Коммутирующее устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для управления конденсаторными батареями 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 напряжения , компараторами 13...16 напряжения, 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 управления и их передача соответствующим узлам схемы согласовывается по времени и характеру так, что практически предотвращаются появление ударных токов и перенапряжения в цепи управляемым тиристорным ключом 1, а также возможности выхода из строя силовых полупроводниковых приборов как при включении. о (/ с ел ее

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (504 Н03 17 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4070686/24-2! (22) 26.05.86 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (71) Каунасский литейный завод «Центролит» (72) В. Р. Норвайшас, Е. Л. Станкайтис, П. И. Балазас, P. Л. Пранцкявичус и P.-Й. В. Марма (53) 621.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 760444, кл. Н 03 К 17/56, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1069!62, кл. Н 03 К 17/56, 1984. (54) КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для управления конденсаторными батареями любой емкости. Цель — повышение надежности работы на емкостную нагрузку Коммутирующее устройство содержит тирис„„SU„„1401592 А1 торный ключ 1, формирователь 8 импульсов, элемент И 9; усилители мощности 1! и !2, триггер 21, элементы И вЂ” 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 напряжения, компараторами 13...! б напряжения, компаратором 26 максимального тока, элементами И 10, 17...20, триггерами 22...24, счетчиком 25 импульсов и элементами

И вЂ” НЕ 27 и 28. В устройстве формирование импульсов управления и их передача соответствующим узлам схемы согласовывается по времени и характеру так, что практически предотвращаются появление ударных токов и перенапряжения в цепи управляемым тиристорным ключом 1, а также возможности выхода из строя силовых полупроводниковых приборов как при включении, 1401592 так и в рабочем режиме и при коротком замыкании в конденсаторной батарее..Кроме того, реализация устройства позволяет отказаться от контактного управления конденсаторными

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для управления конденсаторными батареями.

Цель изобретения — повышение надежности работы на емкостную нагрузку путем 5 устранения коммутационных ударных токов и перенапряжений и обеспечения защиты тиристорного ключа от повреждения при коротком замыкании в конденсаторной батарее. 10

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Коммутирующее устройство содержит тиристорный ключ 1 в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенный последовательно с нагрузкой (кон- 15 денсаторной батареей) 2 между клеммами 3 и 4 питающей сети, трансформатор 5 напряжения, трансформатор 6 тока с резистором 7 на выходе, формирователь 8 импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого 9 и второго 10 логи- 20 ческих элементов И, выходы которых через усилители 11 и 12 мощности подключены к входам ключа 1, первый — четвертый компараторы 13 — 16 напряжения, третий— шестой логические элементы И 17 — 20, первый — четвертый триггеры 21 — 24, счетчик 25 импульсов, компаратор 26 максимального тока, первый — четвертый логические элементы И вЂ” НЕ 27 — 30, первый и второй инверторы 31 и 32, первую — третью цепи индикации со светодиодами 33 — 35 соответствен- 30 но, шину 36 управления.

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 компарато- 35 ров 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 40

И вЂ” 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. Прямой и инверсный выходы триггера 21 соединены 45 с вторыми входами элементов 9 и 10. Выход элемента И 19 соединен с первым входом элемента И вЂ” НЕ 28, выход которого соединен батареями, которые применяются для компенсации реактивной мощности индукционных печей промышленной частоты на литейных заводах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с входом формирователя 8. Выход компаратора 26 соединен с первым входом триггера 22, второй вход которого подключен к выходу элемента И вЂ” НЕ 27 и первому входу счетчика 25. Выход 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 вЂ” 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 вЂ” НЕ 28, второму входу элемента И 20, первому входу элемента И вЂ” НЕ 29 и через инвертор 31 к первому входу элемента И вЂ” HE 30, второй вход которого соединен с вторым входом элемента И вЂ” HE 29 и подключен к выходу элемента И вЂ” НЕ 27.

Цепь индикации со светодиодом 33 подключена к выходу элемента И вЂ” HE 29.

Цепь индикации со светодиодом 34 подключена к выходу элемента И вЂ” HE 30, а цепь индикации со светодиодом 35 — к выходу инвертора 32, вход которого подключен к прямому выходу триггера 24.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение U с ключа 1 через понижающий трансформатор 5 поступает в компараторы 13 и 14. При условии — Uo. ( (U (+Upon на выходах компараторов 13, 14 присутствуют логические «1». Во время положительного полупериода, когда U ) +Vo., на выходе компаратора 13 появляется логический «О». Во время отрицательного полупериода, когда U (— 11-, на выходе компаратора 14 появляется логический «0». Логический «О» с выхода компаратора 13 через элемент И 17 поступает на второй вход триггера 21, устанавливая его в нулевое состояние. На прямом выходе триггера 21 появляется логический «О», который, поступая на элемент И 9, запрещает прохождение импульсов, а на инверсном выходе триггера 21 появляется логическая «1», которая, поступая на элемент И 10, разрешает прохождение импульсов. Логический «О» с выхода компаратора 14 через элемент И 18 поступает на первый вход триггера 21, устанавливая его в единичное состояние. На прямом выходе триггера 21 появляется ло140

3 гическая «1», которая разрешает прохождение импульсов через элемент И 9, а на инверсном выходе триггера 21 появляется логический «О», запрещающий прохождение импульсов через элемент И 10. Таким образом, положительный полупериод напряжения U, устанавливая триггер 21 в нулевое состояние, разрешает прохождение импульсов через элемент И 10, а отрицательный полупериод напряжения U, устанавливая триггер 21 в единичное состояние, разрешает прохождение импульсов через элемент

И 9. При уменьшении напряжения U до значений — Uon (U (+1)оп логические «1» с выходов компараторов 13 и 14 через элементы И 17 и 18 поступают на элемент

И 19, а с его выхода логическая «1» поступает на ключ (элемент И вЂ” НЕ) 28. При включенном устройстве, т.е. при подаче логической «1» на шину 36 и нахождении триггера 24 в исходном нулевом состоянии, когда на его инверсном выходе присутствует логическая «1», на выходе ключа 28 появляется логический «О», который поступает на формирователь 8 открывающих импульсов. Перепад импульсов с высокого логического уровня в низкий на входе формирователя 8 вызывает появление положительного импульса заданной длительности на выходе формирователя 8. Этот импульс, пройдя через элемент И 9 (10) и усилитель 11 (12), открывает тиристорный ключ 1 в положительный (отрицательный) полупериод при малых значениях напряжения, удовлетворяющего неравенству (U((U-.

Ток вторичной обмотки трансформатора 6 создает на резисторе 7 падение напряжения U-, соответствующее импульсам тока. При условии Щ (Uo. на выходах компараторов 15 и 16 присутствуют логические «1». Пока тиристорный ключ закрыт, О и компараторы 15 и 16 на работу устройства не влияют. При открытом ключе 1 во время положительного полуПЕРИОДа, КОГДа UT ) Uoo, HB ВЪ|ХОДЕ КОМЛЯратора 15 появляется логический «О», а во время отрицательного полупериода, когда

UT (— U0п, на выходе компаратора 16 появляется логический «О». Эти импульсы с компараторов 15 и 16 через элементы И 17 и 18 поступают на входы триггера 21 и элемента И 19. Дальнейшая работа устройства аналогична работе при управлении импульсами, поступающими с компараторов 13 и 14, причем отпирание тиристорного ключа осуществляется при малых значениях тока, дающих Щ (V

Выходы компараторов 15 и 16 соединены с элементом И вЂ” HE 27, на выходе которого присутствует логический «Q», если UTj ( (Uoo, т.е. на выходе элемента 27 формируются импульсы, соответствующие полупериодам выходного тока. Эти импульсы поступают на элементы И вЂ” HE 29 и 30, счет1592

f0

55 ный вход счетчика 25 и второй вход тригI рра 22.

Если ток в цепи нагрузки 2 не превышает максимального значения, т.е. 1 ( (1„„то на выходе компаратора 26 присутствует логическая «1». Если 1 1„,, то на выходе компаратора 26 появляется логический «О», который поступает на первый вход триггера 22 и переключает его. в единичное состояние. На выходе триггера 22 происходит перепад уровня с логического

«О» в логическую «1», который, поступая на первый вход триггера 23, переключает его из нулевого в единичное состояние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 появляется логический «О». В конце полупериода логический «О» с выхода элемента 27, поступая на второй вход триггера 22, возвращает его в исходное нулевое состояние.

Таким образом, при 1 ) 1„, в течение одного полупериода возможен только один импульс на выходе триггера 22. Поэтому работа устройства не зависит от формы кривой нагрузочного тока. Логический «О» с инверсного выхода триггера 23 поступает на второй вход счетчика 25, разрешая ему производить счет импульсов, и на первый вход триггера 24. В результате блок защиты, состоящий 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 максимального значения, то с поступлением десятого импульса на первый вход счетчика 25 на его выходе появляется логический «О», который через элемент И 20 поступает на вторые входы триггеров 23 и 24, устанавливая их в нулевое исходное состояние.

Таким образом, блок зашиты автоматически возвращается в исходное рабочее состояние и тем самым избегается ложное срабатывание зашиты из-за кратковременной (в течение одного полупериода) перегрузки или помехи.

Если в течение следующих полупериодов ток в цепи нагрузки 2 превысит максимальное значение, то на выходе компаратора 26 появится логический «О», который переключит триггер 22 в единичное состояние. На выходе триггера 22 перепад уровня с логического «О» в логическую «1», поступая на первый вход триггера 23, переключит его из единичного в нулевое состояние, т.е. на инверсном выходе триггера 23 произойдет перепад уровня с логического «О» в логическую «1», который поступает на второй вход счетчика 25, удерживая его в исходном нулевом состоянии, и на первый вход триггера 24, переключая его в единичное состояние. На инверсном выходе триггера 24 появляется логический «0», который поступает на ключ 28, запрещая появление на его выходе логического «О», тем самым запрещая появление открывающих импульсов. Таким образом, блок защиты переходит в режим отключения. С выхода триг1401592

ВНИИПИ Заказ 2540/54 Тираж 928 Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4 гера 24 логическая «1» поступает на инвертор 32, создавая на его выходе логический «О». При этом возбуждается светодиод 35, сигнализируя о коротком замыкании в цепи нагрузки 2 (пробой конденсаторной батареи), а устройство выключается 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 состояние.

При включенном устройстве и нормальной его работе логическая «1» с шины 36 поступает на первый вход элемента И вЂ” НЕ 29, а на второй его вход, поступают импульсы с высоким логическим уровнем с выхода элемента И вЂ” HE 27. На выходе элемента

И вЂ” НЕ 29 появляются импульсы с низким логическим уровнем, и возбуждается светодиод 33, сигнализируя о включенном состоянии устройства и нормальной его работе.

Когда на шине 36 действует логический «О», то на первый вход элемента И—

НЕ 30 через инвертор 31 поступает логическая «1», если при этом на второй вход элемента И вЂ” НЕ 30 поступают импульсы с высоким логическим уровнем с выхода элемента И вЂ” НЕ 27, то на выходе элемента

И НЕ 30 появляются импульсы с низким .логическим уровнем, и возбуждается светодиод 34, сигнализируя о наличии тока в цепи нагрузки 2 при отсутствии включающего сигнала, что означает пробой тиристорного ключа 1.

Формула изобретения

1. Коммутирующее устройство, содержащее тиристорный ключ в цепи подключения 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 управления, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы на емкостную нагрузку, введены трансформатор напряжения, трансформатор тока с резистором на выходе, четыре компаратора напряжения, компаратор максимального тока, второй, третий, четвертый, пятый и шестой логические элементы И, второй, третий и четвертый триггеры, счетчик импульсов, первый и второй логические элементы И вЂ” НЕ, при этом вход трансформатора напряжения подключен параллельно тиристорному ключу, а выход — к входам первого и второго компараторов напряжения, вход трансформатора тока включен последовательно с тиристорным ключом, а выход подключен к входам третьего и четвертого компараторов напряжения и входу компаратора максимального тока, выход формирователя импульсов соединен с первым входом второ20

5S го логического элемента И, первые входы третьего и четвертого логических элементов

И подключены к выходам первого и второго компараторов напряжения соответственно, вторые входы третьего и четвертого логических элементов И подключены к выходам третьего и четвертого компараторов напряжения, соответственно соединенных с первым и вторым входами первого логического элемента И вЂ” НЕ, первый вход первого триггера соединен с выходом четвертого логического элемента И и первым входом пятого логичес ого элемента И, второй вход первого триггера соединен с выходом третьего логического элемента И и вторым входом пятого логического элемента И, прямой 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 пятого логического элемента И подключен к первому входу второго логического элемента И вЂ” НЕ, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход компаратора максимального тока соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к выходу первого логического элемента И—

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 вЂ” НЕ, выход счетчика импульсов соединен с первым входом шестого логического элемента И, выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого триггеров, а шина управления подключена к третьему входу второго логического элемента И вЂ” HE и второму входу шестого логического элемента И.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введены первый и второй инверторы, третий и четвертый логические элементы

И вЂ” НЕ, первая, вторая и третья цепи индикации, причем первый вход третьего логического элемента И вЂ” НЕ подключен к шине управления и через первый инвертор к первому входу четвертого логического элемента И вЂ” НЕ, второй вход которого соединен с вторым входом третьего логического элемента И вЂ” HE и подключен к выходу пер вого логического элемента И вЂ” НЕ, первая и вторая цепи индикации подключены к выходам третьего и четвертого логических элементов И вЂ” HE, а третья цепь индикации подключена к выходу второго инвертора, вход которого подключен к прямому выходу четвертого триггера.