Бесконтактный переключатель двух -фазных сетей переменного тока Советский патент 1976 года по МПК H02J9/06 H03K17/41 

1

Изобретение относится к низковольтным электрическим аппаратам, выполненным на базе силовой полупроводниковой техники, а именно к быстродействующим автоматическим переключателям на силовых тиристорах, выполняющим функции переключения питания на резервную сеть при снижении питания в основной сети ниже уставки на переключение.

Бесконтактные быстродействующие переключатели предназначены для электроснабжения таких потребителей, как вычислительные системы, системы регулирования котлов, системы контрольно-измерительных приборов, системы автоматического управления сложными техиологическими процессами и т. д., где некоторые элементы (например ЭВМ) не допускают перерыва питания более периода питающего напряжения из-за необратимых изменений.

Известны бесконтактные переключатели в системах бесперебойного питания, использующие силовые управляемые полупроводниковые приборы.

Один из известных переключателей содерЖит тиристоры в качестве коммутирующих элементов с системой управления, состоящей из блока контроля, входы которого подключены на напряжения обеих сетей, а выходы - к двум Входам блока с двумя устойчивыми состояниями, два выхода которых соединены

с входами двух выходных блоков; два других входа выходных блоков подключены на напрял ение соответствующей сети и к трансформаторам тока, расположенным в цепи потребителя, причем сигналы управления каждым тиристором формируются в интервале совпадения напряжения сети и тока потребителя в полярности, соответствующей схемной полярности тиристора. Однако такой переключатель не обеспечивает надежную работу в режиме переключения, так как ток может прекратиться ранее, чем произойдет совпадение тока потребителя и напряжения подключаемой сети в полярности, соответствующей схемной полярности тиристора (все зависит от разности фаз тока потребителя и напряжения подключаемой сети). Следовательно, работоспособность обеспечивается только для двух сетей с определенным сдвигом фаз, т. е. синхронизированных.

В другом известном переключателе переключение потребителя осуществляется с помощью тиристоров, но в качестве резервного источника напряжения используется аккумуляторная батарея, постоянное напряжение которой преобразуется в переменное синусоидальное с помощью инвертора, причем выходное напряжение инвертора синхронизируется с напряжением основного источника питания (генератором). Напряжения основной

и резервной сети в режиме переключения должны быть синхронизированы, что сравнительно легко достигается при использовании в качестве резервного источника аккумуляторной батареи (как онисано выше). Однако применение аккумуляторной батареи дает возможность резервировать электропитание на небольшой промежуток времени (особенно при больших номинальных токах нагрузки), что уменьшает надежность электроснабжения ответственных потребителей. Для судовых электроустановок, как правило, применяют два независимых генератора. Следовательно, для полученпя синхронизнрованных напряжений необходимо нрнменить трансформатор, выпрямитель и инвертор, что ведет к значительному усложнению системы резервирования в целом и, следовательно, к уменьшению надежностн работы.

Из известных тиристорных переключателей наиболее близким по технической суш,ности к предлагаемому является переключатель с естественной коммутацией тиристоров. Он содержит силовую часть, состояшую из тиристоров, включенных встречно-параллельно в фазах обеих сетей, реле минимального псреMeHHOio нанряжения в каждоГ сети, подключенное к фазам соответству1ош,ей сети, логическую схему, входы которой подключеиы к выходам реле минимального переменного папряжения, а выходы - к входам блока управления силовыми тиристорами каждой сети, выходы которых нодключены к соответствуюшим управляющим электродам силовых тиристоров, компенсирующую емкость, обеспечивающую опережающий фазовый сдвиг тока при любой нагрузке. Время нереключения данного нереключателя -- нериода на8

нряжения сети. Однако время переключения является лищь одним из основных параметров переключателя. Существенную роль при создании довольно дорогостоящих тиристорных устройств играют такие параметры, как надежность устройства, его габариты и вес. В указанном выше переключателе необходимо, чтобы резервная сеть была синхронизирована по фазе с основной сетью, т. е. при наличии двух независимых источников переменного напряжения. Такое решение вопроса ведет к применению дополнительного трансформатора, вынрямителя, инвертора и компенсирующего конденсатора, что в сумме ведет к увелнченню габаритов п веса в несколько раз и значительному снижению надежности системы резервирования в целом.

Цель изобретения - повышение надежности переключателя за счет обеспечения минимального времени переключения.

Это достигается тем, что предлагаемый переключатель дополнительно снабжен п датчиками нуля тока, входы которых нодключены к выходам переключателя, а выходы - к т входам логической схемы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого нереключателя; на фиг. 2- временные графики работы переключателя в режиме переключения с основной сети на резервную в результате снижения напряжения основной сети ниже уставки на переключение.

Переключатель содержит силовую часть, состоящую из тиристоров, включенных встречно-нараллельно в фазах обеих сетей, реле минимального напряжения 1 в каждой сети, логическую схему 2, блок уиравления 3 силовыми тиристорами каждой сети, т датчиков 4 нуля тока.

Переключатель работает следующим образом.

Нанряжения фаз обеих сетей контролируются реле минимального напряжения 1, которые выдают сигиалы логической «1 (сигиалу логической «1 соответствует высокий потенциал) или логического «О (сигналу логического «О соответствует нулевой потенциал) в зависи.мости от величины коитролируемого нанряжепия. Снгналы с выходов реле поступают lia (т-|-1), (m-f2) входы логической схемы 2, осупествляющей в зависимости от входпых сигналов нзбирательпую выдачу сигнала ло пческой «1 па одном из своих выходов. Датчики 4 }1уля тока имеют выходную релейную характеристику и формируют сигнал логического «О ири наличии тока или логической -: ири отсутствии тока в цепи нагрузки.

Сигналы с выходов датчиков нуля подаются па /п входов логической схемы.

Процесс переключения иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2, нри работе переключателя на активную трехфазную нагрузку с зазе.мленной нейтралью и симметричным снижением напряжения во всех фазах сети. На фиг. 2 приняты следующие условные обозначения: ten - момент снижения контролируемого напряжения;

рсаг - премя реагнрования реле минимального напряжения на снижение контролируемого нанряжения;

Aiep - полное время переключения питания с основной сетн на резервную.

В исходном состоянии нагрузка подключена к основной сети. В момент происходит снижение напряжения, вызванное, например, коротким замыканием в соседней нагрузке. Через время /реаг на выходе реле минимального напря кения основной сети появляется сигнал логического «О, меняется сигнал на выходе 1 логической схемы, сни.маютея сигналы с управляющих электродов силовых тиристоров основной сети и по мере естественного выключения этих тиристоров на выходах датчиков нуля тока образуются сигналы логической «1. На выходе 2 логической схемы сигнал логической «1 появится только тогда, когда произойдет выключение всех тиристоров основной сети, т. е. когда ток во всех фазах нагрузки станет равным нулю.

При переключении питающего напряжения с основной сети на резервную сигнал на включение тиристоров резервной сети подается лишь при равенстве нулю токов во всех фазах нагрузки, что исключает межсетевое короткое замыкание и значительно повышает надежность работы переключателя за счет обеспечения минимального времени переключения.

Аналогичным образом происходит работа при любом соединении нагрузки с любым cos ф. В общем случае может происходить несимметричное снижение напряжения в фазах сети, при этом реле минимального напряжения выдает сигнал по напряжению той фазы, где произошло снижение ниже уставки на переключение.

Таким образом, предлагаемый переключатель имеет высокую надежность работы при минимально возможном времени переключения потребителя с одного независимого генератора переменного напряжения на другой для переключателей с естественной коммутацией тиристоров, при это.ч предлагаемый переключатель не п.меет компенсирующей емкости (обладающей большими габаритами для токов нагрузки более 25 А) и не требует применения дополнительных устройств (таких, как трансформатор, выпрямитель, инвертор).

Применение предлагаемого переключателя в системах бесперебойного питания дает возможность обеспечить надежное электроснабжение ответственных потребителей, допускающих перерыв в электроснабжении не более одного периода питающего напряжения.

Формула изобретения

Бесконтактный переключатель двух т-фазных сетей переменного тока, содержащий силовую часть, состоящую из тиристоров, включенных встречно-параллельно в фазах обеих сетей, реле минимального переменного напряжения в каждой сети, подключенное к фазам соответствующей сети, логическую схему, входы которой подключены к выходам реле минимального переменного напряжения, а выходы - к входам блока управления силовыми

тиристорами каждой сети, выходы которых подключены к соответствующим управляющим электродам силовых тиристоров, отличающийся тем, что, с целью Повышения падежности работы переключателя за счет

обеспечения минимального времени переключения, он дополпительпо снабжен т датчиками нуля тока, входы которых подключены к выходам переключателя, а выходы-к т входам указанной логической схемы.

43 Ь

Фф

Резервная

сети

Л нагр/jjKP Фиг.-l

и t

осноЪнои сети

и

реьерВнои сети

дыл.реле{ осн. сети

дык рели рез сети

Вы1. / пог сх

дых 2 лог сх

Вм датч. тока ф. А

&ЫХ ватч. ф д

дыг. . токе

Г