Коммутатор переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам коммутации трехфазного переменного напряжения, и может быть использовано для управления приводными асинхронными двигателями различных промышленных насосов. Сущность изобретения сводится к применению в нем вспомогательных тиристоров с токоограничивающими резисторами и блоков управления, обеспечивающих уменьшение пусковых токов, и тем самым увеличивающих срок службы и надежность приводного двигателя, что является техническим результатом. 1 ил.

Изобретение относится к трехфазным коммутаторам переменного тока и может быть использовано для управления приводным асинхронным двигателем (АД), например, водяного насоса.

Известны коммутаторы переменного тока, содержащие полупроводниковые ключи, выполненные по встречно-параллельной схеме включения двух тиристоров [1,2,3].

Эти коммутаторы имеют шесть каналов управления по числу тиристоров в полупроводниковых ключах, что определяет сложность и высокую стоимость как самих полупроводниковых ключей, так и блока управления тиристорами.

Известны трехфазные коммутаторы переменного тока, содержащие полупроводниковые ключи, выполненные по встречно-параллельной схеме включения диода и тиристора, и блок управления тиристорами [4, 5]. Эти коммутаторы имеют невысокую надежность, определяемую во многом отсутствием контроля токов и напряжений в цепях полупроводниковых ключей, а также возможностью протекания больших токов короткого замыкания, которые могут, например, возникнуть при пуске приводного асинхронного двигателя.

Из перечисленных аналогов за прототип выбираем трехфазный коммутатор переменного тока, описанный в [5].

Целью изобретения является повышение надежности коммутатора.

Указанная цель достигается тем, что коммутатор переменного тока, содержащий три полупроводниковых ключа, каждый из которых выполнен по встречно-параллельной схеме из диода и основного тиристора, анод и катод которого подключены соответственно к входной шине питающей сети и выходной шине коммутатора, пусковое устройство, выход которого подключен ко входу блока управления с тремя выходами для подключения электродов управления тиристоров, коммутатор снабжен блоком временной задержки, датчиками токов и напряжений полупроводниковых ключей, тремя электрическими цепями, каждая из которых состоит из включенных последовательно вспомогательного тиристора и токоограничивающего резистора и подключена параллельно основному тиристору, при этом пусковое устройство снабжено входами, к которым подключены выходы датчиков токов и напряжений полупроводниковых ключей, а выход пускового устройства соединен со входом блока временной задержки, выход которого подключен к электродам управления основных тиристоров, причем электроды управления вспомогательных тиристоров подключены к трем выходам блока управления соответственно.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого коммутатора, который содержит три полупроводниковых ключа 1, 2, 3, три датчика напряжений 4, 5 и 6, подключенных к выходным шинам коммутатора, три датчика тока 7, 8, 9, включенных в выходные шины коммутатора.

Коммутатор содержит также пусковое устройство 10, блок управления 11 и блок временной задержки 12, который имеет соответственно выходы 13, 14, 15 и 16, 17, 18 для подключения электродов управления тиристоров.

Полупроводниковые ключи содержат диоды 19, 20, 21, основные тиристоры 22, 23, 24 и вспомогательные тиристоры 25, 26, 27, включенные последовательно с токоограничивающими резисторами 28, 29, 30. Цепи из вспомогательных тиристоров 25, 26, 27 и резисторов 28, 29, 30 подключены параллельно основным тиристорам 22, 23, 24 соответственно.

Электроды управления всех основных тиристоров подключены к выходам 16, 17, 18 блока временной задержки 12, а электроды управления всех вспомогательных тиристоров подключены соответственно к выходам 13, 14, 15 блока управления 11. Выход пускового устройства 10 соединен со входами блока управления 11 и блока временной задержки 12, при этом ко входам пускового устройства 10 подключены выходы датчиков напряжений 4, 5, 6 и выходы датчиков токов 7, 8, 9.

Рассмотрим работу предлагаемого коммутатора в системе регулирования, например, уровня (давления) воды в накопительном резервуаре с помощью насоса, входной вал которого приводится во вращение асинхронным двигателем, обмотки которого подключены к выходным зажимам коммутатора.

Если уровень (давление) воды в резервуаре ниже требуемого, то пусковое устройство 10 по сигналам специальных датчиков уровня (давления) воды (датчики на чертеже не показаны) формирует команду на включение асинхронного двигателя.

Эта команда одновременно поступает на блок управления 11 и блок временной задержки 12. По этой команде в блоке управления 11 сразу формируются сигналы на включение вспомогательных тиристоров 25, 26, 27 полупроводниковых ключей 1, 2, 3. Эти тиристоры открываются и напряжение сети поступает к обмоткам асинхронного двигателя через токоограничивающие резисторы 28, 29, 30, благодаря которым пусковые токи асинхронного двигателя (токи через полупроводниковые ключи 1, 2, 3) оказываются ограниченными. Это обстоятельство служит причиной повышения надежности работы этих ключей и коммутатора в целом.

Так как насосы работают на нагрузку с вентиляторной характеристикой, при которой момент нагрузки при нулевой скорости равен нулю, то даже значительное уменьшение пускового тока не сказывается на работоспособности насоса. При этом надо иметь в виду то, что уменьшение пускового тока в два раза ведет к уменьшению динамических нагрузок в обмотках асинхронного двигателя не менее чем в два раза. Не менее чем в два раза уменьшаются вредные динамические удары (ускорение) в кинематической цепи: вал асинхронного двигателя - поршневая группа насоса и в трубопроводах системы водоснабжения. Уменьшение вредных динамических нагрузок на обмотке двигателя, на кинематическую цепь насоса и трубопровода водоснабжения существенно продлевает срок службы названных узлов и повышает их надежность.

Команда на включение асинхронного двигателя, поступившая на блок временной задержки 12, заставляет последний формировать сигналы на включение основных тиристоров 22, 23, 24 с временной задержкой, равной 2 - 5 периодам частоты питающей сети, например частоты 50 Гц. За время названной задержки асинхронный двигатель успевает набрать некоторую скорость и существенно увеличить свое входное сопротивление.

Поэтому, когда по истечении задержки в 2-5 периода частоты питающей сети произойдет включение основных тиристоров 22, 23, 24, большого пускового тока уже не будет, по полупроводниковым ключам пойдут допустимые токи и двигатель начнет разгоняться и работать непосредственно от питающей сети (без токоограничивающих резисторов 28, 29, 30).

Сигналы от датчиков напряжений 4, 5, 6 анализируются в пусковом устройстве 10 и при отсутствии, например, одной из фаз сети формируется команда на выключение двигателя, согласно которой снимаются сигналы управления с основных и вспомогательных тиристоров. Сигналы от датчиков 7, 8, 9 также анализируются в пусковом устройстве 10 и, если среднегреющий ток в полупроводниковых ключах и двигателе превышает допустимое значение в течение некоторого заданного времени, то пусковое устройство 10 сформирует команду на отключение двигателя.

Таким образом, предлагаемый коммутатор работает всегда в режимах, предусмотренных эксплуатационными нормами на его силовые элементы, что, в конечном счете, и обеспечивает повышение надежности его работы.

Источники информации 1. Авт. свид. N 1001473, H 03 К 17/56.

2. Авт. свид. N 586565, H 03 К 17/56.

3. Авт. свид. N 904160, H 02 P 1/18.

4. Авт. свид. N 508932, H 03 К 17/56.

5. Авт. свид. N 598244, H 03 К 17/56.

Формула изобретения

Коммутатор переменного тока, содержащий три полупроводниковых ключа, каждый из которых выполнен по встречно-параллельной схеме из диода и основного тиристора, анод и катод которых подключены соответственно к входной шине питающей сети и к выходной шине коммутатора, и пусковое устройство, выход которого подключен ко входу блока управления с тремя выходами для подключения электродов управления тиристоров, отличающийся тем, что он снабжен блоком временной задержки, датчиками токов и напряжений полупроводниковых ключей и тремя электрическими цепями, каждая из которых состоит из включенных последовательно вспомогательного тиристора и токоограничивающего резистора и подключена параллельно основному тиристору, при этом пусковое устройство снабжено входами, к которым подключены выходы датчиков токов и напряжений полупроводниковых ключей, а выход пускового устройства соединен с входом блока временной задержки, выход которого подключен к электродам управления основных тиристоров, причем электроды управления вспомогательных тиристоров подключены к трем выходам блока управления соответственно, при этом пусковое устройство по сигналам датчиков формирования сигналов на включение формирует команду, по которой формируются сигналы на включение вспомогательных тиристоров и с временной задержкой на включение основных тиристоров, а сигналы от датчиков напряжений и токов анализируются в пусковом устройстве и при отсутствии одной из фаз сети и/или при превращении среднегреющего тока в полупроводниковых ключах допустимого значения в течение некоторого заданного промежутка времени снимают сигналы управления с основных и вспомогательных тиристоров.

РИСУНКИ

Рисунок 1