения устройство может содержать дополнительный конденсатор 16, четвертый и пятый дополнительные диодные столбы 17 и 18, дополнительные резистор 19 и дроссель 20, а также дополнительный конденсатор 21, шестой дополнительный диодный столб 22 и второй дополнительный резистр 23.

Для снижения перенапряжения в сети при размыкании контактов 2 устройство может содержать последовательную цепь из нелинейного резистора 24 и контактора 25.

Автоматический выключатель постоянного тока работает следующим образом.

В нормальном рабочем режиме нагрузка, подключенная к общей шине 11 и зажиму 12, обеспечивается постоянным током от источника питания. При этом контакты 2 замкнуты и удерживаются электромагнитом, образуемым удерживающей обмоткой катушки 5, питаемой от вспомогательного источника по цепи управления.

При этом конденсатор 7 заряжен через резистр 8 и левую полуобмотку дросселя 6 до напряжения источника питания.

В режиме перегрузки или короткого замыкания конденсатор 7 при своем разряде через правую полуобмотку дросселя 6, силовую цепь выключателя 1 и диодный столб 13 обеспечивает дополнительный ток в цепи выключателя 1, благодаря чему ток в размагничивающих витках 4 быстро достигает больших значений, приводя к размыканию контактов 2 путем нейтрализации магнитного потока удерживающей обмотки катушки 5, тогда как ток от источника питания не успевает достичь большой величины, ввиду противоЭДС на правой полуобмотке дросселя 6 и существенной величины паразитной индуктивности проводов источника питания. После полной разрядки конденсатора 7 токи правой полуобмотки дросселя 6, витков 4 и дугогасительной катушки 3 не выключаются, а продолжают протекать через диодный столб 14, при этом дугогасительная катушка 3 создает существенное магнитное поле, которое воздействует на дугу размыкающих контактов 2, вытягивая ее в лабиринтную область дугогасительной камеры, где энергия дуги выделяется на стенках и перегородках этой области. После полного выключения заряд на конденсаторе 7 плавно восстанавливается от источника питания через резистор 8 и левую полуобмотку дросселя 6.

Таким образом, во-первых, благодаря разряду конденсатора 7 ускоряется гашение магнитного поля удерживающей обмотки катушки 5, то есть снижается время размыкания контактов 2 с момента короткого замыкания или перегрузки, а следовательно, и уменьшается энергия, накапливаемая за это время в паразитной индуктивности проводов источника питания и выделяемая затем в дугогасительной камере быстродействующего выключателя 1.

Во-вторых, наличие диодного столба 14 обеспечивает протекание тока через дугогасительную катушку 3 после выключения размыкающих контактов 2, что приводит к увеличению магнитного потока в катушке 3 и дополнительно снижает энергию дуги.

В-третьих, указанное сокращение времени размыкания и дугогашения снижает потребление за это время энергии источника питания.

Третий дополнительный диодный столб 15 помогает работе дополнительного диодного столба 14, ускоряя нарастание дополнительного тока через дугогасительную катушку 3 после размыкания контактов 2.

Введение дополнительного конденсатора 16, четвертого и пятого дополнительных диодных столбов 17 и 18, дополнительных резистора 19 и дросселя 20 обеспечивает плавность спадания тока дугогасительной катушки 3 после того, как произошел полный разряд конденсатора 7.

Введение дополнительного конденсатора 21, шестого дополнительного диодного столба 22 и второго дополнительного резистора 23 снижает обратный выброс напряжения на шине 10.

Введение нелинейного резистора 24 и конденсатора 25 защищает источник питания от чрезмерного напряжения дуги. При этом часть энергии дуги рассеивается на нелинейном резисторе 24, а после дугогашения контактор 25 размыкается, обеспечивая гальваническую развязку источника питания и нагрузки.

Таким образом, достигается поставленный технический результат - повышение быстродействия и срока службы устройства.

Дополнительным техническим эффектом является меньшая пожароопасность применяемого электрооборудования при перегрузках и коротком замыкании, а также исключение перенапряжений в питающей сети при отключении цепи нагрузки.