Способ бесконтактной коммутации трехфазной конденсаторной батареи

Способ бесконтактной коммутации трехфазной конденсаторной батареи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ КОММУТАЦИИ ТРЕХФАЗНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ в сети переменного тока с,помощью тиристоров путем подачи на управляющие электроды тиристоров непрерьшной высокочастотной последовательности импульсов, отличающийс я тем, что, с целью упрощения схемы управления конденсаторной батареей и повьшения надежности в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах начала указанной последовательности импульсов для каждого из тиристоров синхронизируют с соответствующим напряжением сети, а при включении батареи указанную последовательность в первую очередь подают на тиристор той линии, которая 9 в порядке чередования фаз непосредственно следует за линией, отключившейся первой при предшествовавшем отключении батареи от сети, а затем на тиристоры последующих линий. §

(1% (10

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 C O5 Р 1/70

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3601800/24-07 (22) 18.04.83 (46) 23.06.84 Бюл. 9 23 (72) Г.Л.Бурлаченко, В.Д.Гаврилов и Ю.В.Хрусталев (71) Дальневосточное высшее инженерное морское училище им. адм.Г.И. Невельского (53) 621. 054. 72 (088. 8) (56) 1. Ильяшов В.П ° Конденсаторные установки промышленных предприятий.

М., "Энергия", 1972.

2. Веников В.А. и др. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях. М., "Энергия", 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

В 389626, кл. Н 02 J /18, 1970, (54) (57) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ КОММУТАЦИИ ТРЕХФАЗНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ в сети переменного тока с,помощью тиристоров путем подачи на управляющие электроды тиристоров непрерывной высокочастотной последовательности импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения схемы управления конденсаторной батареей и повышения надежности в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах начала указанной последовательности импульсов для каждого из тиристоров синхронизируют с соответствующим напряжением сети, а при включении батареи указанную последовательность в первую очередь подают на тиристор той линии, которая ® в порядке чередования фаз непосредственно следует за линией, отключившейся первой при предшествовавшем отключении батареи от сети, а затем на тиристоры последующих линий.

1099314

Изобретение относится к электрическим аппаратам и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где необходима быстродействующая коммутация конденсаторной батареи в трехфазной сети переменного тока, в частности в установках компенсации реактивной мощности.

Известен способ коммутации конденсаторов, в том числе и трезфазных, 10 когда их включают и отключают с помощью контактных аппаратов в цепи главного тока (1) .

Недостатки данного способа — большие всплески зарядных токов при ком- 15 мутации и невозможность достичь быстродействия установки вследствие ограниченного моторесурса контактных коммутаторов.

Известен способ коммутации одно- 20 фазных конденсаторов с помощью тиристоров, при котором для исключения всплесков зарядных токов на управляющие электроды тиристоров подают стандартные синхронизированные с сетью широкие импульсы, обеспечивающие включение путем естественной коммутации (без всплесков) при любом возможном в цанной схеме остаточном напряжении на конденсаторах j2) .

Однако данный способ не применим для быстродействующей коммутации трехфазных кондегасаторов с внутренним соединением фаз, так как он основан на том, что максимальная величина ос- 35 таточного напряжения на однофазном конденсаторе при его отключении от сети с помощью тиристоров не превышает амплитуды линейного напряжения сети переменного тока, тогда как при 40 отключении трехфазной конденсаторной батареи с помощью бесконтактных коммутаторов, установленных в линейных проводах, максимальная величина остаточного напряжения превышает ампли- 45 туду сетевого напряжения. Таким образом, включение трехфазного конденсатора при данном способе, если ему предшествовало отключение, без всплес,ка тока возможно только после соот- 50 ветствующего разряда батареи, что резко снижает быстродействие установки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ быстродействующей коммутации конденсаторов с помощью тиристоров, заключающийся в том, что вырабатывают непрерывную высокочастотную последовательность импульсов, которую в промежутках времени, когда результирующее значение напряжения сети и на конденсаторе равно нулю, шунтируют, запрещая включение тиристоров )3) . Этот способ может быть применен и для быстродействующей коммутации трехфазных конденсаторов бесконтактными коммутаторами, установленными в линейных проводах (3) .

Однако указанный способ требует определения момента естественной коммутации, т.е. момента, когда напряжение. на тиристорах равно нулю, Фаза этого момента не однозначна и зависит от величины остаточного напряжения на конденсаторах, которое на момент включения может принимать любое значение между максимальным и нулевым, поэтому невозможна его синхронизация с сетью. Следовательно для реализации данного способа необходимы датчики в главной цепи, позволяющие определить момент нулевого напряжения на каждом из тиристоров.

Это существенно усложняет схему главного тока и систему управления и делает установку менее надежной, так как выход из строя хотя бы одного из. датчиков ведет либо к разрешению включения тиристора в произвольный момент времени, а.следовательно, всплеску тока при коммутации, либо к несимметричному режиму включения батареи. Кроме того, наличие постоянной составляющей напряжения на тиристорах при отключении конденсаторной батареи затрудняет применение трансформаторных датчиков, что создает проблему гальванической развязки главной цепи.и цепей управления также снижает надежность установки в целом.

Цель изобретения — упрощение схемы управления конденсаторной батареей и повышение надежности в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу бесконтактной коммутации конденсаторов с помощью тиристоров, .включающему подачу непрерывной высокочастотной последовательности импульсов на управляющие электроды тиристоров, в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах начала указанной последовательности импульсов для каждого из

9314 1 .они также включаются путем естественной коммутации.

Очевидно, что при такой организации управляющего сигнала отпадает необходимость в точном определении момента естественной коммутации тиристоров, а следовательно, и в устройствах, реализующих эту операцию, а требуется лишь синхронизация с напряжением сети как момента начала непрерывного управляющего сигнала при включении, так и момента его окончания при отключении конденсаторной,батареи.

Таким образом, предлагаемый способ дает возможность реализации бесконтактных -быстродействующих устройств коммутации трехфазных конденсаторных батарей в сети переменного тока с коммутаторами в линейных проводах, не используя датчики напряженйя на тиристорах, усложняющие устройство и снижающие его надежность.

3 109 тиристоров синхронизируют с соответ ствующим напряжением сети, а при включении батареи указанную последовательность в первую очередь подают на тиристор той линии, которая следу- 5 ет в порядке чередования фаз непосредственно за линией, отключающейся от сети первой при предшествующем отключении батареи от сети а затем

l на тиристоры последующих линий. 1О

Как показывает анализ переходного процесса в трехфазной конденсаторной батарее при ее отключении от сети

Ф в течение периодов после коммутации тиристор однои из линий шунтируется

l5 открытым диодом этой линии, а на двук других появляется синусоидальное напряжение с постоянной составляющей, которая на одном из них боль-ше амплитуды, а на другом — равна амплитуде синусоидальной составляющей. В этой ситуации подача управляющего сигнала в первую очередь возможна только на последний из укаэанных тиристоров, который находится в ли25 нии, непосредственно следующей в порядке чередования фаз за линией, которая первой отключилась от сети.

При этом начала управляющего сигнала на данный тиристор должно приходиться на момент времени не позже момента естественной коммутации тиристора, но и не ранее момента, когда напряжение на нем становится равным нулю.

В случае максимального быстродейст- 35 вия установки (когда включение следует сразу за отключением) конденсаторы батареи не успевают разрядиться даже в малой степени и оба этих граничных момента сливаются .в один, который 40 совпадает по фазе с моментом отрицательного максимума синусоидальной составляющей напряжения на данном тиристоре и является, таким образом, единственно возможным моментам начала подачи управляющего сигнала на данный тиристор. В свою очередь этот момент строго синхронизирован с напряжением сети переменного. тока. Каково бы теперь ни было остаточное на-5О . пряжение на конденсаторах батареи, при подаче на данный тиристор управляющего сигнала в указанный момент он включается в нужный момент путем естественной коммутации. После этого 55 достаточно подать управляющий сигнал на тиристоры двух очередных линий со сдвигом по фазе на треть периода и

На и а фиг. 1 представлена схема конденсаторной батареи с тиристорнодиодными коммутаторами в линейных проводах и ее система управления

У реализующая предлагаемый способ коммутации; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений и токов, действующих в схеме.

Схема содержит трехфазную конденсаторную батарею 1, с внутренним соединением фаз в треугольник подt

;ключенную к трехфазной сети 2 пере;менного тока через тиристорно-диодные коммутаторы 3-5; трехфазный синхроннзирующий трансформатор 6 под% ключенный к сети, компараторы 7-9

У формирователи 10-12 синхроимпульсов; формирователь 13 команды управления; переключатель синхроимпульсов, собранный на логических элементах 14-17; синхронные триггеры 18-20 задержки; генератор 21 высокочастотных импульсов; логические элементы 22-24, транзисторные усилители 25-27 импульсов; импульсные трансформаторы 28-30.

Входы компараторов 7-9 подключены к фазам вторичной обмотки трансформатора 6, а их выходы — a формирователям 10-12, Синхронизирующие входы (С) триггеров 19 и 20 подключены,непосредственно к выходам формирователей 10 и 11, а такой же вход триггера 18 через переключатель синхроимпульсов — к выходам формирователей

1099314

28-30 к управляющим электродам тиристоров 3-5, Схема работает следующим образом.

Фазные напряжения сети через трансформатор 6 поступают на входы компа- 20

30

40 последовательность импульсов, поддер-45 живающая последние в открытом состоянии. !

При поступлении с выхода формирователя 13 команды отключить батарею (нулевой сигнал) переключатель синхро импульсов подключает к входу С триггера 18 формирователь 11. В момент перехода через нуль напряжения в фазе В сети (момент 1 на фиг. 2) сиихроимпульс с выхода формирователя 11 переключает триггер 18 в нулевое состояние, нулевой сигнал на его выходе устанавливает триггеры 19 и 20 также

8 и 9. Информационные входы (Д) трнггеров 19 и 20 присоединены к положительному полюсу источника питания, а такой же вход триггера 18 — к выходу формирователя 13 команды управления. Установочные входы (P) триггеров 19 и 20 подключены к выходу триггера 18. Один из входов логических элементов 22-24 подключен к выходу соответствующего триггера, в то время как второй вход этих элементов присоединен к выходу генерагора

21, а их выходы — к входам усилителей 25-27. Выходы усилителей подключены через импульсные трансформаторы раторов 7-9, которые изменяют полярность выходного сигнала в момент перехода соответствующего напряжения через нулевое значение. Формирователи 10-12 по переднему фронту (0-1) этого сигнала формируют короткие синхроимпульсы, которые, таким образом, совпадают по фазе с моментом перехода соответствующего фазного напряжения сети через нуль в сторону положительных значений.

Предположим, что батарея включена.

Тогда с выхода формирователя 13 команды управления на входы переключателя синхроимпульсов и триггера 18 поступает единичный сигнал, на выходе триггера 18 а следовательно, и триггеров 19 и 20 появляется единичный сигнал, который разрешает прохождение импульсов генератора 21 через логические элементы 22-24 на входы (.усилителей 25-27. Таким образом, на управляющие электроды тиристоров 3-5 поступает непрерывная высокочастотная

t0 в нулевое состояние. Элементы 22-24 блокируют поступление управляющего сигнала на все три тиристора схемы.

В момент времени 2, когда ток в линии С становится равным нулю она первой отключается от сети, так как диод в этой линии запирается, а тиристор не включается. Батарея 1 переходит в однофазный режим питания через открытые диод в линии А и тиристор в линии В. В момент времени 13 токи в линиях А и В становятся равными нулю и они также отключаются от сети. На конденсаторах батареи действуют остаточные напряжения, одно из которых (U8 ) больше амплитуды напряжения сети. Напряжения на тиристорах линий

А и С изменяются по закону синусоиды с постоянной составляющей, которая для линии А равна в первый момент амплитуде напряжения сети, а для линии С превышает ее, а тиристор в линии В шунтирован открытым диодом данной линии.

Допустим, что команда на включение батареи поступает при максимально возможном быстродействии в течение периода напряжения сети, следующего за отключением. При этом на выходе формирователя 13 появляется единичный сигнал, благодаря чему переключатель синхроимпульсов подключает к входу С триггера 18 формирователь 12.

Триггер 18 переключается в единичное состояние синхроимпульсом этого формирователя в момент нулевого перехода напряжения в фазе С сети, совпадающего по времени с отрицательным максимумом напряжения на тиристоре линии А, когда напряжение на этом тиристоре равно нулю (момент 14 ). Единичный сигнал с выхода триггера 18 разблокирует логический элемент 22 и на тиристор в линии поступает управляющий сигнал, благодаря чему он включается путем естественной коммутации. Батарея получает однофазное питание через него и открытый диод в линии В. Одновременно снимается блокирующий сигнал с входов P триггеров 19 и 20, которые, в свою очередь, переключаются синхроимпульсами формирователей 10 и 11 соответственно, разблокируя при этом элементы 23 и .24. На тиристоры линий В и С, таким образом, будет подан управляющий сигнал, начало которого сдвинуто по фазе относительно такого же нача7 109931 ла для тиристора линии А на 1/3 и

2/3 периода соответственно. Благодаря этому в момент времени путем естественной коммутации включается тиристор в линии В, а в момент в линии С.

Использование предлагаемого способа в промышленных установках, где необходима компенсация резкопеременных 1g реактивных нагрузок (индукционные и дуговые печи, установки с частыми

4 8 пусками асинхронных двигателей и т.д.), а также в установках, где контактная коммутация оказывает крайне вредное влияние на сеть (судовые электроустановки) либо вообще не допустима (установки с взрыво- и пожароопасными средами и т.п.)дает ощутимый экономический эффект за счет улучшения качества электроэнергии, ее экономии вследствие уменьшения потерь в сетях, а также зкономии топлива и смазочных масел в автономных энергоустановках.

1099314

Ув Ор

Составитель О.Наказная

Редактор И.Касарда Техред А.Бабинец Корректор А.Тяско

Заказ 4372/40 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4