Устройство для подключения конденсаторной батареи Советский патент 1991 года по МПК H02J3/18 G05F1/70 

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

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и допустимого напряжения сети.

На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема устройства для подключения конденсаторной батареи; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема одного из вариантов его реализации; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг, 1) содержит конденсаторную батарею с зажимами 1 и 2 для ее подключения к сети, причем первый зажим подключен к сети непосредственно, а второй зажим - через силовой коммутатор, содержащий тиристор 3, анод которого соединен с вторым зажимом и через резистор 4 - с управляющим электродом и катодом соответственно через управляемые ключи 5 и 6, управляющие входы которых подключены к выходам блока 7 задержки сигнала управления и формирователя 8 импульсов соответственно, входы которых соединены с ключом 9, второй вывод которого заземлен. Устройство содержит управляемые ключи 10, 11, соединенные между собой встречно параллельно и первыми общими выводами - с первым зажимом, а вторыми общими выводами через резистор 12 - с вторым зажимом 2. Управляющие входы ключей 10 и 11 соединены с выходом второго формирователя 13 импульсов, первый вход которого соединен с ключом 9, а второй - с выходом узла 14 блокирования импульса, входы которого подключены к сети. Устройство содержит также включенный встречно параллельно тиристору 3 второй тиристор 15, управляющий электрод и катод которого соединен через резистор 16 с его анодом через ключи 17 и 18 соответственно. Управляющие входы ключей 17 и 18 соединены с выходами узлов 7 и 8 соответственно.

Принципиальная электрическая схема, реализующая блок-схему устройства для подключения конденсаторной батареи (фиг. 2) содержит в качестве управляемых ключей 5, 6, 10, 11, 17 и 18 оптотиристоры. Источник 19 постоянного напряжения, резистор 20, дроссель 21 и диод 22 представляют собой в совокупности блок 7 задержки, а источник 19, диод 23, резистор 24 и конденсатор 25 образуют первый формирователь 8 импульсов. Конденсатор 25, резисторы 26-28, транзисторы 29-31, конденсатор 32 и трансформатор 33 в совокупности представляют собой блокинг-гене- ратор и второй формирователь 13 импульсов. Оптотиристор 31, выпрями- тельный мост 35,.резистор 36 и конденсатор 37 представляют собой узел 14 блокирования импульса. Нагрузкой блока

7задержки являются последовательно соединенные светодиоды оптотиристоров 5 и

0 17. Нагрузкой формирователя 8 импульсов являются последовательно соединенные светодиоды оптотиристоров 6 и 18, а последовательно соединенные свешдиоды оптотиристоров 10 и 11 являются нагрузкой 5 формирователя 13 импульсов.

На временных диаграммах напряжений и токов элементов устройства (фиг. 3) показаны:

а - напряжение сети (тонкая линия) и 0 напряжение на конденсаторной батарее (утолщенная линия);

б - сигнал блокирования импульса на выходе узла 14;

в - сигнал управления на выходе клю- 5 ча 9;

г - выходной сигнал первого формирователя импульсов;

д - выходной сигнал блока 7 задержки; е - выходной сигнал второго формиро- 0 вателя импульсов;

ж - ток через конденсаторную батарею (утолщенная линия) и гипотетический ток установившегося процесса, протекающий через конденсаторную батарею и тиристоры 3 5 и 15 при замкнутом силовом коммутаторе (пунктирная линия).

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что разомкнутое состоя- 0 ние ключа 9 соответствует отсутствию команды на включение устройства. В этом состоянии сигналы на управляющих входах всех управляемых ключей и тиристоров отсутствуют, конденсаторная батарея разря- 5 жена до нуля, в силовой цепи и цепях управления токи отсутствуют, к силовому коммутатору приложено напряжение сети

8устройстве (фиг,2) протекает только суммарный ток резистора 36 и конденсатора 37

0 величиной до 50 мА через выпрямительный мост 35, светодиод оптотиристора 34 и сеть, В момент t0 замыкания ключа 9 одновременно начинают работать блоки 7 и 8, в результате чего в этот же момент подается

5 сигнал (импульс) на замыкание ключей 6 и 18, при этом замыкается ключ 6, к которому приложено положительное напряжение, и начинается заряд конденса горной батареи от сети током, величина которого ограничивается резистором 4. Аналогичные процессы протекают и после замыкания ключа 9 в момент t2, с той лишь разницей, что замыкается ключ 18 и ток заряда протекает через резистор 16, но в любом случае ток через конденсаторную батарею начинает протекать с момента замыкания ключа 9. Через необходимое для надежного замыкания ключа 6 (18) время с выхода блока 7 поступает сигнал на замыкание ключей 5 и 17, однако это не приводит к включению тиристора 3 или 15 до прекращения тока через ключ 6 или 18, так как они шунтируют управляющий переход соответствующего тиристора. Таким простым и надежным способом исключается возможность замыкания тиристоров силового коммутатора с опасным для них броском анодного тока.

На фиг. 3 видно, что процесс включения устройства начинается в момент замыкания ключа 9 и заканчивается в момент, когда напряжение на конденсаторной батарее становится равным мгновенному значению напряжения сети в данный момент. Процесс включения характеризуется, как правило, наличием переходного тока конденсаторной батареи, отличающегося от гипотетического установившегося, а также отличием напряжения на ней от сетевого (моменты to, t2, t). Очевидно, что время включения устройства при этом пропорционально постоянной времени заряда конденсаторной батареи и может быть оптимизировано выбором сопротивления в цепи заряда. Возможно включение устройства и без переходного тока, когда в момент замыкания ключа 9 напряжение на силовом коммутаторе равно нулю (момент ts), при этом в работу вступает сразу тиристор силового коммутатора, ток которого скачкообразно изменяется от нуля до установившегося значения.

Установившийся процесс работы устройства характеризуется совпадением формы тока через конденсаторную батарею и формы гипотетического тока и равенством напряжения конденсаторной батареи напряжению сети (интервалы toy - ti, t2y - т,зв, т.5 - te и - tio), при этом ток конденсаторной батареи проводят поочередно тиристоры 3 и 15 до момента размыкания ключа 9. Размыкание ключа 9 соответствует команде на выключение устройства, по которой снимается сигнал управления с входов ключей 5 и 17 и блокирующий сигнал с первого входа узла 13 формирования импульса. Если в этот момент на втором его входе блоки- рующий сигнал также отсутствует, происходит формирование..импульса управления ключами 10 и 1 Г(моменты ti и te) и включается тот из них, на котором напряжение положительной полярности, Разряд конденсаторной батареи при этом начинается при проводящем еще силовом коммутаторе (моменты ц и te), либо после

выключения тиристора естественным образом. В первом случае разряд конденсаторной батареи приводит к тому, что напряжение на ней становится меньше текущего значения напряжения сети и к про0 водящему тиристору прикладывается обратное напряжение, он выключается принудительно - раньше естественного спада тока конденсаторной батареи до нуля.

В устройстве (фиг. 2) блоки 7, 8, 13 и 14

5 работают следующим образом.

В момент замыкания ключа 9 начинается заряд конденсатора 25 в цепи: источник 19 постоянного напряжения, диод 23, резистор 24; конденсатор 25, светодиоды опто0 тиристоров 18 и 6, при этом амплитуда импульса тока заряда ограничивается резисторов 24. Постоянная времени заряда конденсатора 25 выбирается соизмеримой со временем переключения оптотиристоров 6

5 и 18. При однократном замыкании ключа формируется в указанной цепи импульс экспоненциальной формы для включения оптотиристоров 6 и 18. В момент замыкания ключа 9 начинается также процесс форми0 рования сигнала управления ключами 5 и 17 в цепи: источник 19 постоянного напряжения; резистор 20, дроссель 21; диод 22; светодиоды ключей 17 и 5, при этом величина тока управления ограничивается резисто5 ром 20, а диод 22 служит для устранения перенапряжения в момент обрыва тока через дроссель 21 при размыкании ключа 9. Постоянная времени нарастания тока через дроссель 21 выбирается также соизмери0 мой со временем переключения оптотиристоров.. Формирователь 13 импульсов использует энергию заряженного в процессе формирования импульса управления ключами 6 и 18 конденсатора 25 и начинает

5 работать в момент совпадения включенного состояния транзистора 29 и выключенного транзистора 30. Это возможно при разомкнутом ключе 9, когда ток через резистор 27 и базу транзистора 30 не протекает, а

0 оптотиристор 34 в узле 14 блокирования импульса выключен, что вызывает насыщение транзистора 29 протекающим через резистор 26 и его базу током разряда конденсатора 25. Появляющийся при этом

5 ток базы транзистора 31 вызывает блокинг- процесс, в результате которого конденсатор 25 разряжается через светодиоды оптотиристоров 10 и 11, трансформатор 33 и насыщенный транзистор 31. Длительность и амплитуда тока управления выбираются из

условий надежного включения оптотиристо- ров 10 и 11. Узел 14 блокирования импульса формирует сигнал запрета при включенном тиристоре оптотиристора 34, который работает при этом в транзисторном режиме, т.е. с величиной анодного тока тиристора, которая значительно меньше тока удержания. Через светодиод оптотиристора 34 протекает пульсирующий от нуля до определенного значения ток, которой является выпрямленным с помощью моста 35 суммарным током резистора 36 и конденсатора 37. Параметры резистора и конденсатора выбираются таким образом, чтобы этот ток отставал от тока конденсаторной батареи ( в установившемся режиме) на 45 эл. град,, а амплитуда пульсирующего тока равнялась удвоенному току переключения оптотиристора 34. При этих условиях узел 14 блокирования импульса формирует сигнал запрета (фиг. 3, ось б). В остальном работа изображенного на фиг. 2 устройства не отличается от описанной ранее работы устройства по фиг, 1.

Использование изобретения позволяет повысить быстродействие устройства для подключения конденсаторной батареи и допустимого напряжения сети.

Предлагаемое устройство может быть использовано в однофазных и трехфазных сетях. Для пофазной коммутации трехфазной конденсаторной батареи применение устройства не отличается от случая однофазной сети, подробно изложенного. Для коммутации трехфазной конденсаторной батареи по общему для всех фаз сигналу управления необходимо использовать только два комплекта предлагаемого устройства, которые получают общий сигнал управления от одного общего управляемого ключа 9, либо от двух синхронно работающих ключей 9.

Формула изобретения Устройство для подключения конденсаторной батареи, содержащее зажимы для подключения батареи к сети, первый из которых соединен непосредственно с сетью, а второй - через силовой коммутатор, содержащий первый тиристор, анод которого соединен с вторым зажимом конденсаторной

батареи, и через первый резистор - с управляющим электродом и катодом первого тиристора соответственно через первый и второй управляемые ключи, управляющие входы которых соединены соответственно с

выходом блока задержки, соединенного с управляющим входом третьего ключа управления и с выходом первого формирователя импульсов, соединенного с управляющим входом четвертого ключа управления, пятый

ключ управления, первый выход которого подключен к входам первого формирователя импульсов и блока задержки, а второй вывод заземлен, второй тиристор и второй резистор, отличающееся тем, что, с

целью повышения быстродействия устройства и допустимого напряжения сети, оно снабжено шестым и седьмым управляемыми ключами, третьим резистором, вторым формирователем импульсов и узлом блокировки импульса, причем шестой и седьмой управляемые ключи соединены между собой встречно параллельно и первыми общими выводами - с первым зажимом конденсаторной батареи и первым входом

узла блокировки импульса, а вторыми общими выводами - с вторым ее зажимом через третий резистор, управляющие выходы этих ключей подключены к выходу второго формирователя импульсов, первый вход которого соединен с первым выводом пятого ключа, а второй вход - с выходом узла блокировки импульса, вторым входом подключенного к сети, в силовом коммутаторе

второй тиристор подключен встречно параллельно с первым тиристором, при этом анод второго тиристора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого через третий управляемый ключ соединен с управляющим электродом второго тиристора и через четвертый управляемый ключ - с катодом этого тиристора.

Qhi2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подключения к электрическим сетям переменного тока конденсаторных батарей большой емкости. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства и допустимого напряжения сети. Устройство содержит управляемые ключи 5, 6, 9, 10, 11, 17, 18, силовой коммутатор на тиристорах 3, 15, формирователи 8, 13 импульсов, блок 7 задержки, узел 14 блокировки импульса. В момент замыкания ключа 9 Сеть одновременно срабатывают блок 7 задержки и формирователь 8 импульсов. При этом замыкаются ключи 6 или 18, в зависимости от того, к какому из них в данный момент приложено положительное напряжение, Через необходимое для надежного замыкания ключа 6 или 18 время происходит замыкание ключей 5, 17. Окончательное подключение батареи к сети происходит при полном прекращении тока через ключ 6 или 18 и включении тиристоров 3 или 15, когда напряжение на конденсаторной батарее становится равным мгновенному значению напряжения сети в данный момент. Отключение батареи происходит при размыкании ключа 9. При этом снимается сигнал управления с ключей 5, 17 и блокирующий сигнал с первого входа формирователя 13 импульсов. Но отключение батареи происходит только когда и на втором его входе блокирующий сигнал также отсутствует. 3 ил. (Л о со сь ел XJ