Изобретение касается низковольтных электрически.х аииаратов.
Известны выключатели т-фазной нагрузки переменного тока, содержащие в каждой фазе основной тиристор с датчиком тока в СИЛОВОЙ цеии, с формирователем импульсов и оконечным формирователем сигналов в схеме управления, иараллельно силовой цепи которого иодключена последовательная цепь: д.ополнительный тиристор - коммут1ирующий конденсатор. Однако такие выключатели не обеспечивают достаточно надежной рабогы при отключении коротких замыканий в цепи нагрузки, особенно в мощных системах.
Кроме того, в известных выключателях , управляющне импульсы на основные тиристоры подаются одновременно на оба тиристора, что отрицательно сказывается на работе тиристора, который в данный полупериод тока находится под обратным напряжением, а также снижает надежность выключателя в целом. Подача имлульеов управления одновременно на оба тиристора приводит к увеличенню мощности источника питания цепи управления.
Описываемый выключатель отличается тем, что в каждую фазу его введена последовательная цепь диод - резистор, по.т;ключенная параллельно дополнительному тиристору, катод которого соединен с анодом упомянутого диода, и вторая последовательная цепь, состоящая из диода, резистора и обмотки трансфорл атора тока силовой цеии основного TiipiiCTopa, подключенная параллельно коммутирующему конденсатору, общая точка которого с катодом дополнительного тиристора соединена с анодом диода второй последовательной цепи. Выключатель снабжен также схемой разделения управляющих импульсов, к ОДНОМ} из входов которой подключен выход фop iиpoвaтeля импульсов, к другому входу- выход датчика тока силовой цеии, управляюидего формирователем импульсов, а выходы схемы разделения подключены ко входам оконечных формирователей сигналов правления основных тиристоров. Схема разделения управляющих импульсов выполнена в виде двух накопительных цепей резистор-коиденсатор, общая точка конденсаторов которых подключена к выходной обмотке формпровате 1я импульсов, а резисторы через диоды подключены к выходу тока силовой цепи, например к обмоткам трансформатора тока, причем общая точка реЗИстора и конденсато,ра каждой накопительной цепи через диод подключена к входу упомянутого оконечного формирователя сигнала управления.
быстродействующего отключения одного из основных тиристоров; на фит. 3 - схема одной фазы выключателя с устройством управ ления; на фиг. 4 - нринциииальная схема датчика и схема разделения управляющих сигналов; на фнг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства управления.
Основные тиристоры Т1-Т6 включены попарно встречно параллельно для обеспечения проводимости в каждый полупериод и играют роль управляемых контактов выключателя. Тиристоры работают на трехфазную нагруз У Для отключения короткого замыкания в нагрузке в любой момент времени необходимо обеспечить отключение любого из основных 1иристоров, проводящего в данньи момент времени, что требует шести отдельных устройств отключения (по числу фаз нагрузки)В выключенном состоянии выключателя один из основных тиристоров Т1 и дополнительный тиристор Т7 заперты, так каж на их управляющие электроды не подаются соответствующие управляющие сигналы. Коммутирующий конденсатор Ct через ограничивающий резистор , зарядный диод Д1 и сопротивление фазы нагрузки 2щ, заряжаются от фазного папряжепия t/ф до напряжения f/3 с полярностью, показанной на фиг. 2. При этом необходимая полярность заряда обеспечивается диодом Д1, который пропускает только отрицательную полуволну 6ф.
Резистор R1 служит для ограничения зарядного тока через конденсатор до допустимого тока диода Д1, и при соответствующем выборе диода может быть выбран достаточно малым, что обеспечивает быстрый заряд конденсатора.
В ряде случаев, когда необходимо ограничить напряжение t/з, последовательно с реви;стором R1 может быть введен стабилитрон (или цепочка стабилитронов), напряжение стабилизации которого выбирают исходя из желаемой величины t/з и величины общем случае нагрузка может не имегь общей точки с нейтралью сети. При этом заряд конденсаторов происходит аналогичным образом с тем отличием, что линейное напряжение (Ус прикладывается через ограничивающие резисторы, зарядные диоды и сопротивления нагрузки к тем конденсаторам, для которых в данный момент зарядные диоды находятся в проводящем состоянии. В связи с разбросом сопротивлений утечек конденсаторов для выравнивания напряжения на них параллельно каждому конденсатору включается резистор R2. По окончании заряд-т конденсатора ток через нагрузку (в каждой фазе) определяется только разрядом конденсатора С1 через резистор R2 в тот полупе.риод, когда диод Д/ заперт. Величина R2 достаточно велика, поэтому током через нагрузку в установившемся режиме можно практически пренебречь, т. е. устройство потребляет ток только для первоначального заряда и обладает высокой экономичностью. Для выключателей с принудительным охлаждением (на токи свыше бЗа) целесообразно
электродвигатель вентилятора ЭД подключить на выход выключателя- В этом случае даже при отсутствии нагрузки 2„ ее роль выполняют статорные обмотки электродвигателя ЭД, обеспечивая тем самым независимый заряд коммутирующих конденсаторов во всех фазах выключателя.
После выключения основного тиристора Т подзаряд конденсатора С1 осуществляется от трансформатора тока ТТ1, вторичная обмотка которого через резистор R3 и диод Д2 подключена параллельно конденсатору С1. В связи с тем, что трансформатор тока работает на сравнительно большое сопротивление R2 и заряженный конденсатор СУ, он может быть выполнен маломощным с небольшим сечением сердечника. При возникновении короткого замыкания схема защиты подает сигнал управления на управляющий электрод тиристора Т7. Тиристор Т7 открывается, подключая к основному тиристору Т коммутирующий конденсатор С/. Так как напряжение i/з конденсатора С является запирающим для тиристора Т1, то он закрывается, отключая тем самым выключатель.
Тиристор Т7 выключается после того, как ток перезаряда конденсатора С/ станет меньше тока удержания Т7. Разряд конденсатора после запирания тиристора Т7 происходит пеg рез резистор R2, а также через диод Д2, резистор R3 и обмотку ТТ1.
Аналогичным образом работают схемы отключения тиристоров Т2-Т6. Устройства защиты тиристоров от перенапряжений могут
быть предусмотрены в общей схеме выключателя.
Для включения выключателя необходимо подать сигнал управления на управляющие электроды основных тиристоров Т -Т65На управляющие электроды Т1, Т2 (си.
фиг. 3) подаются ситналы управления с оконечных формирователей сигнала ФСУ1 и ФСУ2 соответственно, выполненных по схеме интегрирующего блокинг-генератора. Эта схема обеспечивает получение достаточно мощного илшульса с необходимой длительностью. Оконечные формирователи запускаются импульсами, поступающими со схемы разделения СР, которая управляется датчиком Д.
5 Датчик Д одновременно управляет и формирователем импульсов ФИ, который выполнен по схеме блокинг-генератора с эмиттерным конденсатором. При подаче извне управляющего смещения f/см и отсутствии тока /н
0 (цепь нагрузки разомкнута) блокинг-генератор работает в автоколебательном режиме. При этом импульсы с выхода ФИ поступают на схему разделения СР и далее одновременно на ФСУ1 и ФСУ2, так как в этом случае датчик- Д не работает н не управляет схемой
чается тот .из тиристоров Т, Т2, для которого напряжение сети в данный момент имеет ирямую полярность. Для надежного первоначального включения частота автоколебательного режима блокинг-генератора должна быт: выбрана достаточно большой по сравнению с частотой сети. После включения основного тиристора начинает проходить ток нагрузки и датчик Д запирает блокинг-генератор, переводя его в ждущий режим работы. Одновременно начинает работать схема разделения СР. В момент естественного снижения тока до нуля вновь отпирается блокинг-генератор ФИ, одна-ко импульс его, поступая на СР, .проходит далее на оконечный формирователь только того из тиристоров (Т1, Т2), который должен включаться в наступающий полупериод- Оперативное выключение выключателя достигается снятием управляющего смещенг1я t/cM со входа ФИ. При этом происходит естественная коммутация выключателя в момент .перехода тока через нуль, так как блокинггенератор ФИ заперт и не выдает импульсов. При аварийном выключении также сннмаегся управляющее смещение с ФИ, а в случае короткого замыкания нагрузки начинают работать схемы принудительной коммутаци:. как было описано выше.
Датчик Д состоит из трансформатора тока ТТ2 (см. фиг. 4) с двумя одинаковыми обмотками W1 и W2. Нагрузкой трансформатора тока являются резисторы R4, R5 и базовая обмотка блокинг-генератора WBL С помощью диодов ДЗ, Д4 осуществляется двухполупериодное выпрямление сигнала, снимаемого с трансформатора тока ГТ2. Стабилитрон Д5 ограничивает напряжение в точке 4 до допустимой величины при больших токах нагрузки, обеспечивая также ненасыщенный режим трансформатора тока (диаграмма напряжения в точке Л представлена на фиг. 5,а). Блокинг-генератор ФИ выдает импульс в момент снижения напряжения в точке А ниже потенциала U,,. определяемого соотнощением величин R4 R5, величиной t/си, а также параметрами трансформатора тока и величиной тока выключателя. Этот порог может быгь достаточно низким при надлежащем выборе параметров схемы. Сердечник трансформатора тока должен быть изготовлен из материала с малым значением коэрцитивной силы и -остаточной иядукции. Параметры обмоток W1, W2 выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточную крутизну нарастания напряжения в точке А с тем, чтобы опережение включения блокинг-генератора по отношению к моменту перехода тока через нуль было бы минимальным.
Схема разделения СР состоит из двух идентичных накопительных цепочек. Конденсаторы С2, С2 заря1жаются соответственно через диоды Д6, Д6 и резисторы R6, R6 от трансформатора тока ТТ2 в соответствующие полупериоды. К точке С подключена нагрузочная обмотка WB2 блокинг-генератора ФИ. Диод Д8, включенный параллельно обмотке WB2, срезает положительные выбросы импульсов блокинг-генератора и щунтирует обмотку Wb2 во время заряда конденсаторов С2, С2. Постоянную времени заряда конденсаторов выбирают достаточно малой (до i мсек). После за.ряда каждый из конденсаторов в течение следующего полупериода (когда соот1ветствующ1 Й из диодов Д6, Д6 заперт обратным для него на1пря.жением на обмотке трансформатора тока) разряжается только через резисторы R7, R7. Постоянная разряда выбрана таким образом, чтобы полный разряд конденсатора происходил за период напряжения сети (т. е. порядка 5-6 мсек .при /-.50 гц). Поэтому в момент перехода тока через пуль во время следующего полупериода напряжения на разряжающемся конденсаторе достаточно для запирания соответствующего из диодов Д7, Д7 в момент выдачи импульса блокинг-генератором ФИ.
Следовательно, импульс блокинг-генератора ФИ пройдет через второе плечо схемы разделения, в котором конденсатор уже успел разрядиться, и поступит только на один из формирователей ФСУ1, ФСУ2. Полярность включения трансформатора тока выбирают такой, чтобы импульс проходил на нужный формирователь- Импульс запуска вызывает срабатывание блокинг-генератора ФСУ, при этом на выходе ФСУ образуется импульс достаточной длительности и мощности для включения основного тиристора (временные диаграммы соответствующих сигналов представлены на фшг. 5,6, 5,в, 5,г).
В первоначальный момент (или если нагрузка отключена, а управляющее смещение подано) оба конденсатора С2, С2 разряжены, т. е. тиристоры Т, Т2 заперты, ток через выключатель не проходит. Поэтому импульсы блокинг-генератора ФИ, работающего в этом случае в автоколебательном режиме, проходят на оба оконечных формирователя, осуществляя тем самым первоначальное выключение выключателя.
В случае / 7-фазных выключателей применяются т аналогичных устройств управления. При этом следует произвести синхронизацию автоколебательного режима ФИ во всех фазах, выбрав в качестве задающего любой из б.токинг-генераторов ФИ.
Предмет изобретения
1. Выключатель каждой фазы ш-фазной нагрузки переменного тока, содержащий основной тиристор с датчиком тока в спловой цепи, с формирователем импульсов и оконечным формирователем сигналов в схеме управления, параллельно силовой цепи которого подключена последовательная цепь дополнительный тиристор - коммутирующий конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы при коротком замыкании цепи нагрузки, в него введена последовательная цепь диод-резистор, подключенная параллельно дополнительному тиристору, катод которого соединен с анодом упомянутого диода, и вторая последовательная .цепь, состоящая .из диода, резистора и обмотки трансформатора тока силовой цепи основного тиристора, подключенная параллельно коммутирующему конденсатору, общая точка которого с катодом дополнительного тиристора соединена с анодом диода второй последовательной цепи.
2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения подачи одного управляющего импульса в течение периода изменения тока на каждый из основных тиристоров в момент перехода тока через нуль, он снабжен схемой разделения управляющих импульсов, к одному из входов которой подключен выход формирователя импульсов, к. другому входу - выход датчика тока силовой цепи, управляющего формирователем импульсов, а выходы схемы разделения иодключены ко входа-м оконечных формирователей сигналов управления основных тиристоров.
3. Выключатель по пп. I и 2, отличающийся тем, что схема разделения управляющих, импульсов выполнена в виде двух накопительных цепей резистор-конденсатор, общая точка конденсаторов которых подключена к выходной обмотке формирователя импульсов, а резисторы через диоды подключены к выходу датчика тока силовой цепи, например к. обмоткам трансформатора тока, причем общая точка резистора и конденсатора каждой накопительной цепи через диод подключена, ко входу упомянутого оконечного формирователя сигнала управления.
с
и,
и см I
гг1
.
Ш2
.J
