Бесконтактное реле напряжения в системе электроснабжения.

УДК 621.311.721
Бесконтактное реле напряжения в системе электроснабжения.
А.Н.Расулов., Р.Ч.Каримов
В работе анализуется схема бесконтактного тиристорного реле напряжения с синусоидальной формой кривой напряжения на нагрузке и область применения в качестве регулирующих устройств.
The contactless relay of tension in system of power supply.A.N.Rasulov., R.Ch.Karimov
In work the scheme of the contactless thyristor relay of tension with a sinusoidal form of a curve of tension on loading and a scope as control devices analizutsya.
Нелинейные динамические цепи, в связи с разработкой на их основе надежных высококачественных устройств, радиоэлектроники, вычислительной техники и электроснабжения. В дальнейшем, при создании бесконтактного реле напряжения с синусоидальной формой кривой напряжения на нагрузке, применена неавтономная нелинейная динамическая цепь, состоящая из диода, активного сопротивления и емкости (рис. 1.,а).
18953560071iCiC
D
R
~Uвха)
б)
Рис. 1. а) диодно-емкостная цепь; б) форма кривой напряжения на емкости.
00iCiC
D
R
~Uвха)
б)
Рис. 1. а) диодно-емкостная цепь; б) форма кривой напряжения на емкости.

В настоящее время широко применяются различные методы анализа таких цепей.
Для решения уравнения состояния цепи принимаем характеристику диода идеальный и допускаем, что . Тогда с момента до диод открыти уравнение цепи имеет следующий вид:
, (1)
учитывая что имеем:
, (2)
где, - напряжение на емкости.
До момента напряжение на емкости определяется учитывая начальные условия. С момента происходит размыкание диода и до момента напряжение на емкости остается на уровне напряжения на емкости с другим начальным условием.
Из рисунка 1.,б видно, что изменение величины активного сопротивления R приводит к изменению времени заряда конденсатора, что изменяя параметры цепи можно регулировать время установившегося напряжения на емкости и его величину.
Теоретически анализируем неавтономной динамической цепи, состоящей из тиристора, соединенного последовательно с параллельным контуром, содержащим емкость и активное сопротивление, находящихся под воздействием внешнего синусоидального напряжения (рис. 2).
9969560960D
Rу
iCiRiRн
C
T
~UвхРис. 2. Тиристорная схема.
00D
Rу
iCiRiRн
C
T
~UвхРис. 2. Тиристорная схема.
Допустим, что напряжение источ-ника питания изменяется по синусоидаль-ному закону и тиристор имеет идеальную характеристику. До момента тиристор будет закрыт, напряжение на емкости C будет равно нулю. В момент тиристор скачком открывается и к емкости C будет приложено напряжение ().В момент напряжение на емкости C будет равно напряжению источника т.е. , а тиристор T закрыт, поэтому происходит разряд конденсатора на сопротивление Rн.
Известно, что управляя моментом отпирания тиристора можно влиять на форму кривой тока нагрузки. Если сдвиг фаз φ между началом «положительного» полупериода анодного напряжения и началом протекания прямого тока равен нулю, форма кривой тока нагрузки будет синусоидальной.
Для многих электроустановок это не является номинальным режимом работы. Чтобы обеспечить синусоидальность формы кривых тока и напряжения на нагрузке необходимо достичь, открытие тиристора при прохождении тока через нуль.
На рис. 3., показана принципиальная электрическая схема бесконтактного реле напряжения с синусоидальным напряжением на нагрузке. Бесконтактного реле напряжения содержит диодный мост Д1, в диагональ которого включен управляемый тиристор Т2, причем диодный мост включается в сеть последовательно с нагрузкой R3, к управляющим электродам силового тиристора сигналы управления подаются через резистор R4 с обкладок конденсатора C5, который последовательно соединенный с двумя маломощными управляемыми тиристорами T6 и T7, подключенными к вторичной обмотке понижающего трансформатора 8, сигналы управления к этим тиристорам подаются от этого же трансформатора соответственно через резистора R9 и последовательно соединенных диода D10 и резистора R11.
27114567945R3
Рис. 3. Схема бесконтактного реле напряжения.
Трансформатор 8 – 220/20 В; D1 – диодный мост;
С5 – конденсатор К50-6. 200 мкФ (25 В); Тиристор Т2 – КУ202Е. 0483;
Тиристор Т6 – КУ202Е. 1081; Тиристор Т7 – КУ201Г. 0479;
Диод D10 – Д226Б. 9212; R11 – 5,6 кОм; R9 – 150 Ом (2 Ватт);
R3 – 2,4 кОм; R4 – 390 Ом (2 Ватт);
T2
R11
D10
T7
D10
220 В20 В
R9
T6
R4
C5
00R3
Рис. 3. Схема бесконтактного реле напряжения.
Трансформатор 8 – 220/20 В; D1 – диодный мост;
С5 – конденсатор К50-6. 200 мкФ (25 В); Тиристор Т2 – КУ202Е. 0483;
Тиристор Т6 – КУ202Е. 1081; Тиристор Т7 – КУ201Г. 0479;
Диод D10 – Д226Б. 9212; R11 – 5,6 кОм; R9 – 150 Ом (2 Ватт);
R3 – 2,4 кОм; R4 – 390 Ом (2 Ватт);
T2
R11
D10
T7
D10
220 В20 В
R9
T6
R4
C5

Бесконтактное реле напряжения работает следующим образом. При достижении входного напряжения определенного значения подается отпирающие сигналы на управляющий электрод тиристора T7 и он открывает скачком тиристор 6 при угле 900 (рис. 4). После открытия тиристора T7 открывается тиристора T6 и конденсатор C5 заряжается до напряжения вторичной обмотки. В этот же момент с обкладок конденсатора C5 подается импульс управляющего сигнала на силовой тиристор T2, имеющую форму показанную на рис. 4. Так как на управляющие электроды тиристора T2 подается сигнал постоянного тока то он остается постоянно открытым, и по нагрузке R3 будет протекать ток синусоидальной формы. Момент срабатывания тиристоров T6, T7 регулируется при помощи подбора параметра резистора R11.
При испытание данное бесконтактное реле напряжения использованы в качестве тиристоров T2, T6, T7 соответственно тиристоры типа КУ202Е, КУ202И, КУ201Г, в качестве диодов – Д226Б, в качестве активных сопротивлении R3, R4, R9, R11 соответственно 5,6 кОм, 150 Ом, 390 Ом, 2,4 кОм, в качестве емкости C5 конденсатор с емкостью 200 мкФ, в качестве трансформатора использован однофазный трансформатор 220/20 Вольт. Экспериментальные исследования показали, что нагрузка R3 включалась в сеть при напряжении 175 В. На рис.5. представлена форма кривой напряжения на емкости.
-177800126060Рис. 5.
ωtucuπ/2
5π/2
00Рис. 5.
ωtucuπ/2
5π/2
10858560325π/2
π
2π
5π/2
3π
ωtu9
uвхu0
Рис. 4.
00π/2
π
2π
5π/2
3π
ωtu9
uвхu0
Рис. 4.

На рис. 6. представлена характеристика вход-выход рассмотренного реле напряжения. Форма кривой напряжения на нагрузке – синусоидальная.
126937950197Рис.6. Характеристика «вход- выход»
Uвых (В)
Uвх (В)
150
150
100
50
100
50
00Рис.6. Характеристика «вход- выход»
Uвых (В)
Uвх (В)
150
150
100
50
100
50

На рис.7. показана внешний вид бесконтактное реле напряжения.
Таким образом приведенная схема бесконтактного реле напряжения позволяет получить на нагрузке напряжение с синусоидальной формой и достичь коэффициента возврата реле близкой к единице.

Рис. 7. Внешний вид бесконтактное реле напряжения.
Список литературы
1. Кублановский Я.С., Тиристорные устройства., М.: Энергия., 1981 г.
2. Шопен Л.В., Бесконтактные электрические аппараты автоматики., М.: Энергоатомиздат., 1986 г.
3. Усмонов Э.Г., Абдураимов Э.Х., Каримов Р.Ч., Нелинейная динамическая цепь с тиристором, Журнал: «Проблемы информатики и энергетики», Ташкент, 2006 г, №2-3, стр. 37-41.
4. Каримов Р.Ч., Магистерская диссертация «Исследование бесконтактных переключающих устройств систем электроснабжения», ТашГТУ., Ташкент, 2006 г.

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 Узакова 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: Ташкентский обл,
Кибрайский р-он, с/с Чинобод.,
ул. А.Жомий, 19-дом
Тел: сот. (93) 543-51-18
E-mail: raxmatillo82@mail.ru