Устройство для переключения нагрузки Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электропитания наиболее ответственных потребителей переменного тока, например ЭВМ.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для переключения нагрузки содержащем m-фазные мостовые выпрямители, объединенные аноды и катоды которых подключены соответственно к катодам и анодам вспомогательных тиристоров, аноды которых объединены, коммутирующий конденсатор, соединенный одной обкладкой с объединенными анодами вспомогательных тиристоров, коммутирующий тиристор, схему управления, трансформаторы, концы вторичных обмоток которых присоединены к зажимам переменного тока

m-фазных мостовых выпрямителей, первичные обмотки трансформаторов подключены к п независимым источникам переменного тока, резистор, один вывод которого соединен с анодом диода, катод которого соединен с анодом диода, катод которого объединен с анодом коммутирующего тиристора и одним зажимом реактора, другой зажим которого присоединен к другой обкладке конденсатора, узел управления тиристорами содержит блок датчиков напряжения, срабатывающих при достижении амплитуды напряжения источников требуемого уровня, входы которых подключены к началу и концу каждой фазы вторичны) обмоток трансформаторов, а выходы к входам блока логики, включающего в себя канал управления коммутирующим тиристорами и п идентичных каналов управ

4 СО Ј

С О

ления вспомогательными тиристорами, каждый из п каналов содержит одновибра- тор, выход которого является выходом блока логики и через усилительный блок включения тиристоров связан с управляющим электродом соответствующего вспомо- гательного тиристора, а вход одновибратора соединен с выходом элемента И-НЕ, один вход которого соединен с соответствующим выходом блока датчика напряжений, канал управления коммутирующим тиристором, который через усилительный блок включения тиристоров связан с управляющим электродом коммутирующего тиристора, последний канал выполнен в виде одновибраторов формирования импульса включения коммутирующего тиристора, причем входы запуска по отрицательному фронту этих одновибрато- DOB соединены с выходами блока датчиков: начала вторичных обмоток РПар трансформаторов соединены пофазно через тр реакторов, к средней точке которых подключена нагрузка, конденсаторная батарея и другой вывод резистора. Катоды п коммутирующих тиристоров присоединены к катодам вспомогательных тиристоров, а блок логики, включает в себя п идентичных каналов управления коммутирующими тиристорами, выходы одновибраторов которых соединены через усилительные блоки включения тиристоров с управляющими электродами коммутирующих тиристоров и с вторым входом элемента И-НЕ соответствующего вспомогательного тиристора.

Для обеспечения селективного отключения трансформаторов при коротких замыканиях в источниках вторичные обмотки измерительных трансформаторов блока датчиков напряжения соединены с входами переменного тока п выпрямительных мостов с общим анодом, к которому подсоединен один из резисторов п+1 лучевой звезды, п резисторов которой подключены к соответствующим катодам и прямым входам компараторов уровня, инверсные входы которых соединены между собой и с узлом звезды резисторов.

Для повышения качества напряжения при переменной нагрузке конденсаторная батарея выполнена регулируемой в зависимости от отклонения напряжения.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема конкретного устройства, питающего постоянную нагрузку; на фиг.2 - блок-схема узла управления ( ); на фиг.З - структурная схема блока датчиков; на фиг.4 - схема блока логики узла управления.

Устройство содержит многофазные мостовые выпрямители 1 и 2, аноды и катоды которых подключены соответственно к анодам и катодам вспомогательных тиристоров

3 и 4, аноды которых объединены, коммутирующий конденсатор 5, соединенный одной обкладкой с объединенными анодами вспомогательных тиристоров 3 и 4, коммутирующие тиристоры 6 и 7, узел 8 управления,

0 трансформаторы 9 и 10, концы вторичных обмоток которых присоединены к трем () зажимам переменного тока многофазных мостовых выпрямителей 1 и 2, а начала - между собой через реакторы 11-13 связи

5 со средней точкой, в которой подключены: нагрузка 14, нулевой вывод которой объединен с четвертым зажимом мостовых выпрямителей 1 и 2, конденсаторная батарея 15 и один из выводов резистора 16.

0Первичные обмотки трансформаторов 9

и 10 подключены к двум синхронным источникам 17 и 18 переменного тока. Другой вывод резистора 16 соединен с анодом диода 19, катод которого объединен с анодом

5 коммутирующих тиристоров 6 и 7 и одним зажимом реактора 20, другой зажим которого присоединен к другой обкладке коммутирующего конденсатора 5, а катоды коммутирующих тиристоров 6 и 7 соедине0 ны с анодами соответствующих мостовых выпрямителей и с катодами вспомогательных тиристоров 3 и 4.

Схема 8 управления содержит блок 21 датчиков напряжения, входы которых под5 ключены к началу и концу каждой фазы вторичных обмоток трансформаторов 9 и 10, а выходы блока 21 датчиков к входам блока 22 логики, выходы которого через усилительный блок 23 включения тиристоров связаны

0 с управляющими электродами тиристоров 3 4, 6 и 7.

Блок 21 датчиков напряжения состоит из двух идентичных субблоков. Каждый субблок содержит трехфазные измерительные

5 трансформаторы 24 и 25, первичные обмотки которых подключены к обмоткам трансформаторов 9 и 10 соответственно, а вторичные - к входам трехфазных мостовых выпрямителей 26 и 27 с общими анодами, к

0 которым подключен один из резисторов 28 трехлучевой звезды. Два других резистора 29 и 30 подключены к соответствующим катодам мостов 26 и 27 и прямым входам компараторов 31 и 32 уровня, инверсные входы

5 которых соединены между собой и с узлом звезды резисторов 28-30.

Блок 22 логики содержит две идентичные пары каналов. Каждая пара содержит логический элемент 2И-НЕ 33 (36), один вход которого соединен с выходом соответствующего компаратора 31 (32) и входом одновибратора 34 (37), выход которого подсоединен к второму входу элемента 2И-НЕ 33 (36) и к соответствующему каналу усилительного блока 23 управления коммутирующим тиристором 6 (7). Выход логического элемента 33 (36) является входом одновибратора 35 (38), выход которого связан с входом усилительного блока 23 управления вспомогательным тиристором 3 (4).

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения от одного из источников, например 17, на первичную обмотку трансформатора 9 напряжение с его вторичной обмотки понижается в блоке 21 датчиков напряжения измерительным трансформатором 24, выпрямляется трехфазным мостовым выпрямителем 26 и поступает на компаратор 31 уровня, где напряжение моста 26 сравнивается с напряжением на общем резисторе 28. Если разность этих напряжений положительна, то с выхода компаратора 31 в блок 22 логики подается сигнал логической единицы, в противном случае - нуля

При подаче логической единицы ее сигнал устанавливается на первом входе элемента 2И-НЕ 33. На втором входе присутствует также уровень логической единицы, так как состояние одновибратора 34 не изменяется и управляющий импульс на канал коммутирующего тиристора не подается. На выходе элемента 33 появляется логический нуль, а на выходе одновибратора 35 - импульс, который открывает соответствующий канал вспомогательного тиристора 3 в блоке 23. Тиристор 3 шунтирует выход выпрямительного моста 1 и соединяет в звезду вторичные обмотки трансформатора 9. Происходит заряд коммутирующего конденсатора 5 по цепи: начало фазы А вторичной обмотки трансформатора 9, резистор 16, диод 19, реактор 20, конденсатор 5, вспомогательный тиристор 3, мостовой выпрямитель 1, концы вторичной обмотки трансформатора 9. Конденсаторная батарея уменьшает отклонение напряжения на нагрузке и коэффициент несинусоидальности.

После подачи напряжения от другого источника 18 и фиксации его заданного уровня на вторичной обмотке трансформатора 10 датчиком напряжения блока 21 последний выдает сигнал логической единицы на блок логики, который открывает канал управления вспомогательного тиристором 4 блока 23 включения тиристоров. После включения тиристора 4 трансформаторы работают параллельно

При параллельной работе ток между источниками 17 и 18, напряжение которых может быть неодинаково, через трансформаторы 9 и 10 ограничен индуктивностью реакторов 11-13 связи со средней точкой. Полуобмотки реакторов соединены согласно для уравнительных токов между источниками и встречно для тока нагрузки. В результате ограничения перетоков мощ0 ностьтрансформаторов практически полностью используется для питания нагрузки.

При повреждении одного из источников, например источника 17, или трансформаторов, например трансформатора 9,

5 происходит отклонение напряжения на вторичных обмотках трансформаторов. Это от- клонение воспринимается блоком 21 датчиков напряжения и на выходе компаратора 31 устанавливается низкий уровень на0 пряжения, который подается на элемент 2И-НЕ 33 и одновибратор 34 блока 22 логики. Одновибратор 34 формирует импульс низкого уровня заданной длительности и обеспечивает включение коммутирующего

5 тиристора 6.

На выходе элемента 34 присутствует нулевой импульс, который поступает на вторые входы элементов 2И-НЕ, блокируя канал включения вспомогательного тири0 стора 3. Происходит разряд коммутирующего конденсатора 5 по цепи: плюс конденсатора, реактор 20, коммутирующий тиристор 6, вспомогательный тиристор 3 в обратном направлении, минус конденсато5 ра 5. Кроме того, ток разряда конденсатора протекает также по включенным параллельно вспомогательным тиристорам четырех- фазным выпрямительным мостам 1 и 2, в результате чего к вспомогательным тири0 сторам прикладывается обратное напряжение, равное прямому падению в выпрямительных мостах. После прекращения тока через вспомогательный тиристор 3 конденсатор продолжает разряжаться че5 рез выпрямительный мост 1 до тех пор, пока ток перезаряда конденсатора не понижается до нуля и не вызывает закрывание коммутирующего тиристора 6. После закрытия вспомогательного тиристора 3 трансформа0 тор 9 оказывается отключенным от нагрузки. Нагрузка 14 питается от одного трансформатора 10 до тех пор, пока не будет зафиксирован заданный уровень вторичного напряжения трансформатора 9

5 датчиками напряжения в блоке 21. После этого трансформатор 9 автоматически вводится в работу включением тиристора 3 аналогично рассмотренному ранее.

При коротких замыканиях в одном из источников, например источнике 17, возможно значительное понижение напряжения на трансформаторе 10 другого источника. В этом случае на выходе мостового выпрямителя 26 устанавливается напряжение ниже, чем выпрямителя 27. Следовательно, на резисторе 29 напряжение ниже, а на резисторе 30 выше, чем на резисторе 28. Поэтому в блок 22 логики выдается сигнал логического нуля тем компаратором, напряжение на входе которого ниже, а именно компаратором 33. Это обеспечивает включение коммутирующего 6 и отключение вспомогательного 3 тиристоров трансформатора 9.

Устройство позволяет также питать нагрузку от количества источников, больше двух. В этом случае количество трансформаторов, мостовых выпрямителей, вспомогательных и коммутирующих тиристоров соответствует количеству источников, а количество реакторов связи - тр. Например, при подключении устройства к трем источникам количество трансформаторов, мостовых выпрямителей, вспомогательных и коммутирующих тиристоров, реакторов связи - по 3.

При переменной нагрузке возможен вариант исполнения устройства с конденсаторной батареей, ступени которой коммутируются в функции отклонения напряжения на нагрузке.

Формула изобретения

1. Устройство для переключения нагрузки, содержащее m-фазные мостовые выпрямители, объединенные аноды и катоды которых подключены соответственно к катодам и анодам вспомогательных тиристоров, аноды которых объединены, коммутирующий конденсатор, соединенный одной обкладкой с объединенными анодами вспомогательных тиристоров, первый коммутирующий тиристор, узел управления тиристорами, трансформаторы, концы вторичных обмоток которых присоединены к зажимам переменного тока m-фазных мостовых выпрямителей, первичные обмотки трансформаторов подключены к п независимым источникам переменного тока, резистор, один вывод которого соединен с анодом диода, катод которого объединен с анодом первого коммутирующего тиристора и одним зажимом реактора, другой зажим которого присоединен к другой обкладке конденсатора, узел управления тиристорами содержит блок датчиков напряжения, срабатывающих при достижении амплитуды напряжения источников требуемого уровня, входы которых подключены к началу и концу каждой фазы вторичных обмоток трансформаторов, а выходы - к входам блока логики, включающего в себя канал управления коммутирующим тиристором и п идентичных каналов управления вспомогательными тиристорами, каждый из п каналов управления вспомогательными тиристорами содержит одновиб- ратор, выход которого является выходом блока логики и через усилительный блок

0 включения тиристоров связан с управляющим электродом соответствующего вспомо- гательного тиристора, а вход одновибратора соединен с выходом элемента И-НЕ, один вход которого соединен с

5 соответствующим выходом блока датчика напряжений, канал управления коммутирующим тиристором, который через усилительный блок включения тиристоров связан с управляющим электродом коммутирующе0 го тиристора, последний канал выполнен в виде одновибратора формирования импульса включения коммутирующего тиристора, причем входы запуска по отрицательному фронту этих одновибраторов соединены с

5 выходами блока датчиков, отличающее с я тем, что, с целью повышения надежности электропитания, устройство снабжено дополнительными п-1 коммутирующими тиристорами, а начата вторичных обмоток

0 трансформаторов связаны пофазно через реакторы, средняя точка которых соединены с клеммами для подключения нагрузки, конденсаторной батареей и другим выводом резистора, катоды коммутирующих ти5 ристоров присоединены к катодам вспомогательных тиристоров, а аноды всех коммутирующих тиристоров объединены, блок логики включает в себя п-1 дополнительных каналов управления коммутирую0 щими тиристорами, выполненных в виде одновибраторов, выходы каналов управления всеми коммутирующими тиристорами связаны через усилительные блоки включения тиристоров с управляющими электрода5 ми коммутирующих тиристоров и с вторыми входами элементов И-НЕ соответствующего канала управления вспомогательного тиристора.

2. Устройство поп.1,отличающее0 с я тем, что блок датчиков напряжения содержит п трансформаторов, п мостовых выпрямителей и п компараторов, причем вторичные обмотки трансформаторов блока датчиков соединены с входами переменно5 го тока соответствующих выпрямительных мостов, аноды диодов всех выпрямительных мостов объединены и к ним подсоединен один из резисторов, соединенных по схеме п+1 лучевой звезды, другие п резисторы которой подключены к соответствующим катодам выпрямительных мостов и прямым входам компараторов уровня, инверсные входы которых соединены между собой и с узлом звезды резисторов.

3. Устройство по п.1, от л и ч а ю ще е- с я тем, что, с целью повышения качества напряжения при переменной нагрузке, конденсаторная батарея выполнена с регулируемой емкостью.

Сущность изобретения: устройство содержит трансформаторы по числу первичных независимых источников переменного тока. Начала вторичных обмоток трансфер маторов связаны друг с другом через дрос сели, средние точки обмоток которы: подключены к нагрузке. Концы вторичны: обмоток могут закорачиваться при помощь мостовых выпрямителей и группы тиристо ров. К нагрузке подключена также батаре; конденсаторов. При нормально работаю щих двух источниках переменного ток; включены параллельно оба трансформато ра, поскольку концы их вторичных обмото закорочены. Напряжение на нагрузке под держивается заданным посредством вклю чения определенного числа секцт конденсаторной батареи. При аварии в одном из источников питания нагрузка осуществляется от работающего источника. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. СП с

Н

W

11

12

фигА

фиг. 2