Способ бесконтактной коммутации трехфазной конденсаторной батареи Советский патент 1984 года по МПК G05F1/70 

;о со

00

Изобретение относится к электрическим аппаратам и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где необходима быстродействующая коммутация конденсаторной батареи в трехфазной сети переменного тока, в частности в установках компенсации реактивной мощности.

Известен способ коммутации конденсаторов, в том числе и трезфазных, когда их включают к отключают с помощью контактных аппаратов в цепи главного тока Л .

Недостатки данного способа - большие всплески зарядных токов при коммутации и невозможность достичь быстродействия установки вследствие ограниченного моторесурса контактных коммутаторов.

Известен способ коммутации однофазных конденсаторов с помощью тиристоров, при котором для исключения всплесков зарядных токов на управляющие электроды тиристоров подают стандартные синхронизированные с сетью широкие импульсы, обеспечивающие включение путем естественной коммутации (без всплесков) при любом возможном в данной схеме остаточном напряжении на конденсаторах zj .

Однако данный способ не применим для быстродействующей коммутации трехфазных конденсаторов с внутренним соединением фаз, так как он основан на том, что максимальная величина ос- 35

таточного напряжения на однофазном конденсаторе при его отключении от сети с помощью тиристоров не превышает амплитуды линейного напряжения сети переменного тока, тогда как при отключении трехфазной конденсаторной батареи с помощью бесконтактных коммутаторов , установленных в линейных проводах, максимальная величина остаточного напряжения превьш1ает ампли- 45 мы туду сетевого напряжения. Таким образом, включение трехфазного конденсатора при данном способе, если ему предшествовало отключение, без вспле ка тока возможно только после соответствующего разряда батареи, что резко снижает быстродействие установки. Наиболее близким к предлагаемому является способ быстродействующей коммутации конденсаторов с помощью тиристоров, заключающийся в том, что вырабатывают непрерывную высокочастотную последовательность импульсов, которую в промежутках времени, когда результирующее значение напряжения сети и на конденсаторе равно нулю, шунтируют, запрещая включение тиристоров {З . Этот способ может быть применен и для быстродействующей коммутации трёхфазных конденсаторов бесконтактными коммутаторами, установленными в линейных проводах 3J. Однако указанный способ требует определения момента естественной коммутации, т.е. момента, когда напряжение, на тиристорах равно нулю. Фаза этого момента не однозначна и зависит от величины остаточного напряжения на конденсаторах, которое на момент включения может Принимать любое значение между максимальным и нулевым, поэтому невозможна его синхронизация с сетью. Следовательно для реализации данного способа необходимы датчики в главной цепи, позволяющие определить момент нулевого напряжения на каждом из тиристоров. Это существенно усложняет схему главного тока и систему управления и делает установку менее надежной, так как выход из строя хотя бы одного из датчиков ведет либо к разрещению включения ти ристора в произвольный момент времени, а-следовательно, всплеску тока при коммутации, либо к несимметричному режиму включения

ной составляющей напряжения на тиристорах при отключении конденсаторной батареи затрудняет применение трансформаторных датчиков, ЧТО создает проблему гальванической развязки главной цепи, .и цепей .управлекия также снижает надежность установки в целом .

Цель изобретения - упрощение схебатареи. Кроме того, наличие постоянуправления конденсаторной батареей и повьш1ение надежности в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах. Указанная цель достигается тем, что согласно способу бесконтактной коммутации конденсаторов с помощью тиристоров, включающему подачу непрерывной высокочастотной последовательности импульсов на управляющие электроды тиристоров, в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах начала указанной последовательности импульсов для каждого из THpHClopoB синхронизируют с соответствующим напряжением сети, а при включении батареи указанную последовательность в первую очередь подают на тиристор той линии, которая следу ет в порядке чередования фаз непосредственно за линией, отключающейся от сети первой при предшествующем отключении батареи от сети,а затем на тиристоры последующих линий, Как показьшает анализ переходного процесса в трехфазной конденсаторной батарее при ее отключении от сети, в течение периодов после коммутации тиристор одной из линий шунтируется открытым диодом этой линии, а на двух других появляется синусоидальное напряжение с постоянной составляющей, которая на одном из них боль ше амплитуды, а на другом - равна амплитуде синусоидальной составляющей. В этой ситуации подача управляю щего сигнала в первую очередь возмож на только на последний из указанных тиристоров, который находится в линии, непосредственно следующей в порядке чередования фаз за линией, которая первой отключилась от сети. При этом начала управлякицего .сигнала на данный тиристор должно приходитьс на момент времени не позже момента естественной коммутации тиристора, но и не ранее момента, когда напряжение на нем становится равным нулю. В случае максимального быстродейстВИЯ установки (когда включение следу ет сразу за отключением) конденсатор батареи не успевают разрядиться даже в малой степени и оба этих граничных момента сливаются.в один, который совпадает по фазе с моментом отрицательного максимума синусоидальной составляющей напряжения на данном т-иристоре и является, таким образом, единственно возможным моментам начала подачи управлянщего сигнала на данный тиристор. В свою очередь этот момент строго синхронизирован с напряжением сети переменного тока. Каково бы теперь ни было остаточное на пряжение на конденсаторах батареи, при подаче на данный тиристор управляющего сигнала в указанный момент он включается в нужный момент путем естественной коммутации. После этого достаточно подать управляющий сигнал на тиристоры двух очередных линий со сдвигом по фазе на треть периода и они также включаются путем естественной коммутации. Очевидно, что при такой организации управляющего сигнала отпадает необходимость в точном определении момента естественной коммутации тиристоров, а следовательно, и в устройствах, реализующих эту операцию, а требуется лишь синхронизация с напряжением сети как момента начала непрерывного управляющего сигнала при включении, так и момента его окончания при отключении конденсаторной, батареи. Таким образом, предлагаемьй способ дает возможность реализации бесконтактных быстродействующих устройств коммутации трехфазных конденсаторных бйтарей в сети переменного тока с коммутаторами в линейных проводах, не используя датчики напряжения на тиристорах, усложняющие устройство и снижающие его надежность. На фиг. 1 представлена схема конденсаторной батареи с тиристорнодиодными коммутаторами в линейных проводах и ее система управления, реализующая предлагаемый способ коммутации; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов, действующих в схеме. Схема содержит трехфазную конденсаторную батарею 1, с внутренним соединением фаз в треугольник, подключенную к трехфазной сети 2 переменного тока через тиристорно-диодные коммутаторы 3-5 трехфазный синхронизирующий трансформатор 6, подключенный к сети, компараторы 7-9, формирователи 10-12 синхроимпульсов; формирователь 13 команды управления; переключатель синхроимпульсов, собранный на логических элементах 14-17; синхронные триггеры 18-20 задержки; генератор 21 высокочастотных импульсов; логические элементы 22-24, транзисторные усилители 25-27 импульсов; импульсные трансформаторы 28-30. Входы компараторов 7-9 подключены к фазам вторичной обмотки трансформатора 6, а их выходы - к формирователям 10-12. Синхронизирующие входы (С) триггеров 19 и 20 подключены .непосредственно к выходам формирователей 10 и 11, а такой же вход триггера 18 через переключатель синхроимпульсов - к выходам формирователей 8 и 9. Информационные входы (Д) триггеров 19 и 20 присоединены к положительному полюсу источника питания, а такой же вход триггера 18 - к выходу формиройателя 13 команды управления . Установочные входы (Р) триггеров 19 и 20 подключены к выходу тркТгера 18. Один из входов логических элементов 22-2Д подключен к выходу соответствующего триггера, в. . то время как второй вход этих элементов присоединен к выходу генератора 21, а их выходы - к входам усилителей 25-27. Выходы усилителей подключены через импульсные трансформаторы 28-30 к управляющим электродам тиристоров 3-5. Схема работает следующим образом. Фазные напряжения сети через трансформатор 6 поступают на входы компараторов 7-9, которые изменяют полярность выходного сигнала в момент перехода соответствующего напряжения через нулевое значение. Формирователи 10-12 по переднему фронту (0-1) этого сигнала формируют короткие синхроимпульсы, которые, таким образом, совпадают по фазе с моментом перехода соответствующего фазного напряжения сети через нуль в сторону положительных значений. Предположим, что батарея включена Тогда с выхода формирователя 13 команды управления на входы переключателя синхроимпульсов и триггера 18 поступает единичный сигнал, на выходе триггера 18, а следовательно, и триггеров 19 и 20 появляется единич ный сигнал, который разрешает прохож дение импульсов генератора 21 через логические элементы 22-24 на входы .усилителей 25-27. Таким образом, на управляющие электроды тиристоров 3-5 поступает непрерывная высокочастотная последовательность импульсов, поддер живающая последние в открытом состоя нии. ( При поступлении с выхода формирователя 13 команды отключить батарею (нулевой сигнал) переключатель синхр импульсов подключает к входу С триггера 18 формирователь 11. В момент перехода через нуль напряжения в фазе Б сети (момент t на фиг. 2) синх роимпульс с выхода формирователя 11 переключает триггер 18 в нулевое сос тояние, нулевой сигнал на его выходе устанавливает триггеры 19 и 20 также в нулевое состояние. Элементы 22-24 блокируют поступление управляющего сигнала на все три тиристора схемы. В момент времени 2, когда ток в линии С становится равным нулю она первой отключается от сети, так как диод в этой линии запирается, а тиристор не включается. Батарея 1 переходит в однофаэньй режим питания через открытые диод в линии А и тиристор в линии В. В момент времени с токи в линиях А и В становятся равными нулю и они также отключаются от сети. На конденсаторах батареи действуют остаточные напряжения, одно из которых (ug(,) больше амплитуды напряжения сети. Напряжения на тиристорах линий А и С изменяются по закону синусоиды с постоянной составляющей, которая для линии А равна в первый момент амплитуде напряжения сети, а для линии С превьпиает ее, а тиристор в линии В шунтирован открытым диодом данной линии. I Допустим, что команда на включение батареи поступает при максимально возможном быстродействии в течение периода напряжения сети, следующего за отключением. При этом на выходе формирователя 13 появляется единичный сигнал, благодаря чему переключатель синхроимпульсов подключает к входу С триггера 18 формирователь 12. Триггер 18 переключается в единичное состояние синхроимпульсом этого формирователя в момент нулевого перехода напряжения в фазе С сети, совпадающего по времени с отрицательным максимумом напряжения на тиристоре линии А, когда напряжение на этом тиристоре равно нулю (момент t4 ). Единичный сигнал с выхода триггера 18 разблокирует логический элемент 22 и на тиристор в линии поступает управляющий сигнал, благодаря чему он включается путем естественной коммутации. Батарея получает .однофазное питание через него и открытый диод в линии В. Одновременно снимается блокирующий сигнал с входов Р триггеров 19 и 20, которые, в свою очередь, переключаются синхроимпульсами формирователей 10 и 11 соответственно, разблокируя при этом эле енты 23 и 24. На тиристоры линий В и С, таким образом, будет подан управляющий сигнал, начало которого сдвинуто по фазе относительно такого же начала для тиристора линии А на 1/3 и 2/3 периода соответственно. Благодаря этому в момент времени tj путем естественной коммутации включается тир.истор Б линии В, а в момент б в Линии С.

Использование предлагаемого способа в промьшшенных установках, где необходима компенсация резкопеременных реактивных нагрузок (индукционные и дуговые печи, установки с частыми

пусками асинхронных двигателей и т.цУ а также в установках, где контактная коммутация оказывает крайне вредное влияние на сеть (судовые электроустановки) либо вообще не допустима (установки с взрыво- и пожароопасными средами и т.п.)дает ощутимый экономический эффект за счет улучшения качества электроэнергии, ее экономии вследствие уменьшения потерь в сетях, а также экономии топлива и смазочных масел в автономных энергоустановках.

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ КОММУТАЦИИ ТРЕХФАЗНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ в сети переменного тока с,помощью тиристоров путем подачи на управляющие электроды тиристоров непрерьшной высокочастотной последовательности импульсов, отличающийс я тем, что, с целью упрощения схемы управления конденсаторной батареей и повьшения надежности в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах начала указанной последовательности импульсов для каждого из тиристоров синхронизируют с соответствующим напряжением сети, а при включении батареи указанную последовательность в первую очередь подают на тиристор той линии, которая 9 в порядке чередования фаз непосредственно следует за линией, отключившейся первой при предшествовавшем отключении батареи от сети, а затем на тиристоры последующих линий. §

Фиг. 2