УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ КОНДЕНСАТОРА Российский патент 1995 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для регулирования емкостного тока, например в установках для повышения коэффициента мощности потребителей или в регуляторах напряжения асинхронных генераторов с емкостным возбуждением.

Известно устpойство для регулирования реактивной мощности в электрических сетях, содержащее коммутируемый конденсатор, тиристорный ключ, нуль-орган, элемент И [1]
Однако для поддержания открытого состояния ключа необходимо постоянное присутствие отпирающих импульсов на управляющем входе ключа, что снижает экономичность устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее тиристорный ключ, формирователь, нуль-орган, элемент И, клемму для подключения источника управляющего напряжения [2]
При поступлении сигнала на включение тиристорного ключа от управляющего напряжения для переключения тиристоров каждые полпериода проходящего через них тока формирователь работает непрерывно до тех пор, пока не поступит сигнал на отключение. Это приводит к рассеянию значительной мощности как в тиристорах коммутатора, так и в ключевом элементе формирователя и, кроме того, затрудняет обеспечение универсальности устройства при изменении в широком диапазоне величины коммутируемого конденсатора.

Целью изобретения является повышение экономичности и обеспечение универсальности устройства путем использования его в широком диапазоне токов.

Цель достигается тем, что устройство для коммутации конденсатора, содержащее выводы для подключения коммутируемого конденсатора, тиристорный ключ с параметрами, соответствующими параметрам этого конденсатора, формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами тиристорного ключа, первый нуль-орган, входы которого подключены параллельно силовым выводам тиристорного ключа, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к источнику управляющего напряжения, снабжено последовательно соединенными резистором и конденсатором, вторым нуль-органом и блоком гальванической развязки, причем конденсатор и резистор подключены параллельно выводам для подключения коммутируемого конденсатора, входы второго нуль-органа подключены параллельно резистору, а выход через блок гальванической развязки соединен с третьим входом элемента И, выход которого соединен с входом формирователя.

Второй нуль-орган и блок гальванической развязки выполнены в виде связанных между собой оптоэлектронного переключателя и выпрямителя, выходы которого через ограничитель соединены с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя.

Первый нуль-орган выполнен в виде последовательно соединенных датчика напряжения, дифференциального усилителя и выпрямителя, выходы которого связаны с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для коммутации конденсатора; на фиг. 2, 3 структурные схемы второго нуль-органа с блоком гальванической развязки и первого нуль-органа; на фиг. 4 временные диаграммы сигналов на выходах элементов устройства.

Устройство для коммутации конденсатора 1 содержит выводы 2 и 3 для подключения коммутируемого конденсатора 1 к сети 4 переменного тока, тиристорный ключ 5, подсоединенные параллельно выводам 2 и 3 для подключения коммутируемого конденсатора 1 последовательно соединенные конденсатор 6 и резистор 7, первый нуль-орган 8, входы которого подсоединены параллельно силовым выводам тиристорного ключа 5, а выход связан с первым входом элемента И 9, второй нуль-орган 10, входы которого подключены параллельно резистору 7, а выход связан через блок 11 гальванической развязки с третьим входом элемента И 9, вторым входом соединенного с источником управляющего напряжения. Выход элемента И 9 соединен с входом формирователя 12, выходы которого соединены с управляющими входами тиристорного ключа 5.

Нуль-орган 10 и блок 11 гальванической развязки (фиг.2) выполнены в виде связанных между собой оптоэлектронного переключателя 13 и выпрямителя 14, выходы которого через ограничитель 15 соединены с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя 13.

Нуль-орган 8 (фиг.3) состоит из последовательно соединенных датчика 16 напряжения, дифференцированного усилителя 17 и выпрямителя 18, выходы которого связаны с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя 19.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристорный ключ 5 закрыт и ток в цепи коммутируемого конденсатора 1, конденсатора 6 и резистора 7 отсутствует, при этом нуль-орган 10 вырабатывает сигнал логической "1", который через блок 11 гальванической развязки поступает на один из входов логического элемента И 9 (фиг. 4, U₉). Напряжение на закрытом тиристорном ключе 5 равно разности напряжения сети 4 и напряжения коммутируемого конденсатора 1. Нуль-орган 8 вырабатывает короткие единичные импульсы (фиг.4, U₁₂) в моменты времени, когда напряжение на тиристорном ключе 5 становится равным нулю (t₁, t_2, t₃₎, т.е. когда напряжение на конденсаторе 1 равно напряжению сети 4, однако включение тиристорного ключа 5 происходит только в момент t₃ после появления разрешающего сигнала логической "1" от источника управляющего напряжения (фиг.4, U_у).

Напряжение сети 4 прикладывается к коммутируемому конденсатору 1 и последовательно соединенным конденсатору 6 и резистору 7. Сопротивление резистора 7 намного меньше емкостного сопротивления конденсатора 6, поэтому моменты перехода через нуль напряжения на резисторе 7 совпадают с моментами перехода через нуль тока конденсаторов 6 и 1.

После открытия ключа 5 выходной сигнал нуль-органа 8 постоянно равен логической "1", а сигнал "1" на выходах нуль-органа 10 и блока 11 гальванической развязки появляется в моменты t₄, t₅, t₆ равенства нулю тока конденсатора 1. Если от источника управляющего напряжения продолжает поступать разрешающий сигнал логической "1", то формирователь 12 вырабатывает импульсы (фиг.4, U₁₁), которые открывают тиристор ключа 5, пропускающий ток в следующем полупериоде.

Нуль-орган 10 и блок 11 гальванической развязки (фиг.2) работают следующим образом.

Сигнал с резистора 7 выпрямляется выпрямителем 14 и подается на ограничитель 15, который предотвращает выход из строя оптоэлектронного переключателя 13 при случайных бросках тока в цепи тиристорного ключа 5. В момент времени, когда напряжение на выходе ограничителя 15 близко к нулю, оптоэлектронный переключатель 13 вырабатывает сигнал логической "1" и, наоборот, при напряжении больше нуля сигнал логического нуля.

На входе нуль-органа 8 находится датчик 16 (фиг.3), измеряющий напряжение на тиристорном ключе 5. Дифференциальный усилитель 17 обеспечивает усиление сигнала и согласование выпрямителя 18 с датчиком 16 напряжения. С выхода выпрямителя 18 сигнал соответствующей полярности поступает на входы оптоэлектронного переключателя 19, который вырабатывает сигнал логической "1", когда напряжение на тиристорном ключе 5 равно или близко к нулю.

Включение тиристорного ключа в момент равенства напряжения сети и остаточного напряжения на коммутируемом конденсаторе позволяет избежать бросков тока через тиристорный ключ и обеспечить его надежную работу.

Переключение тока открытого ключа с одного тиристора на другой путем подачи коротких управляющих импульсов в моменты равенства нулю тока конденсатора делает устройство более экономичным и универсальным в широком диапазоне токов.

Использование: в установках для повышения коэффициента мощности. Сущность изобретения: за счет подключения параллельно коммутируемой емкости соединенных последовательно конденсатора и резистроа, параллельно которому подключен нуль-орган, соединенный с элементом И через блок гальванической развязки, обеспечивается независимый от емкости конденсатора режим работы элементов. При подаче управляющего сигнала на элемент И формирователь подает управляющие импульсы на тиристорный ключ только в моменты равенства нулю напряжения на входах нуль-органов, что позволяет подключить конденсатор без бросков тока. Отключение конденсатора производится путем снятия управляющего напряжения с элемента И. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ КОНДЕНСАТОРА, содержащее выводы для подключения коммутируемого конденсатора, тиристорный ключ с параметрами, соответствующими параметрам этого конденсатора, формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами тиристорного ключа, первый нуль-орган, входы которого подключены параллельно силовым выводам тиристорного ключа, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к источнику управляющего напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности и обеспечения универсальности устройства путем использования его в широком диапазоне токов, в устройство введены последовательно соединенные резистор и конденсатор, второй нуль-орган и блок гальванической развязки, причем конденсатор и резистор подключены параллельно выводам для подключения коммутируемого конденсатора, входы второго нуль-органа подключены параллельно резистору, а выход через блок гальванической развязки соединен с третьим входом элемента И, выход которого соединен с входом формирователя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй нуль-орган и блок гальванической развязки выполнены в виде связанных между собой оптоэлектронного переключателя и выпрямителя, выходы которого через ограничитель соединены с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый нуль-орган выполнен в виде последовательно соединенных датчика напряжения, дифференциального усилителя и выпрямителя, выходы которого связаны с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя.