UA148437U

UA148437U - DEVICE FOR PROTECTION OF CONSUMERS FROM OVERVOLTAGE IN AC NETWORKS

Info

Publication number: UA148437U
Application number: UAU202006077U
Authority: UA
Inventors: Сергій Олексійович Квітка; Марина Вікторівна Постнікова; Олександр Андрійович Власенков; Ігор Олексійович Зенюхов
Original assignee: Таврійський Державний Агротехнологічний Університет Імені Дмитра Моторного
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-08-11

Abstract

Пристрій для захисту споживачів від перенапруг в мережах змінного струму містить пороговий елемент і підключений до нього виконавчий орган. Виконавчий орган, який є одночасно захисним пристроєм, складається з діодного моста з силовим тиристором, в ланцюг управління якого включений польовий транзистор, стік якого з'єднаний з анодом тиристора, витік - з керуючим електродом. Затвор цього транзистора через дільник напруги на резисторах підключений до випрямляча напруги на діоді з накопичувальним конденсатором і пороговим елементом, включеним паралельно між затвором транзистора і катодом тиристора.The device for protection of consumers from overvoltages in alternating current networks contains a threshold element and the executive body connected to it. The actuator, which is also a protective device, consists of a diode bridge with a power thyristor, the control circuit of which includes a field-effect transistor, the drain of which is connected to the anode of the thyristor, the source - with the control electrode. The gate of this transistor through a voltage divider on the resistors is connected to a voltage rectifier on a diode with a storage capacitor and a threshold element connected in parallel between the gate of the transistor and the cathode of the thyristor.

Description

Запропонована корисна модель належить до електротехніки, зокрема стосується електричних мереж змінного струму, в яких можуть виникати перенапруги при нормальному режимі роботи системи електропостачання або в результаті аварії, і використовується для захисту споживача від перенапруг.The proposed useful model belongs to electrical engineering, in particular, it concerns AC electrical networks, in which overvoltages may occur during the normal operation of the power supply system or as a result of an accident, and is used to protect the consumer from overvoltages.

Відомі пристрої захисту споживача від перенапруг, що містять пороговий елемент і підключені до нього виконавчий орган, виконаний на двох зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорах, які шунтуют споживача в разі перенапруги, а в мережі живлення настає режим короткого замикання, в результаті чого спрацьовують апарати захисту від короткого замикання.Known consumer protection devices against overvoltages, containing a threshold element and an executive body connected to it, made of two thyristors connected in opposite parallel, which shunt the consumer in the event of overvoltage, and a short-circuit mode occurs in the power network, as a result of which the devices are triggered short circuit protection.

Для відновлення працездатності пристрою необхідно замінювати запобіжники або включати автомат захисту. В результаті цього відбувається значна втрата інформації.To restore the functionality of the device, it is necessary to replace the fuses or turn on the automatic protection. As a result, there is a significant loss of information.

Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до пропонованого пристрою є пристрій для захисту електроспоживачів від перенапруг, що містить пороговий елемент і підключений до нього виконавчий орган, виконаний з двох зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів, що має трансформатор, що погоджують тиристори і захисні зустрічно-паралельно з'єднані тиристори, включені послідовно зі споживачем електроенергії.The closest analogue in terms of technical essence to the proposed device is a device for protecting electrical consumers from overvoltages, which contains a threshold element and an executive body connected to it, made of two thyristors connected in opposite parallel, having a transformer that aligns thyristors and protective opposite thyristors connected in parallel, connected in series with the consumer of electricity.

При зростанні напруги в мережі живлення до граничної величини з виходу порогового елемента видається сигнал на керуючі електроди тиристорів, які відмикаються і шунтують вторинну обмотку трансформатора. При цьому зменшується напруга, що надходить на керуючі електроди узгоджувальних тиристорів, які замикаються, а, отже, замикаються і захисні тиристори, а напруга в мережі живлення споживача знижується до нуля. Після зниження напруги живлення працездатність споживача автоматично відновлюється.When the voltage in the power supply network increases to the limit value, a signal is sent from the output of the threshold element to the control electrodes of the thyristors, which open and shunt the secondary winding of the transformer. At the same time, the voltage applied to the control electrodes of the matching thyristors, which are closed, and, therefore, the protective thyristors are also closed, and the voltage in the consumer's power supply network is reduced to zero. After reducing the supply voltage, the consumer's performance is automatically restored.

Недоліком цього пристрою є наявність трансформатора, що працює при спрацьовуванні захисту в режимі максимального навантаження, а це знижує надійність і обмежує можливість роботи пристрою при багаторазовому перевищенні напруги мережі живлення. Живлення ланцюгів управління захисних тиристорів зниженою напругою мережі від трансформатора знижує швидкість наростання струму на керуючих електродах, що призводить до деякої затримки включення тиристорів в кожному півперіоді напруги мережі, а це призводить до втрати потужності на споживача. При першому підключенні до мережі з підвищеною напругою до споживача надходить як мінімум один півперіод підвищеної напруги мережі, пороговий елементThe disadvantage of this device is the presence of a transformer that works when the protection is triggered in the maximum load mode, which reduces reliability and limits the possibility of device operation when the voltage of the power supply network is repeatedly exceeded. Powering the control circuits of the protective thyristors with a reduced mains voltage from the transformer reduces the rate of current rise at the control electrodes, which leads to a certain delay in turning on the thyristors in each half-cycle of the mains voltage, and this leads to a loss of power to the consumer. At the first connection to the network with increased voltage, the consumer receives at least one half-cycle of increased network voltage, the threshold element

Зо спрацьовує при досягненні заданої величини напруги, в той час як захисні тиристори вже відкриті керуючим струмом, і це може привести до виходу з ладу споживача при значних перевантаженнях мережі.Zo is activated when the set value of the voltage is reached, while the protective thyristors are already opened by the control current, and this can lead to the failure of the consumer in case of significant network overloads.

Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій захисту споживачів від перенапруг у мережах змінного струму, що містить пороговий елемент і підключений до нього виконавчий орган, який є одночасно захисним пристроєм, складається з діодного моста з силовим тиристором, в ланцюг управління якого включений польовий транзистор, стік якого з'єднаний з анодом тиристора, витік - з керуючим електродом, а затвор цього транзистора через дільник напруги на резисторах підключений до випрямляча напруги на діоді з накопичувальним конденсатором і пороговим елементом, включеним паралельно між затвором транзистора і катодом тиристора.The task is solved by the fact that the device for protecting consumers from overvoltages in alternating current networks, which contains a threshold element and an executive body connected to it, which is also a protective device, consists of a diode bridge with a power thyristor, whose control circuit includes a field-effect transistor, the drain of which is connected to the anode of the thyristor, the drain is connected to the control electrode, and the gate of this transistor is connected through a voltage divider on resistors to a voltage rectifier on a diode with a storage capacitor and a threshold element connected in parallel between the gate of the transistor and the cathode of the thyristor.

Корисна модель пояснюється кресленням, де зображена схема пристрою для захисту споживача від перенапруг в мережах змінного струму.The useful model is explained by the drawing, which shows the scheme of the device for protecting the consumer from overvoltages in alternating current networks.

Пристрій захисту споживачів від перенапруг в мережах змінного струму містить споживача 1 електроенергії, виконавчий орган, який є одночасно захисним пристроєм, складається з діодного моста з діодами 2, 3, 4, 5 і силовим тиристором б, в ланцюг управління якого включений потужний високовольтний польовий транзистор 7, стік якого з'єднаний з анодом тиристора, а витік - з керуючим електродом. Затвор цього транзистора через дільник напруги на резисторах 8 і 9 підключений до випрямляча 10 напруги на діоді. Накопичувальний конденсатор 11 ї пороговий елемент 12 включені паралельно між затвором транзистора 7 і катодом тиристора 6.The device for protecting consumers against overvoltages in alternating current networks contains consumer 1 of electricity, the executive body, which is also a protective device, consists of a diode bridge with diodes 2, 3, 4, 5 and a power thyristor b, in the control circuit of which a powerful high-voltage field-effect transistor is included 7, the drain of which is connected to the anode of the thyristor, and the drain - to the control electrode. The gate of this transistor is connected to the voltage rectifier 10 on the diode through the voltage divider on resistors 8 and 9. The storage capacitor 11 and the threshold element 12 are included in parallel between the gate of the transistor 7 and the cathode of the thyristor 6.

Пристрій захисту споживачів від перенапруг у мережах змінного струму працює таким чином.The device for protecting consumers against overvoltages in alternating current networks works as follows.

При напрузі мережі, менше граничної величини, силовий тиристор 6 відкритий протягом кожного півперіоду за рахунок струму управління, що протікає через постійно відкритий польовий транзистор 7 і керуючий електрод, при виникненні випрямленої доданими мостом 2, 3, 4, 5 позитивної напруги мережі, прикладеної між катодом і анодом тиристора, і споживач 1 підключений до мережі живлення, так як позитивний півперіод проходить через діод 2, тиристор б ї діод 5, а негативний через діод 4, тиристор 6 і діод 3. При цьому швидкість наростання струму управління максимальна, так як до відкриття тиристора 6 між анодом і катодом спочатку бо кожного півперіоду докладена повна напруга мережі, а опір катодокеруючого електрода тиристора 6 і переходу стік-витік польового транзистора 7 у відкритому стані малі, що приводить до мінімуму часу включення тиристора на початку кожного півперіоду мережі, а отже, до мінімальних втрат потужності на споживача, близьких до теоретично можливих.When the mains voltage is less than the limit value, the power thyristor 6 is open during each half-cycle due to the control current flowing through the permanently open field-effect transistor 7 and the control electrode, when the positive mains voltage rectified by the bridges 2, 3, 4, 5, applied between cathode and anode of the thyristor, and consumer 1 is connected to the power supply, since the positive half-cycle passes through diode 2, thyristor b and diode 5, and the negative half-cycle through diode 4, thyristor 6 and diode 3. At the same time, the rate of increase of the control current is maximum, since before the opening of the thyristor 6 between the anode and the cathode, the full voltage of the network is initially applied every half cycle, and the resistance of the cathode control electrode of the thyristor 6 and the drain-drain transition of the field-effect transistor 7 in the open state are small, which minimizes the time of turning on the thyristor at the beginning of each half cycle of the network, and therefore, to minimal power losses per consumer, close to theoretically possible.

При відкритті тиристора 6 струм управління падає практично до нуля, так як напруга між катодом і анодом дуже мала.When thyristor 6 opens, the control current drops to almost zero, since the voltage between the cathode and the anode is very small.

Польовий транзистор 7 постійно відкритий позитивною напругою на накопичувальному конденсаторі 11, зарядженому через дільник напруги на резисторах ві 9 частиною випрямленої діодом 10 напруги мережі.The field-effect transistor 7 is constantly open with a positive voltage on the storage capacitor 11, charged through the voltage divider on the resistors in 9 part of the network voltage rectified by the diode 10.

Якщо у лінії почалось перевантаження, про це сповістить сигналізаційний напівпровідниковий діод 14, котрий, в свою чергу, надсилає сигнал на захисний резистор 15. А вже потім у дію вступить система керування та регулювання 13. Система керування та регулювання 13 вступає в дію, коли значення напруги в самій мережі становить вище значимо допустимої ознаки і доходить до гранично пікового значення, тоді пороговий елемент 12 розряджає накопичувальний конденсатор 11 до нуля.If an overload has started in the line, this will be reported by the signaling semiconductor diode 14, which, in turn, sends a signal to the protective resistor 15. And only then will the control and regulation system 13 come into action. The control and regulation system 13 will come into action when the value voltage in the network itself is significantly higher than the permissible value and reaches the maximum peak value, then the threshold element 12 discharges the storage capacitor 11 to zero.

Це приводить до закриття транзистора 7 і силового тиристора б, і споживач 1 відключається від мережі живлення, при цьому максимальна напруга може багаторазово перевищувати номінальну напругу мережі і обмежена напругою пробою силового тиристора 6, польового транзистора 7 і діодів 2, 3, 4, 5.This leads to the closing of transistor 7 and power thyristor b, and consumer 1 is disconnected from the power supply, while the maximum voltage may exceed the nominal voltage of the network several times and is limited by the breakdown voltage of power thyristor 6, field-effect transistor 7 and diodes 2, 3, 4, 5.

Claims

FORMULA OF THE USEFUL MODEL A device for protecting consumers from overvoltages in alternating current networks, containing a threshold element and an executive body connected to it, which differs in that the executive body, which is also a protective device, consists of a diode bridge with a power thyristor, in the control circuit which includes a field-effect transistor, the drain of which is connected to the anode of the thyristor, the drain is connected to the control electrode, and the gate of this transistor is connected through a voltage divider on resistors to a voltage rectifier on a diode with a storage capacitor and a threshold element connected in parallel between the gate of the transistor and the cathode of the thyristor .

Who and; ; bath now I From the chicken: re! и TU vysh I У их и Я (Я тсх х E . Н z so 3 also и І и . и Kz.: SO І dun - 13 - А 15 ; and у A TK A A A A A A AK A A KNAKN Coke peak intensity