устройство для защиты от аварийного повышения выходного напряжения источника стабилизированного переменного тока

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙНОГО ПОВЫШЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, снабженного конденсатором, подключенным параллельно выходным выводам, содержащее тиристор и стабилизатор, включенный между его анодом и управляющим электродом, и предназначенное для подключения к выходным выводам защищаемого источника, отличающееся тем, что введены выпрямительный мост и реактор, через который катод тиристора подключен к отрицательному выводу выпрямительного моста, анод тиристора подключен к положительному выводу выпрямительного моста, выводы переменного тока которого являются входными выводами устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число фаз выпрямительного моста соответствует числу фаз источника стабилизированного переменного тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в составе источников стабилизированного переменного тока, предназначенных для питания целого ряда электротехнических устройств неизменным по величине током при широкодиапазонном изменении сопротивления нагрузки и для электропередачи.

В качестве источника стабилизированного переменного тока обычно используются индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП) источника напряжения в источник тока. При обрыве цепи нагрузки или резком увеличении ее сопротивления возникает аварийное повышение выходного напряжения, которое может вывести из строя элементы источника (например, конденсаторы ИЕП) или элементы подключенной к нему цепи нагрузки.

Известны устройства для защиты источника переменного тока от аварийного повышения выходного напряжения, в которых для ограничения напряжения холостого хода на выходе ИЕП подключают встречно-последовательно соединенные стабилитроны или разработанные для защиты обмоток электрических машин кремниевые симметричные ограничители напряжения [1] Эти устройства хорошо ограничивают импульсные перенапряжения.

Недостатком таких устройств является то, что в режиме установившегося холостого хода на них рассеивается мощность, соизмеримая с номинальной мощностью источника тока, что требует громоздких теплоотводов.

Известны также устройства для защиты потребителей или линий связи от повышения напряжения, содержащие пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, выполненный на тиристорах, которые закорачивают клеммы потребителя или линию связи [2, 3, 4]

Эти устройства можно применить и для защиты источника тока от аварийного повышения выходного напряжения.

Наиболее близким из них к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее тиристор и стабилитрон, включенный между анодом и управляющим электродом тиристора, и подключенное своим входом к зажимам источника переменного тока, причем анод и катод тиристора подключены непосредственно к входным зажимам устройства, в качестве зажимов источника переменного тока используются его выходные зажимы и этот источник является однофазным [3]

Недостатком этого устройства является то, что оно не исключает повторные превышения выходного напряжения источника тока после первоначального срабатывания защиты. Устройство срабатывает каждые полпериода при достижении напряжением на тиристоре заданной величины, равной напряжению пробоя стабилитрона.

Другой недостаток этого устройства проявляется в том случае, когда на выходе источника стабилизированного переменного тока включены входящие в него конденсаторы. При этом ток через тиристор или скорость нарастания этого тока могут превзойти допустимые значения и тиристор выйдет из строя.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты источника стабилизированного переменного тока, снабженного конденсаторами, подключенными параллельно выходным выводам источника за счет исключения повторных после первоначального срабатывания защиты аварийных повышений напряжений на выходе источника тока, ограничения проходящего через тиристор тока и скорости его нарастания.

Цель достигается тем, что устройство для защиты от аварийного повышения выходного напряжения источника стабилизированного переменного тока, снабженного конденсаторами, подключенными параллельно выходным выводам источника, содержащее тиристор и стабилитрон, включенный между его анодом и управляющим электродом, и предназначенное для подключения к выходным выводам защищаемого источника, отличается тем, что введены выпрямительный мост и реактор, через который катод тиристора подключен к отрицательному выводу выпрямительного моста, анод тиристора подключен к положительному выводу выпрямительного моста, выводы переменного тока которого являются входными выводами устройства.

Кроме того, число фаз выпрямительного моста соответствует числу фаз источника стабилизированного переменного тока.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства в однофазном исполнении; на фиг.2 то же, в трехфазном исполнении; на фиг.3 показана принципиальная схема подключения устройства к ИЕП, выполняющему функции источника неизменного тока. В качестве примера показан однофазный Г-образный вариант ИЕП.

Устройство 1 для защиты источника 2 стабилизированного переменного тока, питающего потребитель 3, подключено своим входом 4 к выходным зажимам 5 источника 2 (фиг.1 и 2). Устройство 1 содержит тиристор 6, стабилитроны 7, реактор 8 и выпрямительный мост 9. Положительный вывод выпрямительного моста 9 подключен к аноду тиристора 6, катод которого через реактор 8 подключен к отрицательному выводу моста 9. Между анодом и управляющим электродом тиристора 6 включен стабилитрон 7. Входные зажимы выпрямительного моста 9 являются входом 4 устройства.

На фиг. 3 показано, что источник 2 стабилизированного переменного тока содержит источник 10 переменного напряжения (например, электрическую сеть) и ИЕП 11, состоящий из реактора 12 и батареи конденсаторов 13. К зажимам 5 источника 2 подключено устройство 1.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы источника 2 стабилизированного переменного тока, когда сопротивление потребителя не превосходит номинальное значение, напряжение между зажимами 5 меньше номинального, а выходное напряжение выпрямительного моста 9 меньше напряжения пробоя стабилитрона 7. При этом тиристор 6 находится в закрытом состоянии. При возрастании сопротивления нагрузки источника 2, например, при обрыве цепи потребителя 3 напряжение на зажимах 5 и на выходе выпрямительного моста 9 увеличится. Если мгновенное значение последнего превзойдет напряжение пробоя стабилитрона 7, то через стабилитрон и управляющий электрод тиристора 6 станет проходить ток управления, который переведет тиристор в открытое состояние.

Возникающий при этом ток разряда конденсаторов 13 через тиристор 6 и реактор 8 и скорость нарастания этого тока ограничены индуктивностью и активным сопротивлением реактора. Благодаря этому тиристор не выходит из строя. Относительно малое значение индуктивности и активного сопротивления реактора 9 обеспечивает такой разрядный ток конденсаторов, при котором напряжение на них практически сразу после срабатывания устройства 1 начинает снижаться. Тем самым исключаются опасные перенапряжения конденсаторов. Ток через стабилитрон 7, зашунтированный тиристором 6, прекратится.

Выход источника 2 стабилизированного переменного тока через выпрямительный мост 9 и тиристор 6 подключается к имеющему относительно небольшое сопротивление реактору 8, что вызовет значительное снижение выходного напряжения источника 2. Благодаря индуктивности реактора 8 выходной ток выпрямительного моста 9 не снижается до величины тока удержания тиристора и последний продолжает непрерывно проводить ток, хотя входной ток выпрямительного моста изменяется с частотой источника 2 и два раза за период достигает нулевого значения.

В те промежутки времени, в которые под действием ЭДС самоиндукции реактора 8 выходной ток выпрямителя превышает входной, напряжение на входе выпрямителя равно нулю, реактор разряжается через диоды выпрямительного моста. Тем самым исключаются повторные перенапряжения и срабатывания устройства 1.

Параметры реактора 8 (его индуктивное и активное сопротивления) должны лежать в определенных границах, определяемых конструкцией источника переменного тока, а также параметра, номинальными и допустимыми величинами входящих в него и в устройство 1 элементов.

Параметры должны удовлетворять следующим условиям: выходной ток выпрямительного моста должен быть непрерывным и превосходить ток удержания тиристора; скорость нарастания и мгновенные значения тока тиристора должны быть меньше допускаемых значений; увеличение напряжения на конденсаторах, имеющее место в начальный период после срабатывания устройства, должно быть ограничено допускаемыми пределами.

Габаритные размеры и масса реактора, удовлетворяющего этим условиям, соизмеримы с аналогичными показателями тиристора.