Выключатель каждой фазы т-фазной нагрузки переменного тока

 

ФО П И C А Н И Е, 34792I

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I.Ч. Кл. Н 03k 17/56

Н 031 17/74

Зависимое от авт. свидетельства М—

Заявлено 21 1.1969 (№ 1300818 24-7) с присоединением заявки М 1375431/24-7 ! Приоритет по пп. 2 и 3 от 14.XI.1969

Оп;блпкозано 10.И11.1972. Бюллетень Хе 24

1 Дата опублиткования описания 26.IX.1972

Комитет оо !телам изобретений и етирытий ори Совете Министров

СССР

УДК 621.316.544.1 (088.8) Авторы изобретения

Г, В, Могилевский, В. И. Гребенник и Н. С. Медведев

Заявитель

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ КАЖДОЙ ФАЗЫ тп-ФАЗНОЙ НАГРУЗКИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение касается низковольтных электрических аппаратов.

Известны выключатели m-фазной нагрузки переменного тока, содержащие в каждо "I фазе основной тиристор с датчиком тока в силовой цепи, с формирователем импульсов и оконечным формирователем сигналов и схеме управления, параллельно силовой цепи которого подключена последовательная цепь; дополнительный тиристор — коммут«ирующий конденсатор. Однако такие выключатели не обеспечивают достаточно надежной рабогы при отключении коротких замыканий в цепи нагрузки, особенно в мощных системах.

Кроме того, в известных выключателях управляющие импульсы на основные тиристоры подаются одновременно на оба тпристора, что отрицательно сказывается на работе тирпсторг, который в данный полупериод тока находится под обратным напряжением. а так?ке снижает надежность выключателя в целом. Подача импульсов, правления одновремечно на оба тиристора приводит к увеличению мощности источника питания цепи управления.

Описываемый выключатель отличается тем, что в каждую фазу его введена последовательная цепь диод — резистор, подключен-! тая параллельно дополнительному тнристору, катод которого соединен с анодом упомяютого диода, li вторая последовательная цепь, состоящая нз диода, резистора и обмотки трансформатора тока силовой цепи основного тilp»OTopа, под«(люченная параллельно 1 Оо!мутирующеъту конденсатору, оощая точка которого с ка-:Одом дополн. тельного тиристора соединена с анодом диод;-: второй последова eльнОй цепт!. Вык Ilo «атель снаожен также схемой разделения управлтпощпх импульсов, к Одному из входов которой под! л10 lен выход формирователя импульсов, к другому входу— выход датчика тока силовой цепи, управляюце: о формирователем импу "bcoB ° а выходы схемы разделе«и«я подключены кс входам око-!

5 нечных формирователей сигналов управления основных тиристоров. Схема разделения управляющих импульсов выполнена в виде двух

:.,акопительны: цепей резистор — конденсатор, общая точка конденсаторов которых подключена к выходной обмотке формирователя им. -.ульсов, а резисторы через диоды подключены и выходу датчнтта тока силовой пепи, напрнмег к обмоткам трансформатора тока, прттче т общая точка резистора и конденсатора каждой накопительной цепи через диод

",oäI ?1«o÷åHà к входу упомянутого оконечного формирователя сигнала управления.

На фпг. I показана силовая схема трехфазного бесконтактнсго выключателя переме™«oro тока; на фнг. 2 — устройство для

347Ы быстродействующего отключения одного из основных тиристоров; на фиг. 3 — схема одной фазы выключателя с устройством управ ления; на фиг. 4 — принципиальная схема датчика и схема разделения управляющи. сигналов; на фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства управления.

Основные тиристоры Tl — Тб включены попарно встречно параллельно для обеспечения проводимости в каждый полупериод,и играют роль управляемых контактов выключателя.

Тиристоры работают на трехфазную нагрузку 2„Для отключения короткого замыкания в нагрузке в любой момент времени необхnдимо обеспечить отключение любого из основных лнристоров, проводящего в данный момент времени, что требует шести отдельных устройств отключения (по числу фаз нагрузки).

В выключенном состоянии выключателя один из основных тиристоров Тl и дополнительный тиристор Т7 заперты, так как на их управляющие электроды не подаются соответствующие управляющие сигналы. Коммутирующий конденсатор Сl через ограничивающий резистор Rl, зарядный диод Дl и сопротивление фазы нагрузки Z,t, заряжаются от фазного напряжения U, до напряжени

U, с полярностью, показанной на фиг. 2. Прн этом необходимая полярность заряда обеспечивается диодом Дl, который пропускает только отрицательную полуволну U .

Резистор Rl служит для ограничения зарядного тока через конденсатор до допустимого тока диода Дl, и при соответствующем выборе диода может быть выбран достаточно малым, что обеспечивает быстрый заряд конденсатора.

В ряде случаев, когда необходимо ограничить напряжение (/„ последовательно с ревистором Rl может быть введен стабилитрон (или цепочка стабилитронов), напряжение стабилизации которого выбирают исходя из желаемой величины U, и величины U@.„„,, В общем случае нагрузка может не имегь общей точки с нейтралью сети. При этом заряд конденсаторов происходит аналогичным образом с тем отличием, что линейное напряжение U, прикладывается через ограничивающие резисторы, зарядные диоды «сопротивления нагрузки к тем конденсаторам, для которых в данный момент зарядные диоды находятся в проводящем состоянии. В связи с разбросом сопротивлений утечек конденсаторов для выравнивания напряжения на них параллельно каждому конденсатору включается резистор R2. По окончании заряд» конденсатора ток через нагрузку (в каждой фазе) определяется только разрядом конденсатора CI через резистор R2 в тот полупе риод, когда диод Дl заперт. Величина Р2 достаточно велика, поэтому током через нагрузку в установившемся режиме можно практически пренебречь, т. е. устройство потрео5

2в

G0

60 б5 ляет ток только для первоначального заряд;1 и обладает высокой экономичностью. Для выключателей с принудительным охлаждением (на токи свыше 63а) целесообразн электродвигатель вентилятора ЗД подключить на выход выключателя В этом случае даже при отсутствии нагрузки Z„ee роль выполняют статорные обмотки электродвигателя ЗД, обеспечивая тем самым независимый заряд коммутирующих конденсаторов во всех фазах выключателя.

После включения основного тиристора

Tl подзаряд конденсатора CI осуществляется от трансформатора тока ТТI, вторичная обмотка которого через резистор R8 и диод

Д2 подключена параллельно конденсатору

Cl. В связи с тем, что трансформатор тока работает на сравнительно большое сопротивление R2 и заряженный конденсатор Сl, он может быть выполнен маломощным с небольшим сечением сердечника. При возникновении короткого замыкания схема защиты подает сигнал управления на управляющий электрод тиристора Т7. Тиристор Т7 открывается, подключая к основному тиристору Т коммутирующий конденсатор Сl. Так к к напряжен e U, xoHAeHcaTopa Сl запирающим для тиристора Тl, то он закрывается, отключая тем самым выключатель.

Тирпстор Т7 выключается после того, как ток перезаряда конденсатора Cl станет меньше тока удержания Т7. Разряд конденсатора после запирания тиристора Т7 происходит через резистор R2, а также через диод Д2, резистор R8 и обмотку ТТI.

Аналогичным ооразом работают схемы отключения тиристоров Т2 — Тб, Устройства защиты тиристоров от перенапряжений могут быть предусмотрены в общей схеме выключателя.

Для включения выключателя необходимо ,подать сигнал управления на управляющ ie электроды основных тиристоров Тl — Тб

На управляющие электроды Тl, Т2 (см. фиг. 3) подаются сигналы управления с оконечных формирователей сигнала ФСУI и

ФСУ2 соответственно, выполненных по схеме интегрирующего блокинг-генератора. Эта схема обеспечивает получение достаточно мощного импульса с необходимой длительностью.

Оконечные формирователи запускаются импульсами, поступающими со схемы разделения СР, которая управляется датчиком Д.

Датчик Д одновременно управляет и формирователем,импульсов ФИ, который выполнен по схеме блокинг-генератора с эмиттерным конденсатором. При подаче извне управляющего смещения U,„è отсутствии тока У, (цепь нагрузки разомкнута) блокинг-генератор работает в автоколебательном режиме.

Прп этом импульсы с выхода ФИ поступают на схему разделения CP и далее одновременно на ФСУI и ФСУ2, так как в этом случае датчик Д не работает и не управляет схемой разделения. В первоначальный момент включается тот из тиристоров Т1, Т2, для котороГо напряжение сети в даннь!й момент пмеег прямую полярность. Для надежного первоначальнсго включения частота автоколебательного режима блокинг-генератсра должна быт выбрана достаточно большой по сравнению с частотой сети. После включения основного тиристора начинает проходить ток нагрузки и датчик Д запирает блокинг-генератор, переводя его в ждущий режим работы. Одновременно начинает работать схема разделения

СР. В момент естественного снижения тока до нуля вновь отпирается блокинг-генератор

ФИ, однако импульс его, поступая íà СР, проходит далее на оконечный формирователь только того из тиристоров (T1, T2), который должен включаться в наступающий полупе риод.

Оперативное выключение выключателя достигается снятием управляющего смещения

U со входа ФИ. При этом происходит ест ственная коммутация выключателя в момент .перехода тока через нуль, так как блокинггенератор ФИ заперт и не выдает импульсов.

При аварийном выключении также снимаег ся управляющее смещение с ФИ, а в случае короткого замыкания нагрузки начинают работать схемы принудительной коммутации. как было описано выше.

Датчик Д состоит из трансформатора тока

ТТ2 (см. фиг. 4) с двумя одинаковыми обмотками W1 и W2. Нагрузкой трансформатора тока являются резисторы R4, R5 и базовая обмотка блокинг-генератора Р Б1. С помощью диодов ДЗ, Д4 осуществляется двухполупериодное выпрямление сигнала, снимаемого с трансформатора тока ТТ2. Стабилитрон Д5 ограничивает напряжение в точке А до допустимой величины при больши.; токах нагрузки, обеспечивая также ненасыщенный режим трансформатора тока (диаграмма напряжения в точке А представлена на фиг. 5,а).

Блокинг-генератор ФИ выдает импульс в момент снижения напряжения в точке А ниже потенциала U, определяемого соотношение:, величин R4, R5, величиной U,„, а также параметрами трансформатора тока и величиной тока выключателя. Этот порог может быгь достаточно низким при надлежащем выборе параметров схемы. Сердечник трансформатора тока должен быть изготовлен из материала с малым значением коэрцитивной силы и .остаточной индукции. Параметры обмоток

W1, W2 выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточную крутизну нарастания напряжения в точке А с тем, чтобы опережение включения блокинг-генератора по отношению к моменту перехода тока через нуль было бы минимальным.

Схема разделения CP состоит из двух идентичных накопительных цепочек. Конденсаторы С2, С2 заряжаются соответственно через диоды Дб, Дб и резисторы Rá, R6 от трансформатора тока ТТ2 в соответствующие полупериоды. К точке С подключена нагруJ

10 !

Зо

65 зочная обмотка WG2 блокинг-генератора ФИ.

Диод Д8, вкл1оченный параллельно обмотке

В Б, срезает положительные выбросы импульсов олокинг-генератора и шунтирует обмотку Й?Б2 во время заряда конденсаторов

С2, С2 . Постоянную времени заряда конгденсаторов выбирают достаточно малой (до

1 мсек). После заряда каждый из конденсаторов в течение следующего полупериода (ко гда соо77ветствующий из диодов Дб, Дб заперт обратным для него напряжением на обмотке трансформатора тока) разряжается только через резисторы Ri, R7 . Постоянная разряда выбрана таким образом, чтобы полный разряд конденсатора происходил за период напряжения сети (т. е.,порядка

5 — б мсек .при -.=50 гц). Поэтому в момент перехода то а через нуль во время следующего полупериода напряжения на разряжающемся конденсаторе достаточно для запирания соответствующего из диодов Д7, Д7 в момент выдачи импульса блокинг-генератором ФИ.

Следовательно, импульс блокинг-генератора ФИ пройдет через второе плечо схемы разделения, в котором конденсатор уже успел разрядиться, и поступит только на один из формирователей ФСУ1, ФСУ2. Полярность включения трансформатора тока выбирают такой, чтобы импульс проходил на нужный формирователь. Импульс запуска вызывает срабатывание блокинг-.генератора ФСУ, при этом на выходе ФСУ образуется импульс достаточной длительности и мощности для включения основного тиристора (временные диаграммы соответствующих сигналов представлены на фиг. 5,б, 5,в, 5,г).

В первоначальный момент (или если нагрузка отключена, а управляющее смещение подано) оба конденсатора С2, С2 разряжены, т. е. тиристоры Т1, Т2 заперты, ток через выключатель не проходит. Поэтому импульсы блокинг-генератора ФИ, работающего в этом случае в автоколебательном режиме, проходят на оба оконечных формирователя, осуществляя тем самым первоначальное выключение выключателя.

В случае m-фазных выключателей применяются m аналогичных устройств управления. При этом следует произвести синхронизацию автоколебательного режима ФИ во всех фазах, выбрав в качестве задающего любой из блокинг-генераторов ФИ.

Предм ет изоб ретения

1. Выключатель каждой фазы 117-фазной нагрузки переменного тока, содержащий основной тиристор с датчиком тока в силовой цепи, с формирователем импульсов и оконечным формирователем сигналов в схеме управления, параллельно силовой цепи которого подключена последовательная цепь дополнительный тиристор — коммутирующий конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повы347921 авиа 1

ЯФ

Фиг. 2 шения надежности работы при коротком замыкании цепи нагрузки, в него введена последовательная цепь диод — резистор, подключенная параллельно дополнительному тиристору, катод которого соединен с анодом упомянутого диода, и вторая последовательная цепь, состоящая:из диод а, резистора и обмотки трансформатора тока силовой цепи основного тиристора, подключенная параллельно коммутирующему конденсатору, общая точка которого с катодом дополнительного тиристора соединена с анодом диода второй последовательной цепи.

2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения подачи одного управляющего импульса в течение периода изменения тока на каждый из основных тиристоров в момент перехода тока через нуль, он снабжен схемой разделения управляющих импульсов, к одному из входов которой подключен выход формирователя импульсов, к другому входу — выход датчика тока силовой цепи, управляющего формирователем импульсов, а выходы схемы разделения подб ключены ко входам оконечных формирователей сигналов управления основных тиристоров

3. Выключатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что схема разделения управляющих.

10 импульсов выполнена в виде двух накопительных цепей резистор — конденсатор, общая точка конденсаторов которых подключена к выходной обмотке формирователя импульсов, а резисторы через диоды подключены к вы15 ходу датчика тока силовой цепи, например к. обмоткам трансформатора тока, причем общая точка резистора и конденсатора каждой накопительной цепи через диод подключена. ко входу упомянутого оконечного формирога20 теля сигнала управления.

347921

Ф гиа7 Ф ом.е А нап Ю ее С

carr 6

ere 5 гК77 ( а б" гкап (е8

Составитель В. Ягнятинский

Техред Л. Багданова Корректоры; Е. Талалаева и 3. Тарасова

Редактор Е. Кравцова

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 387/1549 Изд. № 1115 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5