Регулятор трехфазного напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02P13/16 

«

Изобретение относитсй к электротехнике и предназначено для регулиро вания напряжения в трехфазной нагрузке: .лампах, электронагревателях, электродвигателях и др.

Мзвестен регулятор трехфазнбго напряжения , содержащий блок силовых тиристоров, через которые к трехфазной сети переменного тока подключена нагру ка,, источники синхронизирующего с сетью напряжения, к которым подсое динены генераторы, входы которых соединепы с источником регулируемого напряжения постоянного тока, и запоминающие блокиJ которые связаны с генераторами О .

Однако известное устройство сложно 1- обладает недостаточной надежностью в работе.

Haii6o.r;ee близким к изобретению является регулятор трехфазного напряжения р содержащий блок силовых тиристоров одна группа входных выводов которого подключена к трехфазной сети переменного тока, а еыход соединен с выводами для подключения нагрузки , два генератора, каждый из которых выполнен на однопереходном транзисторе с КС-контуром 8,цег1и . источник синхронизируемого с сетью напряжения, вход которого соединен с трехфазной сетью переменного тока,, один 8ЫХОД соединен с первым нходом первого генератора а его второй выход соединен с первым входом запоминающего блокаs второй вход первого генератора соединен с источником регулРФуемого напряжения, выход запоминающего блока соединен с третьим. входом первого генератора, источник питания постоянного напряжения, первый выход которого соединен с четвертым входом первого генератора, второй еыход - с первым входом второго генератора, а его третий выход - с первым входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с другой группой входных выводов блока силовых тиристоров L 2 1 .

Данный регулятор характеризуется недостаточной симметрией выходного напряжения и ограниченными пределами регулирования напряжения в нагрузке.

Цель изобретения - повышение симметрии и расширение пределов регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что 3 регулятор трехфазного напряжения, содержащий блок силовых тиристо35771J

ров, одна группа входных выводов которого подключена к трехфазной сети переменного тока, а выход соединен с выводами для подключения нагрузки, с два генератора, каждый из которых выполнен на однопереходном транзисторе с RC-контуром е цепи эмиттера, источник синхронизируемого с сетью напряжения, вход которого соединен с трех 0 фазной сетью переменного тока, один зыход соединен с первым входом перадго генератора, а его второй зыход соединен с первым входом запоминающего блока, второй вход первого генератора соединен с источником регулируемого напряжения, выход запоминающего блока соединен с третьим входом первого генератора, источник питания постоянного напряжения, первый выход

20 которого соединен с четвертым входом первого генератора, второй.выход с первым входом второго генератора, а его третий выход - с первым входом распределителя импульсов, выходы ко- .

25 торого соединены с другой группой входных выводов блока силовых тиристоров, введены два усилительных элемента, первый вход одного из которых соединен с выходом первого гене, ратора, второй вход - с общей точкой .соединения выхода источника питания постоянного напряжения и входа распределителя импульсов первый выход соединен с вторым входом распредели- . ;теля импульсов, второй выход - с первым входом другого усилительного элемента, выход которого соединен с вторым входом второго генератора, выход которого соединен с третьим входом распределителя импульсов, а третий выход первого усилительного элемента соединен с вторым входом запоминающего блока.

На фиг.1 приведена функциональная схема регулятора напряжения; на фиг.2его принципиальная схема.

Регулятор (фиг.О содержит блок силовых тиристоров 1, через который к трехфазной сети 2 подключена нагрузка 3 источник синхронизирующего с

сетью напряжения, генераторы 5 и 6, источник 7 регулируемого напряжения или тока, распределитель 8 импульсов, источник 9 питания постоянного напряжения, запоминающий блок 10 и усилительные элементы 11 и 12.

Блок силовых тиристоров 1 содержит симисторы 13-15 (фиг.2), через которые к трехфазной.сети переменного тока (клеммы 16-18) подсоединены нагрузка 1921 (электродвигатели вентиляторов, нагревательные элементы, инфракрасные лампы и т.п.). Источник синхронизирующего с сетью напряжения выполнен в виде трансформатора 22 и диодного моста 23. Генераторы 5 и 6 импульсов выполнены на Однопереходных транзисторах 2 и 25 с RC-контурами 2б, 27 и 28, 29 в цепях эмиттеров. Выходной резистор 30 первого генератора соединен с входом первого усилительного элемента 11, выполненного на транзисторе 31. Выход транзистора 31 соединен с управляющим электродом тиристора 32, на котором выполнен запоминающий блок 10, с одним входом распределителя 8 импульсов, второй вход которого подсоединен к резистору 33 второго генератора импульсов, и с входом второго усилительного элемента, составленного транзистором 3 Эмиттер-коллектор транзистора З подключен параллельно-базам однопереходного транзистора 25 второго генератора импульсов. Нагрузкой усилительного элемента на транзисторе 31 является резистор 35. Эмиттер однопереходного транзистора 2k первого генератора через диод 36 соединён с анодом тиристора 32, который через резисторы 37-38 соединен с клеммами источника снхронизирующего с сетью напряжения. Распределитель В импульсов содержит тир11сторы , резисторы , импульсные трансформа торы первичные обмотки которых включены последовательно с коммутирующими конденсаторами 50-52, конденсаторы 53, 5 и диоды 55, 56. Питание распределителя 8 импульсо осуществляется от источника 9 питани постоянного напряжения, образованног трансформатором 22, выпрямительным мостом 23, разделительным диодом 57 и конденсатором 58 фильтра. Питание генераторов импульсов, первого усили тельного элемента и потенциометра 59 выполняющего роль источника регулируемого напряжения, осуществляется о стабилитрона 60. Регулятор напряжения работает еле дующим образом. Как только регулятор- подключается к сети, под действием источника питания постоянного напряжения через р зистор 28 начинает заряжаться конденсатор 29 генератора 6 импульсов, и как только этот конденсатор зарядится .до порога срабатывания транзистора 25, он через транзистора 25 разряжается на резистор 33. С резистора 33 импульс напряжения поступает на второй вход распределителя 8 импульсов, образованный анодами диодов 55 и 56. Так как тиристоры 39 и tO заперты, то до напряжения на их анодах резисторы +5 и 6 заряжают конденсаторы 53 и 5. Поэтому диоды 55 и 56 заперты, и импульсы тока в цепи управления тиристоров lO и 41 не проходят . Одновременно с зарядом конденсатора 29 RC-контура генератора 6 начинает через резистор 26 заряжаться конденсатор 27 генератора 5 под действием источника 7 регулируемого напряжения, составленного потенциометром 59. Когда конденсатор 27 зарядится до напряжения отпирания однопереходного транзистора, он разряжается через транзистор 2 на резистор 30. К резистору 30 через конденсатор б1 подключена база транзистора 31 первого усилительного элемента. При отпирании транзистора 2 импульс отрицательной полярности по отношению к эмиттеру транзистора 31 проходит через предварительно заряженный конденсатор б1,на базу транзистора 31, который, открываясь, пропускает импульс тока, усиленный по мощности, на резистор 35..К резистору 35 подключены управляющий электрод тиристора 32 и первый вход распределителя импульсов - управляющий элект род тиристора 39 и база транзистора З усилительного элемента. Поэтому под действием импульса напряжения, выделенного на резисторе 35, эти тиристоры и транзистор отпираются. При этом тиристор 32, отпираясь по цепи анод -катод, шунтирует через диод 36 конденсатор 27 и удерживается в открытом положении до конца полупериода напряжения питания. В паузах между импульсами напряжения питания тиристор 32 запирается. За счет этого на резисторах 30 и 35 в течение каждоро полупериода формируется один ишь импульс, поступающий на первый вход распределителя импульсов. Под действием этого импульса отпирается тиристор 39 распределителя импульсов. Когда тиристор 39 открывается, через резистор 62, коммутирующий конденсатор 50 и первичную обмотку трансформатера 7 проходит импульс, заряжающий конденсатор 50 до напряжения на резисторе 2. Со вторичной обмотки импульсногс) трансформатора 1 импульсы поступают на управляющий электрод кзтод симистора 13 блоха силовых симисторое. При максимальном напряжении, снимаемом с потенциометра 59р конденсатор 27 успевает зэр; диться s. начале каждого полупериода. В этом симистор 1.1. открывается с максимальным углем отпирания, и напряжение ка зь(ходе регулятора имеет максимальное значениз.

Одновременно-с отпиранием тиристоров 32 и 35 отп-ирается второй усилителььый элемент 12, выполненный в аидз транзистора эмиттер которого подсоединен к верхней базе однопереходного .транзистора 25 генератора 6 импульсов« При отпирании транзистора 3 за счет резкого снижения напряженир на бааах транзистора 25 конденсатор 29 разряжается через отпирающийся этот транзистор на резистор 33, и на второй вход распределителя ймпульсоэ (эноды диодов 55 и 5б) поступает импульс, В момент отпирания тиристора

39диоды 55 и 56 заперты потенциалами на конденсаторах 53 и 5 предва ител1-но заряженными через резисторы о -л i& до напряжения на анодах тиристоров 39 и 0. Поэтому тиристоры

40и i}1 импульсов, возникающим на резисторе 35 в момент отпирания тирисгсра 59 не открываются. После отпираиия тиристора 39 конденсатор 53 через резистор 45 разряжается на тиристор 39. отпирая диод 55, а конденсатор 29 через резистор 28 заряжаетс под действием постоянного на пряжения .стабилизированного опорным диодом 60

Когда конденсатор 29 зарядится, транзистор .25 второго генератора открывается, пропуская через себя на резистор 33 импульс, который проходит через открытый диод 55 и разряженный конденсатор 53 в цепь управления тиристора 0 и вызывает его отпирание. Через резистор б2, открывающий тиристор fO, первичную обмотку импульсного -трансформатора kB и коммутирующий конденсатор 51 проходит импульс, поступающий со вторичной обмот«и трансформатора е цепь управления сим-мстора 15 За счет.падения напряжения на резисторе б2 при заряде коммутируадего конденсатора 51 и напряжения на уже заряженном конденсаторе

50 тиристор 39 открывается. Время заряда хонденсатора 29 определяется требуемым углом сдвига в формируемых для подачи на управляющие электроды силовых тиристоров 13-15 импульсах, равным 60 эл. град, что для переменного тока частотой в 50 Гц составляет 3,3 мс. Это время зависит от постоянной времени RC-контура 28, 29, порога отпирания транзистора 25 и напряжения стабилизации опорного диода 60. Для корректировки порога срабатывания транзистора 25 служит резистор 63. Теперь через резистор «5 заряжается конденсатор 53 до потенциала на аноде закрытого тиристора 39, а на открытый тиристор через резистор 6 заряжается конденсатор 5. Диод 55 запирается, а диод 5б открывается. Поэтому, когда через 3,3 мс конденсатор 29 снова зарядится и разрядится на резистор 33, под действием этого импульса отопрет тиристор 1, вызывая формирование на выходе трансформатора +9 импульса, поступающего на вход симистора Н. Одновременно закрывается тиристор tO. Поскольку время заряда конденсатора 29 составляет 3,3 мс, импульс, формируемый на выходе трансформатора 9, сдвинут по отношению к импульсу на выходе трансформато{ а 8 на бО, Сопротивление резисто1ров 5 и 6 выбирается таким, чтобы проходящий через них ток заряда конденсаторов 53 и 54 был .меньше тока отпирания тиристоров kQ л .

Когда в паузах между импульсами питания закроется тиристор 32 запоминающего блока 10, конденсатор 27 снова начинает заряжаться через резистор 26 и по истечении 0,01 с от момента формирования на резисторе 30 импульса зарядится до напряжения отпирания транзистора первого генератора. На резисторе 30 снова выделяется импульс напрях ения, отпирающий транзисторы 31 и 3 и тиристоры 32 и 39. При отпирании транзистора 3( за счет шунтирования по базам транзистора 25 каждый полупериод осуществляется синхронизация в срабатывании транзистора 25 второго г.енератора с первым генератором. В дальнейшем работа регулятора напряжения повторяется.

При крайнем верхнем положении подвижного вывода потенциометра 59 время заЬяда конденсатора 27 минимально, и транзистор 2 формирует импульсы в (канале каждого полуперирда напряжения питания. Поскольку независимо от положения движка потенциометра 59 импульсы 7 формируемые на выходах трансформаторов и ЦЭ, сдвинуты на определенный угол в 60 и 120° по отношению к импульсам на выходе трансформатора 7, при .максимальном напряжении, снимаемом с потенциометра 59, силовые симисторы отпираются с максимальным углом проводимости, и напряжение на выходе регулятора имеет максимальное значение. Угол проводимости симисторов минимальный тогда, KOI- да ползунок потенциометра 59 выведен вниз. В этом случае время заряда конденсатора 27 приближается к времени полупериода напряжения питания и отпирания транзистора 2 происходят в конце полупериода. Таким образом, регулятор напряжения обеспечивает за счет изменения величины напряжения или тока управления изменение в нагрузке трехфазного напряжения от максимального значения до нуля. Причем возможность нагрузки составляет несколько десятков, киловатт. Для установки требуемых порогов срабатывания транзисторов и компенсации разбросов постоянных времени RC-контуров и напряжения их питания служат переменные резисторы ЙЗ и 6, т.е. используются лишь два подстроеч ных резистора. Резисторы 37 и 38, подключенные к источнику синхронизирующего с сеть.ю напряжения - к диодному мосту 23, и диодЗб обеспечивает надежную синхронизацию первого генератора с сетью, когда тиристор 32 еще не включился первый раз после подачи напряжения питания. Без этих резисторов при подаче.напряжения питания первый генератор формировал бы первый импульс, несинхронизированный с сетью, и симисторы силового блока отпирались бы произвольно, вызывая у ударный импульс тока через нагрузку в момент пуска. За счет того, что сопротивление резистора 38 не менее чём на порядок меньше сопротивления резистора 26 RC-контура, когда падение напряжения на резисторе 38 меньше напряжения на конденсаторе 27, диод 36. отпирается, и конденсатор 27 в паузах между синхронизирующими импульсами напряжения на выпрямительном мосте разряжается на резистор 38. Когда напряжение на резисторе 38 возрастает ,диод Зб запирается и конденсатор 27 23 эаряжаеТся до порога отпирания транзистора 2. Диод 57 разделяет цепи источников пульсирующего и сглаженного конденсатором 38 напряжений. Резиоторы б5гб7 ограничивают амплитуду силы тока, импульсов, поступающих на входы распределителя импульсов, второго усиительного элемента и запоминающего блоке. Резистор 68 ограничивает ток через опорный диод 60. Через резисторы 69 и 70 осуществляется перезаряд конденсаторов 53 и распределителя импульсов. На резисторе 71 формируется импульстребуемой полярности для отпирания транзистора 31. Диоды 72-7+ исключают незакрывание тиристоров 39-1 распределителя на анодной цепи. Для расширения пределов регулирования выходного напряжения в регулятор введен первый усилительный элемент, выполненный на транзисторе 31, включенный между выходом первого генератора и входами распределителя им пульсов и запоминающего блока, выполненного на тиристоре 32. При этом напряжение порога срабатывания транзистора 2 по отношению к амплитуде пульсирующего напряжения источника синхронизирующего напряжения. Падающего на резисторе 38, может быть значительно уменьшено без опасения уменьшения мощности импульсов,поступающих с выхода первого генератора на вход распределителя импульсов и запоминающий блок. За счет же снижения напряжения порога срабатывания транзистора генератора по отношению к амплитуде синхронизирующего напряжения существенно возрастает угол фазового регулирования, обеспечиваемый первым генератором и определяющий угол отпирания силовых симисторов регулятора. За счет введения второго усилительного элемента., выполненного на транзисторе 3, вход которого соединен с выходом первого усилительного элемента, а выход которого соедикен с входом второго генератора (транзистор 3 подключен к базам однопереходного транзистора 25 ), улучшается симметрия выходного напряжения, так как при открывании транзистора 25 каждый полупериод напряжения на базах транзистора 25 снижается практически до нуля, и заряд конденсатора 29 начинается каждый полупериод от определенного,близкого к нулевому значению Напряжения. Предлагаемый трехфазный регулятор напряжения характеризуется простотой схемы и высокими стабильностью и надежностью работы при подсоединении к выходу различной нагрузки. Это обес печивает ему широкое применение для 5771 . .,0 регулирования напряжения в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, в частности в системах регулирования - частоты вращения электровентиляторов оборудования мик роКлимата животноводческих помещений, освещенности в птичниках, напряжения питания нагревателей для молодняка животных и птицы и др.

РЕГУЛЯТОР ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий блок силовых тиристоров , одна группа входных выводов которого подключена к трехфазной сети переменного тока, а выход соединен с .выводами для подключения наУрузки, два генератора, каждый из которых выполнен на однопереходиом транзисторе с RC-контуром в цепи эмиттера, источник синхронизируемого с сетью напряжения, вход которого соединен с трехфазной сетью переменного тока, один выход соединен с первым входом первого генератора, а его второй выход соединен с первым-входом запоминающего блока, второй вход первого гене-. ратора соединен с источником регули-. руемого напряжения, выход запоминающего блока соединен с третьим входом первого генератора, источник питания постоянного напряжения, первый выход которого соединен с четвертым входом первого генератора, второй выход - с первым входом второго генератора, а его третий выход - с первым входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с другой группой входных выводов блока силовых тиристоров, о т л и ч а.ю щ и и с я тем, ,мто, с.целью повышения симметрии и расширения пределов регулирования выходного напряжения, в него введены два усилительных элемента, первый вход одного из которых соединен с выходом первого генератора, второй вход - с общей точкой соединения выхода источника питания постоянного напряжения и входа распределителя импульсов, второй выход с первым входом другого усилительного элемента, выход которого соединен с вторым входом второго генератора, выход которого соединен с третьим СдЭ входом-распределителя импульсов, а сл третий выход первого усилительного vl элемента соединен с вторым входом поминающего блока.