Способ управления регулятором напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК H02P13/18 G05F1/24 

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано для бесконтактного регулирования пйд нагрузкой напряжения преобразовательных трансформаторов, например, для питания преобразовательных aгpeг гатов электролизных установок цветной металлургии и химической пром1йшЛенности.

Известны способ управления рёгу лятором напряжения трансформатора под нагрузкой и устройство для его осуществления, содержащее тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, подключенных соответственно к ответвлениям регулировочной обмотки трансформатора, в которых регулирование нап|ужения осуществляют путем импульсно-фазового управления тиристорным коммутатором высшей ступени регулирования в соответствии со знаками напряжения и тока, а также путем формирования управляющих импульсов на тиристорный коммутатор низшей ступени регулирования в соот-г ветствии ро знаком тока 01Г) и .

Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются низкая надежность при работе на нагрузку с изменяющимся в широких пределах фазовым углом и ограниченная регулировочная способ10ность.

Наиболее близким по техн11ческой сущности к предлагаемому является способ управления регулятором напря15 жения, содержащий тиристорные коммутаторы высшей и низшей ступеней регулирования путем формирования управляющих импульсов посредством определения знака трка, интервалов нуле вых .значений тока и напряхсения и последующего переключения на высшую или низшую ступень регулирования в соответствии со знаком потока мощ1ности, а также устройство для осуществления данного способа управления регулятором напряжения, содержащее систему управления и тиристорные коммутаторы высшей и низшей ступеней регулирования, управляющие электроды тиристоров которых через формирова- ели управляющих импульсов соединены с соответствующими выходами основного блока управления, два входа которого подключены-к выходам положительной и отрицательной полуволн датчика переменного тока соответственно, а два других его входа к выходам блока разрешения переключения ступеней регулирования, один вход которого через орган сравнения соединен с выходными выводами,а два других через индикатор знака мощности - с выходом интервала нулевых значений датчика переменного тока и выходом датчика входного напряжения соответственно 33Недостатком такого способа и ,устройства для его осуществления является низкая надежность при нагрузке регулируемого трансфор.матора на многофазный выпрямитель например трехфазный мост, когда ток через тиристорные коммутатор,ы может иметь длительные паузь}, в течение которых величина тока значительно менвше нагрузочной составляющей и определяется в основном несинусоидальным током намагничивания трансформатора. При этом переключение на низшую ступень регулирования сопровождается перенапряжениями на тиристорных коммутаторах, так как определение момента точного перехода тока через нулевые значения в бестоковых паузах имеет существенные трудности. Цель изобретения - повьииение надежности при работе устройства на многофазный выпрямитель. Поставленная цель достигается те что согласно способу управления ре|улятором напряжения, содержащему тиристорные коммутаторы высшей и низшей ступеней регулирования,путем формирования управляющих импульсов посредством определения знака тока, интервалов нулевых значений тока и напряжения и последукнцего переключения на высшую или низшую ступень регулирования в соответствии со зна ком потоки мощности, при переключе.нии на низшую ступень регулирования в начале интервалов нулевых значение тока управляющие импульсы подают од+1овременно на второй тиристор коммутатора высшей ступени регулирования, а в начале интервала нулевых значений напряжения - на второй тиристор коммутатора низшей ступени регулирования и в конце интервала нулевых значений тока - на один из тиристоров комму татора низшей ступени регулирования в соответствии со знаком тока. При э-том устройство для управленця регулятором напряжения, содержащее систему управления и тиристорные коммутаторы высшей и низшей ступене регулирования, управляющие электроды тиристоров которых, через формирователи управляющих импульсов соединены с соответствующими выходами основного блока управления, два входа которого подключены к выходам положитеяи ной и отрицательной полуволн датчика переменного тока соответственно, а два других его входа - к выходам блока разрешения переключения ступеней регулирования, один вход которого через орган сравнения соединен с выходными выводами, а два других через индикатор знака мощности - с вь1ходом интервала нулевых значений датчика переменного тока и выходом датчика входного напряжения соответственно, снабжено вспомогательным блоком управления, выполненным в виде двух логических элементов И, первые входы которых соединены между собой и с интервала нулевых значений датчика переменного тока, вторые их входы - с выходами блока разрешения переключения ступеней регулирования соответственно, а их выходы подключены соответственно к входам формирователей управляющих импульсов тиристоров высшей и низшей ступеней регулирования. Согласно предлагаемому способу управления регулятором напряжения, проводящее состояние тиристорных коммутаторов и их коммутация при переключении на низшую ступень регулирования при работе .трансформа.тора на многофазный выпрямитель в интервалах нулевых значений нагрузочного тока обеспечивается вне зависимости от величины и фазы намагничивающего тока трансформатора. Ма фиг.1 показана функциональная схема устройства для осуществления способа управления регуляторсзм напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы . Устройство содержит 1фиг,1) трех фазный преобразовательный трансформатор 1 с сетевой 2, вентильной 3 и регулировочными Ц обмотками, тирис торные коммутаторы 5 и 6 и низшей и высшей ступени регулирования соответственно, преобразователь 7. нагрузку 8, тиристоры 9i10 и 11,12 коммутаторов 5 и 6 соответственно низшей и высшей ступеней регулирования датчик 13 входного напряжения, датчик И переменного тока, элемент 15 сравнения, подключенный входом к нагрузке 8, индикатор 16 интервалов нулевого значения напряжения,индика тор 17 знака тока, индикатор 18 зна ка мощности, выходы которого соедине ны с двумя входами блока 19 разреше ния переключения ступеней регулиров ния , основной блок 20 управления, вспомогательный блок 21 управления, выполненный в виде логических элементов И 22 и 23, формирователи |2А,25 и 26,27 управляющих импульсов тиристоров коммутаторов 5 и 6 высше и низшей ступеней регулирования. рри этом индикатор 16 интервалов ну левого значения напряжения имеет ВЫХОД 28, который подкл очен к входу индикатора 18 диска мощности. Индикатор .17 знака тока имеет выход 29 положительной полуволны нагрузочного тока, выход 30 отрицательной полувол ны нагрузочного тока, выход 30 отрицательной полуволны нагрузочного тока и выход 31 интервала нулевы значений нагрузочного тока, которые соединены соответственно с входами основного блока 20 управления и входом .индикатора 18 знака мощности, а также вхрдами вспомогательного блока 2 управления. Индик тор 18 знака мощности имеет выход 32положительного направления,потока мощности в силовой цепи и выход 33совпадений нулевых-зон напряжени и тока Элемент 15 сравнения имеет выход З, который соединен с входом блока 19 разрешения переключения ст пеней регулирования. Блок 19 разрешения переключения ступеней регулирования имеет выход 35 переключения на высшую ступень регулирования и выход 36 - на низ.шую ступень 5 регулировани} | оторые соединены с входами основного и вспомогательного блоко 20 и 21 управления. Основной блок 20 управления имеет выходы 37,38 и 39, для запуска формирователей 2k, 25 и 26. и 27 управляющих импульсов соответственно. Аналогично вспомогательный блок 21 управления имеет выходы il и (2 для запуска этих же формирователей управяющих импульсов 2, 25 и 26,27. Формирователи 2, 25 и 26,27 управляющих импульсов имеют соответственно выходы kk и kS,( для управления тиристорами 11,12 и 9|10 коммутаторами 5 и 6 высшей и низшей ступеней регулирования. Устройство работает следующим образом. На вход индикатора 16 интервалов нулевого значения напряжения поступает синусоидальное напряжение датчика 1 3 входного напряжения.на выходе 28 индикатора формируется сигнал и 28 (фиг.2), соответствующий интервалу нулевого значения напряжения. Длительность сигнала с выхода 28 выбирается с учетом выключения тиристора. ., /С выхода датчика It переменного тока сигнал поступает на вход индикатора 17 знака тока. На выходах 29-31 индикатора 17 знака тока форми руются сигналы (фиг.2), соответствующие положите,льной 3 29,отрицательной 3 30 полуволнам нагрузочного тока и зоне нулевого значения тока 3 31. Длительность сигнала 3 31 зависит от схемы многофазного выпрямителя 7 и схемы соединения трансформатора 1 и, в частности при мостовом выпрямителе и схеме соединения трансформатора длительность сигнала 3 31 составляет 60 эл.град. и значительно больше длительности сигнала и 28.. Сигналы и 28 и U 31 поСтуп от на входы индикатора 18 знака мощности, на выходе которого формируются сигналы Р 32 и Р 33 (фиг.2). Сигнал Р 32 соответствует положительному значению мгновенного потлка мс«ц ности в силовой цепи, т.е. потреблению мощности нз сети. Сигнал Р 33 формируется при совпадении интервалов нулевых значений нггпряження и тока, т.е. соответственно сигналов U 28 и D 31 . Элемент 15 сравнения производит сравнение задающего напряжения U& 7 , 1 с сигналом о величине напряжения нагрузки 8 и вырабатывает на выходе 3 сигнал рассогласования РЗАСигналы Р 32, Р 33 и Р 3 поступают на входы блока 19 разрешения переключения ответвлений,на первом и втором вы дах которого фомируются с ответственно сигналы и 35 и и Зб (фиг.2), разрешающие переключение цепей управления тиристорными коммутаторами в зависимости от знака потока мощности в силовой цепи и запрещающие регулирование напряжения в интервалах нулевых значений тока и напряжения. Сигнал U 36 является инверсным по отношению к сигналу U 3 Наличие сигнала на выходе Зб раз решает включение тиристорного коммутатора 5 низшей ступени регулирова ния, т.е. понижение напряжения нагрузки, а наличие сигнала на выходе разрешает включение тиристорного коммутатора 6 высшей ступени регулирования, т.е. повышение напряжения нагрузки. Переключение на высшую ступень регулирования производится в соответствии с сигналом Р 32 ин- дикатора 18 знака мощности и сигналом Р З элемента 15 сравнения таким образом, что передний фронт сигнала на выходе 35 имеет регулируемое поло жение oL,cLi-1t фиг.2/ в пределах длительности сигнала Р32. Переключени на низшую ступень регулирования производится в соответствии с сигналом Р 33 индикатора 18:знака мощности в момент совпадения интервалов нулевы значений тока и напряжения. Сигналы t) 29, 3 30 и 3 31 индикатора 17 знака тока и сигналы U 35 и и 36 блока 19 разрешения переключения ответвлений; поступают на входы основного блока 20 управления по сигналам положительной и отрицз тельной полуволи нагрузочного тока 3 29 и 3 30 индикатора 17 знака тока и сигналам U 36 и U 35 блока 19 разрешения переключения ответвлений: формирует в интервалах нагрузочных полуволн тока в соответствии со знаками потока мощности и тока в силовой цепи сигналы tJ 37, 38, 3 39 - 3 (фиг.2), которые поступают -о входы соответствующих формирователей 2 и 25, 26 и 27 управляющих импульсов тиристоров 11, 12. и 9 10 При этом переключение на высшую ступень регулирования не отличается от процесса, описанного в прототипе. « Вспомогательный блок 21 управления по сигналу интервала нулевого значения тока Э 31 индикатора 17 знака тока и сигналам U 35 и I) Зб блока 19 разрешения переключения ответвлений формирует на выходах вспомогательные, управляющие сигналы U I и и Ц2 (фиг.2) в зонах отсутствия нагр зочной составляющей тока. t Выходной сигнал U элемента И 22 формируется по сигналу переключения на высшую ступень регулирования перsqro выхода 35 блока 19 разрешения переключения ответвлений и сигналу О 3J интервалов нулевого значения тока индикатора 17 тока и подается совместно с управляющими сигналами 3 37 и 3 38 блока 20 на формирователи 2 и 25 управляющих импульсов тиристорного коммутатора 6 высшей ступени регулирования. При этом обеспечивается формирование управляющих импульсов и и. и « на тиристоры 11 и 12 коммутатора 6 с начала интервала нулевого значения тока до начала интервала нулевого значения напряжения. Формирование управляющих импульсов одновременно на оба тиристора коммутатора 6 обеспечивает прововодящее состояние его независимо от величины и фазы намагничивающего тока трансформатора, протекающего через тиристоры в интервалах отсутствия нагрузочной составляющей тока и, соответственно, исключаются перенапряжения на коммутаторах. В момент формирования сигнала переключения на низшую ступень регулирования второго выхода Зб блока 19 разрешения переключения ответвлений сигнал его первого выхода 35 снимается и, соответственно, прекращается формирование сигнала U (I .элемента И 22, сигналов U и U kk. формирователей 2 и 25 и управляющих импульсов на тиристорах 11 и 12. Одновременно сигнал и 36 и сигнал 3 31 посту пaюt на входы элемента И 23 выходной сигнал U k2 которого подается совместно с управляющими сигналами 3 39 и Э 40 блока 20 нэ формирователи 2б и 27 управляющих импульсов, обеспечивая формирование управляющих импульсов и «5, и 6 на тиристоры 9 и 10 коммутатора 5 низшей ступени регулирования. Формирование управляющих импульсов одновременно на оба тиристора коммутатора 5 при переключении на 91 низшую ступень регулирования позволя ет выполнить коммутацию независимо от намагничивающего тока трансформатора, так как при коммутации в контуре регулирования возникает циркулирующий ток, протекающий по проВ9/:;ящим тиристорам коммутаторов 5 и 6 и определяющий переход тока с коммутатора б на коммутатор 5. Длительность циркулирующего.тока не превыша ет длительности нулевой зоны напряжения и поэтому этот ток не представ ляет собой опасности для тиристоров Ввиду проводящего состояния двух тиристоров коммутаторов 5 и 6 исключаются перенапряжения на них в процессе переключения ответвлений. Формирование выходного сигнала и 2 элемента И 23 продолжается до окончания действия сигнала интервалов нулевого значения тока 3 3 индикатора 17 знака тока, в связи с чем формирователи ,26 и 27 обеспечивают подачу управляющих импульсор. и fS и и 6 в интервалах нулевого значения тока на оба тиристора комму татора 5. При этом коммутатор 5 имеет проводящее состояние в интервалах нулевого значения тока независ мо от величины и фазы намагничивающего тока трансформатора, чем исключаются перенапряжения на тиристорах В конце интервалов нулевых значений тока прекращается формирование сигнала на выходе 31 индикатора 17 знака тока и соответственно в зависимости от знака тока формируется сигнал на одном из выходов 29 и 30 индикатора 17 знака тока и соответственно на одном из Jвыxoдoв 39 и 0 основного блока 20 управления. При наличии сигнала на выходе 39 бло ка 20 (положительное значение нагрузочной полуволны 5ока) формирователь 26 обеспечивает подачу управляющих импульсов на тиристор 9, а формирователь 27 прекращает ;вою работу и управляющие импульсы на тиристор 10 не поступают. При наличии сигнала на выходе ЛО блока 20 {отрицательное значение нагрузочной полуволны тока) формирователь 27 обеспечивает подачу управляющих импульсов на тиристор 10, а форми.: рователь 28 прекращает свою работу и управляющие импульсы на тиристор 9 не поступают. При этом процесс управ ления тиристорными ко мутаторами при переключении на низшую ступень регулирования заканчивается. Таким образом, предлагаемый способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащий тиристорные коммутаторы высшей и низшей ступеней регулирования, и устройство для его .осуществления при работе на многофазный выпрямитель обеспечивают при переключениях на низшую ступень регулирования надежную коммутацию тиристоров вне зависимости от величины и фазы намагничивающего тока трансформатора. Формула изобретения 1. Способ управления регулятором напряжения, содержащий- коммутаторы высшей и низшей ступеней регулирования, путем (юрмирования управляю(чих импульсов посредством определения знака тока, интервалов нулевых значений тока и напряжения и последующег го переключения на высшую или низшую ступень регулирования в соответ, со знаком потока мощности, о т л ит чающийся тем, что, с целью повышения надежности при работе на многофазный выпрямитель, при переключении на низшую ступень регулирования в начале интервалов нулевых значений тока управляющие импульсы подают одновременно на второй тиристор коммутатора высшей ступени регулиробания, а в начале интервала нулевых значений напряжения - на второй тиристор коммутатора низшей ступени регулирования, и в конце интервала нулевых значений тока - на один из тиристоров коммутатора низшей ступени регулирования в соответствии со знаком тока. 2. Устройство для управления реулятором напряжения, содержащее истему управления и тиристорные комутаторы высшей и низшей ступеней егулирований, управляющие электроды иристоров которых через формироватеW управляющих импульсов-соединены с оответствующими выходами основного лока управления, два входа Которого одключены к выходам положительной отрицательной полуволн датчика . еременного тока соответственно, .два других его входа - к выходам лока разрешения переключения ступеней регулирования, один вход которого через орган сравнения соединен с выходными выводами, а два других через индикатор знака мощности - с выходом интервала нулевых значений датчика переменного тока и выходом датчика входного напряжения соответственно, отличающееся тем, что оно снабжено вспомогательны блоком управления, выполненным в виде двух логических элементов И, первые входы которых соединены между собой и с интервала нулевых значений датчика переменного тока,вторые их входы - с выходами блока разрешения переключения ступеней регулирования соответственно, а их выходы подключены соответственно к входам формирователей управляющих импульсов тиристоров высшей и низшей ступеней регулирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Окунь С.С. и др. Трансформаторные и трансформаторно-тиристорные регуляторы-стабилизаторы напряжения, fj., Энергия, 19692.Авторское свидетельство СССР .№505011, кл. G 05 F 1/30, 1976.

3.Патент США № 3619765, кл. 323-+3, 1971.

ф1/г.1