Устройство для коммутации в энергосистемах переменного тока Советский патент 1981 года по МПК H01H9/56 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для коммуташш различных потребителей в энергосистемах переменного тока. Известно устройство коммутации, содержащее параллельно соед1шенные конта ты электромеханического коммутатора и полупроводниковый коммутатор . Недостатком указанного устройства является относительно высокое внутреннее сопротивленне полупроводникового коммутатора, что гфиводкт к потерям и снижению КПД всего устройства. . . Наиболее близким по тех1л1ческой сущности к предлагаетлому изобретению 5юпяется устройство коммутации перетлен кого тока, содержащее командный элален включенный между источником напряжеяи управления и обмоткой электромеханического коммутатора, датчик напряжения сети перемо1Ного тока, логический элемент И, а также последовательно соединенные с нагрузкой и включенные в параллельные цепи замьясаншие контакты электромеханического jsoMMyTaTopa и попупроводшЕковый коммутатор, к управ- лдаощему электроду которого подключены последовательно соединенные выпрямитель и дифференцирукддая цепочка 2 . Это устройство обеспечивает безыскровую и безьиерционную коммуташоо нагрузит. Но при коммутатхии нагрузок, мощность которых соизмерима с мощностью источника электроэнергии, в сети возникают колебан1Ю амплитуды напряжения. Цель изобретения - уменьшение колебаний напряжения сети при коммуташш нагрузки, мощность которой соизмерима с мощностью источника напряжения управления. Цель достигается тем, что в устрой-, ство введены датчик тока, формирователь пилообразного на1фяжеш1Я, генератор пилообразного напряжения с входным и выходным ключами, логические элементы НЕ и ИЛИ, ключ цепи обмотки, пепь задержки и компаратора, датчик тока в цепь замьтакяцих контактов электро38механического коммутатора, выход комму татора подключен к дифференцирующей це почке, один из егчэ входов через формиро ватель. пилообразного напряжения подключ к выходу датчика напряжения, а другой его вход через последовательно соединенные выходной ключ, генератор пилообразного напряжения и входной ключ к источнику напряжения управления, к которому через ключ цепи обмотки подсоединена обмотка электромеханического коммутатора, причем управл51ю11Шй вход выходного ключа подключен к выходу логического элемента И, управляющий вход входного ключа - к выходу логического элемента ИЛИ, один из управляющих входов ключа цепи обмотки подключен к цепи задержки, другой - к выходу логического элемента НЕ, одни из входов указанных логических элементов подключены к выходу командного элемента, а другие входы,.логических элементов И и ИЛИ - к выходу датчика тока. На фиг. 1 изображена блок-схема. устройства коммутации; на- фиг. 2 - диаграмма, поясняющая его работу. Устройство содержит включенные последовательно с нагрузкой 1 и параллель но соединенные между собой замыкающий контакт 2 электромеханического коммутатора н пол тгроводниковый коммутатор 3 {например, симистор), датчик тока 4, включенный в цепь замыкающего контакт 2 электромеханического коммутатора, ком паратора 5, выход которого подключен через последовательно соединенные дифференцирующую цепочку 6 и выпрямитель 7 к управляющему электроду полупроводникового коммутатора, один из входов - через формирователь 8 пилообразного напряжения - к выходу датчика 9 напряжения, а другой через последовательно соединенные входной ключ Ю, генератор 11 пилообразного напряжения и выходной ключ 12 - к источнику 13 напряжения управления, к которому через ключ t4 цепи обмотки подсоединена обмотка 15 электромеханического коммутатора, приче к цепям управления входного ключа Ю подсоединен выход логического элемента И 16, к цеш| управления выходного ключа 12 - выход логического элемента ИЛ 17, к цепям управления электронного ключа цепи обмотки - параллельно соединенные логический элемент НЕ 18 и цеп 19 задержки. Входы указанных догически элементов соединены с выходом командНО1Ю эл© 1ента 2О, вход которого подклю чен к источнику напряжения управления. 4 а другие входы элементов И и ИЛИ соединены с выходом датчика тока. В качестве командного элемент/ могут быть использованы ключ, кнопка, релейный датчик и т.д. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии система обесточена, к устройству приложена переменное напряжение, сигнал на выходе командного элемента 2О и датчика 4 тока отсутствует, входной ключ Ю замкнут, а выходной ключ 12 и ключ 14 цепи обмотки разомкнуты. Уровень напряжения генератора 11 ниже уровня формирователя 8. При необходимости включения нагрузки I на выходе командного элемента 2О появляется постоянный сигнал, который поступает на входы элемента И 16, ИЛИ 17, НЕ 18 ив цепи 19 задержки. Затем включается выходной ключ 12 и готовится цепь выключения входного ключа 1О. После замыкания выходного электронного ключа 12 генератор 11 пилообразного напряжения начинает вырабатывать медленно нарастающее пилообразное напряжение, которое через входной ключ Ю поступает на один из входов компаратора 5. На другой вход компаратора поступает пилообразное напряжение с формирователя 8 пилообразного напряжен ния. Синхронизация развертки напряжения формирователя 8 с напряже|шем питающей сети осуществляется с помощью датчика 9 напряжения, фиксирующего момент прохождения через нулевое значение напряжения сети. Компаратор 5 сравнивает два сигнала и в момент их равенства формирует на выходе импульс напряжения, длительность которого определяется отношением амплитуд напряжений указанных входных сигналов. Дифференцирующая цепочка 6 формирует импульсы, соответствующие переднему и заднему фронтам выходного прямоугольного напряжения компаратора 5, а вьшрямитель 7 пропускает импульсы, соответствующие переднему фронту выходного напряжения, которые поступают на управляющий электрод полу- проводникового коммутатора 3. В результате происходит плавное изменение угла его открытия .от ТС до О, а следовательно такое же изменение действующего напряжения на нагрузке от нуля до номинального. Через некоторое время, определяемое цепью 19 задержки, после полного открытия полупроводникового коммутатора 3, з 1Мьшается ключ 14 цепи об- МОТКИ И подается дапряж@(ше на обмотку 15 электромеханического коммутатора, в результате чего замыкается замый:ак щий контакт 2 к в его цепи появляется ток, фиксируемый датчиком тока 4. Сигнал с датчика тока поступает на элементы И 16 и ИЛИ 17, Бслеяствне чего входной ключ Ю размыкается и подтверждается замкнутое cocTosnffle выходного ключа 12. В результате с полупроводникового коммутатора 3 снимается управляющий сигнал. При отключений постояшлгй сигнал с вьоюда командного элемента 20 снимается, через элемент НЕ 18 подается сигнал на размыкание ключа 14 цепи обмотки и через элемент ,И 16 подается сигнал на замыкание вход кого ключа Ю, при этом на управляющий электрод полупроводншсового коммутатора 3 поступают управляющие импульсы и открывают последний. После размыкания замыкающего контакта 2 электромеханического коммутатора датчик тока 4 снимает сигнал с элементов И 16 и ИЛИ 17 в результате размыкается выходной ключ 12 и генератор 11 пилообразного напряжения вьфабатывает спадающее нагфяясе- ние, которое через замкнутый ключ Ю поступает на компаратор 5, где оно срав нивается с напряжением форл1фователя 8 пилообразного напряжения. В результате угол открытия полупроводникового коммутатора 3 изменяется от нуля до 72 , а следовательно, изменяется действующее значение напряжения нагрузки от номинального до нуля. На фиг. 2 изображена диаграмма напряжений при включении (а) и отключении (б) нагрузки. На диаграмме показано напряжение сети переменного тока УС напряжение формирователя пилообразного напряжа1ия Уфрц и генератора хшпообразного напряжения U,-f, {выходное напряжение компаратора U ; управляющее напряжение полупроводникового коммутатора Uy ; напряжение нагрузки (при активном характере нагрузки) Uj . Таким образом, устройство коммутапи переменного тока позволяет при включени плавно изменять напряжение на нагрузке от нуля до номинального и при выкпюче ;НИИ - от номинального до нуля, что позволяет уменьшить провалы напряжения при набросе нагрузки и всплески напряжения сети при сбросе нагрузки. При это масса и габариты полупроводникового ком мутатора относительно малы, так как он включается на время, определяемое цепью задержки и генератором пилообразного 64 напряжения, что позволяет обойтись без мощного радиатора. Кроме того, также, как и в кзв сгном, JB устройстве отсутствует электрический износ (дугообразование, искрение) контактов, что позволяет повысить срок службы устройства. Формула изобретения Устройстгво для коммутации в энергчэ- системах перомишого тока, содержащее командный эяем« т, включенный между источником натфяжешш управления и обмоткой апектромеханического коммутатора , датчик нагфяжения сети переменного тока, логический элемент И, а также последовательно соединенные с нагрузкой и включенные в параллельные цегш замыкающие контакты электромеханического коммутатора и полупроводниковый коммутатор, к управляющему электроду которого подключены последовательно соединенные выпрямитель и ди|)ференцирукщая цепочка, отличающееся т&л, что, с целью уменьшения колебаний напряжения сети при коммутации нагрузки, мощность которой соизмерима с мощностью источника напряжения управления, в устройство введены датчик тока, формирователь пилообразного нахфяжения, генератор пилообразного напряжения с входным и выходным ключами, логические элементы НЕ и ИЛИ, ключ цепи обмотки, цепь задержки и компаратор, датчик тока включен в цепь замыкакяцих контактов электромеханического коммутатора, выход компаратора Пгоиключен к дифференцирующей цепочке, один из его входов через формирователь пилообразного напряжения подключен к выходу датчика напряжения, а другой его вход через последовательно соединенные выходной ключ, генератор пилообразного напряжошя и входной ключ к источнику напряжения ущ)авления, к которому через ключ цепи ойло-пся подключ- а обмо1«а элект омеханического коммутатора, причем ущэавляющий вход вь1ходного ключа подключен к выходу логического элемента И, управляк)щий вход входного ключа - к выходу логического элетлента ИЛИ, один из управляющих входов ключа цепи подключен г цепи , другой - к вьрсоду логического элелента НЕ, один из входов указанных логических элементов подключены к выходу командного эле- мента, а другие входы логических элементов И и ИЛИ к выходу датчика тока . 7 Источники информации, принятые во внимание при I. Бруфман С. С. и др. Тиристорные переключатели переменного то 864364ка. М., Энергия , 1969 , с.5О. рис. 43. 2. Л в терское свидетельство по заявке № 26О74О9/24-07, Н О1 Н 9/ЗО, 1978. ПН

i UH N 17

Фи1.г r 7