SU1401592A1 - Коммутирующее устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано дл  управлени  конденсаторными батаре ми любой емкости. Цель - повышение надежности работы на емкостную нагрузку. Коммутирующее устройство содержит тиристорный ключ 1, формирователь 8 импульсов, элемент И 9, усилители мощности 11 и 12, триггер 21, элементы И-НЕ 29, 30, инверторы 31 и 32 и цепи индикации со светодиодами 33...35. Устройство дополнительно снабжено трансформатором 6 тока с резистором 7, трансформатором 5 напр жени , компараторами 13...16 напр жени , компаратором 26 максимального тока, элементами И 10, 17...20, триггерами 22...24, счетчиком 25 импульсов и элементами И-НЕ 27 и 28. В устройстве формирование импульсов управлени  и их передача соответствующим узлам схемы согласовываетс  по времени и характеру так, что практически предотвращаютс  по вление ударных токов и перенапр жени  в цепи управл емым тиристорным ключом 1, а также возможности выхода из стро  силовых полупроводниковых приборов как при включении. о (/ с ел ее

Description

так и в рабочем режиме и при коротком замыкании в кондеисаторной батарее. .Кроме того, реализаци  устройства позвол ет отказатьс  от контактного управлени  конденсаторными

батаре ми, которые примен ютс  дл  компенсации реактивной мощности индукционных печей промышленной частоты на литейных заводах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано дл  управлени  конденсаторными батаре ми.

Цель изобретени  - повышение надежности работы на емкостную нагрузку путем устранени  коммутационных ударных токов и перенапр жений и обеспечени  защиты тиристорного ключа от повреждени  при коротком замыкании в конденсаторной батарее .

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема устройства.

Коммутирующее устройство содержит ти- ристорный ключ 1 в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенный последовательно с нагрузкой (конденсаторной батареей) 2 между клеммами 3 и 4 питающей сети, трансформатор 5 напр жени , трансформатор 6 тока с резистором 7 на выходе, формирователь 8 импульсов , выход которого соединен с первыми входами первого 9 и второго 10 логических элементов И, выходы которых через усилители 11 и 12 мощности подключены к входам ключа 1, первый - четвертый компараторы 13-16 напр жени , третий- щестой логические элементы И 17-20, первый-четвертый триггеры 21-24, счетчик 25 импульсов, компаратор 26 максимального тока, первый-четвертый логические элементы И-НЕ 27-30, первый и второй инверторы 31 и 32, первую-третью цепи индикации со светодиодами 33-35 соответственно , шину 36 управлени .

Вход трансформатора 5 подключен параллельно ключу 1, а выход - к входам компараторов 13 и 14, вход трансформатора 6 включен последовательно с ключом 1, а выход подключен к входам компараторов 15, 16 и 26. Первые входы элементов И 17 и 18 подключены к выходам компараторов 13 и 14, а вторые входы - к выходам компараторов 15 и 16, соединенным с первыми и вторыми входами элемента И-НЕ 27. Первый вход триггера 21 соединен с выходом элемента И 18 и первым входом элемента И 19, а второй вход - с выходом элемента И 17 и вторым входом, элемента И 19. Пр мой и инверсный выходы триггера 21 соединены с вторыми входами элементов 9 и 10. Выход элемента И 19 соединен с первым входом элемента И-НЕ 28, выход которого соединен

.с входом формировател  8. Выход компаратора 26 соединен с первым входом триггера 22, второй вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 27 и первому

входу счетчика 25. В.ыход триггера 22 соединен с первым входом триггера 23, инверсный выход которого соединен с его дополнительным входом, вторым входом счетчика 25 и первым входом триггера 24, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ 28. Выход счетчика соединен с первым входом элемента И 20, выход которого соединен с вторыми входами триггеров 23 и 24. Шина 36 подключена к третьему входу элемента И-НЕ 28, второму

входу элемента И 20, первому входу элемента И-НЕ 29 и через инвертор 31 к первому входу элемента И-НЕ 30, второй вход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ 29 и подключен к выходу элемента И-НЕ 27.

Цепь индикации со светодиодом 33 подключена к выходу элемента И-НЕ 29. Цепь индикации со светодиодом 34 подключена к выходу элемента И-НЕ 30, а цепь индикации со светодиодом 35 - к выходу инвертора 32, вход которого подключен к пр мому выходу триггера 24.

Устройство работает следующим образом. Напр жение U с ключа 1 через понижающий трансформатор 5 поступает в компараторы 13 и 14. При условии -Uon -

и ;+Uon на выходах компараторов 13, 14 присутствуют логические «1. Во врем  положительного полупериода, когда U +Uon, на выходе компаратора 13 по вл етс  логический «О. Во врем  отрицательного полупериода , когда и -Uon, на выходе компаратора 14 по вл етс  логический «О. Логический «О с выхода компаратора 13 через элемент И 17 поступает на второй вход триггера 21, устанавлива  его в нулевое состо ние . На пр мом выходе триггера 21 по вл етс  логический «О, который, поступа  на элемент И 9, запрещает прохождение импульсов, а на инверсном выходе триггера 21 по вл етс  логическа  «I, котора , поступа  на элемент И 10, разрешает прохождение импульсов. Логический «О с выхода компаратора 14 через элемент И 18 поступает на первый вход триггера 21, устанавлива  его в единичное состо ние. На пр мом выходе триггера 21 по вл етс  логическа  «1, котора  разрешает прохождение импульсов через элемент И 9, а на инверсном выходе триггера 21 по вл етс  логический «О, запрещающий прохождение импульсов через элемент И 10. Таким об- разом, положительный полупериод напр жени  и, устанавлива  триггер 21 в нулевое состо ние, разрешает прохождение импульсов через элемент И 10, а отрицательный полупериод напр жени  U, устанавлива  триггер 21 в единичное состо ние, разрешает прохождение импульсов через элемент И 9. При уменьшении напр жени  U до значений -Uon ; и -j-Uon логические «1 с выходов компараторов 13 и 14 через эле10

ный вход счетчика 25 и второй вход триггера 22.

Если ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимального значени , т.е. |Ii ; 1ш, то на выходе компаратора 26 присутствует логическа  «1. Если |1| „,, то на выходе компаратора 26 по вл етс  логический «О, который поступает на первый вход триггера 22 и переключает его-в единичное состо ние. На выходе триггера 22 происходит перепад уровн  с логического «О в логическую «, который, поступа  на первый вход триггера 23, переключает его из нулевого в единичное состо ,ние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 по вл етс  ломенты И 17 и 18 поступают на элемент 5 гический «О. В конце полупериода логиИ 19, а с его выхода логическа  «1 поступает на ключ (элемент И-НЕ) 28. При включенном устройстве, т.е. при подаче логической «1 на щину 36 и нахождении триггера 24 в исходном нулевом состо нии.

ческий «О с выхода элемента 27, поступа  на второй вход триггера 22, возвращает его в исходное нулевое состо ние. Таким образом, при |1| 1,„ в течение одного полупериода возможен только один

когда на его инверсном выходе присут-20 импульс на выходе триггера 22. Поэтому

ствует логическа  «1, на выходе ключа 28работа устройства не зависит от формы крипо вл етс  логический «О, который поступа-вой нагрузочного тока. Логический «О с инет на формирователь 8 открывающих им-версного выхода триггера 23 поступает на

пульсов. Перепад импульсов с высокого ло-второй вход счетчика 25, разреша  ему прогического уровн  в низкий на входе форми- с изводить счет импульсов, и на первый вход

триггера 24. В результате блок защиты.

ровател  8 вызывает по вление положительного импульса заданной длительности на выходе формировател  8. Этот импульс, пройд  через элемент И 9 (10) и усилитель 11 (12), открывает тиристорный ключ 1 в положительсосто щий из триггеров 23 и 24, счетчика 25 и логического элемента И 20, переходит в дежурный режим. Если в дальнейшем ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимальный (отрицательный) полупериод при малых ЗО ного значени , то с поступлением дес того импульса на первый вход счетчика 25 на его выходе по вл етс  логический «О, который через элемент И 20 поступает на вторые входы триггеров 23 и 24, устанавлива  их в нулевое исходное состо ние, пр жени  UT, соответствующее импульсам 35 Таким образом, блок защиты автоматичес- тока. При условии |ит| Uon на выходах ки возвращаетс  в исходное рабочее сос- компараторов 15 и 16 присутствуют логичес- то ние и тем самым избегаетс  ложное срабатывание защиты из-за кратковременной (в течение одного полупериода) перегрузки или помехи.

0 Если в течение следующих полупериодов ток в цепи нагрузки 2 превысит максимальное значение, то на выходе компаратора 26 по витс  логический «О, который переключит триггер 22 в единичное состо значени х напр жени , удовлетвор ющего неравенству |U| Uon.

Ток вторичной обмотки трансформатора 6 создает на резисторе 7 падение накие «1. Пока тиристорный ключ закрыт, UT О и компараторы 15 и 16 на работу устройства не вли ют. При открытом ключе 1 во врем  положительного полупериода , когда UT Uon, на выходе компаратора 15 по вл етс  логический «О, а во врем  отрицательного полупериода, когда UT : -U on, на выходе компаратора 16 пос логического «О в логическую «1, поступа  на первый вход триггера 23, переключит его из единичного в нулевое состо ние , т.е. на инверсном выходе триггера 23 произойдет перепад уровн  с логи вл етс  логический «О. Эти импульсы с . ние. На выходе триггера 22 перепад уровн 

компараторов 15 и 16 через элементы И 17- -

и 18 поступают на входы триггера 21 и элемента И 19. Дальнейща  работа устройства аналогична работе при управлении импульсами , поступающими с компараторов 13

и 14, причем отпирание тиристорного ключа Q ческого «О в логическую «1, который поступает на второй вход счетчика 25, удержива  его в исходном нулевом состо нии, и на первый вход триггера 24, переключа  его в единичное состо ние. На инверсном выходе триггера 24 по вл етс  логический «О, 55 который поступает на ключ 28, запреща  по вление на его выходе логического «О, тем самым запреща  по вление открывающих импульсов. Таким образом, блок запхиты переходит в режим отключени . С выхода тригосуществл етс  при малых значени х тока, дающих UT с Uon.

Выходы компараторов 15 и 16 соединены с элементом И-НЕ 27, на выходе которого присутствует логический «О, если lUrj ; : Uon, т.е. на выходе элемента 27 формируютс  импульсы, соответствующие полупериодам выходного тока. Эти импульсы поступают на элементы И-НЕ 29 и 30, счет

ный вход счетчика 25 и второй вход триггера 22.

Если ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимального значени , т.е. |Ii ; 1ш, то на выходе компаратора 26 присутствует логическа  «1. Если |1| „,, то на выходе компаратора 26 по вл етс  логический «О, который поступает на первый вход триггера 22 и переключает его-в единичное состо ние. На выходе триггера 22 происходит перепад уровн  с логического «О в логическую «, который, поступа  на первый вход триггера 23, переключает его из нулевого в единичное состо ,ние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 по вл етс  логический «О. В конце полупериода логический «О с выхода элемента 27, поступа  на второй вход триггера 22, возвращает его в исходное нулевое состо ние. Таким образом, при |1| 1,„ в течение одного полупериода возможен только один

триггера 24. В результате блок защиты.

состо щий из триггеров 23 и 24, счетчика 25 и логического элемента И 20, переходит в дежурный режим. Если в дальнейшем ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимальс логического «О в логическую «1, поступа  на первый вход триггера 23, переключит его из единичного в нулевое состо ние , т.е. на инверсном выходе триггера 23 произойдет перепад уровн  с логиние . На выходе триггера 22 перепад уровн 

- -

ческого «О в логическую «1, который поступает на второй вход счетчика 25, удержива  его в исходном нулевом состо нии, и на первый вход триггера 24, переключа  его в единичное состо ние. На инверсном выходе триггера 24 по вл етс  логический «О, который поступает на ключ 28, запреща  по вление на его выходе логического «О, тем самым запреща  по вление открывающих импульсов. Таким образом, блок запхиты переходит в режим отключени . С выхода триггера 24 логическа  «1 поступает на инвертор 32, создава  на его выходе логический «О. При этом возбуждаетс  свето- диод 35, сигнализиру  о коротком замыкании в цепи нагрузки 2 (пробой конденсаторной батареи), а устройство выключаетс  подачей логического «О на шину 36, который через элемент И 20 поступает на вторые входы триггеров 23 и 24 и устанавливает их в нулевое исходное состо ние

го логического элемента И, первые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам первого и второго компараторов напр жени  соответственно , вторые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам третьего и четвертого компараторов напр жени , соответственно соединенных с первым и вторым входами первого логического элемента И-НЕ, первый вход первого

При включенном устройстве и нормальной Ю триггера соединен с выходом четвертого его работе логическа  «1 с шины 36 посту- логического элемента И и первым входом пает на первый вход элемента И-НЕ 29, а на второй его вход поступают импульсы с высоким логическим уровнем с выхода элемента И-НЕ 27. На выходе элемента И - НЕ 29 по вл ютс  импульсы с низким логическим уровнем, и возбуждаетс  свето- диод -33, сигнализиру  о включенном состо нии устройства и нормальной его работе.

Когда на шине 36 действует логический «О, то на первый вход элемента И- 20 НЕ 30 через инвертор 31 поступает логическа  «1, если при этом.на второй вход элемента И-НЕ 30 поступают импульсы с высоким логическим уровнем с выхода элемента И-НЕ 27, то на выходе элемента --„- --- - - - „-- г-И-НЕ 30 по вл ютс  импульсы с низким триггера, второй вход которого подключен логическим уровнем, и возбуждаетс  свето-к выходу первого логического элемента И-

диод 34, сигнализиру  о наличии тока в цепи нагрузки 2 при отсутствии включаюп того логического элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом третьего логического элемента И и вторым входом п того логического элемента И, пр  - мой и инверсный выходы первого триггера подключены к вторым входам первого и второго логических элементов И, соответственно соединенных своими выходами с входами первого и второго усилителей мощности , выход п того логического элемента И подключен к первому входу второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом формировател  импульсов , выход компара тора максимального тока соединен с первым входом второго

шего сигнала, что означает пробой тирис- торного ключа 1.

Claims (2)

1. Коммутируюш,ее устройство, содержа- ш,ее тиристорный ключ в цепи подключени  нагрузки к питающей сети, формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента И, первый триггер, первый и второй усилители мощности, выходы которых подключены к входам тиристорного ключа, шину управлени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности работы на емкостную нагрузку, введены трансформатор напр жени , трансформатор тока с резистором на выходе, четыре компаратора напр жени , компаратор максимального тока, второй, третий, четвертый, п тый и шестой логические элементы И, второй, третий и четвертый триггеры, счетчик импульсов, первый и второй логические элементы И-НЕ, при этом вход трансформатора напр жени  подключен параллельно тиристорному ключу, а выход - к входам первого и второго компараторов напр жени , вход трансформатора тока включен последовательно с ти- ристорным ключом, а выход подключен к входам третьего и четвертого компараторов напр жени  и входу компаратора макси30

35

40

45

50

НЕ и первому входу счетчика импульсов, выход второго триггера соединен с первым входом третьего триггера, инверсный выход которого соединен с его дополнительным входом, вторым входом счетчика импульсов и первым входом четвертого триггера , инверсный выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента И-НЕ, выход счетчика импульсов соединен с первым входом шестого логического элемента И, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого триггеров, а шина управлени  подключена к третьему входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу шестого логического элемента И.

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что введены первый и второй инверторы, третий и четвертый логические элементы И-НЕ, перва , втора  и треть  цепи индикации , причем первый вход третьего логического элемента И-НЕ подключен к шине управлени  и через первый инвертор к первому входу четвертого логического элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с.вторым входом третьего логического элемента И-НЕ и подключен к выходу пер вого логического элемента И-НЕ, перва  и втора  цепи индикации подключены к выходам третьего и четвертого логических элементов И-НЕ, а треть  цепь индикации подключена к выходу второго инвертора.

мального тока, выход формировател  им- 55 вход которого подключен к пр мому выходу пульсов соединен с первым входом второ-четвертого триггера.

ВНИИПИЗаказ 2540/54Тираж 928Подписное

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна . 4

го логического элемента И, первые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам первого и второго компараторов напр жени  соответственно , вторые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам третьего и четвертого компараторов напр жени , соответственно соединенных с первым и вторым входами первого логического элемента И-НЕ, первый вход первого

триггера соединен с выходом четвертого логического элемента И и первым входом

триггера соединен с выходом четвертого логического элемента И и первым входом

--„- --- - - - „-- г- триггера, второй вход которого подключен к выходу первого логического элемента И-

п того логического элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом третьего логического элемента И и вторым входом п того логического элемента И, пр  - мой и инверсный выходы первого триггера подключены к вторым входам первого и второго логических элементов И, соответственно соединенных своими выходами с входами первого и второго усилителей мощности , выход п того логического элемента И подключен к первому входу второго логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом формировател  импульсов , выход компара тора максимального тока соединен с первым входом второго

0

5

0

5

0

НЕ и первому входу счетчика импульсов, выход второго триггера соединен с первым входом третьего триггера, инверсный выход которого соединен с его дополнительным входом, вторым входом счетчика импульсов и первым входом четвертого триггера , инверсный выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента И-НЕ, выход счетчика импульсов соединен с первым входом шестого логического элемента И, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого триггеров, а шина управлени  подключена к третьему входу второго логического элемента И-НЕ и второму входу шестого логического элемента И.

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что введены первый и второй инверторы, третий и четвертый логические элементы И-НЕ, перва , втора  и треть  цепи индикации , причем первый вход третьего логического элемента И-НЕ подключен к шине управлени  и через первый инвертор к первому входу четвертого логического элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с.вторым входом третьего логического элемента И-НЕ и подключен к выходу пер вого логического элемента И-НЕ, перва  и втора  цепи индикации подключены к выходам третьего и четвертого логических элементов И-НЕ, а треть  цепь индикации подключена к выходу второго инвертора.

5 вход которого подключен к пр мому выходу четвертого триггера.