Бесконтактное тиристорное устройство для включения и отключения конденса-торных установок в системе электроснабжения

УДК 621.311.721

Бесконтактное тиристорное устройство для включения и отключения конденсаторных установок в системе электроснабжения

А.Н.Расулов., Р.Ч.Каримов

В статье рассматривается вопросы применения бесконтактного тиристорного устройства для включения и отключения конденсаторных установок в системе электроснабжения и расчет элементов схемы.

The contactless thyristor device for inclusion and shutdown of condenser installations in system of power supply

A.N.Rasulov., R.Ch.Karimov

In article it is considered questions of use of the contactless thyristor device for inclusion and shutdown of condenser installations in system of power supply and calculation of elements of the scheme.

Мощные приемники с резкопеременной нагрузкой требуют создания специальных источников реактивной мощности, позволяющих быстро регулировать генерируемую мощность. Колебания реактивной мощности таких приемников вызывают значительные изменения питающего напряжения.

Такие приемники, имеющие нелинейные элементы, вызывают дополнительные искажения токов и напряжений. Поэтому к компенсирующим устройствам предъявляют следующие требования:

- высокое быстродействие изменения реактивной мощности;

- достаточный диапазон регулирования реактивной мощности;

- возможность регулирования потребляемой реактивной мощности;

- минимальные искажения питающего напряжения;

В быстродействующих системах динамической компенсации реактивной мощности используются тиристорные пускатели.

На рис.1. изображена принципиальная электрическая схема бесконтактного тиристорного устройства для включения и отключения конденсаторных батарей. Устройство содержит диодный мост, подключенный к сети последовательно с конденсатором С₃, в диагональ моста включен управляемый силовой тиристор Т₅, к управляющему электроду силового тиристора сигналы управления подаются через резистор R₆ и тиристорную цепь. Диодная цепь включается через резистор R₅ к обкладки конденсатора C₁ (1-реле), который последовательно соединен с двумя маломощными управляемыми тиристорами Т₁; Т₂. Управляющий электрод маломощного тиристора Т₂, через последовательно соединенные резистора R₁ и диода Д₁ подключен к сети, а управляющий электрод маломощного тиристора Т₁, через резистор R₂ соединен к обкладке конденсатора C₁. Диодная часть соединяется через последовательно соединенный ограничительный резистор R₄ к обкладкам конденсатора С₂, который в свою очередь подключается к сети через две последовательно включенные маломощные управляемые тиристоры Т₃, Т₄ (2-реле). Сигнал управления к этим тиристорам подаются, аналогично как в схеме первого реле.

Бесконтактное тиристорное устройство для включения и отключения конденсаторных батарей работает следующим образом: при достижении входного напряжения определенного значения, отпирающий сигнал на управляющем электроде второго реле будет достаточно для открывания тиристора T₄ и рабочий ток этого тиристора открывает скачком тиристора T₃. После открытия тиристоров T₃, T₄ конденсатор C₂ заряжается. С обкладок конденсатора C₂ через резистор R₆ отпирающий сигнал подается на управляющую цепь тиристора Т₅ силового тиристора T₂, который открываясь включает конденсатора С₃ в сеть. Момент срабатывания тиристоров T₃, T₄, T₅ регулируется с подбором параметра резисторов R₃ и R₄.

При увеличении входного напряжения отключение конденсатора от сети осуществляется за счет действия первого реле напряжения. Замыкая цепь управления тиристора Т₆ приводит к отключению второе реле и управляемого силового тиристора Т₅ и размыканию конденсаторной установки.

В схеме использованы:

- в качестве тиристоров Т₁, Т₂, Т₃, Т₄, Т₅, Т₆ соответственно тиристоры типа КУ201А, КУ201А, КУ201А, КУ201А, КУ201А, КУ201И;

- в качестве диодов Д₁, Д₂ - Д 226Б;

- в качестве активных сопротивлений R₁, R₂, R_3, R₄, R₅, R₆, R₇ соответственно резисторы на 3,4 кОм, 200 Ом, 4,7 кОм, 200 Ом, 4,7 кОм, 150 Ом, 1,2 кОм;

- в качестве емкостей С₁ и С₂ - конденсаторы переменного напряжения на 50 В с емкостью 220 мкФ.

На рис.2. показана характеристика изменения напряжения вход-выход предложенного бесконтактного тиристорного устройство в функции напряжения.

Экспериментальные исследования показали, что конденсаторная батарея включалась в сеть при напряжении 180 В, а отключалась при напряжении 238 В.

Бесконтактное тиристорное устройство для включения и отключения конденсаторный батарей, испытано в лаборатории кафедры «Электроснабжение» энергетического факультета Ташкентского Государственного технического университета.

Расчет элементов. Исходными данными для расчета схемы (рис. 1.) реле напряжения являются:

- номинальная напряжения сети U_н=220 В;

- частота рабочего тока f=50 Гц;

- угол проводимости равен 180 эл.град;

- коммутация естественная;

- охлаждение воздушное, принудительное;

- максимальная температура охлаждающей среды Т_mах=50°С;

- минимальная температура охлаждающей среды Т_min=-30°С;

- число температурных циклов работы прибора за срок службы N_ц=5*10⁶;

- максимальная мощность (выходная) Q_к=400 ВАр;

Выбор типа тиристора осуществляется по расчетному току нагрузки:

[А]

Тогда сопротивления нагрузки:

[Ом]

Выбираем триодный тиристор типа КУ201К. Тиристор кремниевый, планарно-диффузионный, p-n-p-n триодный, незапираемый, предназначен для работы в качестве ключей средней мощности. Выпускается в металлостеклянном корпусе с жесткими выводами.

Электрические параметры тиристора КУ201К:

- напряжения в открытом состоянии при I_откр=2 А не более, 2 В для 298 К и 2,5 В для 213 К;

- постоянное отпирающее напряжение управляющего электрода U_пр,зкр=10 В при Т=213 К; не более 100 мА для 358 К, 2 мА для 358 К;

[А]

где: I_у - ток управления, (А);

I_y.max - наибольшая амплитуда тока управления, (А).

Принимая I_у=0,1 А. [В].

Добавочное сопротивление для исследуемой схемы выбираем по току управления тиристора КУ201К:

[Ом]

Для выбора значения емкости конденсатора задаемся постоянной времени сек.

Тогда, [мкФ]

Выбираем конденсатор с емкостью 200 мкФ.

Тиристоры Т₁, Т₂ выбираем по U_н=24 В. Выбираем тиристоров КУ201В для которого постоянное прямое напряжение в закрытом состоянии U=50 В.

Выбираем типа полупроводникового диода.

Средний ток вентильного плеча:

[A]

где: N=1 - число параллельно работающих плечей преобразователя.

По справочным данным выбираем диоды типа Д226Б. Диоды кремниевые, диффузионные. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. Масса диода не более 2 гр.

Электрические параметры диода Д226Б (справочные данные):

- среднее прямое напряжение I_пр.ср=I_{пр,срмакс,} и U_обр.н=U_0бр.max при 1 В;

- средний обратный ток при U_обр.н=U_0бр.н.max и I_пр.ср=I_{прсртах} для 3 мА.

Предельные эксплуатационные данные диодов Д226Б:

- импульсное обратное напряжение 300 В;

- средний прямой ток 5 мА;

- средний прямой ток перегрузки 50 A при U_обр.н=2·U_0бр.н.max на частоте 50 Гц;

- 15 A, в течение 1,5 с при U_обр.н=U_0бр.max;

- частота без снижения режимов 1,1 кГц;

- температура окружающей среды от 218 до Т_к=403 К.

Диоды защищают цепь управления от обратного напряжения при отрицательных полупериодах напряжения на аноде. Максимальное допустимое обратное напряжения этих диодов должно быть:

где: U_m - амплитуда напряжения источника питания.

В результате проведенного расчета были выбраны элементы тиристорного переключателя: тиристор типа КУ201К, диоды типа Д231Б по току нагрузки и добавочное сопротивление по току управления тиристора.

Список литературы

1. Кублановский Я.С., Тиристорные устройства., М.: Энергия., 1981 г.

2. Шопен Л.В., Бесконтактные электрические аппараты автоматики., М.: Энергоатомиздат., 1986 г.

Подано НИЛ «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии».

Сведения об авторах.

Расулов Абдулхай Норходжаевич окончил Ташкентский политехнический институт в 1971 году по специальности «Электромеханика».

Защитил кандидатскую диссертацию в Киеве в Институт Электродинамика АНУССР по теме «Теоретическое и экспериментальное исследование феррорезонансных стабилизаторов тока».

В настоящее время является доцентом кафедры «Электроснабжение» Ташкентского государственного технического университета.

Домашний адрес: 100095, Ташкент,

ул. Генерала Узокова дом 107,

Тел: сот. (93) 565-80-00

Тел: дом. (71) 226-44-99

Каримов Рахматилло Чориевич окончил Ташкентский Государственный технический Университет Энергетический факультет в 2006 году по специальности «Электроэнергетика».

Защитил магистерскую диссертацию в ТашГТУ в 2006 году по теме «Исследование бесконтактных переключающих устройств систем электроснабжения».

В настоящее время является старшим преподавателем кафедры «Электроснабжение» Ташкентского государственного технического университета.

Домашний адрес: Тошкент обл,

Кибрайский р-он, с/с Чинобод.,

ул. А.Жомий, 19-дом

Тел: сот. (93) 543-51-18

E-mail: raxmatillo82@mail.ru</</u>