RU2042998C1

RU2042998C1 - Device for switching capacitor

Info

Publication number: RU2042998C1
Authority: RU
Inventors: А.Е. Пасс; Л.В. Вишневский; И.А. Новосад
Original assignee: Одесская государственная морская академия
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: capacitor and resistor, which are connected in series, zero-device, which is connected in parallel to resistor and which is connected to AND gate through galvanic decoupling unit, are introduced to accomplish the goal of invention. This circuit is connected in parallel to controlled capacitor. When control signal is sent to AND gate, generator transfers control pulses to thyristor switch only when voltage at inputs of zero-devices is equal to zero. This results in possibility to supply capacitor without current surges. Capacitor is switched off when control voltage at AND gate is switched off. EFFECT: elements operate independently from capacitor capacitance. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для регулирования емкостного тока, например в установках для повышения коэффициента мощности потребителей или в регуляторах напряжения асинхронных генераторов с емкостным возбуждением. The invention relates to electrical engineering and can be used in devices for regulating capacitive current, for example, in installations for increasing the power factor of consumers or in voltage regulators of asynchronous generators with capacitive excitation.

Известно устpойство для регулирования реактивной мощности в электрических сетях, содержащее коммутируемый конденсатор, тиристорный ключ, нуль-орган, элемент И [1]
Однако для поддержания открытого состояния ключа необходимо постоянное присутствие отпирающих импульсов на управляющем входе ключа, что снижает экономичность устройства.A device for regulating reactive power in electrical networks containing a switched capacitor, a thyristor switch, a zero-organ element And [1]
However, to maintain the open state of the key, the constant presence of unlocking pulses at the control input of the key is necessary, which reduces the efficiency of the device.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее тиристорный ключ, формирователь, нуль-орган, элемент И, клемму для подключения источника управляющего напряжения [2]
При поступлении сигнала на включение тиристорного ключа от управляющего напряжения для переключения тиристоров каждые полпериода проходящего через них тока формирователь работает непрерывно до тех пор, пока не поступит сигнал на отключение. Это приводит к рассеянию значительной мощности как в тиристорах коммутатора, так и в ключевом элементе формирователя и, кроме того, затрудняет обеспечение универсальности устройства при изменении в широком диапазоне величины коммутируемого конденсатора.Closest to the invention in technical essence is a device containing a thyristor key, driver, zero-organ, element And, a terminal for connecting a control voltage source [2]
When a signal is received to turn on the thyristor switch from the control voltage to switch the thyristors, each half-period of the current passing through them, the shaper operates continuously until a turn-off signal arrives. This leads to the dissipation of significant power both in the thyristors of the switch and in the key element of the shaper and, in addition, makes it difficult to ensure the universality of the device when changing over a wide range of values of the switched capacitor.

Целью изобретения является повышение экономичности и обеспечение универсальности устройства путем использования его в широком диапазоне токов. The aim of the invention is to increase efficiency and ensure the versatility of the device by using it in a wide range of currents.

Цель достигается тем, что устройство для коммутации конденсатора, содержащее выводы для подключения коммутируемого конденсатора, тиристорный ключ с параметрами, соответствующими параметрам этого конденсатора, формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами тиристорного ключа, первый нуль-орган, входы которого подключены параллельно силовым выводам тиристорного ключа, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к источнику управляющего напряжения, снабжено последовательно соединенными резистором и конденсатором, вторым нуль-органом и блоком гальванической развязки, причем конденсатор и резистор подключены параллельно выводам для подключения коммутируемого конденсатора, входы второго нуль-органа подключены параллельно резистору, а выход через блок гальванической развязки соединен с третьим входом элемента И, выход которого соединен с входом формирователя. The goal is achieved in that a device for switching a capacitor containing terminals for connecting a switched capacitor, a thyristor switch with parameters corresponding to the parameters of this capacitor, a shaper whose outputs are connected to the control inputs of the thyristor switch, the first zero-organ whose inputs are connected in parallel with the power terminals of the thyristor key, and the output is connected to the first input of the element And, the second input of which is connected to a source of control voltage, equipped with series-connected a resistor and a capacitor, a second null organ and a galvanic isolation unit, the capacitor and a resistor connected in parallel to the terminals for connecting a switched capacitor, the inputs of the second null organ are connected in parallel with the resistor, and the output through the galvanic isolation unit is connected to the third input of the I element, the output of which is connected with shaper input.

Второй нуль-орган и блок гальванической развязки выполнены в виде связанных между собой оптоэлектронного переключателя и выпрямителя, выходы которого через ограничитель соединены с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя. The second null-organ and the galvanic isolation unit are made in the form of interconnected optoelectronic switch and rectifier, the outputs of which are connected through the limiter to the inputs of the corresponding polarity of the optoelectronic switch.

Первый нуль-орган выполнен в виде последовательно соединенных датчика напряжения, дифференциального усилителя и выпрямителя, выходы которого связаны с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя. The first zero-organ is made in the form of series-connected voltage sensors, differential amplifiers and rectifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding polarity of the optoelectronic switch.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для коммутации конденсатора; на фиг. 2, 3 структурные схемы второго нуль-органа с блоком гальванической развязки и первого нуль-органа; на фиг. 4 временные диаграммы сигналов на выходах элементов устройства. In FIG. 1 shows an electrical diagram of a device for switching a capacitor; in FIG. 2, 3 structural diagrams of the second null organ with the galvanic isolation unit and the first null organ; in FIG. 4 timing diagrams of signals at the outputs of the device elements.

Устройство для коммутации конденсатора 1 содержит выводы 2 и 3 для подключения коммутируемого конденсатора 1 к сети 4 переменного тока, тиристорный ключ 5, подсоединенные параллельно выводам 2 и 3 для подключения коммутируемого конденсатора 1 последовательно соединенные конденсатор 6 и резистор 7, первый нуль-орган 8, входы которого подсоединены параллельно силовым выводам тиристорного ключа 5, а выход связан с первым входом элемента И 9, второй нуль-орган 10, входы которого подключены параллельно резистору 7, а выход связан через блок 11 гальванической развязки с третьим входом элемента И 9, вторым входом соединенного с источником управляющего напряжения. Выход элемента И 9 соединен с входом формирователя 12, выходы которого соединены с управляющими входами тиристорного ключа 5. A device for switching a capacitor 1 contains terminals 2 and 3 for connecting a switched capacitor 1 to an AC network 4, a thyristor switch 5 connected in parallel to terminals 2 and 3 for connecting a switched capacitor 1, a capacitor 6 and a resistor 7 connected in series, the first zero-organ 8, the inputs of which are connected in parallel to the power terminals of the thyristor switch 5, and the output is connected to the first input of the And 9 element, the second zero-organ 10, whose inputs are connected in parallel to the resistor 7, and the output is connected through the galvanic block 11 isolation with the third input of the element And 9, the second input connected to a source of control voltage. The output of the element And 9 is connected to the input of the shaper 12, the outputs of which are connected to the control inputs of the thyristor key 5.

Нуль-орган 10 и блок 11 гальванической развязки (фиг.2) выполнены в виде связанных между собой оптоэлектронного переключателя 13 и выпрямителя 14, выходы которого через ограничитель 15 соединены с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя 13. The zero-organ 10 and the galvanic isolation unit 11 (Fig. 2) are made in the form of interconnected optoelectronic switch 13 and a rectifier 14, the outputs of which are connected through the limiter 15 to the inputs of the corresponding polarity of the optoelectronic switch 13.

Нуль-орган 8 (фиг.3) состоит из последовательно соединенных датчика 16 напряжения, дифференцированного усилителя 17 и выпрямителя 18, выходы которого связаны с входами соответствующей полярности оптоэлектронного переключателя 19. The zero-organ 8 (figure 3) consists of a series-connected voltage sensor 16, a differentiated amplifier 17 and a rectifier 18, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding polarity of the optoelectronic switch 19.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии тиристорный ключ 5 закрыт и ток в цепи коммутируемого конденсатора 1, конденсатора 6 и резистора 7 отсутствует, при этом нуль-орган 10 вырабатывает сигнал логической "1", который через блок 11 гальванической развязки поступает на один из входов логического элемента И 9 (фиг. 4, U₉). Напряжение на закрытом тиристорном ключе 5 равно разности напряжения сети 4 и напряжения коммутируемого конденсатора 1. Нуль-орган 8 вырабатывает короткие единичные импульсы (фиг.4, U₁₂) в моменты времени, когда напряжение на тиристорном ключе 5 становится равным нулю (t₁, t_2, t₃₎, т.е. когда напряжение на конденсаторе 1 равно напряжению сети 4, однако включение тиристорного ключа 5 происходит только в момент t₃ после появления разрешающего сигнала логической "1" от источника управляющего напряжения (фиг.4, U_у).In the initial state, the thyristor switch 5 is closed and the current in the circuit of the switched capacitor 1, the capacitor 6 and the resistor 7 is absent, while the null-organ 10 generates a logical "1" signal, which through the galvanic isolation unit 11 is supplied to one of the inputs of the logical element And 9 (Fig. 4, U ₉ ). The voltage on the closed thyristor switch 5 is equal to the difference between the voltage of the network 4 and the voltage of the switched capacitor 1. The zero-organ 8 generates short unit pulses (Fig. 4, U ₁₂ ) at times when the voltage on the thyristor switch 5 becomes zero (t ₁ , t _2, t ₃₎ , i.e. when the voltage on the capacitor 1 is equal to the voltage of the network 4, however, the thyristor switch 5 is turned on only at the moment t ₃ after the appearance of the logical enable signal “1” from the control voltage source (Fig. 4, U _у ).

Напряжение сети 4 прикладывается к коммутируемому конденсатору 1 и последовательно соединенным конденсатору 6 и резистору 7. Сопротивление резистора 7 намного меньше емкостного сопротивления конденсатора 6, поэтому моменты перехода через нуль напряжения на резисторе 7 совпадают с моментами перехода через нуль тока конденсаторов 6 и 1. The voltage of the network 4 is applied to the switched capacitor 1 and the capacitor 6 and the resistor 7 connected in series. The resistance of the resistor 7 is much less than the capacitive resistance of the capacitor 6, therefore, the moments when the voltage across the resistor 7 passes through zero coincide with the moments when the capacitors 6 and 1 go through zero.

После открытия ключа 5 выходной сигнал нуль-органа 8 постоянно равен логической "1", а сигнал "1" на выходах нуль-органа 10 и блока 11 гальванической развязки появляется в моменты t₄, t₅, t₆ равенства нулю тока конденсатора 1. Если от источника управляющего напряжения продолжает поступать разрешающий сигнал логической "1", то формирователь 12 вырабатывает импульсы (фиг.4, U₁₁), которые открывают тиристор ключа 5, пропускающий ток в следующем полупериоде.After opening the key 5, the output signal of the zero-organ 8 is constantly equal to the logical "1", and the signal "1" at the outputs of the zero-organ 10 and the galvanic isolation unit 11 appears at moments t ₄ , t ₅ , t ₆ of the zero current of the capacitor 1. If a logical "1" enable signal continues to come from the control voltage source, then the driver 12 generates pulses (Fig. 4, U ₁₁ ) that open the thyristor of switch 5, which transmits current in the next half-cycle.

Нуль-орган 10 и блок 11 гальванической развязки (фиг.2) работают следующим образом. The zero-organ 10 and the block 11 galvanic isolation (figure 2) work as follows.

Сигнал с резистора 7 выпрямляется выпрямителем 14 и подается на ограничитель 15, который предотвращает выход из строя оптоэлектронного переключателя 13 при случайных бросках тока в цепи тиристорного ключа 5. В момент времени, когда напряжение на выходе ограничителя 15 близко к нулю, оптоэлектронный переключатель 13 вырабатывает сигнал логической "1" и, наоборот, при напряжении больше нуля сигнал логического нуля. The signal from the resistor 7 is rectified by the rectifier 14 and fed to the limiter 15, which prevents the failure of the optoelectronic switch 13 during random inrush currents in the circuit of the thyristor switch 5. At the time when the voltage at the output of the limiter 15 is close to zero, the optoelectronic switch 13 generates a signal logical "1" and, conversely, when the voltage is greater than zero, the signal is a logical zero.

На входе нуль-органа 8 находится датчик 16 (фиг.3), измеряющий напряжение на тиристорном ключе 5. Дифференциальный усилитель 17 обеспечивает усиление сигнала и согласование выпрямителя 18 с датчиком 16 напряжения. С выхода выпрямителя 18 сигнал соответствующей полярности поступает на входы оптоэлектронного переключателя 19, который вырабатывает сигнал логической "1", когда напряжение на тиристорном ключе 5 равно или близко к нулю. At the input of the zero-organ 8 is a sensor 16 (Fig. 3), which measures the voltage on the thyristor key 5. The differential amplifier 17 provides signal amplification and matching of the rectifier 18 with the voltage sensor 16. From the output of the rectifier 18, a signal of the corresponding polarity is fed to the inputs of the optoelectronic switch 19, which generates a logical "1" signal when the voltage on the thyristor switch 5 is equal to or close to zero.

Включение тиристорного ключа в момент равенства напряжения сети и остаточного напряжения на коммутируемом конденсаторе позволяет избежать бросков тока через тиристорный ключ и обеспечить его надежную работу. Turning on the thyristor switch at the moment of equality of the mains voltage and the residual voltage on the switched capacitor allows to avoid current surges through the thyristor switch and ensure its reliable operation.

Переключение тока открытого ключа с одного тиристора на другой путем подачи коротких управляющих импульсов в моменты равенства нулю тока конденсатора делает устройство более экономичным и универсальным в широком диапазоне токов. Switching the public key current from one thyristor to another by applying short control pulses at moments when the capacitor current is zero makes the device more economical and universal in a wide range of currents.

Claims

1. DEVICE FOR SWITCHING A CAPACITOR, containing conclusions for connecting a switched capacitor, a thyristor switch with parameters corresponding to the parameters of this capacitor, a driver whose outputs are connected to the control inputs of the thyristor switch, the first zero-organ whose inputs are connected in parallel with the power terminals of the thyristor switch, and the output is connected to the first input of the element And, the second input of which is connected to a source of control voltage, characterized in that, in order to increase efficiency and ensure To increase the universality of the device by using it in a wide range of currents, a resistor and a capacitor, a second zero-organ and a galvanic isolation unit are introduced into the device, the capacitor and a resistor connected in parallel with the terminals for connecting a switched capacitor, the inputs of the second zero-organ are connected in parallel with the resistor, and the output through the galvanic isolation unit is connected to the third input of the element And, the output of which is connected to the input of the shaper.

2. The device according to p. 1, characterized in that the second zero-organ and the galvanic isolation unit are made in the form of interconnected optoelectronic switch and rectifier, the outputs of which are connected through the limiter to the inputs of the corresponding polarity of the optoelectronic switch.

3. The device according to claim 1, characterized in that the first zero-organ is made in the form of series-connected voltage sensors, differential amplifiers and rectifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding polarity of the optoelectronic switch.