УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ НЕПОЛНОФАЗНЫХ РЕЖИМОВ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве устройства для симметрирования неполнофазных режимов, возникающих в системах электроснабжения потребителей при обрыве любой фазы сети.
Известно устройство для симметрирования неполнофазных режимов, содержащее стабилизатор переменного напряжения, подзарядное устройство, выходной трансформатор, аккумуляторную батарею и схему управления (см. Авторское свидетельство СССР №633110, кл Н 02 J 9/06, 1977). Данное устройство обеспечивает потребителей электроэнергией при переходе с одной сети на другую и отличается повышенным быстродействием, однако характеризуется высокой стоимостью и необходимостью настройки параметров эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для симметрирования неполнофазных режимов, содержащее три реле с замыкающими и размыкающими контактами, компенсирующие конденсаторы, включенные с помощью пары размыкающих и пары замыкающих контактов указанных реле и фазосдвигающие дроссели, шунтируемые замыкаемыми контактами указанных реле (см. Патент RU №2006135 С1, кл Н 02 J 9/06, Н 02 М 5/14). Данное устройство работоспособно и позволяет образовать трехфазную симметричную систему напряжений при обрыве любой одной фазы сети, однако ему свойственен и недостаток, сущность которого сводится к
ограничению мощности устройства, так как при восстановлении фазы токи нагрузок протекают через контакты реле, которые являются слаботочными.
Требуемый технический результат заключается в повышении мощности устройства.
Требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве для симметрирования неполнофазных режимов, содержащим три реле контроля напряжения, три компенсирующих конденсатора, три фазосдвигающих дросселя и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем первое, второе и третье реле контроля напряжения включены между фазами АВ, ВС, и СА сети, соответственно, первый, второй и третий дроссели между соответствующими фазами А, В и С сети и соответствующими клеммами для подключения нагрузки, введены шесть ключей с внутренним управлением и три ключа с внешним управлением, первый, второй и третий конденсаторы включены последовательно с соответствующими первым, вторым и третьим ключами с внутренним управлением и с соответствующими первым, вторым и третьим ключами с внешним управлением между фазами ВС, СА и АВ, соответственно, четвертый, пятый и шестой ключи с внутренним управлением включены параллельно второму, третьему и первому дросселям, соответственно, при этом каждый из ключей с внутренним и с внешним управлением выполнены на встречно-параллельно соединенных тиристорах, в цепи управления первого и четвертого ключей с внутренним управлением включены последовательно замыкающие контакты первого реле контроля напряжения, в цепи управления второго и пятого ключей с внутренним управлением включены последовательно замыкающие контакты второю реле контроля напряжения, а в цепи управления третьего и шестого ключей с внутренним управлением включены последовательно замыкающие контакты третьего реле контроля напряжения, каждый из ключей с внешним управлением содержит схему управления, выходы
которой подключены к входам управления тиристоров соответствующего ключа с внешним управлением, при этом питание на схему управления подключено через размыкающий контакт реле контроля фаз, вход которого подключен к выходу схемы выпрямления, связанную входом через трехфазный трансформатор с клеммами для подключения нагрузки.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства. На фиг.2 показана принципиальная схема ключа с внутренним управлением тиристорами. На фиг.3 изображена схема ключа с внешним управлением тиристорами.
Устройство для симметрирования неполнофазных режимов содержит (фиг.1) три реле контроля напряжения 1, 2 и 3; компенсирующие конденсаторы 4, 5 и 6; ключи с внутренним управлением 7, 8, 9, 13, 14, и 15; ключи с внешним управлением 10, 11 и 12; фазосдвигающие дроссели 16, 17, 18 и клеммы для подключения нагрузки 19, 20, 21, при этом реле 1...3 включены между фазами АВ, ВС и СА сети, соответственно, компенсирующие конденсаторы 4...6 - между фазами АВ, ВС и СА сети, соответственно, последовательно с соответствующими ключами 7...9 с внутренним управлением и соответствующими ключами 10...12 с внутренним управлением, фазосдвигающие дроссели 16...18 включены между соответствующими фазами сети А, В и С и соответствующими клеммами 19...21, причем каждый из указанных дросселей зашунтирован соответствующим ключом 13...15 с внутренним управлением.
Ключи 7, 8, 9, 13, 14 и 15 с внутренним управлением (фиг.2) выполнены по однотипным электрическим схемам, содержащим три параллельно включенных ветви (применительно к ключу 7): 7-1, 7-2 и 7-3, соединенных в узлах 7-10 и 7-11; ветвь 7-1 образована последовательной цепью: узел 7-10, катод тиристора 7-4, анод тиристора 7-4, узел 7-11; ветвь 7-2 является цепью управления и образована последовательной цепью: узел 7-10, анод диода 7-5, резистор 7-6, замыкающий контакт 7-7 реле
контроля напряжения 2, катод диода 7-8, узел 7-11; ветвь 7-3 образована последовательной цепью: узел 7-10, катод тиристора 7-9, катод тиристора 7-9, узел 7-11. Управляющий электрод тиристора 7-4 соединен с катодом диода 7-5, а управляющий электрод тиристора 7-9 соединен с катодом диода 7-8. Ключи 8, 9, 13...15 выполнены по аналогичным схемам, при этом в цепь ветви 8-2 ключа 8 включен замыкающий контакт 8-7 реле 3, в цепь ветви 9-2 ключа 9 включен замыкающий контакт 9-7 реле 1, в цепь ветви 13-2 ключа 13 включен замыкающий контакт 13-7 реле 2, в цепь ветви 14-2 ключа 14 включен замыкающий контакт 14-7 реле 3, а в цепи ветви 15-2 ключа 15 - замыкающий контакт реле 1. Ключи 10, 11, 12 с внешним управлением выполнены также по однотипным электрическим схемам и каждый из них содержит (фиг.3) две параллельные ветви (применительно к ключу 10): 10-1 и 10-2, соединенных в узлах 10-6 и 10-7, блок питания 10-9, содержащий трехфазный трансформатор 10-10, схему выпрямления 10-11, реле контроля фаз 10-12 с размыкающим контактом 10-8 и схему управления 10-5, при этом ветвь 10-1 образована последовательной цепью: узел 10-6, анод тиристора 10-3, катод тиристора 10-3, узел 10-7; ветвь 10-2 образована последовательной цепью: узел 10-6, катод тиристора 10-4, анод тиристора 10-4, узел 10-7, причем управляющие электроды тиристоров 10-3 и 10-4 подключены к схеме управления 10-5, формирующей импульсы управления, первичная обмотка (не обозначена) трехфазного трансформатора 10-10 блока питания 10-9 подключена к клеммам для трехфазной нагрузки 19, 20 и 21, схема выпрямления 10-11 блока питания 10-9 подключена к выходу трехфазного трансформатора 10-10, а к указанной схеме подключено реле контроля фаз 10-12 непосредственно и схема управления 10-5 через размыкающий контакт 10-8, управляемый реле 10-12. В ключе 11 параллельными ветвями являются 11-1 и 11-2, которые соединены в узлах 11-6 и 11-7, а в ключе 12 - ветвями являются 12-1 и 12-2, соединенные в узлах 12-6 и 12-7; схему управления в указанных узлах являются 11-5 и 12-5 соответственно, блоки
питания упомянутых ключей 11 и 12 обозначены 11-9 и 12-9, а реле контроля фаз - 11-12 и 12-12 соответственно, при этом электрические и механические связи между перечисленными элементами остаются такими же, как в ключе 10.
Элементы устройства выполняются по стандартным технологиям и серийно выпускаются отечественной промышленностью. Так, в качестве реле 1...3 контроля напряжения могут быть использованы реле промежуточного типа РП-17, устройства прерывания питания типа УПП или реле типа РПГ, производимые ОАО «ЧЭАЗ»; тиристоры ключей 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 серийно выпускаются в г.Ставрополе фирмой «Электроника», в г.Брянске ЗАО «Кремний» и в г.Саратове ОАО «Электровыпрямитель» на токи от десятков до сотен ампер. Устройство имеет несколько режимов работы: режим наличия напряжения на всех фазах, режим обрыва фазы А, режим обрыва фазы В, режим обрыва фазы С.
Устройство для симметрирования неполнофазных режимов работает следующим образом.
При наличии напряжения на всех фазах сети срабатывают реле контроля напряжения 1, 2, 3, которые замыкают свои замыкающие контакты в ветвях 7-2, 8-2, 9-2, 13-2, 14-2 и 15-2 ключей 7, 8, 9, 13, 14 и 15 с внутренним управлением тиристорами. Замыкание указанных контактов позволяет вступить в работу тиристорам (фиг.2.) 7-4, 7-9, 8-4, 8-9, 9-4, 9-9, 13-4, 13-9, 14-4, 14-9, 15-4 и 15-9 ветвей 7-1, 7-3, 8-1, 8-3, 9-1, 9-3, 13-1, 13-3, 14-1, 14-3, 15-1 и 15-3 указанных ключей, так как замыкание контакта обеспечивает автоматическое поочередное включение указанных тиристоров, так как импульсы управления ими формируются из анодных напряжений тиристоров. Так, например, в ключе 7 с внутренним управлением тиристорами, если на аноде тиристора 7-9 положительная полуволна напряжения, то при замыкании контакта 7-7 через прямо включенный диод 7-5 и резистор 7-6 пройдет импульс тока управления тиристором 7-9. В результате чего прямо включенный тиристор 7-9 включится, анодное напряжение упадет почти до
нуля, сигнал управления исчезнет, но тиристор 7-9 останется в проводящем состоянии до конца полу периода, пока анодный ток не пройдет через нуль. В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, аналогично включается тиристор встречно включенный 7-4 и пока контакт 7-7 будет замкнут, тиристоры обесточат происхождение тока от источника к нагрузке, так как импульсы управления тиристорами образуются поочередно за счет прямо включенного диода 7-2, резистора 7-6, контакта 7-7 или за счет встречно включенного диода 7-8, контакта 7-7 и резистора 7-6. В результате узлы 7-10 и 7-11 ключа 7 с внутренним управлением тиристорами будут всегда под напряжением. Ключи 13, 14 и 15 шунтируют фазосдвигающие дроссели 16, 17 и 18, поэтому на клеммах для подключения нагрузки 19, 20 и 21 будет напряжение сети. Ключи 7, 8 и 9 подготавливают цепи включения компенсирующих конденсаторов 4, 5 и 6. Однако при наличии напряжения заданной величины на клеммах 19, 20 и 21 это напряжение через трехфазный трансформатор 10-10 (фиг.3.) блока питания 10-9 ключа 10 (11, 12) с внешним управлением тиристорами поступает на схему выпрямления 10-11. Постоянное напряжение с выхода схемы выпрямления 10-11 поступает на реле контроля фаз 10-12, которое сработав, отключает схему управления 10-5 (11-5, 12-5) тиристорами от блока питания 10-9 своим размыкающим контактом 10-8, поэтому встречно включенные тиристоры 10-3, 10-4 ключа 10 будут закрыты и ключ 10 разомкнут. Аналогичным образом работают ключи 11 и 12.
Таким образом, токи через конденсаторы 4...6 протекать не будут, так как ключи 10, 11, 12 находятся в нерабочем состоянии. При обрыве любой одной фазы, например фазы А, сработает только реле 2, которое замкнет свой контакт в ключе с внутренним управлением тиристорами 7 и ключ 13. Напряжение на клемме 19 отсутствует, величина напряжения на выходе схемы выпрямления 10-11 будет ниже заданного значения, которое необходимо для включения реле 10-12 контроля фаз, поэтому его размыкающий контакт 10-8 остается в первоначальном замкнутом положении
и схема управления 10-5 получит энергию от блока питания 10-9. В результате тиристоры 10-3 и 10-4 будут управляться импульсами схемы управления 10-5, которые синхронизированы с сетью, соответственно ключ 10 открыт. Ввиду того, что ключи 7 и 10 открыты, то цепи: фаза С, ключ 10, ключ 7, конденсатор 6 протекает ток, а напряжения фасы С. Токи фаз будут протекать по цепям: ток фазы А - фаза С, ключ 10, ключ 7, компенсирующий конденсатор 6, ключ 13, клемма 19 для подключения нагрузки; ток фазы В - фаза В, фазосдвигающий дроссель 17, клемма 20 для подключения нагрузки; ток фазы С - фаза С, фазосдвигающий дроссель 18, клемма 21 для подключения нагрузки. Конденсаторы 4 и 5 при этом обесточены, ввиду того, что ключи 8 и 9 находятся в нерабочем состоянии. При обрыве фазы В или фазы С механизм формирования симметричной системы трехфазного напряжения на клеммах 19...21 для подключения нагрузки остается таким же как и при обрыве фазы А.
Таким образом, замена силовых контактов электромагнитных реле контроля напряжения на силовые тиристоры позволяет много кратно повысить коммутируемую мощность устройства, что расширяет его применения.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №633110, кл Н 02 J 9/06, 1977.
2. Патент RU №2006135 C1, кл Н 02 J 9/06, Н 02 M 5/14.