Устройство для коммутации переменного напряжения

 

7Ф

21 8

ОПИСАНИЕ 3

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

МПК G 05b 9/02

Заявлено 15.XI 1.1969 (№ 1384749/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 19.Xl.1971. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 17.П1.!972

Комитет но делавт изобретений и открытий нрн Совете Министров

СССР

УДК 621.318.57(088.8) Автор изобретения

Б. А. Корнеев

Специальное конструкторское бюро вычислительных машин

Заявитель

i CTPOACTBO ДЛЯ KOMMYTAHHH ПЕРИ1ЕННОГO

НАПРЯ)КЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники.

Известные переключатели для коммутации переменного напряжения в момент перехода через нуль содержат выполненные в виде соединения обмоток электромагнитных реле и диодов схему управления и схему коммутации.

Недостатком известных переключателей является то, что они имеют ограниченные функциональные возможности.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, ". е. обеспечение возможности переключать переменное напряжение, когда нагрузка с сетью соединена одним из способов «звезда — звезда» без нулевого провода, «звезда — треугольник» или «треугольник — треугольник».

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве параллельно схеме управления подключены последовательно соединенные контакт электромагнитного реле, диод и первая обмотка первого электромагнитного реле, параллельно двум обмоткам которого через соответствующие контакты подключены две соответствующие обмотки второго электромагнитного реле.

На чертеже на фиг. 1 показана электрическая схема коммутации устройства; на фиг. 2 — схема управления; на фиг, 3 и 4— эпюры напряжений в характерных точках схемы, Схема коммутации предлагаемого устройства содержит трн параллельные цепочки, две

5 пз которых состоят, соответственно, из последовательно включенных диода 1 (2) и контакта 8 (4) одного реле схемы управления, зашу.нтированного контактом 5 (б) друтого реле схемы управления; диод 1 и 2 включены

1О встречно; третья цепочка состоит из контакта

7 первого реле схемы управления. Схема коммутации включается между сетью (клеммы

8 — 10) и нагрузкой 11 — 18 (лнбо 14 — 1б).

1Б Схема управления содержит реле 17 — 19 с двумя обмотками каждое, и их замыкающие контакты 20 — 22 (реле 19), 3, 4, 7 и 28 (реле

17), 5, б и 24, 25 (реле 18); диоды 2б — 28, обеспечивающие пульсирующим током обмот20 ки реле 17 — 19, и кнопки 29 — 80 переключателя. Схема управления соединяется с сетью с помощью выводов 81 — 82. Реле 17 — 18, управляющие контактами 8 — 7 в схеме коммутации, обладают определенной задержкой

25 срабатывания и отпусканпя. Реле 19 служит для подключения реле 17 — 18 к сети и отключения их от нее в момент перехода напряжения через нуль, что позволяет упростить схему задер>ккп срабатывания и отпускания реле

30 17 — 18, которую можно, например, выполнить

321798 подключением конденсатора определенной емкости параллельно оомоткам реле 17 — 18.

1. В случае соединения нагрузки «звездой» без нулевого провода устройство работает следующим образом. 5

Схема коммутации в этом случае включена между сетью 8 — 10 и нагрузкой 11 — 18. Пусть диод (включен так, что оп открывается при положительной полуволне, а диод 2 — прп отрицательной полуволне напряжения. Тогда 10 линейные токи 11 — /10, протекающие по коммутирующим цепочкам н нагрузке, в каждьш момент времени равны алгебраической сумме токов, 15

l8=LC=L8, 10+ 48, 9г

19 4В L9, 8+19г 10г

110=1А=110, 8+110, 9г где индексы токов в правой части уравнений указывают, между какими фазами протекает 20 ток.

Если реле 17 схемы управления замыкает свои контакты 8, 4 и 7 в промежутке времени

11 — 18 (фиг. 2, 3), когда диоды 1 и 2 смещены

В обратном направлении (в этом промежутке 25

vAo-v„,= и„.) 0, UA,-U„= vÄa<0

Uco — Uao=Uca(0), то их замыкание происходит в обесточенном состоянии, т. е. в этом промежутке i8=0, ig = O, ii0= 0. С момента 4 (Uco) UAo Uao) Uro 1ВО) UAo) диод I 30 под действием напряжения UcA = Uco — UAo) 0 смещается в прямом направлении, а диод 2 остается в запертом состоянии, поэтому

98=18, 10

i9=0, 35

110=110, 8

До момента 18. С момента t2 (Uco) U o, . Uao(Uco, Uao) UAo) под действием напряЖения 1СВ= 1со — 1во)0 диоды 1, 2 смеща- 40 ются в прямом направлении, и до момента 14 сохраняются соотношения

LS=18, 10+ L8, 9

L9=l9 8, 45

110= ti0, 8.

Наконец, с момента t4 (Uro)U, Uap(

L8 = L8, 10+ LS, 9, 50

L9= l9, 8+ 19, 10

110 — 110, 8+ L10, 9

Таким образом, с момента t4 все диоды для всех действующих напряжений смещены в 55 прямом направлении и нагрузка подключена к сети. Такое состояние диодов длится до момента 4. Поэтому, если в промежутке t4 — 10 замкнуть контакты 5 и б, то состояние схемы не изменяется, а нагрузка окончательно вклю- 60 чена и питается через контакты 5 и б.

Отключение нагрузки происходит в обратном порядке. Если в промежутке времени .4 — Ь, когда диоды 1 и 2 смещены в прямом направлении для всех действующих напряже- 65 ний (В это Время Ucp) UAp УВО(сгсо, Уво(К О) разомкнуть контакты 5 и б, то состояние схемы пе изменяется, а нагрузка получает питание через диоды 1, 2 и контакты

8,4и7.

В это время токи в ветвях равны

tS = tS, 10+ t8, 9г

К9=L9 8+l9 10

110 = tio, 8 + liu, 9

Начиная с момента t7 (1со< UAn

Uao

18=18, 9г

L9= L9, 8+ L9, 10г

110= 410, 9.

Начиная с момента 4 (Uco(Uло, 1во-

) Ucp, Uap

4=0, 19 — 19, 10г

li0= — li0, 9

I 1а Н1ная с момента 19 (Urp(UAp, АРВО-

: С- со, Uao) UAî) диод 2 для напряжения

UaA=- Uao — Уло)0 смещается в обратнОм направлении, и до момента tio

is=0, 4=-0, ii0= 0.

Если в промежутке t9 — 4> (UAp — Uco==

=. 1 АС 0 UAp 1ВΠ— UAB(0, Urp Uap==

=:VAa(0) размокнуть контакты 8, 4 и 7, то их размыкание происходит в обесточенном состоянии, а нагрузка отключена от сети.

II. В случае, когда нагрузка трехфазной сети соединена «треугольником», коммутация осуществляется следующим образом, В этом случае схема коммутации включена между сетью 8 — 10 и нагрузкой 14 — 1б, Линейные токи 4, 4, L10 в каждой из трех цепочек в каждый момент времени равны алгебраической сумме двух токов:

t8= t8 9+ tS 10 19 L9, 8+ t9, 10г

L10 — L10 8+110 9г где индексы у токов в правой части уравнения указывают, между какими фазами протекает ток.

Пусть диод 1 включен так, что он пропускает положительные полуволны, а диод 2— отрицательные; тогда замыкание контактов 8г

4 и 7 в промежутке времени ti — 4 (фиг. 3) г когда диоды 1 и 2 смещены в обратном направлении, для всех действующих в этом промежутке напряжений (UAo — Uco= UAc) O:

UAo — Uao= UAa(0, Uco — Uao= Uca<0) происходит в обесточенном состоянии.

С момента 19 (Uco) UAp, Uao) Uco, Uao)

U io) диод 1 под действием напряжения

321798 1сА=Uco — 1ло)0 смещается в прямом направлении, и до момента t8 сохраняются соотношения

18 — t8, 10г

19= О, tt0= t I0, 8.

С момента t8 (Ucp) 11АО, 11во<11со, 11во<

< UAo) под действием напряжения УвА=

=Ul3o — 41АО<0 диоды 1 и 2 смещаются в прямом направлении, н до момента 14 выполняются соотношения

t 8 = l8, 10+ 18, 9, l9 f9, 8

lip= t10, 8.

C момента 14 (1со) АЛО, U13p< Ucp, U13p<

l8 = l8 10 + f8 9т

t9 = t9 8 + tp 10

l1p = t1p, 8 + tip, О.

Если в промежутке t4 — t„замкнуть контакты 5 и б, то состояние схемы не нарушается, величины токов не изменяются, а нагрузка питается через контакты 5 — 7, т. е. полностью включена. Отключают нагрузку в обратном порядке, т. е. в промежутке tp — t-, размыкают контакты 5, б, а в промежутке tp — ttp — Koklтакты 8, 4, 7.

Таким образом, для осуществления коммутации нагрузки, соединенной либо «звездой» без нулевого провода, либо «треугольником», строго в момент перехода напряжения через нуль необходимо, чтобы контакты 8, 4 и 7 замыкались в промежутке tt — t8, когда UAî— 1СО= 1АС)0) UAO — UBO= UAR<0, UÑÎ вЂ” UI3p=UcI3<0, а контакты 5, б замыкались спустя полпериода в промежутке tl — tp, когда

UAo Ucp = UAc < 0, АЛО U130 = UA13 ) 0 Uro — 1во= 1св) О, а размыкание осуществлялось в обратном порядке, т. е. размыкание контактов 5 — 6 в промежутке 10 — t7, когда

АЛΠ— Uco — UAc < О, UAo= UBo = 1лв ) 0

Uco — UI3o= UcI3) О, а размыкание контактов

8, 4 и 7 — спустя полпериода в промежутке

19 110 когда UAp Urp = 1лс) О, 11ло 1ВО =

UAI3<0, Uco — UI3o= Ur13<0. Такую последовательность включения и выключения получают с помощью предлагаемой схемы управления.

Поскольку к схеме управления может быть подключено как линейное, так и фазовое напряжения, а требования к срабатыванию и отпусканию реле схемы управления зависят от способа включения, то эти случаи нужно рассматривать отдельно.

При подключении к схеме управления линейного напряжения (разности между двумя любыми фазовыми напряжениями) математически линейное напряжение между фазами

А и В, А и С, В и С можно выразить следующим образом: 1АВ = 1АО UI30 (1)

UAc — UAo Uco (2) 1вс = 1во — Uco (3) или (- вА = 1во — 1АО, (4) 1СА= - Со UAÎ (5)

Uc13 = Uco — (. во (6)

Первый индекс в выражении, стоящем в левой части уравнений (1 — 6), означает фазу, к которой подключен вывод 81 (фиг. 2), а вто15 рой — фазу, к которой подключен вывод 82.

Таким образом, к схеме управления можно подключить линейное напряжение шестью различными способами, три из которых (1), (2), (3) отличаются от трех других (4), (5), 20 (6) только подключением выводов 81 и 82.

Для удобства рассуждений и наглядности, используя графики фазового напряжения (фиг. 3), строят графики линейного напряжения (фиг. 4) следующим образом.

25 Для каждого момента времени tt, t2, 4... (фиг. 3) находят разность напряжений между фазами по уравнениям (1) — (6).

Для этих моментов времени на прямых, параллельных оси ординат и проходящих соот30 ветственно через точки t1, t2, tp..., на оси абсцисс откла IbIBBIOT величины линейных напряже1шй. Соединив найденные точки получа1от зависимость линейного напряжения от времени.

35 Если к схеме выправления подключено напряжение 1лв (UcI3, UcA), то реле 17 — 18 должны обладать задержкой срабатывания и отпускания не более одной шестой (не менее одной шестой и не более трети, не менее тре40 ти и не более половины, соответственно) периода переменного тока, В случае подключения к схеме управления напряжения UI;A (UI3c, Улс) требования к реле 17 и 18 остаются теми же, что и при под45 ключении UAI3 (Усв, UOA), с той разницей, что диоды 2б — 28 или диоды 1 и 2 должны быть включены в направлении обратном по сравнению с показанным на фиг. 1 и 2.

Пусть к схеме управления подключено на50 пря>кение Uc13 (фиг. 4), тогда переключатель работает следующим образом.

При нажатии на кнопку 29 (фиг. 2) в положительный полупериод возбуждается пусковая обмотка реле 19, которое срабатывает и

55 замыкает свои контакты 20 — 22. Замыкание контакта 20 обеспечивает протекание через пусковую обмотку реле 19 положительных полуволн тока, когда кнопка 29 разомкнута.

В следующий отрицательный полупериод

60 током через контакт 21 и диод 28 возбуждается пусковая обмотка реле 17, а через кнопку

80 и свою рабочую обмотку получает самопитание реле 19. Так как реле 17 обладает задержкой срабатывания не менее одной ше65 стой и не более трети периода, то его контак321798 ты 8, 4, 7 и 28 замыкаются в промежутке времени ti — 4, что соответствует запертому состоянию диодов 1, 2.

В следующий положительный полупериод через контакт 28 и диод 27 получает самопитание реле 17, а через контакт 22 возбуждается пусковая обмотка реле 18. Последнее имеет задержку срабатывания не менее одной шестой и не более трети периода, поэтому его контакты 5, б и 24, 25 замыкаются в промежутке t,— 4, когда диоды 1, 2 смещены в прямом направлении и нагрузка !1 — 18 или

14 — 16 переходит на питание через контакты

5, б.

В следующий отрицательный полупериод реле 18 получает самопитание через свой контакт 25. Переключатель включен.

Отключение происходит в обратном порядке.

При нажатии на кнопку 80 в отрицательный полупериод рабочая обмотка реле 19 обесточивается и контакты 20 — 22 размыкаются. В реультате, начиная со следующего положительного полупериода, пусковая обмотка реле 18 отключена от сети, и реле 18, обладая задержкой отпускания не менее одной шестой и не более одной третьей периода, размыкает свои контакты 5, б и 24, 25 в промежутке 4 — t (фиг. 4), что соответствует времени, когда диоды 1, 2 смещены в прямом направлении, и нагрузка I l — 18 или 14 — 16 переходит на питание через диоды 1, 2 и контакты 8, 4, 7.

В следующий отрицательный полупериод реле 18 не срабатывает, а пусковая обмотка реле 17 отключена от сети вследствие того, что контакт 21 реле 19 разомкнут. Так как реле 17 обладает задержкой отпускания не менее одной шестой и не более трети периода, то контакты 8, 4, 7 и 28 размыкаются в промежутке времени t> — t

В следующем положительном полупериоде реле 17 сработать не может, так как контакт

28 разомкнут. Переключатель выключен.

Подключение к схеме управления фазового напряжения возможно, если сеть имеет нулевой провод. Включение схемы управления можно осуществить шестью способами, три из которых отличаются от трех других только подключением выводов 81 и 82.

Действительно, если вывод 82 соединен с нулем сети, а вывод 81 соединен с фазой 8, 9 нли 10, то схема управления включена в фазу С, либо в фазу В, либо в фазу А, соответ5 ственно кривым Uco, Uao, С ло (фиг. 3), а если вывод 81 соединен с «нулем» сети, а вывод 82 либо с 8, либо с 9, либо 10, то схема управления включена либо в фазу С, либо в

«минус» — В, либо в — Л, но в этом случае

10 необходимо использовать кривые Uoc (Uoa

Unл) .

Если к схеме управления подключено напряжение Urn (Uog, Un.<), то реле 17 н 18 должны обладать задержкой срабатывания и

15 отпускания не менее четверти и не более пяти двенадцатых периода переменного тока (не менее одной двенадцатой и не более четверти периода, не менее пяти двенадцатых и не более половины периода, соответственно).

20 При подключении к схеме управления напряжения Uor (U n, U, n) требования к сраблтывлнию н отпусклппю остлготся тгмп я<о, что и при подключении Urо (Uo>, Un i), с той разницей, что диоды 26 — 28, либо диоды 1, 2

25 следует включить в направлении, обратном, чем на фиг. 1 и 2.

Работа переключателя при подключении к схеме управления фазового напряжения аналогична его работе при подключении линейЗ0 ного напряжения; в этом случае вместо кривых (фиг. 4) следует пользоваться кривыми (фиг. 3).

Предмет изобретения

35 Устройство для коммутации переменного напряжения в момент перехода напряжения через нуль, содержащее параллельно соединенные схему управления, выполненную в виде двух параллельных соединений обмоток.

40 электромагнитных реле, контактов этих реле и диодов, и схему коммутации, выполненную в виде последовательного соединения диода и контакта электромагнитного реле, отличаюи1ееся тем, что, с целью расширения функцио45 нальных возможностей устройства, в нем параллельно схеме управления подключены последовательно соединенные контакт электромагнитного реле, диод и первая обмотка одного электромагнитного реле, параллельно двум

50 обмоткам которого через соответствующие контакты подключены две соответствующие обмотки другого электромагнитного реле, 32!79Я

5л 6д Ъ

Фиг Я

Составитель А. Лащев

Техред 3. Тараненко

Корректор Л. Бадылама

Редактор И. Орлова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 437/15 Изд. № 155 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 475