УСТРОЙСТВО для КОММУТАЦИИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1971 года по МПК G05B9/02 

Изобретение относится к области электротехники.

Известиые иереключатели для коммутации переменного иаиряжеиия в момент перехода через нуль содержат выполненные в виде соединения обмоток электромагнитных реле и диодов схему управления и схему коммутации.

Недостатком известных переключателей является то, что они имеют ограниченные функциоиальные возможности.

Цель изобретения - расширение фуикциональных возможностей устройства, т. е. обеспечеиие возможности иереключать иеремеииое напряжение, когда нагрузка с сетью соединена одним из способов «звезда-звезда без нулевого ировода, «звезда-треугольник или «треугольник - треугольник.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве нараллельно схеме управления подключены последовательно соединенные контакт электромагнитиого реле, диод и иервая обмотка первого электромагнитного реле, нараллельно двум обмоткам которого через соответствующие контакты подключены две соответствующие обмотки второго электромагнитиого реле.

На чертеже на фиг. 1 показана электрическая схема коммутации устройства; на фиг. 2 - схема уиравления; иа фиг. 3 и 4 -

эпюры наиряжеиий в характериых точках схемы.

Схема коммутации иредлагаемого устройства содержит три иараллельиые цеиочки, две из которых состоят, соответственно, из последовательно включенных диода 1 (2) и контакта 3 (4) одного реле схемы уиравления, зашунтированного контактом 5 (6) другого реле схемы управлеиия; диод 1 2 включены встречио; третья цепочка состоит из коитакта 7 иервого реле схемы уиравлення. Схема коммутации включается между сетью (клеммы 8-10) и иагрузкой 11-13 (либо 14-16).

Схема управления содержит реле 17-19 с двумя обмотками каждое, и их замыкающие контакты 20-22 (реле 19), 3, 4, 7 и 23 (реле 17}, 5, 6 и 24, 25 (реле 18); диоды 26-28, обесиечивающие иульсирующим током обмотки реле 17-19, и кноики 29-30 переключателя. Схема уиравления соединяется с сетью с помощью выводов 31-32. Реле 17-18, управляющие контактами 3-7 в схеме коммутации, обладают определенной задержкой

срабатывания и отиускания. Реле 19 служит для подключения реле 17-18 к сети и отключеиия их от нее в момент иерехода напряжеиия через иуль, что позволяет упростить схему задержки срабатываиия и отпускания реле

подключением конденсатора определенной емкости параллельно обмоткам реле 17-18.

I. В случае соединения нагрузки «звездой без нулевого провода устройство работает следующим образом.

Схема коммутации в этом случае включена между сетью 8-10 и нагрузкой 11-13. Пусть диод / включен так, что он открывается при положительной полуволне, а диод 2 - при отрицательной полуволне напряжения. Тогда линейные токи ii-/ю, И1)отекаюп1,не по коммутирующим цепочкам и нагрузке, в каждый момент времени равны алгебраической сумме токов,

i& ic i&, 10 +is, 9, 19 IB 9,8 + 4,10,

, s+tio, 9

где индексы токов в правой части уравнений указывают, между какими фазами протекает ток.

Если реле 17 схемы управления замыкает свои контакты 5, - и 7 в промежутке времени (фиг. 2, 3), когда диоды / и 2 сменяемы в обратном направлении (в этом промежутке

t/AO- и со t/AC О,t/AO- f/AB О И

t/co- во св СО), то их замыканне происходит в обесточенном COCTOHHIIII, т. е. в этом промежутке , 19 0, . С момента /а (,o, , ) диод 1 под действием напряжения смещается в прямом направлении, а диод 2 остается в запертом состоянии, поэтому

8 8, 10/9 0, ilO ll}, 8

ДО, момента /з. С момента 4 (, , ) под действием напряения UGB Uco-iJ-BoX) диоды Л 2 смещаются в прямом направлении, и до момента 4 сохраняются соотиощения

,10 + 8,9

, 8,

, 8Наконец, с момента 4 (, во (УСО, UBO.UAO) диод 2 смещается в прямом направлении, и теперь

4 is, 10 + 4, 9 , 8+t9, lOj , 8 + ЙО, 9Таким образом, с момента 4 все диоды для

сех действующих напряжений смещены в рямом направлении и нагрузка подключепа сети. Такое состояние диодов длится до моента 5- Поэтому, если в промежутке 4-4 амкнуть контакты 5 и 6, то состояние схемы е изменяется, а нагрузка окончательно вклюена и питается через коптакты 5 и 6.

Отключение нагрузки происходит в обратом порядке. Если в иромежутке времени

ПИЙ (в это время . ,

) разомкнуть контакты 5 и 6, то состоянне схемы не изменяется, а нагрузка получает питапие через диоды У, 2 и контакты 5 3,4 и 7.

В это время токи в ветвях равны

18 is, 10-|-4, 9; 9 9, 8 + 4, tlO, 8 + lU, 9.

Пачиная с момента t (Uco.AO, , ) диод / для напряжения UAC UAQ-f/co 0 смещается в обратном направлении, и до момента 4 токи

,9,

,8+4,10,

АО АО, 9Начииая с момента U (UCO.UAO, во 0 , ) диоды / и 2 для напряжения смещаются в обратном направлении; поэтому до момента 4 4 0, 19 la, 10д

, 9.

Начиная с момента 4 (, -i-co, ) диод 2 для напряженпя смещается в обратном на0 правлении, и до момента АО

, , .

5 Если в промежутке 4-АО ( , t/AO-f/BO , UCO-UBO ) размокнуть контакты 3, 4 и 7, то их размыкание происходит в обесточенном состоянии, а иагрузка отключена от сети.

0 П. В случае, когда нагрузка трехфазной сети соединена «треугольником, коммутация осуществляется следующим образом.

В этом случае схема коммутации включена между сетью 8-10 и нагрузкой 14-16. Линейные токи 4, 4, Ас в каждой из трех цепочек Б каждый момент времени равны алгебраической сумме двух токов:

, 9Н-t, 10, 14 9, , 10, АО АО, 8 +АО, 9,

где индексы у токов в правой части уравнения указывают, меледу какими фазами протекает ток.

5 Пусть диод 1 включен так, что он пропускает положительные полуволны, а диод 2 - отрицательные; тогда замыкание контактов 3, 4 Е 7 в промежутке времени А-4 (фиг. 3), когда диоды У и 2 смещеиы в обратном направлении, для всех действующих в этом промежутке напрял епий (t/AO- co f AC 0, , UCO-UBO CB G) происходит в обесточенном состоянии. С момента 4 (, , UBO

I CA UCO-UAO O смещается в прямом направлении, и до момента ts сохраняются соотношения

, 10.

4-0,

, 8С момента 4 (, , Cf/Ao) под действием напряжения f/BA t/Bo- А0 0 диоды / и 2 смещаются в прямом направлении, и до момента 4 выполняются соотношения

, 10+ 8, Р,

ig i9, 8,

, 8С момента U (, , во ) диод 2 смещается в прямом направлении для напряжения , в результате чего до момента ts выполняются соотношения

4 4, 10+4, 9,

, 8+4, f

Il0 ii0, 8+ilO, ПЕсли в промежутке замкнуть контакты 5 и 5, то состояние схемы ие нарушается, величины токов не изменяются, а нагрузка питается через контакты 5-7, т. е. полностью включена. Отключают нагрузку в обратном порядке, т. е. в промежутке размыкают контакты 5, 6, а Е промежутке 4-/ю-контакты 3, 4, 7.

Таким образом, для осуществления коммутации нагрузки, соединенной либо «звездой без нулевого провода, либо «треугольником, строго в момент перехода напряжения через нуль необходимо, чтобы контакты S, 4 Vi7 замыкались в промежутке , когда t/ло-

-:/CO f/AC 0, f/AO- ВО С/АВ 0, f/CO-

-LBO fcB 0, а контакты 5, 6 замыкались спустя полпериода в промежутке 4-4, когда

f/AO- f/CO t/AC О, (/АО- t/BO t/AB О, f/cO-

-f/BO f cB -0, a размыкание осуществлялось в обратном порядке, т. е. размыкание контактов 5-6 в промежутке U-ii, когда

t/AO- С/СО t/AC О,f/AO- Р,0 t/AB О,

t/co- во , а размыкание контактов 3, 4 и 7 - спустя нолпернода в промежутке 4-#10, когда {/АО-f co f AC 0, f/AO-f BO , Uco-Ьво С св 0. Такую последовательность включения и выключения получают с помощью предлагаемой схемы управления.

Поскольку к схеме управления может быть подключено как линейное, так и фазовое напряжения, а требования к срабатыванию и отпусканию реле схемы управления зависят от способа включения, то эти случаи нужно рассматривать отдельно.

При подключении к схеме управления линейного напряжения (разности между двумя любыми фазовыми напряжениями) математически линейное напряжение между фазами

А и в, А и с, в и с можно выразить следующим образом:

f/AB f AO-t/BO,(1)

UAG UAO-UCO,(2)

BC f/BO-f/CO(3)

или

UBA USO-UAO,(4)

UCA UCO-UAO,(5)

UCS UCO-UEO.(6)

Первый индекс в выражении, стоящем в левой части уравнений (1-6), означает фазу, к которой подключен вывод 31 (фиг. 2), а второй - фазу, к которой подключен вывод 32.

Таким образом, к схеме управления можно подключить линейное напрянсение шестью различными снособами, три из которых (1), (2), (3) отличаются от трех других (4), (5),

(6) только подключением выводов 31 и 32.

Для удобства рассуждений и наглядности, нспользуя графики фазового напряжения (фиг. 3), строят графики линейного напряжения (фиг. 4) следующим образом.

Для каждого момента времени t{, 4, 4.-(фиг. 3) находят разность напряжений между фазами по уравнениям (1) - (6).

Для этих моментов времени на прямых, параллельных оси ординат и проходящих соответственно через точки ti, fz, tz..., на оси абсцнсс откладывают величины линейных напряжений. Соединив найденные точки получают зависимость линейного напряжения от времени.

Если к схеме управления подключено напряжение f/AB (UcB, UCA), то реле 17-18 должны обладать задержкой срабатывания и отпускания не более одной шестой (не менее одной шестой и не более трети, не менее трети и не более половины, соответственно) периода переменного тока.

В случае подключения к схеме управления напряжения (/ВА (во, f/Ac) требования к реле 17 и 18 остаются теми же, что и при подключении С/АВ ((/ев, UCA), с той разницей, что диоды 26-28 или диоды / и 2 должны быть включены в направлении обратном по сравнению с показанным на фиг. 1 и 2. Пусть к схеме управления подключено напряжение (/ев (фиг. 4), тогда переключатель работает следующим образом.

При нажатии на кнопку 29 (фиг. 2) в положительный полупериод возбуждается пусковая обмотка реле 19, которое срабатывает и

замыкает свои контакты 20-22. Замыкание контакта 20 обеспечивает протекание через пусковую обмотку реле 19 положительных полуволн тока, когда кнопка 29 разомкнута. В следующий отрицательный полупериод

током через контакт 21 и диод 28 возбуждается пусковая обмотка реле 17, а через кнопку 30 и свою рабочую обмотку получает самопитание реле 19. Так как реле 17 обладает задержкой срабатывания не менее одной шеты 3, 4, 7 и 23 замыкаются в промежутке времени ti-tz, что соответствует запертому состоянию диодов I, 2.

В следующий положительный полупериод через контакт 23 и диод 27 получает самопитание реле 17, а через контакт 22 возбуждается пусковая обмотка реле 18. Последнее имеет задержку срабатывания не меиее одной шестой и ие более трети периода, поэтому его контакты 5, б и 24, 25 замыкаются в промежутке f.i-/5, когда диоды /, 2 смещены в прямом направлении и нагрузка //-13 или 14-16 переходит иа питание через контакты 5, 6.

В следующий отрицательный полупериод, реле 18 получает самопитание через свой коитакт 25. Переключатель включен.

Отключение происходит в обратном порядке.

При нажатии па кнопку 30 в отрицательный полупериод рабочая обмотка реле 19 обесточивается и контакты 20-22 размыкаются. В реультате, начиная со следующего положительного полупериода, пусковая обмотка реле 18 отключена от сети, и реле 18, обладая задержкой отпускания не менее одной шестой и не более одной третьей периода, размыкает свои контакты 5, & и 24, 25 в промежутке U-ti (фиг. 4), что соответствует времени, когда диоды /, 2 смещены в прямом направлении, и нагрузка //-13 или 14-16 переходит на питание через диоды /, 2 и контакты 3, 4, 7.

В следующий отрицательный полупериод реле 18 не срабатывает, а пусковая обмотка реле /7 отключена от сети вследствие того, что контакт 21 реле 19 разомкнут. Так как реле 17 обладает задержкой отпускания не менее одной щестой и не более трети периода, то контакты 3, 4, 7 и 23 размыкаются в промежутке времени , когда диоды /-3 смещены в обратном направлении.

В следующем положительном полупериоде реле 17 сработать не может, так как контакт 23 разомкнут. Переключатель выключен.

Подключение к схеме управления фазового напряжения возможно, если сеть имеет нулевой провод. Включение схемы управления можно осуществить шестью способами, три из которых отличаются от трех других только подключением выводов 31 и 32.

Действительно, если вывод 32 соединен с нулем сети, а вывод 31 соединен с фазой 8, 9 или 10, то схема управления включена в фазу С, либо в фазу В, либо в фазу А, соответственно кривым Uco, LBO, (фиг. 3), а если вывод 31 соединен с «нулем сети, а вывод 32 либо с 8, либо с 9, либо 10, то схема управления включена либо в фазу С, либо в «минус - В, либо в - А, но в этом случае

необходимо использовать кривые t/oc (-ов. t/пл).

Если к схеме управления подключено напряжение f/co (i/OB, .), то реле 17 и 18 должны обладать задержкой срабатывания и

отпускания не менее четверти и не более ияти двенадцатых периода переменного тока (не менее одной двенадцатой и не более четверти периода, не менее ияти двенадцатых и не более половипы периода, соответственпо).

При подключении к схеме управления напряжения UQC, (,, и,о) требоваиия к срабатыванию и отпускаи1по остаются темп же, что и при подключении f/ro (Ьов, Uci.), с той разницей, что диоды 26-28, либо диоды /, 2

следует включить в иаправлении, обратном, чем на фиг. 1 и 2.

Работа переключателя при подключении к схеме управления фазового напряжения аналогична его работе при подключении линейного напряжения; в этом случае вместо кривых (фиг. 4) следует пользоваться кривыми (фиг. 3).

Предмет изобретения

Устройство для коммутации переменного напряжения в момент перехода напряжения через нуль, содержащее параллельно соединенные схему управления, выполненную в виде двух параллельных соединений обмоток

электромагнитных реле, контактов этих реле и диодов, и схему коммутации, выполненную в виде последовательного соединения диода и контакта электромагнитного реле, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей устройства, в нем параллельно схеме управления подключены последовательно соедиттенные контакт электромагнитного реле, диод и первая обмотка одного электромагиитного реле, параллельно двум

обмоткам которого через соответствующие контакты подключены две соответствующие обмотки другого электромагнитного реле.

се Й5 UAC

N