СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2010 года по МПК H02M5/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования или стабилизации напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов, в частности для питания индивидуальных потребителей в сетях с нестабильными параметрами.

Известен способ двухзонного управления регулятором напряжения трансформатора, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, подключенные к регулировочным отводам обмотки трансформатора, в котором регулирование напряжения выполняется путем импульсно-фазового управления тиристорами в соответствии со знаками тока и напряжения (патент США № 3619765, кл. 324-43.5, опубл. 1971). При этом переключения на повышение напряжения выполняются в интервалах совпадения знаков тока и напряжения, а переключения на понижение напряжения выполняются в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения.

Недостатком данного способа является низкая надежность при работе трансформатора на холостом ходу или на многофазный выпрямитель. В режиме холостого хода нагрузочная составляющая тока тиристоров равна нулю. При работе на многофазный выпрямитель, потребляемый из сети ток имеет прерывистую форму и точное определение знака тока также представляет существенные трудности, обусловленные ограниченной чувствительностью датчика тока нагрузки. Это приводит к нарушению алгоритма формирования импульсов управления тиристорами и нарушению работоспособности регулятора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления регулятором напряжения трансформатора, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы, опережающие по фазе момент перехода сетевого напряжения через нуль на угол θ_K, необходимый для нормальной коммутации тиристорных ключей, и, осуществляя фазовую задержку относительно синхроимпульсов, регулируют угол переключения на повышение α_в напряжения. Переключения на понижение напряжения выполняют в моменты формирования синхроимпульсов. Причем сигналы управления тиристорами высшей ступени формируют в соответствии со знаком сетевого напряжения на интервалах между моментом переключения α_в одного полупериода и синхроимпульсом следующего полупериода, а сигналы управления тиристорами низшей ступени - инверсные сигналам управления тиристорами высшей ступени (авторское свидетельство СССР № 1132336, МКИ Н02Р 13/06, опубл. 30.12.83 г.).

Недостатком данного способа является сокращение диапазона регулирования при активно-индуктивной, активно-емкостной и рекуперативной нагрузках, а также на холостом ходу трансформатора. Это обусловлено тем, что регулирование выходного напряжения выполняется только изменением угла переключения на повышение напряжения в пределах 0≤α_в≤π, а значение угла переключения на понижение напряжения во всем диапазоне неизменно и равно α_н=π. Такое регулирование эффективно только в зонах совпадения знаков напряжения и тока и рекомендуется при работе на активную или выпрямительную нагрузки. Следует отметить, что регулирование напряжения в зонах несовпадения знаков напряжения и тока путем изменения угла α_в невозможно. Поэтому при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения. При рекуперативной нагрузке регулирование напряжения невозможно ввиду отсутствия интервалов совпадения знаков тока и напряжения.

Решаемая задача - повышение показателей качества электроэнергии.

Технический результат - расширение диапазона регулирования при активно-индуктивной, активно-емкостной и рекуперативной нагрузках, а также на холостом ходу трансформатора.

Этот технический результат достигается тем, что в способе управления тиристорным регулятором напряжения трансформатора, заключающемся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы, опережающие момент перехода сетевого напряжения через нуль, и, осуществляя фазовую задержку относительно синхроимпульсов, регулируют углы переключения на повышение α_в и понижение α_н напряжения, причем импульсы управления тиристорами высшей ступени формируют в соответствии со знаком сетевого напряжения на интервале между моментом, определяемым углом α_в, и моментом, определяемым углом α_н следующего полупериода, а импульсы управления тиристорами низшей ступени - инверсные импульсам управления тиристорами высшей ступени, регулирование напряжения выполняют поочередно в зонах совпадения и зонах несовпадения напряжения и тока, причем понижение напряжения выполняют в первую очередь в зонах совпадения знаков тока и напряжения сети путем увеличения угла переключения α_в от 0 до π при неизменном значении α_н=π и во вторую очередь в зонах несовпадения знаков тока и напряжения сети путем уменьшения угла переключения α_н от π до 0 при неизменном значении α_в=π, а повышение напряжения выполняют в обратной последовательности.

Данная последовательность изменения углов переключения обусловлена тем, что регулирование напряжения нагрузки изменением угла переключения на повышение напряжения α_в эффективно только в зонах совпадения знаков напряжения и тока сети. Регулирование напряжения в зонах несовпадения знаков напряжения и тока по данному методу невозможно. Поэтому при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения. При рекуперативной нагрузке регулирование напряжения невозможно ввиду отсутствия интервалов совпадения знаков тока и напряжения. Расширение диапазона регулирования при указанных нагрузках до уровня напряжения регулировочной обмотки трансформатора возможно путем изменения величины угла регулирования на понижение напряжения. При таком двухзонном поочередном регулировании диапазон изменения выходного напряжения независимо от характера нагрузки определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора. Для реализации данного способа регулирования не требуется применения датчика тока нагрузки. Следовательно, регулировочные свойства сохраняются и в режиме холостого хода трансформатора.

На фиг.1 показана силовая схема устройства регулирования напряжения. Она содержит:

- тиристорный коммутатор переменного тока низшей ступени регулирования, выполненный из двух встречно-параллельно включенных тиристоров 1 и 2;

- тиристорный коммутатор высшей ступени регулирования, выполненный на тиристорах 3 и 4;

- автотрансформатор 5 с регулировочной 6 и сетевой 7 обмотками;

- нагрузку 8;

- систему управления 9, синхронизированную напряжением сети и предназначенную для формирования сигналов управления тиристорами.

Алгоритм формирования сигналов управления тиристорами и диаграммы изменения напряжений и токов при активной, активно-индуктивной, активно-емкостной и рекуперативной нагрузках в режиме понижения напряжения показаны на фиг.2 и 3. Диаграммы, представленные на фиг.2, иллюстрируют реализацию способа при регулировании в зонах совпадения знаков напряжения и тока сети путем увеличения угла регулирования на повышение напряжения. Диаграммы, представленные на фиг.3, иллюстрируют реализацию способа при регулировании в зонах несовпадения знаков напряжения и тока сети путем уменьшения угла регулирования на понижение напряжения.

На фиг.1-3 приняты следующие обозначения:

u_c - напряжение сети;

u_cт - напряжение ступени регулировочной обмотки трансформатора;

u_н - напряжение нагрузки;

U_y - напряжение управления;

i_c - нагрузочная составляющая тока сети;

V1, V2, V3, V4 - сигналы управления тиристорами 1, 2, 3, 4 соответственно;

α_в - угол переключения на повышение напряжения;

α_н - угол переключения на понижение напряжения;

θ_к - угол опережения момента перехода напряжения сети через нулевое значение;

φ_н - фазовый угол нагрузки.

Пример осуществления способа в режиме понижения напряжения на нагрузке.

Система управления 9 (фиг.1) по сигналу u_c формирует синхроимпульсы, опережающие момент перехода сетевого напряжения через нуль на угол θ_к. Величина угла опережения выбирается из условия нормального завершения процессов коммутации тиристоров регулятора. В зависимости от величины напряжения управления U_y выполняется фазовая задержка относительно синхроимпульсов и регулировка углов переключения на повышение α_в и понижение α_н напряжения. В первую очередь производится увеличение угла переключения α_в от 0 до π при неизменном значении α_н=π. Во вторую очередь производится уменьшение угла переключения α_н от π до 0 при неизменном значении α_в=π. В обоих случаях сигналы управления тиристорами 3 и 4 высшей ступени напряжения формируют в соответствии со знаком напряжения сети между моментом переключения α_в одного полупериода и моментом переключения α_н следующего полупериода. Сигналы управления тиристорами 1 и 2 низшей ступени во всех режимах - инверсные сигналам управления тиристорами 3 и 4 соответственно.

Рассмотрим реализацию способа в режиме увеличения угла переключения на повышение напряжения. Алгоритм формирования сигналов управления тиристорами показан на фиг.2(а). За начало отсчета времени принят момент формирования синхроимпульса, опережающего нулевое значение напряжения сети при его переходе из области отрицательных значений в область положительных значений. Сигнал управления V3 тиристором 3 высшей ступени (фиг.1) в данном режиме формируют, начиная с момента переключения на повышение напряжения α_в при положительном знаке напряжения сети и до момента переключения на понижение напряжения θ=π+α_н следующего полупериода. В данном режиме значение α_н=π и момент переключения на понижение напряжения совпадает с моментом формирования синхроимпульса, то есть опережает момент перехода напряжения сети через нуль на угол θ_к. Сигнал управления V4 тиристором 4 высшей ступени формируют, начиная с момента переключения α_в при отрицательном знаке напряжения сети и до синхроимпульса полупериода положительных значений. Сигнал управления V1 тиристора 1 низшей ступени - инверсный сигналу V3, а сигнал управления тиристора V2 - инверсный сигналу V4. Данный алгоритм управления тиристорами сохраняется независимо от параметров нагрузки и ничем не отличается от описанного в прототипе. Далее рассмотрим работу регулятора при различных параметрах нагрузки.

Диаграммы изменения напряжения u_н и тока i_c при активной нагрузке приведены на фиг.2(б). В начале полупериода положительных значений напряжения сети сигналы управления подаются на тиристоры 1 и 4. Наличие управляющих сигналов одновременно на тиристорах двух направлений исключает перенапряжения, вызванные резкой сменой знака тока нагрузки. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 высшей ступени выключен и находится в "дежурном" режиме поскольку может оперативно включиться при изменении полярности тока. Напряжение нагрузки на интервале включенного состояния тиристора 1 равно напряжению сети u_н=u_c. Переключение на повышение напряжения выполняется в момент времени, определяемый углом α_в, путем перевода сигналов управления с тиристора 1 на тиристор 3. Под действием напряжения регулировочной обмотки 6 (фиг.1) тиристор 3 включается и возникает коммутирующий ток. Он протекает согласно направлению проводимости тиристора 3 и встречно току нагрузки тиристора 1. Коммутирующий ток ограничивается малым сопротивлением короткого замыкания регулировочной ступени и быстро достигает значения тока нагрузки. При этом условии суммарный ток тиристора 1 становится равным нулю и он выключается. Нагрузочная составляющая тока сети далее протекает через тиристор 3 высшей ступени, а тиристор 4 продолжает работать в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки при этом равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u_н=u_c+u_ст. Переключение на понижение напряжения выполняется в момент времени, определяемый углом α_н=π перед сменой знака напряжения сети. Для этого переводят сигнал управления с тиристора 4 на тиристор 2 низшей ступени. Тиристор 2 включается, поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки 6. В результате образуется контур коммутации и возникает ток, протекающий через тиристоры 2 и 3. После смены полярности напряжения коммутирующий ток и ток нагрузки меняют направление и их суммарный ток, протекающий через тиристор 3, снижается до нулевого значения. В результате тиристор 3 выключается и запирается обратным напряжением регулировочной обмотки. Нагрузочная составляющая тока сети далее протекает через тиристор 2, а тиристор 3 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение на нагрузке становится равным напряжению сети u_н=u_c. Переключение на повышение напряжения при отрицательном знаке напряжения сети выполняется в момент времени θ=π+α_в в результате перевода сигналов управления с тиристора 2 на тиристор 4. Их коммутация производится контурным током регулировочной обмотки 6 аналогично коммутации тиристоров 1 и 3 в положительном полупериоде. Переключение на понижение напряжения выполняется также под действием коммутирующего тока регулировочной обмотки в момент времени θ=2π в результате перевода сигналов управления с тиристора 3 на тиристор 1. Изменяя значение угла регулирования α_в от 0 до π, можно плавно снижать напряжение на нагрузке от u_н=u_c+u _cт до u_н=u_c. Таким образом, диапазон регулирования при активной нагрузке определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.

Диаграммы изменения напряжения u_н и тока i_c при активно-индуктивной нагрузке приведены на фиг.2(в). В интервале времени от θ=0 до θ=φ_н нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. При отрицательном знаке ток сети протекает через тиристор 4 высшей ступени, а тиристор 1 находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u_н=u_c+u_ст. При смене знака тока нагрузки в момент времени θ=φ_н тиристор 4 выключается, переходя в "дежурный" режим, и включается тиристор 1. Напряжение нагрузки становится равным напряжению сети u_н=u_c. В момент времени θ=α_в производится перевод тока нагрузки с тиристора 1 на тиристор 3. Коммутация выполняется контурным током ступени аналогично описанному ранее для случая активной нагрузки. После завершения коммутации напряжение нагрузки увеличивается на величину напряжения регулировочной ступени. В момент времени, определяемый углом переключения α_н=π, сигналы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2. Последний включается и образуется контур протекания коммутирующего тока через тиристоры 2 и 3. После смены полярности напряжения сети направление тока нагрузки не меняется, а коммутирующий ток снижается до нуля и тиристор 2 выключается. Тиристор 3 удерживается во включенном состоянии, поскольку направление его проводимости соответствует направлению протекания тока нагрузки. Выключение тиристора 3 происходит при очередной смене знака тока нагрузки в момент времени θ=π+φ_н. При этом ток нагрузки переходит на тиристор 2 и напряжение нагрузки становится равным напряжению сети. Переключение на повышение напряжения нагрузки происходит в момент времени θ=π+α_в аналогично, описанному выше для активной нагрузки. Переключение на понижение напряжения в момент времени θ=2π с невозможно так как тиристор 1 выключается после смены полярности напряжения при переходе коммутирующего тока через нулевое значение, а тиристор 4 удерживается во включенном состоянии током нагрузки. Следует отметить, что при активно-индуктивной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на повышение напряжения реализуется только в интервалах совпадения знаков тока и напряжения (φ_н<α_в<π+θ_к). Изменение величины угла α_в в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения (θ_к<α_в<φ_н) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода повышенного напряжения. Таким образом, при активно-индуктивной нагрузке сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения.

Диаграммы изменения напряжения и_н и тока i_c при активно-емкостной нагрузке приведены на фиг.2(г). В интервале времени от θ=0 до θ=φ_н нагрузочная составляющая тока сети имеет положительные значения. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно напряжению сети u_н=u_c. В регулируемый момент времени θ=α_в контурным током регулировочной ступени выполняется перевод тока нагрузки с тиристора 1 на тиристор 3. После завершения коммутации напряжение нагрузки увеличивается на величину напряжения регулировочной ступени u_н=u_c+u_ст. При смене знака тока нагрузки в момент времени θ=φ_н тиристор 3 выключается, переходя в "дежурный" режим, и включается тиристор 4. Напряжения нагрузки остается на прежнем уровне. В момент времени, определяемый углом переключения θ=α_н=π:, сигналы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2. Последний включается и образуется контур протекания коммутирующего тока через тиристоры 2 и 4. Он протекает согласно направлению проводимости тиристора 2 и встречно току нагрузки тиристора 4. Коммутирующий ток ограничивается малым сопротивлением короткого замыкания регулировочной ступени и быстро достигает значения тока нагрузки. При этом условии суммарный ток тиристора 4 становится равным нулю и он выключается. Коммутирующий ток далее протекает через тиристоры 2 и 3. После смены полярности напряжения сети направление тока нагрузки не меняется, а коммутирующий ток снижается до нуля и тиристор 3 выключается, оставаясь работать в "дежурном" режиме. Тиристор 2 удерживается во включенном состоянии током нагрузки. Напряжение нагрузки равно напряжению сети. Выключение тиристора 2 происходит или в регулируемый момент времени θ=π+α_в коммутирующим током ступени, или при очередной смене знака тока нагрузки в момент времени θ=π+φ_н. В первом случае ток нагрузки переходит на тиристор 4. Во втором случае ток нагрузки переходит на тиристор 3. В обоих случаях напряжение нагрузки повышается на величину напряжения регулировочной ступени. Переключение на понижение напряжения производится в момент времени θ=2π в результате выключения тиристора 3 контурным током ступени. Коммутация выполняется аналогично выключению тиристора 4 в предыдущем полупериоде. Следует отметить, что при активно-емкостной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на повышение напряжения также реализуется только в интервалах совпадения знаков тока и напряжения (θ_к<α_в<φ_н). Изменение величины угла α_в в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения (φ_н<α_в<π+θ_к) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода повышенного напряжения. Таким образом, при активно-емкостной нагрузке также сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения.

Диаграммы изменения напряжения u_н и тока i_c при рекуперативной нагрузке приведены на фиг.2(д). В интервале времени от θ=0 до θ=α_в нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. Данное направление протекания тока нагрузки обеспечивает тиристор 4, а тиристор 1 выключен и находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u_н=u_c+u_ст. В момент времени θ=α_в управляющие сигналы переводятся с тиристора 1 на тиристор 3. Коммутация указанных вентилей невозможна, поскольку тиристор 3 заперт обратным напряжением, равным падению напряжения на тиристоре 4, и не может включиться. Напряжение нагрузки остается равным уровню повышенного напряжения. В момент времени θ=α_н=π импульсы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2 и контурным током ступени выполняется перевод тока нагрузки на тиристор 2 отвода пониженного напряжения. В момент времени θ=π+θ_к ток нагрузки меняет полярность. При этом тиристор 2 выключается и вступает в работу тиристор 3 отвода повышенного напряжения. Напряжение нагрузки снова становится равным сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки. В регулируемый момент времени θ=π+α_в следующего полупериода управляющие сигналы с "дежурного" тиристора 2 переводятся на тиристор 4. Последний включиться не может, поскольку он заперт обратным напряжением, равным падению напряжения на тиристоре 3. Напряжение нагрузки остается равным напряжению отвода повышенного напряжения. Таким образом, при рекуперативной нагрузке изменение величины угла переключения на повышение напряжения α_в не влияет на величину напряжения нагрузки. Это делает невозможным регулирование напряжения нагрузки путем изменения величины α_в.

Рассмотрим реализацию способа в режиме уменьшения угла переключения на понижение напряжения. Алгоритм формирования сигналов управления тиристорами показан на фиг.3(а). Аналогично фиг.2 за начало отсчета времени принят момент формирования синхроимпульса, опережающего нулевое значение напряжения сети при его переходе из области отрицательных значений в область положительных значений. Сигнал управления V3 тиристором 3 высшей ступени (фиг.1) в данном режиме формируют, начиная с момента переключения на повышение напряжения α_в при положительном знаке напряжения сети и до момента переключения на понижение напряжения θ=π+α_н следующего полупериода. В данном режиме значение α_в=π и момент переключения на повышение напряжения совпадает с моментом формирования синхроимпульса, то есть опережает момент перехода напряжения сети через нуль на угол θ_к. Сигнал управления V4 тиристором 4 высшей ступени формируют, начиная с синхроимпульса полупериода отрицательных значений и до момента переключения α_н полупериода положительных значений напряжения сети. Сигнал управления V1 тиристора 1 низшей ступени - инверсный сигналу V3, а сигнал управления тиристора V2 - инверсный сигналу V4. Данный алгоритм управления тиристорами сохраняется независимо от параметров нагрузки. Далее рассмотрим работу регулятора при различных параметрах нагрузки.

Диаграммы изменения напряжения u_н и тока i_c при активной нагрузке приведены на фиг.3(б). В начале полупериода положительных значений напряжения сети сигналы управления подаются на тиристоры 1 и 4. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 высшей ступени выключен и находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки на интервале включенного состояния тиристора 1 равно напряжению сети u_н=u_c. В регулируемый момент времени θ=α_н импульсы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2. Коммутация указанных вентилей невозможна, поскольку тиристор 4 выключен, а тиристор 2 заперт обратным напряжением, равным падению напряжения на тиристоре 1, и не может включиться. Напряжение нагрузки остается равным напряжению сети. В момент времени θ=α_в=π импульсы управления переводят с тиристора 1 на тиристор 3. Тиристор 3 включается поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки 6. В результате образуется контур коммутации и возникает ток, протекающий через тиристоры 1 и 3. Коммутирующий ток протекает согласно направлению проводимости тиристора 3 и встречно току нагрузки тиристора 1. Последний выключается при достижении коммутирующим током значения тока нагрузки. Далее суммарный ток отвода пониженного напряжения протекает через тиристор 2. После смены полярности напряжения сети в момент времени θ=π+θ_к коммутирующий ток и ток нагрузки меняют направление. В результате тиристор 3 выключается и запирается обратным напряжением регулировочной обмотки. Нагрузочная составляющая тока сети далее протекает через тиристор 2, а тиристор 3 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение на нагрузке остается равным напряжению сети. Коммутационные процессы в следующем полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Напряжение нагрузки в течение всего периода изменения напряжения сети независимо от значения угла α_н остается равным напряжению отвода пониженного напряжения. Таким образом, при активной нагрузке изменение величины угла переключения на понижение напряжения α_н не влияет на величину напряжения нагрузки. Это объясняется невозможностью выполнения переключений на понижение напряжения в интервалах совпадения знаков тока и напряжения сети.

Диаграммы изменения напряжения u_н и тока i_c при активно-индуктивной нагрузке приведены на фиг.3(в). В интервале времени от θ=0 до θ=α_н нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. При отрицательном знаке ток сети протекает через тиристор 4 высшей ступени, а тиристор 1 работает в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u_н=u_c+u_ст. В регулируемый момент времени θ=α_н импульсы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Последний включается и образуется контур протекания коммутирующего тока через тиристоры 2 и 4. Коммутирующий ток протекает согласно направлению проводимости тиристора 2 и встречно току нагрузки тиристора 4. Последний выключается при достижении коммутирующим током значения тока нагрузки и запирается обратным напряжением регулировочной обмотки. Далее ток нагрузки протекает через тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Напряжение нагрузки становится равным напряжению сети. При смене знака тока нагрузки в момент времени θ=φ_н тиристор 2 выключается, переходя в "дежурный" режим, и включается тиристор 1. Напряжение нагрузки остается равным напряжению сети u_H=u_c. В результате перевода импульсов управления в момент времени θ=α_в=π ток нагрузки переходит с тиристора 1 на тиристор отвода повышенного напряжения 3. Коммутация выполняется контурным током ступени в интервале совпадения знаков напряжения и тока сети и протекает аналогично описанному ранее для случая активной нагрузки. После завершения коммутации напряжение нагрузки увеличивается на величину напряжения регулировочной ступени u_н=u_c+u_ст. Данный уровень напряжения нагрузки сохраняется до переключения на понижение напряжения в момент времени θ=π+α_н следующего полупериода. Коммутационные процессы в данном полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Следует отметить, что при активно-индуктивной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на понижение напряжения реализуется только в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения сети (θ_к<α_н<φ_н). Изменение величины угла α_н в интервалах совпадения знаков тока и напряжения сети (φ_н<α_н<π+θ_к) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода пониженного напряжения. Из сопоставления диаграмм напряжения активно-индуктивной нагрузки, показанных на фиг.2(в) и фиг.3(в) следует, что сокращения диапазона при поочередном регулировании не происходит. Диапазон регулирования напряжения нагрузки определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.

Диаграммы изменения напряжения u_н и тока i_c при рекуперативной нагрузке приведены на фиг.3(г). В интервале времени от θ=θ_к до θ=α_н нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. При отрицательном знаке ток сети протекает через тиристор 4 высшей ступени, а тиристор 1 работает в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u_н=u_C+u_ст. В регулируемый момент времени θ=α_н выполняется переключение на понижение напряжения. Коммутация тиристоров выполняется аналогично описанному для случая активно-индуктивной нагрузки. По завершении коммутации ток нагрузки протекает через тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Напряжение нагрузки становится равным напряжению сети u_н=u_c. В момент времени θ=α_в=π с импульсы управления переводят с тиристора 1 на тиристор 3. Последний включается, поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки. В результате через тиристоры 2 и 3 протекает контурный ток ступени. При смене полярности напряжения сети контурный ток ступени и ток нагрузки меняют знак и тиристор 2 выключается. Тиристор 3 удерживается во включенном состоянии током нагрузки, а тиристор 2 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение нагрузки возрастает на величину напряжения регулировочной обмотки u_н=u_C+u_ст. Коммутационные процессы в следующем полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Следует отметить, что при рекуперативной нагрузке реализуется эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на понижение напряжения. Изменяя значение угла регулирования α_н от π до 0 можно плавно снижать напряжение на нагрузке от u_н=u_C+u _cт до u_н=u_c. Следовательно, диапазон регулирования при рекуперативной нагрузке определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.

Диаграммы формирования сигналов управления тиристорами, а также диаграммы напряжения u_н и тока i_c при активно-емкостной нагрузке приведены на фиг.3(д). В интервале времени от θ=θ_к до θ=φ_н нагрузочная составляющая тока сети имеет положительные значения. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 работает в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно напряжению сети u_н=u_c. В момент времени θ=φ_н ток нагрузки меняет полярность и далее протекает через тиристор 4, а тиристор 1 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение нагрузки возрастает на величину напряжения регулировочной обмотки u_н=u_C+u_ст. В регулируемый момент времени θ=α_н выполняется переключение на понижение напряжения. Коммутация тиристоров выполняется аналогично описанному для случаев активно-индуктивной и рекуперативной нагрузок. По завершении коммутации ток нагрузки протекает через тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Напряжение нагрузки вновь становится равным напряжению сети u_н=u_C. В момент времени θ=α_в=π импульсы управления переводят с тиристора 1 на тиристор 3. Последний включается поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки. В результате через тиристоры 2 и 3 протекает контурный ток ступени. При смене полярности напряжения сети контурный ток ступени меняет знак и тиристор 3 выключается. Тиристор 2 удерживается во включенном состоянии током нагрузки, а тиристор 3 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение нагрузки остается равным напряжению сети. Коммутационные процессы в следующем полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Следует отметить, что при активно-емкостной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на понижение напряжения реализуется только в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения сети (φ_н<α_н<π+θ_к). Изменение величины угла α_н в интервалах совпадения знаков тока и напряжения сети (θ_к<α_н<φ_н) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода пониженного напряжения. Из сопоставления диаграмм напряжения активно-емкостной нагрузки, показанных на фиг.2(г) и фиг.3(д) следует, что сокращения диапазона при поочередном регулировании не происходит. Диапазон регулирования напряжения нагрузки определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.

Сравнение заявленного изобретения с прототипом позволило установить, что оно отличается от последнего возможностью регулирования напряжения в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения нагрузки и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявленного изобретения с другими известными решениями в данной области техники показало, что идентичные признаки по признакам, отличающим заявленное изобретение от прототипа, обеспечивает получение нового технического результата, заключающегося в расширении диапазона регулирования до величины напряжения регулировочной ступени, и поэтому оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Применение заявленного изобретения в энергетике для регулирования или стабилизации напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов, в частности для питания индивидуальных потребителей в сетях с нестабильными параметрами обеспечивает соответствие критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования или стабилизации напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов, в частности для питания индивидуальных потребителей в сетях с нестабильными параметрами. Предложено регулирование напряжения выполнять поочередно в зонах совпадения и зонах несовпадения напряжения и тока, причем понижение напряжения выполнять в первую очередь в зонах совпадения знаков тока и напряжения сети путем увеличения угла переключения и во вторую очередь в зонах несовпадения знаков тока и напряжения путем уменьшения угла переключения, а повышение напряжения выполнять в обратной последовательности. Изобретение позволяет получить технический результат - расширить диапазон регулирования при активно-индуктивной, активно-емкостной и рекуперативной нагрузках, а также на холостом ходу трансформатора. 3 ил.

Способ управления тиристорным регулятором напряжения трансформатора, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы, опережающие по фазе момент перехода сетевого напряжения через нуль, и, осуществляя фазовую задержку относительно синхроимпульсов, регулируют углы переключения на повышение α_в и понижение α_н напряжения, причем импульсы управления тиристорами высшей ступени формируют в соответствии со знаком сетевого напряжения на интервале между моментом, определяемым углом α_в, и моментом, определяемым углом α_н следующего полупериода, а импульсы управления тиристорами низшей ступени - инверсные импульсам управления тиристорами высшей ступени, отличающийся тем, что регулирование напряжения выполняют поочередно в зонах совпадения и зонах несовпадения напряжения и тока, причем понижение напряжения выполняют в первую очередь в зонах совпадения знаков тока и напряжения сети путем увеличения угла переключения α_в от 0 до π при неизменном значении α_н=π и во вторую очередь в зонах несовпадения знаков тока и напряжения сети путем уменьшения угла переключения α_н от π до 0 при неизменном значении α_в=π, а повышение напряжения выполняют в обратной последовательности.