Система керування світильниками в трифазній мережі зовнішнього освітлення міст

Реферат: UA 97433 U UA 97433 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до електротехнічної і світлотехнічної областей, зокрема до пристроїв керування світловим потоком і пускорегулюючих апаратів. Відомий пристрій "Система управления и контроля трехфазных сетей наружного освещения с каскадным включеним" [Авторське свідоцтво СССР № 11366256 А Н02J 13/00], розрахований на керування трифазними освітлювальними системами складається з керуючого блока та подібних між собою виконавчих пунктів, що містять елементи керування пунктом (його включення) та контролю напруги кожної ділянки лінії освітлення, причому джерела світла підключаються симетрично в кожному виконавчому пункті. Велика кількість елементів згаданого вище аналога, згідно з теорією статистики, суттєво знижує надійність системи, а при її створенні не передбачено керування світловим потоком ламп та не враховано вплив "старіння" ламп, що як відомо, характеризується частковим відпрацюванням електродів та призводить до зниження світового потоку - опір збільшується майже в двічі при відпрацюванні лампою половини її регламентованого строку експлуатації. Найбільш близьким за технічним змістом пристроєм є "Система дистанционного управления нагрузкой по силовой линии" [Авторское свидетельство СССР № 1669046 А1 Н02J 13/00], яким проводиться керування потужністю лампи шляхом підключення чи відключення додаткового дроселя, що дозволяє змінювати струм, що біжить через лампу, змінюючи при цьому її світловий потік. Недоліком приведеного прототипу є використання реле, робота якого на відкривання чи закривання ключа займає деякий час, а також те, що схемою не передбачено використання системи в трифазних мережах, в яких реактивний вплив ламп компенсується завдяки куту зсуву між фазами. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий пристрій, який при мінімальній кількості елементів, забезпечує керування трифазними освітлювальними мережами (світовим потоком ламп) з використанням швидкодіючих приладів мікроелектроніки, та враховує факт майже двократного збільшення опору лампи, при її відпрацюванні близько половини регламентованого строку служби. Поставлена задача вирішується тим, що схема пристрою включає керування світловим потоком світильників в трифазних освітлювальних мережах, в яких перевагою є те, що нелінійний вплив на мережу при включенні симетричного навантаження розрядними лампами практично відсутній, також тим, що як керуючий елемент, на відміну від прототипу, використовується швидкодіючий симісторний ключ, що може шунтувати додатковий дросель, при збереженні функції керування світильниками, відрізняється тим, що кількість елементів значно нижча, а значить система має більшу надійність, зниження впливу зміни величини опору лампи при відпрацюванні нею половини строку служби виконано введенням в схему основного дроселя з відгалуженням на певну кількість витків, з можливістю їх ручного шунтування, чим досягається підвищення світлового потоку лампи. Суть корисної моделі доповнюється кресленнями, наданими на фігурах: фіг. 1 - система керування світильниками в трифазній мережі зовнішнього освітлення міст; фіг. 2 керуючий пристрій; фіг. 3 - генератор керуючих імпульсів струму. Система керування світильниками в трифазній мережі зовнішнього освітлення міст (фіг. 1) складається з: джерела 1, яке має виводи фаз А, В, С; комутаційного апарату 2, полюси якого 3, 4, 5 знеструмлені; генератор керуючих імпульсів струму 7, який підключений до полюсу 3 комутаційного апарату 2 (фазою А) і нулем 6 джерела 1; світильників 8, 9, 10, які підключені відповідно до фаз А, В, С і силовими полюсами 8.2, 9.2, 10.2, а до нуля 6 джерела 1 полюсами 8.3, 9.3, 10.3, а сигналоприймаючими полюсами 8.1, 9.1, 10.1 підключені до фази С, в якій наводиться найбільший сигнал при його формуванні генератором керуючих імпульсів 7. Світильники 8, 9, 10 ідентичні. Світильник 8 (згідно з фіг. 1) складається з: лампи високого тиску типу ДНаТ 11.1; імпульсного запалювального пристрою 11.2; основного дроселя 12 та додаткового дроселя 13; симістора 14; керуючого пристрою 15, двопозиційного перемикача 16 з полюсами 16.2 і 16.3, який в одному з положень шунтує певну кількість витків обмотки основного дроселя 12. Керуючий пристрій 15 (фіг. 1, схема його виконання приведена на фіг. 2) складається з трансформатора 17, у якого є дві вторинні обмотки 19 і 20, до другої вторинної обмотки підключений датчик імпульсів 23, який у свою чергу своїм виводом 23.1 підключений до бази транзистора 22, а виводом 23.2 до емітора транзистора 22, колектор якого включений в діагональ випрямляючого моста 21, до його катода, протилежна точка моста (анод) підключена безпосередньо до емітора транзистора 22. Датчик імпульсів 23 складається з випрямляючого моста 30, паралельно діагоналі якого підключені опір 31, ємність 32 і ємність 34, між точками 23.1 і 23.2 включений резистор 33 так, що утворюється контур 32-33-34. До першої вторинної 1 UA 97433 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обмотки 19 трансформатора 17 до її кінця - точка 19.2 анодом підключений тиристор 24, який через ємкість 25 підключений до іншого кінця першої вторинної обмотки 19.1, катод тиристора 24 через резистор 26 підключений до анода тиристора 27, катод якого підключений до першого кінця першої вторинної обмотки, між цією точкою і його керуючим переходом, встановлений резистор 29, напруга, що знімається між точкою з'єднання клеми опору 29 і керуючого переходу тиристора 27 і точкою 19.2 подається на випрямляючий міст 21. Від катода тиристора 24 через резистор 28 сигнал йде до клеми 15.3, а від анода тиристора 27 сигнал надходить на клему 15.4. Генератор керуючих імпульсів струму 7 (фіг. 3) складається з трипозиційного двополюсного перемикача з середнім нейтральним положенням 36, який має відведення в двох крайніх положеннях - 37 і 38, розділового трансформатора 34 з первинною обмоткою 35, сполученою з перемикачем 36, дві вторинні обмотки якого 39 і 40, перша і друга відповідно, мають загальну точку 53, до другого полюса обмотки 40 підключений діод 41, до катода якого приєднана ємкість 42 паралельно обмотці 40 і через опір 43 сполучений з анодом фототиристора 46 оптрона 44, який катодом підключений до загальної точки вторинних обмоток розділового трансформатора 34. Анод фототиристора 46 через резистор 48 підключений до керуючого переходу допоміжного тиристора 49, катод якого підключений до точки 53, а анод до живлячої мережі 7.1. Світлодіод 45 оптрона 44 анодом підключений до вільного кінця першої вторинної обмотки 39 розділового трансформатора 34, а катодом пов'язаний з анодом тиристора 47, сигнал з катода якого подається на керуючий перехід симістора 50, який у свою чергу включений між відведеннями (точками) 7.1 і 7.2, послідовно з навантаженням 51, де встановлені варистор 52 і резистор 54. Система керування світильниками в трифазній мережі зовнішнього освітлення міста працює наступним чином. При відключеному комутаційному апараті 2 полюси 3, 4, 5 мереж знеструмлені. Включення мережі освітлення проводиться замиканням контактів комутаційного апарату 2 - з'єднання полюсів ABC джерела живлення 1 з полюсами 3, 4, 5 трифазній мережі освітлення (фіг. 1). У керуючому генераторі імпульсів струму 7 (фіг. 3) при установці двополюсного перемикача 36 в одне 3 положень, наприклад в положення 37, на першій 39 і другий 40 вторинні обмотках розділового трансформатора 34 з'являється напруга. При появі на аноді другого діода 41 додатного потенціалу потенціал з катода цього діода через другий 43 і перший 48 резисторів надходить на керівник електрод допоміжного тиристора 49. При цьому допоміжний тиристор залишається закритим, оскільки до нього прикладена від'ємна напруга першої вторинної обмотки 39 розділового трансформатора 34. Подача керуючого сигналу на допоміжний тиристор 49 триває до початку наступного півперіоду за рахунок енергії накопичувального конденсатора 42. При зміні знаку півперіоду живлячої напруги рахунок попередньої подачі керуючого сигналу на допоміжний тиристор 49 через нього, а також через світлодіод 45 оптрона 44 і перший діод 47 протікає струм керування симістора 50. Симістор 50 відмикається і по навантаженню 51 тече струм. При проходженні керуючого струму через світлодіод 45 оптрона 44, відкривається фототиристор 46 (оптрона 44) і шунтує ланцюг керуючого електрода тиристора 49. Симістор 50, пропустивши одну півхвилю робочого струму під час переходу струму через нуль, закривається. При пропусканні півхвилі струму в мережу передається обурення, при розглянутому положенні перемикача 36 - сигнали позитивної полярності, керуючий пристрій 15 при цьому реагує на приріст напруги мережі і подає сигнал на відмикання симістора 14. При установці двополюсного перемикача 36 в положення 38 (режим економії - режим ніч "Н") забезпечується про бігання через навантаження 50 півхвиль робочого струму протилежної полярності, при цьому робота схеми аналогічна роботі при попередньому положенні двополюсного перемикача, а керуючий пристрій 15 при цьому реагує на приріст напруги мережі і подає сигнал на замикання симістора 14, при цьому до ланцюга лампа-дросель (11-12) додається ще і додатковий дросель 13 і лампа працює в режимі меншої потужності. Таким чином, при установці перемикача полярності 36 в положення 37 відповідає вечірньому режиму - "В" (повна потужність ламп), - генератор керуючих імпульсів струму 7 формує одноразовий струмовий імпульс позитивної полярності і7 (+), довжина цього імпульсу не перевищує половину періоду, тобто не більше за 0,005 с. Дані струмові імпульси і 7(+) формуються у фазному полюсі 3 мережі освітлення, тобто у фазному полюсі А джерела живлення - трифазного трансформатора. Формування струмових імпульсів блоком 7 (незалежно від навантаження даної фази) у фазному полюсі "А" трансформатора, обумовлює виникнення приростів напруги в двох інших полюсах трифазного трансформатора. Найбільша амплітуда приростів спостерігається у фазному полюсі 3 джерела живлення, сполученому з полюсом мережі 5. Таким чином, у фазному полюсі мережі 5 (полюсі керування) у момент формування імпульсів струму позитивної 2 UA 97433 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 полярності в полюсі 3 виникають прирости напруги ΔU(+). Прирости напруги U(+) фіксуються керуючим пристроєм 15 (фіг. 1, докладна схема якого приведена на фіг. 2) в освітлювальній установці 8 (фіг. 1) шляхом різниці часу підзаряду конденсаторів 32 і 34. Оскільки рівень напруги у фазному полюсі 5 збільшився на величину U(+), то на ту ж величину збільшилася і напруга на первинній обмотці 18 трансформатора 17, а, отже, з урахуванням коефіцієнта трансформації збільшилася напруга і на обмотці 19 трансформатора, підключеного до входу датчика імпульсів 23 - випрямного моста 30. Збільшення напруги на виході моста 30 викликає зростання рівня напруги на конденсаторах. 32 і 34. Оскільки ємкість конденсатора 32 менше ємкості конденсатора 34 час підзаряду даних конденсаторів різний. Різниця напруги на конденсаторах 32 до 34 при їх підзаряді забезпечує протікання струму по резистору 33. Напруга, що знімається з резистора 33, впливає на базовий ланцюг транзистора 22 і відкриває його. Транзистор 22, включений діагональ випрямляючого моста 21, забезпечує протікання по резистору 29 струму. Напруга, що знімається з резистора 29, впливає на керуючий електрод замикаючого тиристора 27. При цьому залежно від того, в якій полярності мережевої напруги полюса 5 мереж освітлення було зафіксовано приріст напруги, така полярність сигналу і подається на керуючий перехід 27. В даному випадку зафіксована позитивна полярність сигналу, тобто до керуючого електрода тиристора 27 прикладена напруга позитивної полярності. Тиристор 27 відмикається. Його відкритий стан підтримується енергією конденсатора 25, який зарядив позитивними півперіодами напруги, що знімаються з вторинної обмотки 23, трансформатори 17. Струм від конденсатора 25 проходить через резистор 26 і тиристор 27. Напруга, що знімається з резистора 26, через резистор 28, подається на керуючий електрод симістора 14 освітлювальної установки 8. Відкритий стан симістора 14 забезпечує шунтування другого баластного елемента 13 в ланцюзі лампи 11.1. Таким чином, при формуванні позитивних імпульсів струму в полюсі мережі 3, дані сигнали фіксуються в полюсі мережі 5 і, перетворюючись, впливають на керуючий електрод симістора 14, відмикання якого забезпечує протікання по газорозрядній лампі 11.1 номінального струму ін. При необхідності понизити споживання електроенергії і зменшити освітленість вночі перемикач полярності 36 блока 7 (фіг. 3) встановлюють в положення "Н" (ніч) - 38. В цьому випадку за описаною вище технологією генератором керуючих імпульсів струму вночі формуються струмові імпульси негативної полярності i7(-). Дані імпульси фіксуються керуючим пристроєм 15 у вигляді приростів напруги U(-) у півхвилях негативної полярності. Комутація транзистора 22 в дані півперіоди забезпечує проходження по резистору струму замикання тиристора 27. Замикання тиристора 27 призводить до припинення подачі струму керування на симістор 14. Симістор 14 закривається - припиняє шунтувати другий баластний елемент 13 в ланцюзі газорозрядної лампи 11.1. Ведення додаткового баласту в ланцюг лампи знижує її . струм до величини і = k iH, де k - величина допустимої кратності зниження струму для стійкої . роботи лампи. Світловий потік знижується: Ф = m ФHOM, з кратністю m обумовленою величиною струму в даному режимі роботи. При k  0,6 кратність m0,5. Негативні імпульси струму формуються з тією ж періодичністю Тп. При проведені планових оглядів, при зниженні світлового потоку лампи, приймається рішення на шунтування певної кількості витків обмотки основного дроселя 12, що проводиться ручним перемикачем 16, чим досягається збільшення струму через лампу, та світлового потоку лампи. Застосування пристрою забезпечує експлуатацію розрядних ламп високого тиску в трифазних мережах, керування їх світловим потоком та підвищення світлового потоку ламп, що втратили його частину в наслідок їх старіння, шляхом шунтування частини витків обмотки основного дроселя. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Система керування світильниками в трифазній мережі зовнішнього освітлення міст складається з комутаційного апарату, що комутує джерело живлення з полюсами трифазної освітлювальної мережі, світильників, які виконані ідентично, генератора керуючих імпульсів струму, причому світильник має в своєму складі керуючий пристрій, який приймає керуючий сигнал й передає його на керований ключ, який шунтує та дешунтує додатковий дросель, яка відрізняється тим, що як ключ, що шунтує та дешунтує додатковий дросель, використовується швидкодіючий симістор, основний дросель має відгалуження на певну кількість витків його обмотки, які шунтуються при зниженні світового потоку лампи, врахована експлуатація системи керування в трифазних мережах, зменшена кількість елементів при збереженні основної функції - керування світловим потоком. 3 UA 97433 U 4 UA 97433 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5