SU1099314A1 - Способ бесконтактной коммутации трехфазной конденсаторной батареи - Google Patents

Abstract

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ КОММУТАЦИИ ТРЕХФАЗНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ в сети переменного тока с,помощью тиристоров путем подачи на управл ющие электроды тиристоров непрерьшной высокочастотной последовательности импульсов, отличающийс   тем, что, с целью упрощени  схемы управлени  конденсаторной батареей и повьшени  надежности в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах начала указанной последовательности импульсов дл  каждого из тиристоров синхронизируют с соответствующим напр жением сети, а при включении батареи указанную последовательность в первую очередь подают на тиристор той линии, котора  9 в пор дке чередовани  фаз непосредственно следует за линией, отключившейс  первой при предшествовавшем отключении батареи от сети, а затем на тиристоры последующих линий. §

Description

;о со

00

Изобретение относитс  к электрическим аппаратам и может быть использовано в тех отрасл х народного хоз йства , где необходима быстродействующа  коммутаци  конденсаторной батареи в трехфазной сети переменного тока, в частности в установках компенсации реактивной мощности.

Известен способ коммутации конденсаторов , в том числе и трезфазных, когда их включают к отключают с помощью контактных аппаратов в цепи главного тока Л .

Недостатки данного способа - большие всплески зар дных токов при коммутации и невозможность достичь быстродействи  установки вследствие ограниченного моторесурса контактных коммутаторов .

Известен способ коммутации однофазных конденсаторов с помощью тиристоров , при котором дл  исключени  всплесков зар дных токов на управл ющие электроды тиристоров подают стандартные синхронизированные с сетью широкие импульсы, обеспечивающие включение путем естественной коммутации (без всплесков) при любом возможном в данной схеме остаточном напр жении на конденсаторах zj .

Однако данный способ не применим дл  быстродействующей коммутации трехфазных конденсаторов с внутренним соединением фаз, так как он основан на том, что максимальна  величина ос- 35

таточного напр жени  на однофазном конденсаторе при его отключении от сети с помощью тиристоров не превышает амплитуды линейного напр жени  сети переменного тока, тогда как при отключении трехфазной конденсаторной батареи с помощью бесконтактных коммутаторов , установленных в линейных проводах, максимальна  величина остаточного напр жени  превьш1ает ампли- 45 мы туду сетевого напр жени . Таким образом , включение трехфазного конденсатора при данном способе, если ему предшествовало отключение, без вспле ка тока возможно только после соответствующего разр да батареи, что резко снижает быстродействие установки . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ быстродействующей коммутации конденсаторов с помощью тиристоров, заключающийс  в том, что вырабатывают непрерывную высокочастотную последовательность импульсов, которую в промежутках времени, когда результирующее значение напр жени  сети и на конденсаторе равно нулю, шунтируют, запреща  включение тиристоров {З . Этот способ может быть применен и дл  быстродействующей коммутации трёхфазных конденсаторов бесконтактными коммутаторами, установленными в линейных проводах 3J. Однако указанный способ требует определени  момента естественной коммутации, т.е. момента, когда напр жение , на тиристорах равно нулю. Фаза этого момента не однозначна и зависит от величины остаточного напр жени  на конденсаторах, которое на момент включени  может Принимать любое значение между максимальным и нулевым, поэтому невозможна его синхронизаци  с сетью. Следовательно дл  реализации данного способа необходимы датчики в главной цепи, позвол ющие определить момент нулевого напр жени  на каждом из тиристоров. Это существенно усложн ет схему главного тока и систему управлени  и делает установку менее надежной, так как выход из стро  хот  бы одного из датчиков ведет либо к разрещению включени  ти ристора в произвольный момент времени, а-следовательно, всплеску тока при коммутации, либо к несимметричному режиму включени 

ной составл ющей напр жени  на тиристорах при отключении конденсаторной батареи затрудн ет применение трансформаторных датчиков, ЧТО создает проблему гальванической разв зки главной цепи, .и цепей .управлеки  также снижает надежность установки в целом .

Цель изобретени  - упрощение схебатареи . Кроме того, наличие посто нуправлени  конденсаторной батареей и повьш1ение надежности в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу бесконтактной коммутации конденсаторов с помощью тиристоров, включающему подачу непрерывной высокочастотной последовательности импульсов на управл ющие электроды тиристоров, в схемах с тиристорно-диодными коммутаторами в линейных проводах начала указанной последовательности импульсов дл  каждого из THpHClopoB синхронизируют с соответствующим напр жением сети, а при включении батареи указанную последовательность в первую очередь подают на тиристор той линии, котора  следу ет в пор дке чередовани  фаз непосредственно за линией, отключающейс  от сети первой при предшествующем отключении батареи от сети,а затем на тиристоры последующих линий, Как показьшает анализ переходного процесса в трехфазной конденсаторной батарее при ее отключении от сети, в течение периодов после коммутации тиристор одной из линий шунтируетс  открытым диодом этой линии, а на двух других по вл етс  синусоидальное напр жение с посто нной составл ющей , котора  на одном из них боль ше амплитуды, а на другом - равна амплитуде синусоидальной составл ющей . В этой ситуации подача управл ю щего сигнала в первую очередь возмож на только на последний из указанных тиристоров, который находитс  в линии , непосредственно следующей в пор дке чередовани  фаз за линией, котора  первой отключилась от сети. При этом начала управл кицего .сигнала на данный тиристор должно приходитьс на момент времени не позже момента естественной коммутации тиристора, но и не ранее момента, когда напр жение на нем становитс  равным нулю. В случае максимального быстродейстВИЯ установки (когда включение следу ет сразу за отключением) конденсатор батареи не успевают разр дитьс  даже в малой степени и оба этих граничных момента сливаютс .в один, который совпадает по фазе с моментом отрицательного максимума синусоидальной составл ющей напр жени  на данном т-иристоре и  вл етс , таким образом, единственно возможным моментам начала подачи управл нщего сигнала на данный тиристор. В свою очередь этот момент строго синхронизирован с напр жением сети переменного тока. Каково бы теперь ни было остаточное на пр жение на конденсаторах батареи, при подаче на данный тиристор управл ющего сигнала в указанный момент он включаетс  в нужный момент путем естественной коммутации. После этого достаточно подать управл ющий сигнал на тиристоры двух очередных линий со сдвигом по фазе на треть периода и они также включаютс  путем естественной коммутации. Очевидно, что при такой организации управл ющего сигнала отпадает необходимость в точном определении момента естественной коммутации тиристоров , а следовательно, и в устройствах , реализующих эту операцию, а требуетс  лишь синхронизаци  с напр жением сети как момента начала непрерывного управл ющего сигнала при включении, так и момента его окончани  при отключении конденсаторной , батареи. Таким образом, предлагаемьй способ дает возможность реализации бесконтактных быстродействующих устройств коммутации трехфазных конденсаторных бйтарей в сети переменного тока с коммутаторами в линейных проводах , не использу  датчики напр жени  на тиристорах, усложн ющие устройство и снижающие его надежность. На фиг. 1 представлена схема конденсаторной батареи с тиристорнодиодными коммутаторами в линейных проводах и ее система управлени , реализующа  предлагаемый способ коммутации; на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений и токов, действующих в схеме. Схема содержит трехфазную конденсаторную батарею 1, с внутренним соединением фаз в треугольник, подключенную к трехфазной сети 2 переменного тока через тиристорно-диодные коммутаторы 3-5 трехфазный синхронизирующий трансформатор 6, подключенный к сети, компараторы 7-9, формирователи 10-12 синхроимпульсов; формирователь 13 команды управлени ; 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 - к формировател м 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 8 и 9. Информационные входы (Д) триггеров 19 и 20 присоединены к положительному полюсу источника питани , а такой же вход триггера 18 - к выходу формиройател  13 команды управлени  . Установочные входы (Р) триггеров 19 и 20 подключены к выходу тркТгера 18. Один из входов логических элементов 22-2Д подключен к выходу соответствующего триггера, в. . то врем  как второй вход этих элементов присоединен к выходу генератора 21, а их выходы - к входам усилителей 25-27. Выходы усилителей подключены через импульсные трансформаторы 28-30 к управл ющим электродам тиристоров 3-5. Схема работает следующим образом. Фазные напр жени  сети через трансформатор 6 поступают на входы компараторов 7-9, которые измен ют пол рность выходного сигнала в момент перехода соответствующего напр жени  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 напр жени  сети через нуль в сторону положительных значений. Предположим, что батаре  включена Тогда с выхода формировател  13 команды управлени  на входы переключател  синхроимпульсов и триггера 18 поступает единичный сигнал, на выходе триггера 18, а следовательно, и триггеров 19 и 20 по вл етс  единич ный сигнал, который разрешает прохож дение импульсов генератора 21 через логические элементы 22-24 на входы .усилителей 25-27. Таким образом, на управл ющие электроды тиристоров 3-5 поступает непрерывна  высокочастотна  последовательность импульсов, поддер живающа  последние в открытом состо  нии. ( При поступлении с выхода формировател  13 команды отключить батарею ( нулевой сигнал) переключатель синхр импульсов подключает к входу С триггера 18 формирователь 11. В момент перехода через нуль напр жени  в фазе Б сети (момент t на фиг. 2) синх роимпульс с выхода формировател  11 переключает триггер 18 в нулевое сос то ние, нулевой сигнал на его выходе устанавливает триггеры 19 и 20 также в нулевое состо ние. Элементы 22-24 блокируют поступление управл ющего сигнала на все три тиристора схемы. В момент времени 2, когда ток в линии С становитс  равным нулю она первой отключаетс  от сети, так как диод в этой линии запираетс , а тиристор не включаетс . Батаре  1 переходит в однофаэньй режим питани  через открытые диод в линии А и тиристор в линии В. В момент времени с токи в лини х А и В станов тс  равными нулю и они также отключаютс  от сети. На конденсаторах батареи действуют остаточные напр жени , одно из которых (ug(,) больше амплитуды напр жени  сети. Напр жени  на тиристорах линий А и С измен ютс  по закону синусоиды с посто нной составл ющей, котора  дл  линии А равна в первый момент амплитуде напр жени  сети, а дл  линии С превьпиает ее, а тиристор в линии В шунтирован открытым диодом данной линии. I Допустим, что команда на включение батареи поступает при максимально возможном быстродействии в течение периода напр жени  сети, следующего за отключением. При этом на выходе формировател  13 по вл етс  единичный сигнал, благодар  чему переключатель синхроимпульсов подключает к входу С триггера 18 формирователь 12. Триггер 18 переключаетс  в единичное состо ние синхроимпульсом этого формировател  в момент нулевого перехода напр жени  в фазе С сети, совпадающего по времени с отрицательным максимумом напр жени  на тиристоре линии А, когда напр жение на этом тиристоре равно нулю (момент t4 ). Единичный сигнал с выхода триггера 18 разблокирует логический элемент 22 и на тиристор в линии поступает управл ющий сигнал, благодар  чему он включаетс  путем естественной коммутации . Батаре  получает .однофазное питание через него и открытый диод в линии В. Одновременно снимаетс  блокирующий сигнал с входов Р триггеров 19 и 20, которые, в свою очередь , переключаютс  синхроимпульсами формирователей 10 и 11 соответственно , разблокиру  при этом эле енты 23 и 24. На тиристоры линий В и С, таким образом, будет подан управл ющий сигнал, начало которого сдвинуто по фазе относительно такого же начала дл  тиристора линии А на 1/3 и 2/3 периода соответственно. Благодар  этому в момент времени tj путем естественной коммутации включаетс  тир.истор Б линии В, а в момент б в Линии С.

Использование предлагаемого способа в промьшшенных установках, где необходима компенсаци  резкопеременных реактивных нагрузок (индукционные и дуговые печи, установки с частыми

пусками асинхронных двигателей и т.цУ а также в установках, где контактна  коммутаци  оказывает крайне вредное вли ние на сеть (судовые электроустановки ) либо вообще не допустима (установки с взрыво- и пожароопасными средами и т.п.)дает ощутимый экономический эффект за счет улучшени  качества электроэнергии, ее экономии вследствие уменьшени  потерь в сет х, а также экономии топлива и смазочных масел в автономных энергоустановках.

Фиг. 2

Claims (1)

1. СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ КОММУТАЦИИ ТРЕХФАЗНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БА-

   ТАРЕИ в сети переменного тока с,помощью тиристоров путем подачи на управляющие электроды тиристоров непрерывной высокочастотной последовательности импульсов, отличающийс 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 каж дого из тиристоров синхронизируют с соответствующим напряжением сети, а при включении батареи указанную пос ледовательность 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.