Система дистанционного управления нагрузкой по силовой линии Советский патент 1991 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к области светотехники, в частности к регуляторам яркости (мощности) газоразрядных ламп высокого давления в сетях наружного освещения, спецификой работы которых является включение ламп на полную мощность в вечернее время суток и включение ламп с меньшей мощностью, например половинной, в ночное время суток (для увеличения срока службы ламп и уменьшения расхода электроэнергии).

Цель изобретения - повышение качества напряжения на нагрузке за счет использования в ее цепи элементов с линейными вольтамперными . ха ра кт ери сти ками.

На фиг.1 изображена схема передающего блока системы, на фиг. 2 схема приемного блока системы; на фиг„ 3 и k - временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу системы дистанционного управления нагрузкой по силовой цели.

Передающий блок (фиг.1) выполнен . в виде пульпа i управления и содержит две входные клеммы 1 и 2, предназначенные для подключения передающего блока к проводам источника 3 питания переменным напряжением, входная клемма 1 .через замыкающие контакты .1 контактора Ц и входная клемма 2 непосредственно подключены к силовой линии с проводами соответственно 5 и 6, соединенными с газоразрядными источниками света. К контактам контактора подключен узел 7, образованный из диодов 8 и 9, соедиоэоэ со о

4

О

ненных между собой последовательно и встречно анодами, и из тиристоров 10 и 11, соединенных встречно-параллель- но с соответствующими диодами 8 и 9. Один выход блока 12 импульсно-фазо- вого управления подключен к точке соединения анодов диодов 8 и 9 и катодов тиристоров 10 и 11, а другой выход бпока 12 импульсно-фазового управления подключен к управляющему электроду тиристора 10 через последовательно соединенные диод 13 и резистор 1, а также подключен к управляющему электроду тиристора 11 через последовательно соединенные диод 15 и резистор 16. Анод тиристора 10 соединен со своим управляющим электродом через последовательно подключенные замыкающие контакты реле 17-1, размыкающие контакты реле 18-1 и диод 19, а анод тиристора 11 соединен со своим управляющим электродом через последовательно подключенные замыкающие контакты реле 17-2, размыкающие контакты реле 20-1 и диод 21. Катоды диодов 8 и 9 соединены между собой через встречно катодами подключенные диоды 22 и 23, причем диоды 8, 9, 22 и 23 образуют однофазный выпрямительный мост, а точка соединения катодов диодов 22 и 23 подключена к входу блока 12 импульсно-фазового управления через параллельно соединенные замыкающие контакты реле 18-2 и 20-2. Провода 5 и 6 силовой линии соединены между собой через последовательно соединенные резистор 2h и цепь, образованную из параллельно соединенных замыкающих контактов реле 18-3 и 20-3, а входные клеммы 1 и 2 соединены между собой через последовательно подключенные замыкающие контакты реле 17-3, размыкающие контакты реле , 20-1+ и катушку управления контактора А, причем точка соединения замыкающих кон-, тактов реле и размыкающих контактов реле 1Ь-Ц подключена к проводу 6 силовой линии через генератор 25 .импульсов инЛранизкой частотты, к выходам которого подключена через размыкающие контакты реле 26-1 катушка управления реле 18 и через замыкаю щие контактеры реле 26-2 катушка управления реле 20. Катушки управления реле 17 и 26 подключены к соответствующим выходам блока 27 управления. Блок 12 импульсно-фазового уп0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

равления содержит цепочку, образованную из последовательно подключенных резистора 28 и стабилитрона 29, соединяющую вход блока 12 с первым его выходом, предназначенным для подключения к катодам тиристоров 10 и 11. Параллельно стабилитрону 29 подключены последовательно соединенные резистор 30 и конденсатор 31, точка соединения резистора 28 и стабилитрона 29 подключена через последовательно соединенные резистор 30 и конденсатор 31 к первому выходу блока 1 2 и подключена через резистор 32, к второй базе однопереходного транзистора 33, первая база которого подключена к второму выходу блока 12, предназначенному для соединения с резисторами и 16, а управляющий электрод однопереходного транзистора 33 подключен к точке соединения резистора 30 и конденсатора 3 1 .

Приемный блок (фиг.2) системы дистанционного управления нагрузкой, подключенной к проводам 5 и 6 силовой линии и состоящей из последовательно соединенных газоразрядной лампы высокого давления и двух балластных дросселей 35 и 36, содержит исполнительный орган 37, управляющий работой реле 38, шунтирующего в исходном состоянии своими размыкающими контактами 38-1 дроссель 36, а также содержащий первый 39 и второй 40 приемные узлы. Приемный узел 39 содержит последовательно соединенные и подключаемые к проводам 5 и 6 силовой линии диод 41, конденсатор 2 и резисторы 3 и ЦЦ, причем параллельно резистору й подключен диод 5 и через диод 6 под- конденсатор 7 и резистор 8, параллельно цепи, образованной из последовательно соединенных конденсатора А 2 и резисторов 3 и М, подключен резистор 9, а выход приемного узла 39, предназначенный для подключения к входу управления исполнительного органа 37, соединен через стабилитрон 50 с точкой соединения резисторов 3 и , причем в данной точке катод стабилитрона 50 соединен с катодом ди. 5 и с анодом диода 6. Приемный узел 0 выполнен аналогично узлу 39 на базе идентичных соответствующих элементов 51-59, отличие состоит лишь в противоположнои полярности схемного включения диодов 51г5б и стабилитрона 60 по сравнению с соответствующими диодами 41, 45 и 46 и стабилитроном 50 приемного узла 39. Исполнительный орган 37 содержит подключаемый к прводам 5 и 6 силовой линии преобрэ-.„ зователь 61 переменного напряжения постоянное (служащий для питания реле 28), выход которого через параллельно соединенные резистор 62, диод 63 и катушку реле 38 подключен к аноду запираемого тиристора б , катодом подключенного к проводу 6 силовой линии, а управляющим электродом подключенного к выходам приемных узлов 39 и 40. Соединенные между собой приемные узлы 39 и 40 и исполнительный орган 37 образуют полупроводниковое реле 65 полярност импульсов напряжения.

Сеть наружного освещения содержит множество параллельно соединенных нагрузок и приемных блоков, аналогичных показанному на фиг.2.

На временных диаграммах, иллюстррующих процесс дистанционного управления включением газоразрядной лампы 3 с ограничением рассеиваемой мощности например, вдвое от номинальной, изображены (фиг.З) напряжение U в силовой линии с проводами 5 и 6, ток i в силовой линии, протекающей по проводам 5 и 6, импульсное напряжение Uu управления тиристором 10 и 11, действующее на выходе блока 12 импульсно-фазоврго управления, напряжение UC1 на конденсаторе приемного узла 39, на пряжение Up на катушке реле 38.

На временных диаграммах, иллюстрирующих процесс дистанционного управления включением газоразрядной лампы 34 на полную номинальную мощность (фиг.А), в отличие от диаграмм, изображенных на фиг.З, показано напряжение UC2 на конденсаторе 57 приемного узла 40.

Работу системы дистанционного управления нагрузкой по силовой цепи характеризуют следующие режимы: режимы включения и выключения( при которых в первом случае на провода 5 и 6 силовой линии подается напряжение источника 3 питания, а во втором случае - снимается; режим включения газоразрядной лампы 34 с ограниченной (половинной) мощностью ,

640466

режим включения газоразрядной лампы 34 на полную мощность.

Для включения газоразрядной лампы 34 под напряжение с выходов блока 27 управления подается питающее напряжение на обмотку реле 17, что приводит к срабатыванию реле 17 и замыканию его контактов 17-1, 17-2 и . При замыкании контактов на катушку коллектора 4 через замкнутые контакты реле 17-3 18-4, 20-4 поступает переменное напряжение источника 3 питания. Это приводит к срабатыванию контактора 4, замыканию его контактов 4-1 и к подаче напряжения питания на проводе 5 и 6

10

15

5

0

5

силовой линии и, как следствие, приводит к свечению газоразрядной лампы 34.

Для выключения газоразрядной лампы 34 достаточно в блоке 27 управления снять напряжение с катушки реле 17i благодаря чему контакты 17-1, 17-2, 17-3 разомкнутся, катушка контактора 4 обесточится, контакты контактора 4 разомкнутся, напряжение на проводах 5 и 6 силовой линии исчезает и электрический раз- ряд в лампе 34 исчезает.

В режиме включения газоразрядной лампы 34 на половинную мощность (предполагается, что ранее газоразрядная лампа 34 была нагружена на полную мощность, поскольку обмотка реле обесточена и дроссель 36 зашунтирован контактами 38-1 реле 38) система дистанционного управления работает следующим образом. С выходов блока 27 управления подается напряжение на катушку управления реле 17 (катушка управления реле 26 обесточена). При этом контакты реле

17(контакты 17-1, 17-2, 17-3) будут постоянно замкнуты, на катушку управления контактора 4 будет подано через замкнутые контакты реле

18и 20 (контакты 18-4 и 20-4) переменное напряжение источника 3 пио тания, которое через замкнутые контакты поступит и на входы ге- нератора 25 импульсов инфранизкой частоты. Последнее приведет к появлению на выходах генератора 25 импульсов прямоугольного напряжения (например, с частотой следования один импульс в каждые полчаса и длительностью одна секунда). Эти импульсы поступают на катушку управ0

5

5

ления реле 18 мереэ замкнутые контакты реле 26-1. Под воздействием импульсов генератора 25 реле 18 периодически срабатывает, его контакты 18-1 и 18-1 размыкаются, а контакты 18-2 и 18-3 замыкаются. При размыкании контактов реле 18-1 анод тиристора 10 отключается от его управляющего электрода и тиристор 10 те- перь может включаться только под действием выходного сигнала блока 12 импульсно-фазового управления. После размыкания контактов реле 18-4 обесточивается катушка управления контакта Ь и на время действия импульсов генератора 25 периодически размыкаются контакты контактора . При замыкании контактов реле 18-2 (что имеет место либо в паузе импульсами генератора 25 в случае обесточенной катушки управления реле 26, либо при наличии напряжения на катушке управления реле 26) вход блока 12 блока импульсно-фазового управления подключается через диоды 22 и 23 однофазного выпрямительного моста, к узлу 7. В результате этого на выходе блока 12 импульсно-фазового напряжения формируются импульсы с задержкой во времени t3a относительно моментов равенства нулю тока в силовой линии (i) отрицательной полярности (фиг.З), которые поступают на управляющие электроды тиристоров 10 и 11. Включаться выходными импульсами блока 12 импульсно- фазового управления будет только тиристор 10, а включение тиристора 11 будет производиться по анодной цепи через замкнутые контакты реле 20-1 и 17-2 и диод 21. При замыкании контактов реле 18-3 к проводам 5 и 6 силовой линии подключается резистор , с помощью которого обеспечивается включение тиристора 10 выходными им- пульсами блока 12 (Uu) короткой длительности. Как видно из временных диаграмм, изображенных на фиг.З,в течение времени действия импульса генератора 25 (t) в полуволнах напряжения положительной полярности на проводах 5 и 6 силовой линии появляются кратковременные провалы с длительностью, определяемой временем заряда конденсатора 31 в блоке 12 импульсно-фазового управления до напряжения срабатывания однопереходно- го транзистора 33. Наличие провалов в полуволнах напряжения положительной

r 5 0 Q

5

5

полярности на проводах 5 и 6 силовой линии является командой для реле 65 полярности импульсов напряжения на включение реле 38, подключающего при размыкании контактов 38-1, дополнительный дроссель 36 в цепи питания газоразрядной лампы 3, снимающего ток, мощность рассеяния и яркость свечения лампы 3.

Реагирует реле 65 полярности импульсов напряжения, являющееся приемным блоком системы, на провалы в полуволнах напряжения положительной полярности на проводах 5 и 6 силовой линии следующим образом. Полуволны напряжения питания положительной полярности (U) поступают в приемном узле 39 через диод М на вход дифференцирующей RC-цепи, образованной из конденсатора k2 и резисторного делителя напряжения, состоящего из резисторов 3 и №. В результате этого на резисторе kb формируются синхронно с выходными импульсами блока 12 (Uy) экспоненциально нарастающие по амплитуде импульсы напряжения, под действием которых происходит циклический заряд через диод , конденсатора 7 (временная диаграмма напряжения на конденсаторе 7 ЬТС(), подразряжаемого в паузах между импульсами блока 12 () через резистор 48. Резистор (9 в приемном узле 39 выполняет функцию разряда конденсатора 42 в паузах между импульсами блока 12 (Uvj), а диод 45 исключает формирование на резисторе 44 импульсов напряжения отрицательной полярности. После нарастания напряжения на конденсаторе 47 (Ucf) до напряжения пробоя стабилитрона 50 (момент времени tz, фиг.З) через стабилитрон 50 приемного узла 39 и управляющий электрод тиристора б исполнительного органа 37 протекают импульсы тока, которые включают тиристор б1 и, как следствие, приводят к появлению постоянного напряжения (Up) на обмотке реле 38. Резистор 62 в исполнительном органе 37 обеспечивает включение тиристора 64 кратковременными импульсами управления, а диод 63 защищает тиристор 64 от перенапряжений, вызванных коммутацией катушки управления реле 38, обладающей значительной индуктивностью.

В случае включения газоразрядной лампы 3 на полную мощность (предполагая, например, что ранее газоразрядная лампа 3 была включена с ограниченной мощностью, поскольку катушка управления реле 38 находилась под напряжением, контакты 38-1 реле 38 были разомкнуты и лампа 3 питалась через два балластных дросселя 35 и 36) в блоке 27 управления напряжения подаются на обе катушки управления реле 17 и 26.При этом выходные импульсы генератора будут поступать через замкнутые контакты реле 26-2 на катушку управления реле 20. Это будет приводит к периодическим размыканиям контактов реле 20-1, 20-k и замыканиям контактов 20-2 и 20-3. Работает передающий блок (фиг.1) при включении газоразрядной лампы З на полную мощность как и при ее включении с ограниченной мощностью. Отличие состоит лишь в том, что выходными импульсами блока 12 теперь будет включаться тиристор 11, а включение тиристора 10 будет происходить по анодной цепи через замкнутые контакты реле 18-1, 17-1 и диод 19. В результате такого отличия в работе схемы передающего блока (фиг.1) во время действия импульсов генератора 25 кратковременные провалы теперь появятся в полупериоды напряжения отрицательной полярности на проводах 5 и 6 силовой линии (временная диаграмма напряжения U, фиг. J) , что является командой для реле 6. полярности импульсов напряжения (фиг.2) на включение газоразрядной лампы 3 на полную мощность. Выполняется данная команда снятием напряжения с катушки управления реле 38 и, как следствие, шунтированием его контактами дополнительного дросселя 36. Последнее приводит к увеличению тока, мощности и яркости свечения газоразрядной лампы 3.

Реагирует реле 65 полярности импульсов напряжения на провалы в полуволнах напряжения отрицательной полярности на проводах 5 и 6 силовой линии в основном так же, как и при воздействии провалов в полуволнах напряжения положительной полярности. Отличие заключается лишь в том, что в данном случае сигнал включения тиристора исполнительного органа

37 формируется в приемном узле 0. Так при воздействии провалов в полуволнах напряжения отрицательной полярности на проводах 5 и 6 силовой линии на приемный узел kO происходит циклический заряд конденсатора 57 (диаграмма напряжения на конденсаторе 57 и на фиг.), аналогично

Q заряду конденсатора V/, а после нарастания отрицательного напряжения на конденсаторе 57 до напряжения пробоя стабилитрона 60 через управляющий электрод тиристора 6Ц будут

5 протекать импульсы отрицательной полярности, запирающие тиристор 6Ц и, как следствие, обесточивающие катушку управления реле 3$

Данная система дистанционного

о управления обладает повышенной помехоустойчивостью. Достигается это периодической передачей (с частотой следования импульсов генератора 25) команд управления и применением

5 накопительных конденсаторов А 7 и 57 в приемных узлах 39 и kO, предотвращающих срабатывание приемного блока (фиг.2) от одиночных импульсных помех .

Q Элементы системы в установившемся режиме не вносят искажения в напряжение питания газоразрядных ламп, поскольку ток ламп протекает через линейные дроссели.

35

Формула изобретения

Система дистанционного управления нагрузкой по силовой линии, содержащая передающий блок с выводом для подключения к первому проводу силовой линии и выводом для подключения к второму проводу источника питания и силовой линии, приемный блок с выводом для подключения к первому проводу силовой линии и выводом для связи с вторым силовой линии, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества напряжения на нагрузке,

передающий блок снабжен выводом для подключения к первому проводу источника питания и выполнен в виде пульта управления, четырех реле, контактора, генератора импульсов инфранизко й частоты, блока импульсно-фазового управления, двух тиристоров, однофазного выпрямительного мост а, четырех диодов и трех резисторов, при этом к пульту управления подключены обмотки

первого и второго реле, обмотка контактора через последовательно ссели-, ненные первые размыкающие контакты третьего и четвертого реле и первый замыкающий контакт первого реле включена между выводом для подключения к первому проводу источника питания и выводом для подключения к второму проводу источника питания и силовой линии, генератор импульсов инфраниз- кой частоты подключен своими входами между объединенными выводами первого замыкающего контакта первого реле и первого размыкающего контакта треть- его реле и выводом для подключения к второму проводу источника питания и силовой линии, к выходу генератора импульсов инфранизкой частоты подключены соответственно через размыкающий и замыкающий контакты второго реле обмотки третьего и четвертого реле, замыкающий контакт контактора подключен между выводом для подключения к первому проводу источника питания и выводом для подключения к первому проводу силовой линии, к которым подключен вход однофазного выпрямительного моста, параллельно встречно вентилям однофазного выпрямительного моста, соединенным анодами, подключены тиристоры, управляющий электрод каждого из которых соединен со своим анодом через последовательно соединенные первый или второй диод, второй или третий замыкающие контакты первог реле и второй размыкающий контакт третьего или четвертого реле соответственно, а также с выходом блока импульсно-фазового управления через последовательно соединенные третий или четвертый диод и первый или вто- рой резистор соответственно, при этом все диоды подключены к управляющим электродам тиристоров катодами, вход блока импульсно-фазового управления подключен через параллельно соединенные первые замыкающие контакты третьего и четвертого реле к выходу однофазного выпрямительного моста, третий резистор подключен через параллельно соединенные вторые замыкающие контакты третьего и четвертого реле между выводом для подключения к первому проводу силовой линии и выводом для подключения к,второму проводу источника питания и силовой линии, а приемный блок выполнен в виде первог и второго приемных узлов и исполнительного органа, при этом каждый из приемных узлов выполнен в виде трех диодов, стабилитрона, двух конденсаторов и четырех резисторов, при этом анод первого диода первого приемного узла соединен с выводом для подключения к первому проводу силовой линии, а его катод - с первым выводом первых резистора и конденсатора указанного узла, второй вывод указанного конденсатора соединен через второй резистор с катодами стабилитрона и второго диода, первым выводом третьего резистора и анодом третьего диода того же узла, причем вторые выводы первого и третьего резистору , анод второго диода подключены к выводу для связи с вторым проводом силовой линии, катод третьего диода подключен через параллельно соединенные второй конденсатор и четвертый резистор упомянутого узла и выходу для связи с вторым проводом силовой линии, второй приемный узел выполнен и подключен аналогично первому, при этом диоды и стабилитрон второго приемного узла подключены в противоположном направлении относительно соответствующих диодов и стабилитрона первого приемного узла, анод стабилитрона первого приемного узла и катод стабилитрона второго приемного узла подключены к входу исполнительного органа, подключенного между выводом для подключения к первому проводу силовой линии и выводом для связи с вторым проводом силовой линии.

о

СП

с

vC

«N

3

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для дистанционного регулирования мощности газоразрядных ламп высокого давления в сетях наружного освещения. Целью изобретения является повышение качества напряжения на нагрузке за счет использования в ее цепи элементов с линейными вольтамперными характеристиками. Система дистанционного управления нагрузкой состоит из приемного и передающего блоков, с помощью которых производится периодическая передача команд управления в определенный полупериод напряжения сети. 4 ил.

Л

5«м