Устройство для подключения конденсаторной батареи Советский патент 1988 года по МПК H02J3/18 

оо

bs оо

11

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подключения к электрическим сетям переменного тока конденсаторных батарей большой емкости.

Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия устройства и расширение его функциональных возможностей.

На фиг.1 представлена принципиальная блок-схема устройства для подключения конденсаторной батареи; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема одного из вариантов реализации устройства; на фиг.З - временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг,1) содержит кон-ч денсаторную батарею с тремя зажимами 1 - 3 для ее подключения к трехфазно сети, причем, зажим 1 подключен к сети непосредственно, а зажимы 2 и 3 - через силовые коммутаторы, каждый из которых состоит из тиристора 4 (5) и диода 6 (7), включенных встречно- параллельно, диоды подключены к конденсаторной батарее одноименными электродами, два резистора 8 и 9 и пять управляемых ключей 10-14, управляемые ключи 10 и 11 подключены первыми выводами к управляющим электродам соответственно тиристоров 4 и 5, а вторыми выводами - соответственно к резисторам 8 и 9. Узел 15 за-, держки сигнала управления подключен выходом к управляющим входам первого 10 и второго 11 управляемых ключей, а узел 16 формирования импульсов соединен выходом с управляющими входами третьего 12 и четвертого 13 управляемых по тиристорному принципу ключей первые выводы которых соединены с катодами соответственно тиристоров 4 и 5, а вторые выводы - соответственно с вторыми выводами первого 10 и второго 11 управляемых ключей. Входы узлов 15 и 16 соединены с первым выводом пятого управляемого ключа 14, второй вывод которого заземлен или соединен с потенциалом управления. Вторые выводы резисторов 8 и 9 соединены соответственно с анодами тиристоров 4 и 5,

Первый 10 и второй 11 управляемые ключи могут быть вьтолнены, например на транзисторе, тиристоре или опто- тиристоре. Третий 12 и четвертый 13 управляемые ключи могут быть выпол

Г

0

0

нены на тиристоре или оптотиристоре. Пятый управляемый ключ 14 может-быть реализован на любом из перечисленных приборов или на контактном устройстве .

Узел 15 задержки сигнала управления может быть вьтолнен в виде стандартного логического элемента задержки времени или в виде сочетания ис- точника постоянного,напряжения с интегрирующей RC-цепочкой, коммутируемой с помощью ключа. Узел 16 формирования импульса может быть выполнен в виде стандартного элемента - одно- вибратора либо в виде сочетания дифференцирующей RC-цепочки с тем же источником постоянного напряжения и ключом.

Принципиальная электрическая схема, реализующая блок-схему устройства для подключения конденсаторной батареи (фиг.2), содержит в качестве управляемых ключей с первого по чет- 5 вертый оптотиристоры 10 - 13. Источник 17 постоянного напряжения, резисторы 18 и 19 и конденсатор 20 представляют собой в совокупности узел 15 задержки сигнала управления, а источник 17 и резистор 18 в сочетании с конденсатором 21 и диодом 22 образуют узел 16 формирования импульса. При этом светодиоды оптотиристоров О и 12 соединены катодами между со- 6ofi, с анодом диода 22 и с заземлен- ным отрицательным зажимом источника 17 постоянного напряжения, анод све- тодиода оптотиристора 10 соединен через включенный в обратном направлении светодиод оптотиристора 11 с точкой, соединенной через конденсатор 20 с отрицательным зажимом источника 17 и через резистор 19 с первым выводом пятого управляемого ключа 14, второй вывод которого заземлен, первый вывод ключа 14 соединен через резистор 18 с положительным зажимом источника 17. Анод светодиода оптотиристора 12 через включенный в обратном направлении светодиод оптотиристора 13 соединен с катодом диода 22 и через конденсатор 21 с первым выводом ключа 14. Возможны и другие варианты реализации предлагаемого устройства.

На временных диаграммах напряжений. и токов на элементах устройства (фиг.З) по оси а показаны: пунктирные линии - линейные напряжения питаь

0

5

Q

5

юшен сети; непрерывные линии - напряжения на фазных конденсаторах C,j, по оси б - управляющий сигнал через ключ 14; по оси в - выходной сигнал узла 15 задержки сигнала управления, формирующий входной сигнал на первый 10 и второй 11 управляемые ключи; по оси г - выходной сигнал узла 16 формирования импульсов, форми- рующего входные сигналы на третий 12 и четвертый 13 управляемые ключи; по оси д: пунктирные линии - гипотетический ток через коммутаторы, который был бы, если бы конденсаторы были подключены к трехфазной сети постоянно; непрерывные лини с момента времени tj до t, - ток через резистор 8, с tQ до t, - ток через резистор 9,

6, с t, до

t ток через

с момента времени t, до

Ч рез диод диод 7,

ток через тиристор 4, с момента времени tj - ток через диод 6, с момента t g - ток через резистор 9.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что замкнутое состояние пятого управляемого ключа 14 определяет отсутствие команды на замыкание устройства. В этом состоянии сигналы на управляющих входах ключей 10 - 13 отсутствуют, ключи 10 - 13 разомкнуты, тиристоры 4 и 5 выключе ны, т.е. в цепях управления и в силовых устройствах токи отсутствуют, а к силовым коммутаторам приложено напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону от нуля до двойного амплитудного значения напряжения сети. В устройстве (фиг.2) протекает только ток источника 17 постоянного напряжения через резистор 18 и замкнутый ключ 14. В момент размыкания ключа 14 t р одновременно начинают работать узлы 15 и 16, в результате чего в этот же момент подается сигна на замыкание ключей 12 и 13, которые включаются и начинают проводить ток разряда конденсаторной батареи через сеть, ограниченный по величине с помощью резисторов 8 и 9. Через необходимое для надежного замыкания ключей 12 н 13 время появляется сигнал на замыкание ключей 10 и II, которые включаются, однако при этом тиристоры 4 и 5 остаются выключенными даже при наличии достаточного дпя их включения анодного положительного на

пряжения. Это происходит благодаря шунтированию управляющих переходов тиристоров 4 и 5 замкнутыми ключами 12 и 13, которые при этом выполняют одновременно две функции: предотвращение включения тиристоров 4 и 5 с опасным для них броском анодного тока и подготовка оптимальных условий для замыкания силовых коммутаторов - равенства нулю напряжения на их элементах. Из графиков (фиг.З) видно, что такие условия достигаются в момент окончания протекания тока через ключи 12 (t) и 13 (tj), после чего к диодам 6 и 7 прикладывается прямое напряжение и они начинают проводить ток установившегося значения - силовые коммутаторы замыкаются. После перехода тока диодов через нуль (t и t) токи силовых коммутаторов вначале замыкаются через резисторы 8 и 9 и соответствующие замкнутые ключи 10 и 11 по цепи управления тиристоров 4 и 5, в результате чего они включаются и проводят ток конденсаторной батареи по главной цепи до вступления в работу диодов 6 и 7. Если в результате замыкания ключа 14 снять управляющий сигнал с входов ключей 10 и 11, они выключаются и протекание тока конденсаторной батареи прекращается в момент выключения диодов 6 и 7, так как отсутствует цепь для протекания тока через тиристоры 4 и 5. Таким образом, поддержание в замкнутом состоянии коммутаторов после их включения сводится к поддержанию замкнутого состояния управляемых ключей 10 и 11, которое требует минимальных энергетических затрат. Минимальны также энергетические затраты на подготовку оптимальных условий для замыкания силовых коммутаторов, которые равны энергии, израсходованной в цепи р.з- ряда конденсаторной батареи через резисторы 8 и 9, ключи 12 и 13 и сеть в результате предшествующего замыкания силовых коммутаторов однократного разряда конденсаторной батареи.

В устройстве (фиг.2) узлы 15 и 16 работают следующим образом. В момент размыкания ключа 14 t начинается заряд конденсатора 21 в цепи: источник 17 постоянного напряжения, резистор 18, конденсатор 21 и светодиоды ключей 13 и 12, при этом амплитуда тока заряда ограничивается только резистором 18. Постоянная времени заряда конденсатора 21 выбирается соизмеримой с временем переключения оптоти ристоров 12 и 13. В момент размыкани ключа 14 начинается также заряд кон- денсатора 20, подключенного парал-- лельно светодиодам ключей 10 и 11, от источника 17 постоянного напряжения через последовательно соединенны резисторы 18 и 19. Таким образом, в момент размьжания ключа 14 создаются оптимальные условия для замыкания ключей 12 и 13, а ключи 10 и 11 не могут включиться, так как имеют на управляющих входах нулевое напряже- ние управления. По мере заряда конденсаторов 20 и 21 возникают условия для замыкания ключей 10 и 11, однако это замыкание уже не является опасным для тиристоров коммутаторов после включения оптотиристоров 12 и 13. В момент замыкания ключа 14 начинается разряд конденсатора 20 через ключ 14 и резистор 19, сигнал управления с ключей 10 и 11 при этом снимается че рез некоторое время, что приводит к отключению оптотиристоров 10 и 11 и устройства в целом. Конденсатор 21 также разряжается через замкнувшийся ключ 14 и диод 22. После полного разряда конденсаторов 20 и 21 устройство снова готово к подключению конденсаторной батареи к сети. При очередном размыкании ключа 14 происходит описанный цикл формирования импульса и задержки сигнала управления. В остальном работа изображенного на фиг.2 устройства не отличается от работы устройства по фиг.1.

Использование изобретения позво- лит существенно повысить КПД устройства для подключеиия конденсаторной батареи по сравнению с известным. Потери активной мощности только в цепях управления устройства во включен- ном состоянии уменьшаются более чем в десять раз. Предлагаемое устройство может нормально функционировать в сетях с допустимыми отклонениями напряжения от номинала 50% и более за счет применения однократного разряда конденсаторной батареи перед ее подключением к сети. Оно также может использоваться в трехфазных сетях без нулевого провода и даже в однофазных

сетях, при этом второй силовой ком мутатор, второй резистор, второй и четвертый управляемые ключи могут быть исключены из устройства. Преи

мутцеством предлагаемого устройства является также независимость качества управления устройством от качества напряжения сети. Оно является бо-« лее быстродействующим, чем известное, у которого максимальная задержка подключения фазового конденсатора к сети равна периоду сетевого напряжения. У предлагаемого устройства эта задержка зависит от времени разряда конденсатора через сеть, которое может быть минимизировано.

Формула изобретения

Устройство для подключения конденсаторной батареи, имеющей три зажима для ее подключения к трехфазной сети, первый из которых соединен с сетью непосредственно, а два других - через первый и второй силовые коммутаторы, каждый из которых состоит из тиристора и диода, включенных встречно-па- раллельно, причем диоды подключены к конденсаторной батарее одноименными электродами, содержащее два резистора и четыре управляемых ключа, первый и второй из которых подключены первыми выводами к управляющим электродам тиристоров соответственно первого и второго силовых коммутаторов, а вторыми выводами - соответственно к первому и второму резисторам, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения КПД и расширения функциональных возможностей устройства, оно снабжено пятым ключом, узлом задержки сигнала управления, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго управляемых ключей, и узлом формирования импульса, выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей, первые выводы которых соединены с катодами тиристоров соот- ветственно первого и второго силовых коммутаторов, а вторые - с вторыми вьшодами первого и второго управляемых ключей, входы узлов задержки сигнала управления и формирования импульса соединены с первым выводом пятого управляемого ключа, второй вывод которого заземлен, а вторые выводы первого и второго резисторов соединены с анодами тиристоров соответственно первого и второго силовых коммутаторов .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подключения к электрическим сетям переменного тока кон- денсаторных батарей большой емкости. Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия устройства и расширение его функциональных возможностей. Указанное устройство снижает потери мощности в цепях управления за счет применения узла 15 за-. держки сигнала управления, узла 16 формирования импульсов и управляющего ключа 14, применение которых позво-. ляет через ключи 10 и 11 поддерживать в замкнутом состоянии силовые коммутаторы, состоящие из тиристоров 4 и 5 диодов 6 и 7, исключить необходимость применения разрядных резисторов в цепи конденсаторной батареи и позы- 3 сить надежность и качество управления устройством за счет независимости це- Л пей управления от качества напряжения сети. 3 ил.