Устройство для переключения потребителей переменного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Colo3 Соеетскик

Социалистическим

Республик (isi3 003250 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

4 (22) Заявлено 26.11.81 (21) 3356785/24-07 (И) М. Кл.з

H 02 J 9/06 с присоединением заявки Мо

Государственный комнтет

СССР но деяам нзобретеннй н открытка (23) Г1риоритет

Опубликовано 0 70 3 8 3 . Бюллетень Йо 9 (.тЗ) УДК 621, 316. ,925 (088. 8) Дата опубликования описания 070383 (72) Авторы изобретения

Ю,A.Ìîðäâèíoâ, С.И.Королев и О.В.Миняев

Научно-исследовательский институт

;и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Устройство относится к преобра-зовательной технике, в частности к системам гарантированного электропитания потребителей переменного тока.

Известно устройство автоматического включения резерва судовых потребителей, которое содержит контакторы основной и резервной сетей с блоками управления, схему блоки ровки от дугй и исполнительное реле 1 1).

Недостатком данного устройства является большая масса и наличие перерыва в питании на время, опре-. деляемое Ъременем переключения с основной сети на резервную, что препятствует его применению в систе мах гарантированного электропитания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для электропитания многофаэных потребителей переменного тока, содержащее силовые трансформаторы, коммутаторы, соединенные е вторичными обмотками силовых трансформаторов, и блок контроля фазы напряжения, с выхода которого осуществляется управление ключевых элементов комму таторов. Благодаря различным соединениям обмоток силовых трансформаторов, подключенных к основной и резервной сетям, из напряжений укаэанных сетей формируют сдвинутые друг относительно друга многофазные системы напряжений. Блок контроля фазы напряжения в любой момент времени определяет систему напряжения, фаза которой минимально отличается от фазы систеьн напряжений основной сети, и подключают ее к потребителям переменного тока за счет ключевых элементов коммутатора (2J.

Ю

К недостаткам известного устройства относятся большая масса и габариты, обусловленные наличием двух комплектов вторичных обмоток силовых трансформаторов. При этом при подключении нагрузки к резервной сети в работе участвует только один комплект вторичных обмоток и ключевых элемнтов коммутатора. Недостатком данного устройства является также то, что в пронаааленности выпускаются в основном силовые трансформаторы с одной вторичной обмоткой.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов устройства.

1003250

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для переключения потребителей переменного тока, содержащее силовые трансформаторы, выводы вторичных обмоток которых через коммутаторы присоединены к вы- 5 водам нагцузки, блок контроля фазы напряжения, входы которого соединены с основной и резервной сетями, а выходы — c цепями управления коммутаторов, введены ключевые элементы, датчик напряжения основной сети, блок контроля полярности,напря1жения, содержащий два субблока, каждый из которых состоит из четырех однофазных согласующих трансформаторов, выпрямители, выходы которых объедин ны и подключены к цепи, состоящей из последовательно соединенных амплитудного компаратора, расширителя импульсов, схемы И, усилителя мощности, причем выводы вторичных обмоток силового трансформатора соединены между собой и соответствующими фазными выводами через ключевые элементы, цепи управ-, ления которых подключены к выходу усилителя мощности блока контроля полярности напряжения, при этом три вторичные обмотки согласующЕго трансформатора, подключенного к выводам нагрузки, через вторичные обмотки других согласующих трансформаторов, подключенных к различным выводам фаз резервной сети, соединены с входами выпрямителей, вторые входы схем И 35р соединены с выходом датчика напряжения основной сети, а выход инвертора, подключенного к выходу расширителя импульсов субблока, соединен с вторым входом схемы И второго суб- 40 .блока.

На фиг. 1 представлена схема уст ройства для переключения потребителей переменного тока; на фиг. 2 блок контроля полярности напряжения; на фиг. 3 — блок контроля фазы напряжения; на фиг ° 4 — векторная диаграмма, поясняющая принцип работы предлагаемого устройства.

Устройство для переключения потребителей переменного тока (фиг. 1 и 2) содержит силовой трансформатор

1; фазние зажимы 2-4 через ключевые элементы 5-13 коммутатора соединены с каждой клеммой 14-17 потребителей переменного тока, блок

18 контроля фазы напряжения, вход которого связан с основной и резервной сетями, а выход — с цепями управления ключевых элементов комму° татора; дополнительные ключевые эле- Ц) ментл 19-30, цепи управления которых подключены к выходу дополнительно введенного блока 31 контроля полярности напряжения (силовой трансформатор со статическим выключателем 32), содержащего два субблока (фиг. 2), каждый из которых имееь четыре однофазных согласующих трансформатора 33-36, выпрямители 37-39, выходы которых объединены и подключены к цепи, состоящей из последовательно соединенных амплитудного компаратора 40(41), расширителя

42(43) импульсов схемы И 44(45) и усилителя 46(47) мощности, при этом три вторичных обмотки 48, 49 и 50 согласующего трансформатора, подключенного к фазе основной сети, через вторичные обмотки 51, 52 и 53 других согласующих трансформаторов, подключенных к различным фазам резервной сети, соединены с входами указанных выпрямителей, а свободные входы схе- мы И соединены с выходом датчика

54 напряжения, подключенного к основной сети, и с выходом инвергора 55, подключенного к выходу расширителяимпульсов другого субблока. При этом блок 18 контроля фазы напояжения содержит (фиг. 3) три субблока, каждый иэ которых имеет два согласующих трансформатора 56 и 57 (вторичные обмотки 58-61 которых соединены одни последовательно — 58 и 60, а другие встречно — 59 и 61), подключенных к выпрямителям 62 и 63, цепь, содержащую последовательно соеди ненные амплитудный компаратор

64(65,66), расширитель 67(68,69) импульсов, схему И 70(71,72), уси-. литель 73(74,75) мощности, при-::ем свободные входы схемы И соединены с выходом датчика 54 напряжения, подключенного к основной сети, с выходами инверторов 76, 77, подключенных к выходам .расширителей импульсов других субблоков, а согласующие трансформаторы каждого субблока подключены к одной фазе основной сети и соответствующей фазе резервной сети. На фиг. 4 представлены векторы

78, 79 и 80 напряжений основной сети, векторы 81, 82 и 83 напряжений резервной сети (если замкнуты ключи

19, 20, 29, 26, 27 и 28) и векторы

84, 85 и 86 напряжений резервной сети (если замкнуты ключи 21, 22, 30, 23, 24 и 25).

Блок 31 контроля полярности напряжения обеспечивает формирование и подачу импульсов управления на ключевые элементы 19 и 20, 29, 26, 27, 28 или 21 22, 30, 23 24 и 25.

Ключевые элементы 5-13 и 19-30. выполняются с двухсторонней проводимостью и реализуются на транзисторах или тиристорах. Транзисторный вариант ба"ируется на выпрямительном мосте, в диагональ которого включен транзисторный ключ, а тиристорный вариант — на двух встречно-параллельно включенных тиристорах с блоками коммутации °

1003250

В нормальном режиме потребители переменного тока подключены к основной сети через блок 32. В этом режиме управление на ключевые элементы

5-13 и 19-30 не подается. Однако блок контроля фазы напряжения и блок контроля полярности напряжения осуществляют контроль напряжений основной и резервной сетей. При аварии (исчезновении) напряжения основной сети импульсы управления, формиру- !О емые блоками 18 контроля фазы напряжения, обеспечивают включение ключевых элементов 5, 9, 13 или 6, 10,11 или 7, 8 и 12.

В блоке контроля полярности напря-!5 жения (фиг. 2) один согласующий трансформатор 33 подключен к фазе А основной сети, а три других — к фазам резервной сети. При этом на входы выпрямителей 37, 38 и 39 поступает соответственно сумма напряжений 78, 79, 80, 78+81, 78+82, 78+83. Так как фазы этих напряжений различные, то на вход амплитудного компаратора 40 поступает пульсирующее однополярное напряжение. На выходе амплитудного компаратора импульс напряжения будет появляться в случае, когда амплитуда выпрямленного (одного) напряжения превысит опорное U „. Опорное напряжение устанавливается таким; чтобы укаэанное напряжение на выходе амплитудного компаратора появлялосв при углах с 30 эл. град. Выходной сигнал с выхода компаратора 40 поступает на ра .ширитель 42 импульсов, ко- 35 торый обеспечивает на выходе непрерывный сигнал при gc30 эл. град.Далее этот непрерывный сигнал поступает на один вход схемы И 44. На другие входы схемы И поступают сиг- 4р налы с выхода датчика 54 напряжения и инвертора 55 другого субблока.

На выходе схемы И 44 (на входе усилителя 46 мощности) сигнал будет при наличии сигналов с выходов расширите-45 ля 42 импульсов, датчика 54 напряжения и инвертора 55, Таким образом, на выходе первого субблока импульсы управления, подаваемые на ключевые элементы 19, 20, 29, 26, 27 и 28 буцут появляться в случае, когда фазовый угол напряжения 81, 82, 83 любой фазы резервной сети меньше или равен 30 эл. град. Аналогично работает и второй субблок, сигналы с выхода которого поступают на ключевые элементы 21 — 25 и 30. Отличие второго субблока состоит в том, что согласующие трансформаторы, подключенные к резервной сети, включены в противофазе относительно трансформаторов бО

34, 35, 36, т.е. эт т субблок осуществляет контроль системы напряжений 84, 85, 86 относительно напряжения 78. Устройство контроля полярности напряжения всегда определяет, 5 какую систему напряжения (81, 82 и

83 или 84, 85 и 86) необходимо подключить в момент аварии к основной сети. Если фазовый сдвиг между напряжениями 78 и 81, или 78 и 82, или 78 и 83 меньше 30 эл. град., то при исчезновении основной сети управление подается на ключевые элементы

19, 20, 29, 26, 27 и 28. Если же фазовый сдвиг меньше 30 эл. град. между напряжениями 78 и 84, или 78 и 85, или 78 и 86, то сигналы управления поступают при аварии в основной сети на ключевые элементы 21, 22, 30, 23, 24 и 25. Для исключения аварийных режимов (к.з.) при углах cL = / = 30 эл. град. выполнены связи между субблоками, введен инвертор 55, выход которого подключен к схеме И 44, что исключает одновременное появление сигналов управления на выходах усилителей

46 и 47.

Блок контроля фазы напряжения (фиг. 3) выполнен по том же принципу, что и блок контроля полярности напряжения, но имеет три одинаковых субблока. Первый субблок, формирующий импульсы управления для ключевых элементов 5, 9 и 13, осуществляет контроль напряжений 81 и

84 (фаза A) резервной сети. На один выпрямитель 62 подается сумма напряжений вторичных обмоток согласующих трансформаторов 56 и 57 (т,е.

78+81), а на второй выпрямитель 63 подается разность напряжений вторичных обмоток трансформаторов 56 и

57 (т.е. 78-81 или 78+84). Пульсирующее напряжение с выхода выпрямителей подается на амплитудный компаратор 64, где осуществляется сравнение указанного напряжения с опорным. Опорное напряжение устанавливается таким, чтобы импульсы на выходе амплитудного компаратора поя-вились при фазовых углах меыду HaIIpRжением 78 и 81 или 78 и 84 меньше

30 эл. град. Выходной сигнал ампл™.тудного компаратора постугает на расширитель 67 импульсов и далее на схему И 70 и усилитель 73 мощности. Для исключения одновременного появления сигналов управления на разных субблоках при eL =

30 эл. град. выполнены связи между субблоками (введены инверторы 76 и 77), выходы которых подключены к схемам И 70, 71 и 72 .. Устройство контроля фазы напряжения всегда определяет, какое из напрчжений 81, 82, 83(84, 85; 86) имеет меньший фазовый сдвиг относительно напряжения 78.

Рассмотрим работу. всего устройства в целом.

При питании нагрузки от основной сети 78, 79, 80(78 — фаза А, 79

55 бО фаза В, 80 - фаза С) все ключевые элементы 5-13, 19-30 выключены. На вторичных обмотках трансформатора, подключенного к резервной сети, находится ЭДС 81, 82, 83 — 84, 85, 86 с указанными фазами (фиг. 4). При этом в блоке контроля полярности напряжения (фиг. 2) происходит суммирование напряжений 78+81 (обмотки

48 и 51), 78+82 (обмотки 49 и 52), 78+83 (обмотки 50 и 53) и их выпрямление. Амплитудный компаратор 40 реагирует на сумму напряжений 78+81 (of< 30 эл. град.), и на один вход схемы И 44 с выхода расширителя 42 импульсов поступает сигнал. В это же время на вход выпрямителей 37, 38 и 39 второго субблока поступают суммы напряжений 78+84, 78+85 и

78+86 (самая. большая сумма вторая).

Но выпрямленные напряжения меньше напряжения уставки амплитудного компаратора 40 и íà его выходе сигнала не будет. т.е. с выхода инвертора

55 на схему И 44 сигнал тоже поступает. Теперь при аварии в основной сети датчик 54. напряжения выдает сигнал на схему И 44, и импульсы управления поступают на ключевые элементы

19, 20, 29, 26, 27 и 28. В блоке контроля полярности напряжения аналогичным образом сигнал будет только на выходе амплитудного компаратора

64, расширителя 67 импульсов и инвертора 76. При аварии в основной сети сигнал с датчика 54 напряжения поступает на.схему И 70, и на .ключевые элементы 5, 9 и 13 подаются управляющие импульсы, т.е„ нагрузка подключается к системе напряжений

81, 82, 83 и т д.

В случае питания потребителей переменного тока без нулевого провода дополнительные ключевые элементы

29 и 30 не требуются и их можно из схемы исключить. Переключение с резервной на основную сеть происходит в момент совпадения фаз их напряжений (B случае, когда блок 32 содержит согласующий трансформатор и статические выключатели) или таким же образом, как и переключение с основной на резервную сеть (в случае, когда блок 32 объединяет элементы

1-31).

Таким образом, изобретение позволяет уменьшить в ",5 раза массу и габариты (мощность) силового трансформатора и устройства в целом. Это определяется тем, что в предлагаемом устройстве для формирования требуемых напряжений применяется один комплект вторичных обмоток. В прототипе же применяется два комплекта вторичных обмоток, каждый из котс рых рассчитан на ток, потребляемый нагрузкой. дополнительным положительным свой ством предлагаемого устройства является возможность применения серийно выпускаемых трансформаторов, освоенных нашей промышленностью.

Формула изобретения

Устройство для переключения потре бителей переменного тока с основной сети на резервную, содержащее силовые трансформаторы, выводы вторичных обмоток которых через коммутаторы подключены к выводам нагрузки, блок контроля фазы напряжения, входы которого соединены с основной и резервной сетями, а выходы — с цепями управления коммутаторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, в него введены ключевые элементы, датчик напряжения основной сети, блок контроля полярности напряжения, содержащий два субблока, каждый из которых состоит из четырех однофазных согласующих тран форматоров, выпрямители, выходы которых объединены и подключены к цепи, состоящей из последовательно соединенных амплитудного компаратора, расширителя импульсов, схемы

И, усилителя мощности, причем выводы вторичных обмоток силового транс356 форматора соединены между собой и соответствующими фаз ными выводами через ключевые элементы, цепи управления которых подключены к выходу усилителя мощности блока контроля полярности напряжения, при этом три вторичные вбмотки согласующего трансформатора, подключенного к выводам нагрузки, через вторичные обмотки других согласующих трансформаторов, подключенных к различным выводам фаз резервной сети, соединены с входами выпрямителей, вторые входы схем И соединены с выходом датчика напряжения основной сети, а выход инвертора, подключенного к выходу расширителя импульсов субблока,соединен с вторым входом схемы И второго субблока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 459827, кл. Н 02,J 9/00, 1968.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3353648/24-07, кл. Н 02 J 9/06, 1981.

1003250

e er евером

ФЬю z. г

Фюк ,ацк г

1003250

/

/м в Ф

Ф

It

ВНИИПИ Заказ 1482/41

Тираж 615 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óêãoðîä, ул.Проектная,*