Коммутирующее устройство Советский патент 1988 года по МПК H03K17/56 

так и в рабочем режиме и при коротком замыкании в кондеисаторной батарее. .Кроме того, реализация устройства позволяет отказаться от контактного управления конденсаторными

батареями, которые применяются для компенсации реактивной мощности индукционных печей промышленной частоты на литейных заводах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для управления конденсаторными батареями любой емкости. Цель - повышение надежности работы на емкостную нагрузку. Коммутирующее устройство содержит тиристорный ключ 1, формирователь 8 импульсов, элемент И 9, усилители мощности 11 и 12, триггер 21, элементы И-НЕ 29, 30, инверторы 31 и 32 и цепи индикации со светодиодами 33...35. Устройство дополнительно снабжено трансформатором 6 тока с резистором 7, трансформатором 5 напряжения, компараторами 13...16 напряжения, компаратором 26 максимального тока, элементами И 10, 17...20, триггерами 22...24, счетчиком 25 импульсов и элементами И-НЕ 27 и 28. В устройстве формирование импульсов управления и их передача соответствующим узлам схемы согласовывается по времени и характеру так, что практически предотвращаются появление ударных токов и перенапряжения в цепи управляемым тиристорным ключом 1, а также возможности выхода из строя силовых полупроводниковых приборов как при включении. о (/ с ел ее

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для управления конденсаторными батареями.

Цель изобретения - повышение надежности работы на емкостную нагрузку путем устранения коммутационных ударных токов и перенапряжений и обеспечения защиты тиристорного ключа от повреждения при коротком замыкании в конденсаторной батарее.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Коммутирующее устройство содержит ти- ристорный ключ 1 в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенный последовательно с нагрузкой (конденсаторной батареей) 2 между клеммами 3 и 4 питающей сети, трансформатор 5 напряжения, трансформатор 6 тока с резистором 7 на выходе, формирователь 8 импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого 9 и второго 10 логических элементов И, выходы которых через усилители 11 и 12 мощности подключены к входам ключа 1, первый - четвертый компараторы 13-16 напряжения, третий- щестой логические элементы И 17-20, первый-четвертый триггеры 21-24, счетчик 25 импульсов, компаратор 26 максимального тока, первый-четвертый логические элементы И-НЕ 27-30, первый и второй инверторы 31 и 32, первую-третью цепи индикации со светодиодами 33-35 соответственно, шину 36 управления.

Вход трансформатора 5 подключен параллельно ключу 1, а выход - к входам компараторов 13 и 14, вход трансформатора 6 включен последовательно с ключом 1, а выход подключен к входам компараторов 15, 16 и 26. Первые входы элементов И 17 и 18 подключены к выходам компараторов 13 и 14, а вторые входы - к выходам компараторов 15 и 16, соединенным с первыми и вторыми входами элемента И-НЕ 27. Первый вход триггера 21 соединен с выходом элемента И 18 и первым входом элемента И 19, а второй вход - с выходом элемента И 17 и вторым входом, элемента И 19. Прямой и инверсный выходы триггера 21 соединены с вторыми входами элементов 9 и 10. Выход элемента И 19 соединен с первым входом элемента И-НЕ 28, выход которого соединен

.с входом формирователя 8. Выход компаратора 26 соединен с первым входом триггера 22, второй вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 27 и первому

входу счетчика 25. В.ыход триггера 22 соединен с первым входом триггера 23, инверсный выход которого соединен с его дополнительным входом, вторым входом счетчика 25 и первым входом триггера 24, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ 28. Выход счетчика соединен с первым входом элемента И 20, выход которого соединен с вторыми входами триггеров 23 и 24. Шина 36 подключена к третьему входу элемента И-НЕ 28, второму

входу элемента И 20, первому входу элемента И-НЕ 29 и через инвертор 31 к первому входу элемента И-НЕ 30, второй вход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ 29 и подключен к выходу элемента И-НЕ 27.

Цепь индикации со светодиодом 33 подключена к выходу элемента И-НЕ 29. Цепь индикации со светодиодом 34 подключена к выходу элемента И-НЕ 30, а цепь индикации со светодиодом 35 - к выходу инвертора 32, вход которого подключен к прямому выходу триггера 24.

Устройство работает следующим образом. Напряжение U с ключа 1 через понижающий трансформатор 5 поступает в компараторы 13 и 14. При условии -Uon -

и ;+Uon на выходах компараторов 13, 14 присутствуют логические «1. Во время положительного полупериода, когда U +Uon, на выходе компаратора 13 появляется логический «О. Во время отрицательного полупериода, когда и -Uon, на выходе компаратора 14 появляется логический «О. Логический «О с выхода компаратора 13 через элемент И 17 поступает на второй вход триггера 21, устанавливая его в нулевое состояние. На прямом выходе триггера 21 появляется логический «О, который, поступая на элемент И 9, запрещает прохождение импульсов, а на инверсном выходе триггера 21 появляется логическая «I, которая, поступая на элемент И 10, разрешает прохождение импульсов. Логический «О с выхода компаратора 14 через элемент И 18 поступает на первый вход триггера 21, устанавливая его в единичное состояние. На прямом выходе триггера 21 появляется логическая «1, которая разрешает прохождение импульсов через элемент И 9, а на инверсном выходе триггера 21 появляется логический «О, запрещающий прохождение импульсов через элемент И 10. Таким об- разом, положительный полупериод напряжения и, устанавливая триггер 21 в нулевое состояние, разрешает прохождение импульсов через элемент И 10, а отрицательный полупериод напряжения U, устанавливая триггер 21 в единичное состояние, разрешает прохождение импульсов через элемент И 9. При уменьшении напряжения U до значений -Uon ; и -j-Uon логические «1 с выходов компараторов 13 и 14 через эле10

ный вход счетчика 25 и второй вход триггера 22.

Если ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимального значения, т.е. |Ii ; 1ш, то на выходе компаратора 26 присутствует логическая «1. Если |1| „,, то на выходе компаратора 26 появляется логический «О, который поступает на первый вход триггера 22 и переключает его-в единичное состояние. На выходе триггера 22 происходит перепад уровня с логического «О в логическую «, который, поступая на первый вход триггера 23, переключает его из нулевого в единичное состоя,ние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 появляется ломенты И 17 и 18 поступают на элемент 5 гический «О. В конце полупериода логиИ 19, а с его выхода логическая «1 поступает на ключ (элемент И-НЕ) 28. При включенном устройстве, т.е. при подаче логической «1 на щину 36 и нахождении триггера 24 в исходном нулевом состоянии.

ческий «О с выхода элемента 27, поступая на второй вход триггера 22, возвращает его в исходное нулевое состояние. Таким образом, при |1| 1,„ в течение одного полупериода возможен только один

когда на его инверсном выходе присут-20 импульс на выходе триггера 22. Поэтому

ствует логическая «1, на выходе ключа 28работа устройства не зависит от формы крипоявляется логический «О, который поступа-вой нагрузочного тока. Логический «О с инет на формирователь 8 открывающих им-версного выхода триггера 23 поступает на

пульсов. Перепад импульсов с высокого ло-второй вход счетчика 25, разрешая ему прогического уровня в низкий на входе форми- с изводить счет импульсов, и на первый вход

триггера 24. В результате блок защиты.

рователя 8 вызывает появление положительного импульса заданной длительности на выходе формирователя 8. Этот импульс, пройдя через элемент И 9 (10) и усилитель 11 (12), открывает тиристорный ключ 1 в положительсостоящий из триггеров 23 и 24, счетчика 25 и логического элемента И 20, переходит в дежурный режим. Если в дальнейшем ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимальный (отрицательный) полупериод при малых ЗО ного значения, то с поступлением десятого импульса на первый вход счетчика 25 на его выходе появляется логический «О, который через элемент И 20 поступает на вторые входы триггеров 23 и 24, устанавливая их в нулевое исходное состояние, пряжения UT, соответствующее импульсам 35 Таким образом, блок защиты автоматичес- тока. При условии |ит| Uon на выходах ки возвращается в исходное рабочее сос- компараторов 15 и 16 присутствуют логичес- тояние и тем самым избегается ложное срабатывание защиты из-за кратковременной (в течение одного полупериода) перегрузки или помехи.

0 Если в течение следующих полупериодов ток в цепи нагрузки 2 превысит максимальное значение, то на выходе компаратора 26 появится логический «О, который переключит триггер 22 в единичное состоязначениях напряжения, удовлетворяющего неравенству |U| Uon.

Ток вторичной обмотки трансформатора 6 создает на резисторе 7 падение накие «1. Пока тиристорный ключ закрыт, UT О и компараторы 15 и 16 на работу устройства не влияют. При открытом ключе 1 во время положительного полупериода, когда UT Uon, на выходе компаратора 15 появляется логический «О, а во время отрицательного полупериода, когда UT : -U on, на выходе компаратора 16 пос логического «О в логическую «1, поступая на первый вход триггера 23, переключит его из единичного в нулевое состояние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 произойдет перепад уровня с логиявляется логический «О. Эти импульсы с . ние. На выходе триггера 22 перепад уровня

компараторов 15 и 16 через элементы И 17- -

и 18 поступают на входы триггера 21 и элемента И 19. Дальнейщая работа устройства аналогична работе при управлении импульсами, поступающими с компараторов 13

и 14, причем отпирание тиристорного ключа Q ческого «О в логическую «1, который поступает на второй вход счетчика 25, удерживая его в исходном нулевом состоянии, и на первый вход триггера 24, переключая его в единичное состояние. На инверсном выходе триггера 24 появляется логический «О, 55 который поступает на ключ 28, запрещая появление на его выходе логического «О, тем самым запрещая появление открывающих импульсов. Таким образом, блок запхиты переходит в режим отключения. С выхода тригосуществляется при малых значениях тока, дающих UT с Uon.

Выходы компараторов 15 и 16 соединены с элементом И-НЕ 27, на выходе которого присутствует логический «О, если lUrj ; : Uon, т.е. на выходе элемента 27 формируются импульсы, соответствующие полупериодам выходного тока. Эти импульсы поступают на элементы И-НЕ 29 и 30, счет

ный вход счетчика 25 и второй вход триггера 22.

Если ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимального значения, т.е. |Ii ; 1ш, то на выходе компаратора 26 присутствует логическая «1. Если |1| „,, то на выходе компаратора 26 появляется логический «О, который поступает на первый вход триггера 22 и переключает его-в единичное состояние. На выходе триггера 22 происходит перепад уровня с логического «О в логическую «, который, поступая на первый вход триггера 23, переключает его из нулевого в единичное состоя,ние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 появляется логический «О. В конце полупериода логический «О с выхода элемента 27, поступая на второй вход триггера 22, возвращает его в исходное нулевое состояние. Таким образом, при |1| 1,„ в течение одного полупериода возможен только один

триггера 24. В результате блок защиты.

состоящий из триггеров 23 и 24, счетчика 25 и логического элемента И 20, переходит в дежурный режим. Если в дальнейшем ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимальс логического «О в логическую «1, поступая на первый вход триггера 23, переключит его из единичного в нулевое состояние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 произойдет перепад уровня с логиние. На выходе триггера 22 перепад уровня

- -

ческого «О в логическую «1, который поступает на второй вход счетчика 25, удерживая его в исходном нулевом состоянии, и на первый вход триггера 24, переключая его в единичное состояние. На инверсном выходе триггера 24 появляется логический «О, который поступает на ключ 28, запрещая появление на его выходе логического «О, тем самым запрещая появление открывающих импульсов. Таким образом, блок запхиты переходит в режим отключения. С выхода триггера 24 логическая «1 поступает на инвертор 32, создавая на его выходе логический «О. При этом возбуждается свето- диод 35, сигнализируя о коротком замыкании в цепи нагрузки 2 (пробой конденсаторной батареи), а устройство выключается подачей логического «О на шину 36, который через элемент И 20 поступает на вторые входы триггеров 23 и 24 и устанавливает их в нулевое исходное состояние

го логического элемента И, первые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам первого и второго компараторов напряжения соответственно, вторые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам третьего и четвертого компараторов напряжения, соответственно соединенных с первым и вторым входами первого логического элемента И-НЕ, первый вход первого

При включенном устройстве и нормальной Ю триггера соединен с выходом четвертого его работе логическая «1 с шины 36 посту- логического элемента И и первым входом пает на первый вход элемента И-НЕ 29, а на второй его вход поступают импульсы с высоким логическим уровнем с выхода элемента И-НЕ 27. На выходе элемента И - НЕ 29 появляются импульсы с низким логическим уровнем, и возбуждается свето- диод -33, сигнализируя о включенном состоянии устройства и нормальной его работе.

Когда на шине 36 действует логический «О, то на первый вход элемента И- 20 НЕ 30 через инвертор 31 поступает логическая «1, если при этом.на второй вход элемента И-НЕ 30 поступают импульсы с высоким логическим уровнем с выхода элемента И-НЕ 27, то на выходе элемента --„- --- - - - „-- г-И-НЕ 30 появляются импульсы с низким триггера, второй вход которого подключен логическим уровнем, и возбуждается свето-к выходу первого логического элемента И-

диод 34, сигнализируя о наличии тока в цепи нагрузки 2 при отсутствии включаюпятого логического элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом третьего логического элемента И и вторым входом пятого логического элемента И, пр я- мой и инверсный выходы первого триггера подключены к вторым входам первого и второго логических элементов И, соответственно соединенных своими выходами с входами первого и второго усилителей мощности, выход пятого логического элемента И подключен к первому входу второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход компара тора максимального тока соединен с первым входом второго

шего сигнала, что означает пробой тирис- торного ключа 1.

Формула изобретения

35

40

45

50

НЕ и первому входу счетчика импульсов, выход второго триггера соединен с первым входом третьего триггера, инверсный выход которого соединен с его дополнительным входом, вторым входом счетчика импульсов и первым входом четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента И-НЕ, выход счетчика импульсов соединен с первым входом шестого логического элемента И, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого триггеров, а шина управления подключена к третьему входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу шестого логического элемента И.

мального тока, выход формирователя им- 55 вход которого подключен к прямому выходу пульсов соединен с первым входом второ-четвертого триггера.

ВНИИПИЗаказ 2540/54Тираж 928Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

го логического элемента И, первые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам первого и второго компараторов напряжения соответственно, вторые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам третьего и четвертого компараторов напряжения, соответственно соединенных с первым и вторым входами первого логического элемента И-НЕ, первый вход первого

триггера соединен с выходом четвертого логического элемента И и первым входом

триггера соединен с выходом четвертого логического элемента И и первым входом

--„- --- - - - „-- г- триггера, второй вход которого подключен к выходу первого логического элемента И-

пятого логического элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом третьего логического элемента И и вторым входом пятого логического элемента И, пр я- мой и инверсный выходы первого триггера подключены к вторым входам первого и второго логических элементов И, соответственно соединенных своими выходами с входами первого и второго усилителей мощности, выход пятого логического элемента И подключен к первому входу второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход компара тора максимального тока соединен с первым входом второго

0

5

0

5

0

НЕ и первому входу счетчика импульсов, выход второго триггера соединен с первым входом третьего триггера, инверсный выход которого соединен с его дополнительным входом, вторым входом счетчика импульсов и первым входом четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента И-НЕ, выход счетчика импульсов соединен с первым входом шестого логического элемента И, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого триггеров, а шина управления подключена к третьему входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу шестого логического элемента И.

5 вход которого подключен к прямому выходу четвертого триггера.