Широкий анализ существующих схем устройств БАПВ как индивидуальных, так и групповых позволил создать схему БАПВ [11] свободную от многих вышеперечисленных недостатков (рис. 2.12).
Рис. 2.12. Принципиальная схема устройства БАПВ, предложенная Кемеровским технологическим институтом.
У предлагаемой принципиальной электрической схемы устройства БАПВ в качестве силового ключа использован тиристор VS1. Ключ управления (рис. 2.6) выполнен на транзисторе. Элемент выдержки времени собран на полевом транзисторе VT2, в цепь затвор- исток которого включена времязадающая цепочка С2, Р3. Цепь Ρ1, VD2, Р2 (ЦC) обеспечивает синхронизацию транзисторного ключа ΥΤ1 . Стабилитроны VD6, VD7 ограничивают величину напряжения на конденсаторах C1, С2, которые заряжаются по цепи Р4, VD4.
Работа схемы в исходном положении (напряжение сети подано, МП отключен). На точках 1-3 присутствует напряжение сети и транзистор YT1 открыт по цепи синхронизации в каждую положительную полуволну синусоиды, шунтируя накопительный конденсатор CI. Транзистор VT2 открыт, что препятствует подзаряду конденсатора CI токами утечки, благодаря чему исключается самопроизвольное открытие тиристора VS1.
После включения МП от кнопки "Пуск" S1 блок-контакт К шунтирует цепь синхронизации (точки 1-3), на катушке МП (точки 3-4) появляется напряжение. Времязадающий конденсатор 02 начинает заряжаться по цепи: т.3 -VT1-С2-Р4-VH4 - т. 4. При достижении на конденсаторе С2 уровня напряжения закрывания транзистора VT2 последний закрывается и снимает напряжение смещения с базы. Транзистор V ΤΙ закрывается, дешунтируя конденсатор С1, κοторый начинает заряжаться по цепи: т.3 -VD5-C1-С2-VD4- т.4. Величина напряжения заряда конденсаторов C1 и С2 ограничена стабилитронами VD6 и VD7. В таком состоянии схема будет находиться до тех пор, пока не произойдет отключение МП от кнопки "Стоп" 32 или до момента исчезновения напряжения сети.
При нажатии на кнопку "Стоп" в точках 1-3 появляется полное напряжение сети и транзистор VТ1 открывается на время положительной полуволны напряжения. При этом накопительный конденсатор C1 разряжается через управляющий переход тиристора VS1. Время разряда определяется сопротивлением управляющего перехода тиристора и в худшем случае подбора элементов составляет 0,04 с, что значительно меньше времени возврата кнопки S2 в исходное положение. Следовательно, после отпускания кнопки S2 тиристор VS1 не откроется, а времязадающий конденсатор С2 разряжается на сопротивление. Схема устройства приходит в исходное положение.
Рассмотрим работу схемы БАПВ в различных переходных режимах системы электроснабжения.
Мгновенное понижение напряжения сети и появление его вновь (работа защиты, АВР, АПВ).
Если напряжение понизится до уровня стабилизации стабилитрона VD7, начинает разряжаться времязадающий конденсатор С2 на резистор Р3. Транзистор VT1 закрыт до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С2 не снизится до уровня напряжения отсечки транзистора VT2 . Если длительность перерыва питания больше времени разряда С2, то при снижении напряжения на С2 ниже уровня отсечки VT2, транзистор VT1, открываясь, разрядит конденсатор C1 через управляющий переход тиристора VS1. При появлении после этого напряжения сети тиристор VS1 не включится. В случае же восстановления питающего напряжения раньше, чем разрядится накопительный конденсатор C1, под воздействием напряжения синхронизации откроется транзистор VT1 в положительную полуволну. Конденсатор C1 разряжается через управляющий переход тиристора VS1 до момента его включения. Тиристор, включаясь, создает цепь питания катушки К и шунтирует цепь синхронизации. Транзистор VT1 закрывается, дешунтируя путь разряда конденсатора CI. Этот процесс повторяется в каждую положительную полуволну питающего напряжения. Время срабатывания МП определяется его электромеханическими характеристиками и лежит в пределах 0,04-0,12 о, что составляет 2-6 периодов переменного напряжения с частотой 50Гц. При включении МП его блок-контакт снимает напряжение синхронизации, закрывается транзистор и схема возвращается в рабочее положение. Уставка устройства БАПВ (максимальное время согласуется с критическим временем перерыва электроснабжения) определяется параметрами времязадающей цепи С2, R5 . Отсчет времени начинается с момента разряда конденсатора С2, т.е. с момента исчезновения напряжения.
Исчезновение напряжения, связанное с удаленными КЗ со стороны питания, или ошибочные отключения.
В этом режиме напряжение снижается относительно плавно за счет затухающей э.д.с. выбегающих высоковольтных электродвигателей. Следует отметить, что для успешной работы устройства необходимо, чтобы напряжение синхронизации снималось раньше, чем разомкнется блок-контакт МП при его отключении. Это условие обеспечивается включением динистора VD2 в цепь синхронизации. Его напряжение включения с одной стороны должно быть не ниже напряжения отпадания МП, а с другой стороны ограничивается углом открывания тиристора. С учетом того, что напряжение отпадания МП, в рассматриваемом режиме, значительно понижено за счет уменьшения частоты, напряжение включения динистора берется 0, 3 UH. В этом случае динистор обеспечивает не выше 30° угол включения тиристора и МП надежно срабатывает при уровне восстановившегося напряжения сети 0, 9.
При понижении напряжения динистор VD2 отключает синхронизацию до размыкания блок-контакта МП и транзистор ИГУ остается закрытым, дешунтируя цепь разряда конденсатора CI.Дальнейшее понижение напряжения приводит к отпаданию якоря МП и размыканию блок-контакта К. С этого момента начинается отсчет выдержки времени, так как времязадающий конденсатор С2 разряжается на R3. В дальнейшем работа схемы аналогична вышеописанному.
Если же по каким-то причинам протекания переходного процесса ("тяжелый" самозапуск высоковольтных двигателей), первоначальное напряжение восстановится ниже срабатывания МП через тиристорный ключ БАПВ, то схема БАПВ, полностью обеспечив подключение катушки К к напряжению сети, встанет в режим разряда накопительного конденсатора. Длительность режима разряда зависит от величины емкости последнего, а надежность включения МП по цепи устройства БАПВ зависит от величины тока управления тиристора VS1. Напряжение на накопительном конденсаторе может настолько снизиться, что даже при номинальном уровне питающего напряжения устройство не обеспечит включение МП через тиристорный ключ БАПВ.
Для повышения надежности работы устройства БАПВ в режимах группового самозапуска введен принцип автоматического самоподхвата схемы, что выражается в принудительном подзаряде накопительного конденсатора в переходных режимах. Такая постановка задачи несколько изменяет цепь заряда конденсатора, но существенно не меняет принципиальную схему устройства (рис. 2.13).
Рис. 2.13. Принципиальная схема устройства БАПВ с самоподхватом.
При включенном МП конденсаторы C1 и C2 заряжаются по цепи: т.3 - VD2 - C1-C2-VD3-C3 - т.4. до напряжения стабилизации стабилитронов VD6 к VD5 . Заряженный конденсатор C3 разряжается отрицательной полуволной напряжения по цепи т. 4 -C3-VD1- т.3. При исчезновении напряжения сети и появлении его вновь до уровня ниже напряжения срабатывания через тиристорный ключ БАПВ, накопительный конденсатор C1, разряжаясь, открывает тиристор VS1 . На точках схемы 3-4 появляется напряжение сети (положительная полуволна), и конденсаторы C1, C2 заряжаются по вышеуказанной цепи до напряжения стабилизации. В отрицательную полуволну напряжения конденсатор С3 разряжается через катушку МП. C приходом следующей положительной полуволны процесс повторяется. В таком режиме схема будет находиться до восстановления напряжения сети до уровня срабатывания данного МП, что и обеспечивает каскадность самозапуска по уровню восстанавливающегося напряжения.
Основные элементы устройства для изменяемой части схемы для всей шкалы напряжений приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Остальные элементы относятся к неизменяемой части схемы устройства БАПВ и взяты следующие:
VD2 - Д22СБ; VD4 - Д814В; VD5 - Д814А; VT1- КГ603Б;
R2 - 4, 3 кОм; VT2 - КП302Б; С2 - 10 мкФ; C1- 200 мкФ;
VD1 и VD3 - Д226, R3 - 500 кОм.
Рекомендуемое устройство БАПВ удовлетворяет следующим условиям:
- Может быть изготовлено на напряжения 127, 220, 380, 500, 600 В + 10% с частотой сети 50 Гц.
- Надежно работает при температуре окружающего воздуха +0+ 40°0, с относительной влажностью до 80%.
- Устройство бесконтактное, малогабаритное, без постороннего источника питания, на отечественных элементах и полупроводниковых приборах, выведены контрольные точки.
- Оперативное отключение МП производится за время 0,04 с.
- Классическая схема управления МП не меняется.
- Выдержка времени стабильна, не зависит от характера изменения напряжения питающей сети, плавно регулируется в диапазоне 0-10 с, и начало отсчета начинается с момента отключения МП.
- Устройство ложно не срабатывает при коммутационных перенапряжениях порядка 1,5 Uaммл.
- В схеме устройства возможно использование тиристора серии Т-10 с допустимыми токами управления 100 мА.
Стендовые испытания устройства БАПВ, проведенные в 1979 году, показали его универсальность и надежность в работе при различных скоростях исчезновения питающего напряжения и появлении его вновь с различной длительностью бестоковой паузы.
Устройство БАПВ было передано для доработки на производство, где уже безотказно работает пять лет.
