Устройство для автоматического переключения однофазных сетей Советский патент 1988 года по МПК H02J9/06 

00

sl

а

Изобретение относится к электротехнике, к системам питания с резервированием, и может быть использовано для обеспечения бесперебойного питания ответственной нагрузки при наличии двух однофазных сетей переменного тока.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для автоматического переключения однофазных се- тей; на фиг. 2 - то ж«, принципиальная схема.

Устройство (фиг. 1) содержит первые ключи 1, вторые ключи 2, вторые блоки управления 3, первые блоки управления 4, сетевые трансформаторы 5, блоки сравнения 6, трансформатор 7 и формирователь команд 8.

Ключ 1 (фиг. 2) имеет вид диодного моста 9, одна из диагоналей которого включена в разрьш соответствующей силовой цепи, а другая в цепь анод-катод тиристора 10. Ключ 2 также имеет вид диодного моста 11, в одну из диагоналей которого включен тиристор 12.

Первый блок управления 4 представляет собой маломощный ключ, в одно из плечей которого входят элементы 13 и 14, являющиеся фотоприемниками (в виде запираемых тиристоров), излучатели 15 и 16 соответственно, резисторы 17-19, цепь управляющий электрод-катод тиристора 10 и излучатель 20. Во второе плечо маломощного ключа входят тиристор .21, являющийся фотоприемником излучателя 22, излучатель 23 и резистор 24. Между плечами блока 4 включен коммутирующий конденсатор 25. Кроме того, в блок входит диодный мост 26, подключенньй ко вторичной обмотке трансформатора 5 своим входом, а выходом - к фильтру, состоящему из параллельно включенных конденсатора 27 и резистора 28.

Блок 6 сравнения представляет собой встречное включение двух источников постоянного напряжения, каждьй из которых состоит из выпрямителя . и включенных параллельно резистора и конденсатора.

Первый из источников собран на элементах 29-31, а второй - на элементах 32 - 34, причем минусы этих источников соединены между собой непосредственно, а плюсы соединяются

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

через последовательную цепь излучателей 16 и 35, причем анод излучателя 16 соединен с плюсом выпрямителя 29, подключенного своим входом непосредственно к одной из вторичных обмоток сетевого трансформатора 5, а катод излучателя 35 соединен с плюсом выпрямителя 32, подключенного своим выходом непосредственно к одной из вторичных обмоток трансформатора 7.

Формирователь команд 8 представляет собой встречное включение двух источников постоянного напряжения, под- клйченных своими входами к одной из вторичных обмоток соответствующего сетевого трансформатора. Каждый из источников состоит из выпрямителя 36 и фильтра, выполненного в виде включенных параллельно резистора 37 и конденсатора 38. Минусы этих источников соединены между собой непосредственно, а плюс выпрямителя 36.1 через .цепь анод - катод излучателя 15.1, анод - катод излучателя 22.2 резервной сети подключен к плюсу выпрямителя 36.2 резервной сети. Кроме того, плюс выпрямителя 36.1 основной сети подключен к катоду излучателя 22.1, анод которого подключен к катоду излучателя 15.2 резервной сети. Анод излучателя 15.2 подключен к плюсу выпрямителя 36.2 резервной сети. .

Второй блок управления 3 повторяет команды первого блока управления 4, и так же. как последний представляет собой маломощный ключ, в одно из плечей которого входят тиристоры 39 и 40, являкяциеся фотоприемниками излучателей 20 и 35 соответственно, резисторы 41 и 42 и цепь управляющий электрод - катод тиристора 12. Во второе плечо маломощного ключа входят тиристор 43, являющийся фотоприемником излучателя 23 и резистор 44. Между плечами блока 3 включен коммутирующий конденсатор 45. Кроме того, в блок входит диодный мост 46, под- кл(оченный ко вторичной обмотке трансформатора 5 своим входом, а выходом - к фильтру, состоящему из параллельно включенных конденсатора 47 и резистора 48.

Устройство работает следующим образом.

При включении основной сети со вторичных обмоток трансформатора 5.1

поступают напряжения питания в блоки управления 3.1 и 4.1, а также в формирователь команд и блок сравнения I 6.1.

Формирователь команд 8 сравнивает напряжение основной и резервной сети, и посылает команды на включение ключей основной сети и на отключение ключей резервной сети. Так как напряжение резервной сети отсутствует, блоки резервной сети не работают. В формирователе команд а положительный потенциал от выпрямителя 36.1 прик- ладьшается к аноду излучателя 15.1 и катоду излучателя , а минус - к катоду излучателя 22.2 и анод излучателя 1 5 . 2 . Цепь излучателей 22.1 и 15.2 закрыта, и ток проходит по цепи: выпрямителя 36.1, анод - катод излучателя 15.1, анод-катод излучателя 22.2, резистор 38.2, - вьшрямителя 36.1. В результате этого в первый блок управления 4.1 поступает сигнал на включение, а в блок 4. ™ напряжениях, прикладываемых к

на выключение. Блок 6.1 сравнивает напряжение сети с напряжением на нагрузке. В начальный момент ток в нагрузке отсутствует. На вторичных обмотках трансформатора 7 напряжение также отсутствует. Следовательно, к аноду излучателя 16.1 прикладывается положительный потенциал, а к катоду 35.1 - отрицательный. Ток протекает по цепи: + выпрямителя 29.1, анод30

первичным обмоткам трансформаторов 5.1 и 5.2.в формирователь 8 команд на выпрямитель 36.1 со вторичной обмотки трансформатора 5.1 поступает напряжение, большее, чем на выпрямитель 36.2 со стороны вторичной обмотки трансформатора 5.2. Позтому к аноду излучателя 16.2 прикладывается отрицательный потенциал, а к катоду изхгучателя 35.2 - положитель-

40

45

катод излучателя 16.1, анод-катод из- 35 дыд потенциал. Излучатели 16.2 и 35.2 лучателя 35.1 , резистор 33.1, - выпрямителя 29.1. В блоки управления 4.1 и 3,1 поступает сигнал на включение .от. излучателей 16.1 и 35.1.

Блок управления первого ключа 4.1 принимает команды из формирователя команд 8 и от блока сравнения 6,1. Фотоприемники 13.1 и 14.1 открываются, и ток проходит по цепи: + выпрямителя 2.6.1, анод-катод фотоприем- ника 13.1, анод-катод фотоприемника 14.1, резистор 18.1, управляющий элег ктрокатод тиристора 10.1, резистор 19.1, - выпрямителя 26,1, Часть тока проходит также по цепи анод-катод излучателя 20,1, резистор 17.1, подключенный параллельно резистору 18,1. Таким образом, ключ 1.1 открывается, а от излучателя 20.1 поступает сигнал на включение второго блока управления 3.1. Второй блок управления 3.1 принимает команды от первого блока управления 4.1 и от блока сравне50

55

остаются в закрытом состоянии, и сигналы на включение в блоки управления 4.2 и 3.2 из блока сравнения 6.2 не поступают. Кроме того, в фор- .мирователе комднд напряжение со стороны основной сети больше, чем со стороны резервной сети, поэтому к аноду излучателя 15.1 по-прежнему прикладывается положительный потенциал, а к катоду излучателя 22.2 - отрицательный. Ключи основной сети по- прежнему находятся в открытом состоянии, а ключи резервной сети закрыты. Нагрузка остается подключенной к основной сети.

При попадании или уменьшении напряжения основной сети до заданного значения в формирователе команд 8 напряжение со стороны резервной сети становится больше, чем напряжение со стороны основной сети, поэтому к аноду излучателя 15.1 прикладывает

ния 6.1. Фотоприемникн 39.1 и 40.1 открываются, и ток проходит по цепи: + выпрямителя 46.1, анод-катод фотоприемников 39,1 и 40.1, резистор 41.1, управляющий электрод - катод тиристора 12.1, резистор 42.1, - выпрямителя 46.1 Таким образом, ключ 2.1 также открывается, и напряжение основной сети поступает в нагрузку.

При включении резервной сети со вторичных обмоток трансформатора 5.1 поступают напряжения питания в блоки управления 3.2 и 4.2, а также поступают напряжения в формирователь команд 8 и блок сравнения 6.2. Так как нагрузка подключена к основной сети, то на вторичной обмотке трансформатора 7 имеется напряжение, поступающее в блок сравнения 6.2.

Устройство работает с приоритетом от основной сети.

Это достигается тем, что при рав

первичным обмоткам трансформаторов 5.1 и 5.2.в формирователь 8 команд на выпрямитель 36.1 со вторичной обмотки трансформатора 5.1 поступает напряжение, большее, чем на выпрямитель 36.2 со стороны вторичной обмотки трансформатора 5.2. Позтому к аноду излучателя 16.2 прикладывается отрицательный потенциал, а к катоду изхгучателя 35.2 - положитель-

дыд потенциал. Излучатели 16.2 и 35.2

дыд потенциал. Излучатели 16.2 и 35.2

остаются в закрытом состоянии, и сигналы на включение в блоки управления 4.2 и 3.2 из блока сравнения 6.2 не поступают. Кроме того, в фор- мирователе комднд напряжение со стороны основной сети больше, чем со стороны резервной сети, поэтому к аноду излучателя 15.1 по-прежнему прикладывается положительный потенциал, а к катоду излучателя 22.2 - отрицательный. Ключи основной сети по- прежнему находятся в открытом состоянии, а ключи резервной сети закрыты. Нагрузка остается подключенной к основной сети.

При попадании или уменьшении напряжения основной сети до заданного значения в формирователе команд 8 напряжение со стороны резервной сети становится больше, чем напряжение со стороны основной сети, поэтому к аноду излучателя 15.1 прикладывается отрицательный потенциал, а к катоду излучателя 22.2 - положительный. Излучатели 15.1 и 22,2 запираются, а открываются излучатели 22.1 и 15.2. Ток проходит до цепи: + выпрямителя 36.2, анод-катод излучателя 15,2, анод-катод излучателя 22,1, рези стор 37.1, - выпрямителя 36.2. В блоке

13779606

рузки соединена с второй клеммой соответствующей сети вторым ключом, отличающееся тем, чТо, с целью повышения надежности, в него введены трансформатор, выводы первичной обмотки которого подключены к клеммам нагрузки, и в каждое из плеч устройства - сетевой трансформатор.

15

20

управления 4,1 открывается фотоприем- Q выводы первичной обмотки которого ник 21.1, при этом фотоприемники 13.1 и 14,1 за счет запирающего напряжения, накопленного на коммутирующем конденсаторе 25.1, выключаются. Ток проходит по цепи + вьшрямителя 26.1, анод-катод фотоприемника 21,1, анод-катод излучателя 23.1, резистор 24,1, - выпрямителя 26,1, Ключ 1,1 закрывается, а во второй блок управления 3.1 поступает сигнал на выключение от излучателя 23,1. В блоке 3,1 открывается фотоприемник 43.1, при этом фотопрдемники 39,1 и 40,1 за счет запирающего напряжения, накопленного на коммутирующем конденсато- 25 ре 45с 1Jвыключаются, Ток, проходит по цепи: + выпрямителя 46,1, анод - катод фотоприемника 43.1, резистор 44.1, - выпрямителя 46.1. Ключ 2..1 так же как и ключ 1,1 переходит в закрытое состояние. Ток в нагрузке падает до нуля. Ключи резервной сети 1,2 и 2,2 открываются вышеописанным способом так же, как и открывались ключи основной сети. Нагрузка подключается к резервной сет и. При появлении напряжения основной сети и увеличении его до величины напряжения резервной сети происходит переключение нагрузки на основную сеть, так как устройство работает с приоритетом основной сети.

30

35

40

подключены к клеммам соответствующ сети, блок сравнения, первьм вход которого подключен к первой вторич обмотке сетевого трансформатора, а второй вход - к одной из вторичн обмоток трансформатора, второй бл управления, вход которого подключе к второй вторичной обмотке сетевог трансформатора, а выход - к управл ющему входу второго ключа, вход пе вого блока управления и вход форми рователя команд подключены соответ ственно к третьей и четвертой втор ным обмоткам сетевого трансформато nepBjbEH и второй световой выходы со ответствующего плеча формирователя команд подключены соответственно к первому и второму световым входам первого блока управления, световые выходы блока сравнения соединены с третьими световыми входами первого и второго блоков управления, перрь и второй световые выходы первого блока управления соединены соответ ственно с первым и вторым световыми входами второго блока управлени формирователь команд содержит два мостовых вьшрямителя, входы которы являются входами формирователя команд, к выходам каждого из вьтрями телей подключены параллельно резис тор и конденсатор, отрицательные в воды выпрямителей .объединены, поло жительные выводы соединены двумя параллельными цепями, каждая из ко торых содержит последовательно и согласно включенные излучатели фот тиристоров, причем эти цепи включе встречно друг относительно друга, лучатель, анод которого подключен к .положительному выводу вьтрямител является первым световым выходом ф мирователя команд, а излучатель, п ключенный к нему катодом, является вторым световым выходом того же плеча формирователя команд, первый блок управления каждого плеча соде жит мостовой выпрямитель, вход кот рого является входом этого блока,

Ф о рмула изобретения

Устройство для автоматического переключения однофазных сетей, содержащее клеммы для подключения основной сети, клеммы для подключения резервной сети, клеммЫ для подключения нагрузки, формирователь команд и в каждом из плеч, соответствующих основной и резервной сетям, первый блок управления, выход которого подключен к управляющему входу первого клн)ча, и второй ключ, при этом первая клемма нагрузки соединена с первой клекмой соответствующей сети первым ключом, а вторам клемма наг-.

ответствующей сети вторым ключом, отличающееся тем, чТо, с целью повышения надежности, в него введены трансформатор, выводы первичной обмотки которого подключены к клеммам нагрузки, и в каждое из плеч устройства - сетевой трансформатор.

5

0

Q выводы первичной обмотки которого 5

0

5

0

5

0

5

подключены к клеммам соответствующей сети, блок сравнения, первьм вход которого подключен к первой вторичной обмотке сетевого трансформатора, а второй вход - к одной из вторичных обмоток трансформатора, второй блок управления, вход которого подключен к второй вторичной обмотке сетевого трансформатора, а выход - к управляющему входу второго ключа, вход первого блока управления и вход формирователя команд подключены соответственно к третьей и четвертой вторичным обмоткам сетевого трансформатора, nepBjbEH и второй световой выходы со- ответствующего плеча формирователя команд подключены соответственно к первому и второму световым входам первого блока управления, световые выходы блока сравнения соединены с третьими световыми входами первого и второго блоков управления, перрьй и второй световые выходы первого блока управления соединены соответственно с первым и вторым световыми входами второго блока управления, формирователь команд содержит два мостовых вьшрямителя, входы которых являются входами формирователя команд, к выходам каждого из вьтрями- телей подключены параллельно резистор и конденсатор, отрицательные выводы выпрямителей .объединены, положительные выводы соединены двумя параллельными цепями, каждая из которых содержит последовательно и согласно включенные излучатели фототиристоров, причем эти цепи включены встречно друг относительно друга, излучатель, анод которого подключен к .положительному выводу вьтрямителя, является первым световым выходом формирователя команд, а излучатель, подключенный к нему катодом, является вторым световым выходом того же плеча формирователя команд, первый блок управления каждого плеча содержит мостовой выпрямитель, вход которого является входом этого блока, к

положительному выводу выпрямителя подключены последовательно в прямой полярности фотоприемник фототиристора являющийся первым световым входом этого блока, фотоприемник, являющийся третьим световым входом этого блока, первый излучатель, являющийся первым световым выходом этого блока, и первый резистор, анод излучателя соединен с вторым резистором, свободные выводы первого и второго резисторов, объединены и являются одним из полюсов вькода блока, параллельно выходу вьтрямителя подключен третий резист.ор, первый конденсатор и цепь, состоящая из включенных последовательно фотоприемника, являющегося вторым световым входом, причем анод фотоприемника подключен к положительному выводу выпрямителя, второй излучатель, являющийся вторым световым выходом блока, четвертый и пятый резисторы, причем их общая точка соединена с отрицательным выводом вьшрямителя, а к точке соединения второго излуча- .теля и четвертого резистора подключен второй конденсатор, другой вывод которого соединен со свободным выводом пятого резистора и является другим полюсом выхода блока, второй блок управления каждого плеча содержит мостовой выпрямитель, вход которого является входом этого блока, к положительному выводу выпрямителя подключены последовательно в прямой поляр- кости фотоприемник фототиристора, являющийся первым световым входом бло

0 5

5

0

ка, фотоприемник, являющийся третьим световым входом этого блока, и пер- вый резистор, свободный вывод которого является одним из полюсов выхода блока, параллельно выходу выпрямителя подключены второй резистор, первый конденсатор и последовательная цепь, состоящая из фотоприемника, являющегося вторым световым входом блока, причем его анод подключен к положительному выводу выпрямителя, третьего и четвертого резисторов, общая точка которых соединена с отрицательным выводом выпрямителя, к точке соединения фотоприемника и третьего резистора родключен второй конденсатор, другой вьтод которого соединен со свободным выводом четвертого резистора и является другим полюсом выхода этого блока, блок сравнения каждого плеча содержит два мостовых выпрямителя, входы которых являются входами блока, параллельно выходу каждого из выпрямителей подключены резистор и конденсатор, отрицатель- |ные выводы выпрямителей объединены, ;а положительные выводы соединены ;включенными последовательно в прямой полярности относительно выпрямителя, подключенного к сетевому трансформатору, излучателями фототиристоров, являющимися световыми выходами блока, каждый из ключей выполнен в виде ди- Ьдного моста с тиристором, включен- 1НЫМ между выводами постоянного тока моста, причем цепь управления тиристора является управ лякщим входом ключа.

о J

в

ЗНИИГШ Заказ 883/51

Тираж 649

Подписное

Изобретение относится к электротехнике, к системам питания с резервированием, и может быть использовано для обеспечения бесперебойного- питания ответственной нагрузки при наличии двух однофазных сетей перем. тока. Цель изобретения - повышение надежности. Устройство подключает нагрузку к одной из двух сетей через одну их двух пар ключей, установленных между клеммами нагрузки и клеммами соотв. сетей. При наличии напряжения в обеих сетях нагрузка подключается к основной сети, имеющей приоритет по отношению к резервной. При исчезновении напряжения основной сети нагрузка перекйючает- ся на резервную сеть. Команды управления ключами вырабатываются с помощью формирователя команд (ФК), сравнивающего напряжения основной и резервной сетей, и блоков сравнения (БС) соотв. сетей, казкдый из которых сравнивает напряжения на нагрузке с напряжением сети. Выполнение ФК, БС и блоков управления ключами обеспечивает их взаимную гальваническую развязку. 2 ил. (Л

Пронзв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4