Устройство для подключения конденсаторной батареи

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подключения к электрическим сетям переменного тока конденсаторных батарей большой емкости. Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия устройства и расширение его функциональных возможностей . Указанное устройство снижает потери мощности в цепях управления за счет применения узла 15 за-. держки сигнала управления, узла 16 формирования импульсов и управляющего ключа 14, применение которых позво-. ляет через ключи 10 и 11 поддерживать в замкнутом состоянии силовые коммутаторы , состоящие из тиристоров 4 и 5 диодов 6 и 7, исключить необходимость применения разрядных резисторов в цепи конденсаторной батареи и позы- 3 сить надежность и качество управления устройством за счет независимости це- Л пей управления от качества напряжения сети. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

72468 А1 (19) (11) (1) 4 H 02 J 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4100399/24-07 (22) 11.08.86 (46) 07.02.88 Бюл у (71) Производственное объединение

"Таллинский электротехнический завод им. М.И. Калинина" (72) А.И. Гладков и Е.М. Эрлих (53) 621.373.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1023520, кл. Н 02 J 3/18, 1983.

Авторское свидетельство СССР

9 1124398, кл. H 02 J 3/18, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1181054, кл. Н 02 J 3/IB, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подключения к электрическим сетям переменного тока конденсаторных батарей большой емкости.

Цель изобретения — повышение коэффициента полезного действия устройства и расширение его функциональных aosможностей. Укаэанное устройство снижает потери мощности в цепях управления за счет применения узла 15 за держки сигнала управления, узла 16 формирования импульсов и управляющего ключа 14, применение которых позво ляет через ключи 10 и Il поддерживать в замкнутом состоянии силовые коммутаторы, состоящие из тиристоров 4 и

5 диодов 6 и 7, исключить необходимость применения разрядных резисторов в цепи конденсаторной батареи и повысить надежность и качество управления устройством эа счет независимости цепей управления от качества напряжения сети. 3 ил.

1372468

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подключения к электрическим сетям переменного тока кон- 5 денсаторных батарей большой емкости.

Цель изобретения — повышение коэффициента полезного действия устройства и расширение его функциональных воэможностей. 10

На фиг.l представлена принципиальная блок-схема устройства для подключения конденсаторной батареи; на фиг.2 — принципиальная электрическая схема одного из вариантов реализации 11 устройства; на фиг.3 — временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу устройства.

Устройство (фиг ° 1) содержит кон- денсаторную батарею с тремя зажимами 20

1 — 3 для ее подключения к трехфаэной сети, причем, зажим 1 подключен к сети непосредственно, а зажимы 2 и 3 через силовые коммутаторы, каждый из которых состоит иэ тиристора 4 (5) и диода 6 (7), включенных встречнопараллельно, диоды подключены к конденсаторной батарее одноименными электродами, два резистора 8 и 9 и пять управляемых ключей 10-14, управ- 30 ляемые ключи 10 и 11 подключены первыми выводами к управляющим электродам соответственно тиристоров 4 и

5, а вторыми выводами — соответствецно к резисторам 8 и 9 ° Узел 15 за-. держки сигнала управления подключен выходом к управляющим входам первого

10 и второго 11 управляемых ключей, а узел 16 формирования импульсов соединен выходом с управляющими входами 40 .третьего 12 и четвертого 13 управляемых по тиристорному принципу ключей, первые выводы которых соединены с катодами соответственно тиристоров 4 и 5, а вторые выводы — соответствен- 45 но с вторыми выводами первого 10 и второго ll управляемых ключей. Входы узлов 15 и 16 соединены с первым выводом пятого управляемого ключа 14, второй вывод которого заэемлен или соединен с потенциалом управления.

Вторые выводы резисторов 8 и 9 соединенъ соответственно с анодами тиристоров 4 и 5.

Первый 10 и второй 11 управляемые ключи могут быть выполненъ1, например, на транзисторе, тиристоре или оптотиристоре. Третий 12 и четвертый 13 управляемые ключи могут быть выполиены на тиристоре или оптотиристоре.

Пятый управляемый ключ 14 может быть реализован на любом иэ перечисленньк приборов или на контактном устройстве, Узел 15 задержки сигнала управления может быть выполнен в виде стандартного логического элемента задержки времени или в виде сочетания источника постоянного напряжения с интегрирующей RC-цепочкой, коммутируемой с помощью ключа. Узел 16 формирования импульса может быть выполнен в виде стандартного элемента — одновибратора либо в виде сочетания дифференцирующей RC-цепочки с тем же источником постоянного напряжения и ключом.

Принципиальная электрическая схема, реализующая блок-схему устройства для подключения конденсаторной батареи (фиг.2), содержит в качестве управляемых ключей с первого по четвертый оптотиристоры 10 — 13. Источник 17 постоянного напряжения, резисторы 18 и 19 и конденсатор 20 представляют собой в совокупности узел

l5 задержки сигнала управления, а источник 17 и резистор 18 в сочетании с конденсатором 21 и диодом 22 образуют узел 16 формирования импульса.

При этом светодиоды оптотиристоров

iO и 12 соединены катодами между собой, с анодом диода 22 и с заземлен- ным отрицательным зажимом источника

17 постоянного напряжения, анод светодиода оптотиристора 10 соединен через включенный в обратном направлении светодиод оптотиристора 11 с точкой, соединенной через конденсатор 20 с отрицательным зажимом источника 17 и через резистор 19 с первым выводом пятого управляемого ключа

14, второй вывод которого заэемлен, первый вывод ключа 14 соединен через резистор 18 с положительным зажимом источника 17. Анод светодиода оптотиристора 12 через включенный в обратном направлении светодиод оптотиристора 13 соединен с катодом диода

22 и через конденсатор 2) с первым выводом ключа 14. Возможны и другие варианты реализации предлагаемого устройства.

На временных диаграммах напряжений. и токов на элементах устройства (фиг.3) по оси а показаны: пунктирные линии — линейные напряжения пита1372468 юшей сети; непрерывные линии — напряжения на фазных конденсаторах С, С С4 по оси б — управляющий сигнал через ключ 14; по оси в — выходной сигнал узла 15 задержки сигнала управления, формирующий входной сигнал на первый 10 и второй ll управляемые ключи; по оси r — выходной сигнал уэла 16 формирования импульсов, формирующего входные сигналы на третий 12 и четвертый 13 управляемые ключи; по оси д: пунктирные линии — гипотети10 ческий ток через коммутаторы, который был бы, если бы конденсаторы были подключены к трехфаэной сети постоянно; непрерывные лини с момента времени, до, — ток через резистор 8, с t до t> — ток через резистор 9, с момента времени t до t — ток че- 20

1 Ъ реэ диод 6, с t< до t — ток через диод 7, с момента времени t до

3 ток через тиристор 4, с момента времени t — ток через диод 6, с момен25 та t — ток через резистор 9. чего в этот же момент подается сигнал на замыкание ключей 12 и 13, которые включаются и начинают проводить ток разряда конденсаторной батареи через сеть, ограниченный по величине с помощью резисторов 8 и 9 ° Через необходимое для надежного замыкания ключей

12 и 13 время появляется сигнал на замыкание ключей 10 и II, которые включаются, однако при этом тирис55 торы 4 и 5 остаются выключенными даже при наличии достаточного для их включения анодного положительного наУстройство работает следующим образом.

Предположим, что замкнутое состояние пятого управляемого ключа 14 определяет отсутствие команды на замы- 30 канне устройства. В этом состоянии сигналы на управляющих входах ключей

10 — 13 отсутствуют, ключи 10 — 13 разомкнуты, тиристоры 4 и 5 выключены, т.е. в цепях управления и в силовых устройствах токи отсутствуют, а к

35 силовым коммутаторам приложено напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону от нуля до двойного амплитудного значения напряжения се- 40 ти. В устройстве (фиг.2) протекает только ток источника 17 постоянного напряжения через резистор 18 и замкнутый ключ 14. В момент размыкания ключа 14 t одновременно начинают 45 работать узлы 15 и 16, в результате пряжения. Это происходит благодаря

I шунтированию управляющих переходов тиристоров 4 и 5 замкнутыми ключами

12 и 13, которые при этом выполняют одновременно две функции: предотвращение включения тиристоров 4 и 5 с опасным для них броском анодного тока и подготовка оптимальных условий для замыкания силовых коммутаторов — равенства нулю напряжения на их элементах. Иэ графиков (фиг,3) видно, что такие условия достигаются в момент окончания протекания тока через ключи 12 (t„) и 13 (t ), после чего к диодам 6 и 7 прикладывается прямое напряжение и они начинают проводить ток установившегося значения — силовые коммутаторы замыкаются. После перехода тока диодов через нуль (t и

t ) токи силовых коммутаторов вначале замыкаются через резисторы 8 и 9 и соответствующие замкнутые ключи 10 и II по цепи управления тиристоров 4 и 5, в результате чего они включаются и проводят ток конденсаторной батареи по главной цепи до вступления в работу диодов 6 и 7. Если в результате замыкания ключа 14 снять управляющий сигнал с входов ключей 10 и

II, они выключаются и протекание тока конденсаторной батареи прекращается в момент выключения диодов 6 и 7, так как отсутствует цепь для протекания тока через тиристоры 4 и 5. Таким образом, поддержание в замкнутом состоянии коммутаторов после их включения сводится к поддержанию замкнутого состояния управляемых ключей 1О и

Il, которое требует минимальных энергетических затрат. Минимальны также энергетические затраты на подготовку оптимальных условий для замыкания силовых коммутаторов, которые равны энергии, израсходованной в цепи р з" ряда конденсаторной батареи через резисторы 8 и 9, ключи 12 и 13 и сеть в результате предшествующего замыкания силовых коммутаторов однократного разряда конденсаторной батареи.

В устройстве (фиг.2) узлы 15 и

16 работают следующим образом. В момент размыкания ключа 14 t начинается заряд конденсатора 21 в цепи: источник 17 постоянного напряжения, резистор 18, конденсатор 21 и светодиоды ключей 13 и 12, при этом амплитуда тока заряда ограничивается только резистором 18. Постоянная времени заря1372468 да конденсатора 21 выбирается соизмеримой с временем переключения оптотиристоров 12 и 13. В момент раэмыкания ключа 14 начинается также заряд конденсатора 20, подключенного парал" лельно светодиодам ключей 10 и ll„ от источника 17 постоянного напряжения через последовательно соединенные резисторы 18 и 19. Таким образом, в момент раэмыкания ключа 14 создаются оптимальные условия для замыкания ключей 12 и 13, а ключи 10 и 11 не могут включиться, так как имеют на управляющих входах нулевое напряже- 15 ние управления. По мере заряда конденсаторов 20 и 21 возникают условия для замыкания ключей 10 и 11, однако это замыкание уже не является опасным для тиристоров коммутаторов после 20 включения оптотиристоров 12 и 13. В момент замыкания ключа 14 начинается разряд конденсатора 20 через ключ 14 и резистор 19, сигнал управления с ключей 10 и ll при этом снимается че- 25 реэ некоторое время, что приводит к отключению оптотиристоров 10 и 11 и устройства в целом. Конденсатор 21 также разряжается через замкнувшийся ключ 14 и диод 22. После полного раз- 30 ряда конденсаторов 20 и 21 устройство снова готово к подключению конденсаторной батареи к сети. При очередном размыкании ключа 14 происходит описанный цикл формирования импульса и задержки сигнала управления. В остальном работа изображенного на фиг.2 устройства не отличается от работы устройства по фиг.l.

Использование изобретения позво- 40 лит существенно повысить КПД устройства для подключения конденсаторной батареи по сравнению с известным. Потери активной мощности только в цепях управления устройства во включен- 45 ном состоянии уменьшаются более чем в десять раз. Предлагаемое устройство может нормально функционировать в сетях с допустимыми отклонениями напряжения от номинала 50% и более sa счет применения однократного разряда конденсаторной батареи перед ее подключением к сети. Оно также может использоваться в трехфазных сетях беэ нулевого провода и даже в однофазных сетях, при этом второй силовой коммутатор, второй резистор, второй и четвертый управляемые ключи могут быть исключены из устройства. Преимуществом предлагаемого устройства является также независимость качества управления устройством от качества напряжения сети. Оно является бо- лее быстродействующим, чем известное, у которого максимальная задержка подключения фазового конденсатора к сети равна периоду сетевого напряжения.

У предлагаемого устройства эта задержка зависит от времени разряда конденсатора через сеть, которое может быть минимизировано.

Фо р мул а из об р е те ни я

Устройство для подключения конденсаторной батареи, имеющей три зажима для ее подключения к трехфаэной сети, первый из которых соединен с сетью непосредственно, а два других — через первый и второй силовые коммутаторы, каждый из которых состоит из тиристора и диода, включенньж встречно-параллельно, причем диоды подключены к конденсаторной батарее одноименными электродами, содержащее два резистора и четыре управляемых ключа, первый и второй иэ которьж подключены первыми выводами к управляющим электродам тиристоров соответственно первого и второго силовых коммутаторов, а вторыми выводами - соответственно к первому и второму резисторам, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения КПД и расширения функциональных воэможностей устройства, оно снабжено пятым ключом, узлом задержки сигнала управления, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго управляемых ключей, и узлом формирования импульса, выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей, г1ервые выводы которых соединены с катодами тиристоров соот-< ветственно первого и второго силовых коммутаторов, а вторые — с вторыми выводами первого и второго управляемых ключей, входы узлов задержки сигнала управления и формирования импульса соединены с первым выводом пятого управляемого ключа, второй вывод которого заэемлен, а вторые выводы первого и второго резисторов соединены с анодами тиристоров соответственно первого и второго силовых коммутаторов.

1372468

Составитель В, Менчик

Техред M.Moðãåíòàë Корректор 11. Вутяга

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 492/48 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д ° 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4