Пристрій безпечної комутації вольтододаткового трансформатора

Пристрій безпечної комутації вольтододаткового трансформатора, який містить вхідні клеми, перший вивід яких підключено безпосередньо до першого виводу вихідних клем, а другий вивід до другого виводу вихідних клем через перший і другий виводи вольтододаткового трансформатора, до другого виводу якого також підключено перші виводи першого і третього ключів змінного струму, другі виводи яких з'єднано між собою через третій та четвертий виводи вольтододаткового трансформатора, до третього виводу якого підключено перший вивід другого ключа змінного струму, до U 1 3 Найбільш близьким за технічною суттю є пристрій (Туманов И.М., Асабин А.А., Щетинин О.В., Бычков Е.В. - Универсальный тиристорный модуль для повышения качества электроэнергии. Электричество, 1996, № 2, с. 29 - 35.), що містить вхідні клеми, перший вивід яких підключено безпосередньо до першого виводу вихідних клем, а другий вивід до другого виводу вихідних клем через перший і другий виводи вольтододаткового трансформатору, до другого виводу якого також підключено перші виводи першого і третього ключів змінного струму, другі виводи яких з'єднано між собою через третій та четвертий виводи вольтододаткового трансформатору, до третього виводу якого підключено перший вивід другого ключа змінного струму, до четвертого виводу вольтододаткового трансформатору, підключено перший вивід четвертого ключа змінного струму, при чому другі виводи другого і четвертого ключів з'єднані між собою і підключені до першого виводу вихідних клем, виводи яких підключено до двох входів системи управління, вісім виходів якої попарно підключено до третіх і четвертих виводів ключів змінного струму, а саме перший і другий виходи до третього і четвертого виводів першого ключа, третій і четвертий виходи до третього і четвертого виводів другого ключа, п'ятий і шостий виходи до третього і четвертого виводів третього ключа, сьомий і восьмий виходи до третього і четвертого виводів четвертого ключа. В цьому пристрої за наявністю додаткової кількості тиристорних ключів й обов'язкової наявності трифазної мережі забезпечується природна комутація за рахунок багатоетапного алгоритму переключення між станами і переводу трифазного ВДТ у неповнофазні режими. При функціонуванні цього прототипу потрібно не менш трьох проміжних станів (етапів), при яких ВДТ переходить у неповнофазний режим з нерівномірним завантаженням стержнів магнітним потоком. Найбільш вагомими недоліками прототипу є обов'язкова наявність трифазної мережі, складні алгоритми переключення (переходів між станами), велика кількість тиристорних ключів. Задачею запропонованого пристрою безпечної комутації вольтододаткового трансформатора є спрощення схеми (кількості ключів змінного струму і відводів ВДТ), можливість роботи при однофазній мережі, спрощення алгоритму переходів між станами, при одночасному забезпечені безпечної, безаварійної (без наскрізних струмів і перенапруг) комутації. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої безпечної комутації вольтододаткового трансформатора, який містить вхідні клеми, перший вивід яких підключено безпосередньо до першого виводу вихідних клем, а другий вивід до другого виводу вихідних клем через перший і другий виводи вольтододаткового трансформатору, до другого виводу якого також підключено перші виводи першого і третього ключів змінного струму, другі виводи яких з'єднано між собою через третій та четвертий виводи вольтододаткового трансформатору, до третього виводу якого підключено перший вивід другого ключа змінного струму, до 51998 4 четвертого виводу вольтододаткового трансформатору, підключено перший вивід четвертого ключа змінного струму, при чому другі виводи другого і четвертого ключів з'єднані між собою і підключені до першого виводу вихідних клем, виводи яких підключено до двох входів системи управління, вісім виходів якої попарно підключено до третіх і четвертих виводів ключів змінного струму, а саме перший і другий виходи до третього і четвертого виводів першого ключа, третій і четвертий виходи до третього і четвертого виводів другого ключа, п'ятий і шостий виходи до третього і четвертого виводів третього ключа, сьомий і восьмий виходи до третього і четвертого виводів четвертого ключа, згідно корисної моделі, що заявляється ключі змінного струму складаються із двох зустрічнопаралельно ввімкнених тиристорів, на кожний з яких формуються роздільні сигнали управління, в залежності від того який саме перехід станів відбувається, а також полярності і моменту переходу вихідної чи вхідної напруги через нуль. Введення названих ознак відрізняє запропонований пристрій безпечної комутації вольтододаткового трансформатора від прототипів, оскільки дозволяє спростити схему комутації ВДТ, спростити алгоритми переходів між станами, дозволяє функціонувати при однофазній мережі з гарантованим забезпеченням безпечної, безаварійної комутації. Запропонована корисна модель пояснюється наступними фігурами, де: На фіг. 1 зображено блок-схему пристрою безпечної комутації вольтододаткового трансформатора з ключами на зустрічно-паралельно включених тиристорах; фіг. 2 - діаграми комутації ВДТ з урахуванням пропонованого пристрою при переходах станів: а)вольтовіднімання перепускання; б) вольтовіднімання - вольтододавання; в) перепускання - вольтовіднімання; г) перепускання - вольтододавання; д) вольтододавання вольтовіднімання; е) вольтододавання - перепускання, де Uвих - вихідна напруга; У11...У12 - сигнали керування тиристорами; її - струм первинної обмотки ВДТ; S11-S41 - інтервали станів провідності тиристорів. Пристрій комутації однофазного ВДТ, містить вхідні клеми 1, перший вивід яких підключено безпосередньо до першого виводу вихідних клем 2, а другий вивід до другого виводу вихідних клем 2 через перший і другий виводи вольтододаткового трансформатору 3, до другого виводу якого також підключено перші виводи ключів змінного струму 4 і 6, другі виводи яких з'єднано між собою через третій та четвертий виводи ВДТ 3, до третього виводу якого підключено перший вивід ключа змінного струму 5, до четвертого виводу ВДТ 3 підключено перший вивід ключа змінного струму 7, при чому другі виводи ключів 5 і 7 з'єднані між собою і підключені до першого виводу вихідних клем 2, виводи яких підключено до двох входів системи управління 8, вісім виходів якої попарно підключено до третіх і четвертих виводів ключів 47, а саме перший і другий виходи до третього і четвертого виводів ключа 4, третій і четвертий 5 51998 виходи до третього і четвертого виводів ключа 5, п'ятий і шостий виходи до третього і четвертого виводів ключа 6, сьомий і восьмий виходи до третього і четвертого виводів ключа 7, ключі змінного струму 4-7 складаються із двох зустрічнопаралельно ввімкнених тиристорів, відповідно 4 із 41 та 42, 5 із 51 та 52, 6 із 61 та 62, 7 із 71 та 72, на 6 кожний з яких формуються роздільні сигнали управління, в залежності від того який саме перехід станів відбувається, а також полярності і моменту переходу вихідної чи вхідної напруги через нуль по алгоритму представленому в таблицях 1 та 2. Таблиця 1 Переходи станів ВДТ при переході напруги через нуль. Переходи станів Вольтовіднімання перепускання Вольтовіднімання вольтододавання Перепускання Вольтовіднімання Перепускання - вольтододавання Вольтододавання Вольтовіднімання Вольтододавання перепускання 3 позитивної на негативну півхвилю 41-52 71-71 3 негативної на позитивну півхвилю 42-51 72-72 41-52 71-62 42-51 72-61 51-42 72-72 52-41 71-71 51-42 61-72 52-41 62-71 51-52 61-71 52-51 62-72 Таблиця 2 Переходи станів ВДТ під час дії півхвилі напруги. Переходи станів перепускання - вольтододавання позитивна півхвиля 51-51 72-61 Пристрій безпечної комутації визначається тим, що відома схема ВДТ має три стаціонарних стана: - вольтовіднімання. При замиканні (провідний стан) ключів 4 и 7 первина обмотка трансформатора підключена до вихідної напруги, яка дорівнює різниці вхідної напруги і вольтодобавки Uвих = Uвх – UII; - перепускання. При замиканні ключів 4 і 6 або 5 і 7 первина обмотка ВДТ замкнута, вихідна напруга практично дорівнює вхідній напрузі Uвих = Uвx; - вольтододавання. При замиканні ключів 5 і 6 первина обмотка підключена до вихідної напруги, яка визначається як Uвих = Uвх+UII. В режимі вольтовіднімання при позитивній півхвилі вихідної напруги струм протікає через вентилі 41 і 71. При негативній півхвилі - через 42 і 72. негативна півхвиля 52-52 71-62 В режимі перепускання при позитивній півхвилі струм протікає через вентилі 51 і 72. При негативній півхвилі - через 52 і 71. В режимі вольтододавання при позитивній півхвилі струм протікає через вентилі 51 і 61. При негативній півхвилі - через 52 і 62. Для визначення алгоритму функціонування пропонованого пристрою знайдено безпечні ділянки переключення між режимами (станами) ВДТ, з урахуванням того, що тиристори є приборами з неповним керуванням. В таблиці 3 представлені переходи станів, при яких потрібно призвести вимкнення тиристорів поточного стану до переходу напруги через нуль і включення тиристорів наступного стану після переходу. В таблиці 4 представлено переходи станів, при яких потрібно призвести вимкнення тиристорів поточного стану і включення тиристорів наступного стану під час дії однієї півхвилі. 7 51998 8 Таблиця 3 Переходи станів ВДТ при переході напруги через нуль. Переходи станів Вольтовіднімання перепускання Вольтовіднімання вольтододавання Перепускання Вольтовіднімання Перепускання - вольтододавання Вольтододавання Вольтовіднімання Вольтододавання перепускання 3 позитивної на негативну півхвилю 41-52 (1) 71-71 (2) 3 негативної на позитивну півхвилю 42-51 (1) 72 - 72 (2) 41-52 (1) 71-62 (1) 42-51 (1) 72-61 (1) 51-42 (1) 72 - 72 (2) 52-41 (1) 71-71 (2) 51-42 (1) 61-72 (1) 52-41 (1) 62-71 (1) 51-52 (3) 61-71 (4) 52-51 (3) 62 - 72 (4) Таблиця 4 Переходи станів ВДТ під час дії півхвилі напруги. Переходи станів перепускання - вольтододавання позитивна півхвиля 51-51 (2) 72-61 (1) При аналізі переходів між станами - систематизовано переходи, які означені в таблицях 3,4 цифрами в дужках (1).. .(4). При переходах типу (1) включається тиристор, направлений зустрічне тиристору, який вимикається (наприклад, 41 - 52, 72 - 61). При цьому наскрізного струму через два тиристори, що участують в перемиканні не може бути принципово. Навіть при їх одночасному включенні (подачі сигналів керування) струм первинної обмотки буде протікати через той тиристор, до якого в даний момент прикладена позитивна напруга між анодом и катодом. При перекритті сигналів керування, або при їх одночасному переключенні у момент переходу (або біля нього) напруги навантаження через нуль забезпечується безрозривне (струм протікає через якісь тиристор) и безпечне (гарантована відсутність наскрізного струму) перемикання тиристорів. При переходах типу (2) струм продовжує текти через тиристор, що включений. При переходах типу (3) включається тиристор, який з'єднано зустрічно-паралельно раніш відкритому тиристору. При таких переходах (2 та 3) принципово не може бути наскрізного струму і розриву при перемиканні (фактично струм продовжує текти через той же самий ключ змінного струму). негативна півхвиля 52 - 52 (2) 71-62 (1) При переходах типу (4), наприклад 61 - 71 з позитивної півхвилі вихідної напруги на негативну, може виникнути наскрізний струм при завчасно ранньому відкритті тиристору 71. Відбутися це може при включені 71 до моменту переходу вихідної напруги через нуль. Якщо сигнал керування з тиристору 61 зняти гарантовано до моменту переходу напруги через нуль, а на 71 сигнал керування подати гарантовано після переходу, то 71 не відкриється до моменту зменшення струму в 61 до нуля, тобто до його повного вимкнення. Таким чином, всі означені в таблицях 1 і 2 переходи станів технічно безпечно здійснені. На фіг. 2 наведено діаграми функціонування запропонованого пристрою безпечної комутації ВДТ. Діаграми ілюструють переходи станів при зміні вихідної напруги з позитивної на негативну полярності (фіг. 2,а...2,в, 2,д, 2,е). Перехід стану з режиму перепускання в режим вольтододавання (фіг. 2,г) показано при дії позитивної півхвилі вихідної напруги. Діаграми переходів при зворотній зміні полярності аналогічні наведеним. Запропонована корисна модель є ефективним пристроєм, який дозволяє вирішити проблему надійності електропостачання відповідальних споживачів. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 51998 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601