Устройство для ограничения и стабилизации переменного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/38 

Изобретение относится к электротехнике, связанной с регулированием параметров электрической энергии, и может применяться в осветительных сетях промышленных предприятий. Известен тиристорный стабилизатор-ограничитель переменного напряжения, состоящий из пары встречно включенных тиристоров и регулятора автоматической стабилизации напряжения. Ограничение напряжения осуществляется снижением диапазона про водимости тиристоров путем увеличен угла управления ими flj. Недостаток данного устройства состоит в большом содержании (до 35% высших гармоник в токе и напряжении нагрузки в режиме ограничения сетевого напряжения. Кроме, того,снижение пусковых токов не обеспечивает включения осветительных приборов. Пр образовательный блок, выполненный в виде одного мостового выпрямителя, з жимы переменного тока которого подключены к силовым вьгаодам встречно параллельно, соединенных тиристоров, не обеспечивает эффективной работы, когда тиристоры в силовой схеме ограничителя не соединяются непосредственно между собой. Наиболее близким к изобретению по технической сув1ности и достигаемому результату является ограничитель напряжения, выполненный на бйзе управляемого реактора, снабженного регулятором автоматической стабилизации напряжения. Устройство имеет разветвленный магнитопровод, на стер нях которого размещены рабочая обмот ка и обмотки управления. Обмотки управления с последовательно включенньии разнонаправленными тиристорами подключаются параллельно рабочей обмотке. Устройство обеспечивает дальнейшее снижение степени искажения то ка и напряжения нагрузки 2J. I - Недостатки известного устройства заключаются в искажении тока и напряжения нагрузки и в его высокой стоимости, больших габаритах, низком КПД. Цель изобретения состоит в сниже нии содержания высших гармоник в токе и напряжении нагрузок и повышении технико-экономических показателей путем снижения стоимости, умен шения габаритов и повьш1ения КПД за счет полного использования индуктивкого сопротивления обмоток управления и рабочей обмотки для ограничения сетевого напряжения при условии минимального искажения формы тока и напряжения нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ограничения и стабилизации переменного напряжения, содержащем реактор, выполненный в виде разветвленного магнитопровода с немагнитньм зазором, с размещенными на стержнях рабочей обмоткой и обмотками управления, два разнонаправленных тиристора и регулятор автоматической стабилизации напряжения, обмотки управления и рабочие обмотки соединены между собой согласно последовательно, причем каждая из обмоток управления совместно с рабочей обмоткой зашунтирована тиристором. Кроме того, регулятор автоматической стабилизации напряжения выпол- . 1ен из измерительного, интегрирующего, преобразовательного, коммутационного блоков и блока формирования управляющих импульсов, причем входы измерительного блока соединены с вы ходными выводами, а выход подключен к первому из входов интегрирующего блока, второй вход которого соединен с выходом преобразовательного блока, выход интегрирующего блока соединен с входом блока формирования управляющих импульсов, выходы управления которого подключены к управляемым электродам тиристоров, а выход через коммутирующий блок соединен с третьим входом интегрирующего блока, при этом преобразовательный блок выполнен на двух резисторах и двух выпрямительных мостах, причем выходы по постоянному току этих мостов объединены и подключены к выходу преобразовательного блока, вход по neper менному току первого выпрямительного моста через первый резистор подключен к силовым выводам первого тиристора, а вход по переменному току второго выпрямительного моста через второй резистор - к сид(овым вьгоодам второго тиристора. На чертеже приведена схема устройства для ограничения и стабилизации напряжения с блок-схемой регулятора автоматической стабилизации напряжения. К источнику сетевого переменного напряжения последовательно с осветил тельной нагрузкой 1 включен реактор 2, имеющий трехстержневой магнитопровод 2 с немагнитными зазорами во ,j всех стержнях. На крайних стержнях размещены обмотки 4 и 5 управления, на среднем стержне - рабочая обмотка 6, Обмотки 4-6 соединяются между собой согласно последовательно. Обмотка 4 управления и рабочая обмотк. 6 зашунтирована тиристором 7, а обмотка 5 управления и рабочая обмотка 6 - с тиристором 8. Напряжение нагрузки 1 подается на измерительный блок 9, который соединен последовате но с интегрирующим блоком 10 и блоком 11 формирования импульсов управления, выходы которого подключены к цепям 12 и 13 управления тиристоров 7 и 8 и к входу интегрирующего блока 10 через коммутационный блок 14. Другой вход интегрирующего блока to соединен с преобразовательн блоком 15, который .подключен к силовьм выводам 16-19 тиристоров 7 и 8. Для обеспечения эффективности работы регулятора автоматической стабилизации выходного напряжения в преобразовательный блок 15 введены выпрямительные мосты 20 и 21. Зазкимы переме ного напряжения моста 20 подключены к выводам тиристора 8, а зажимы моста 21 - к выводам тиристора 7. Выход постоянного тока мостов 20 и 21 обь единяются между собой и подаются на вход блока 10. Устройство работает следующим образом. При подключении осветительной нагрузки 1 к переменному напряжению пи тающей сети, до включения тиристоров 7 и 8 пусковой ток включения проходит по последовательно соединенным о моткам 4-6 реактора 2, индуктивное сопротивление которого в этом режиме максимальное. Поэтому наблюдается эффективное ограничение пусковых токов, что увеличивает срок службы осв тительных приборов. Работа реактора 2 при закрытых тиристорах 7 и 8 эквивалентна работе дросселя с одной обмоткой, число витков которой равно сумме чисел витков обмоток управления и удвоенному числу витков рабоче обмотки, если сечение среднегв стерж ня реактора 2 в два ра-за выше сечения крайнего стержня магнитной системы 3. 11 3 Таким образом, повышение.техникоэкономических показателей устройства (снижение размеров, массы, потерь, стоимости) при ограничении сетевого напряжения достигается за счет полного использования индуктийного сопротивления как рабочей обмотки 6, так и обмоток 4 и 5 управления путем их последовательного соединения. При полностью открытых тиристорах 7 и 8 по обмоткам 4 и 5 управления протекает постоянный ток. Напряжение на реакторе 2 практически равно нулю. Наблюдаются лишь небольшие всплески напряжения в момент ком|чутации тирис.торов 7 и 3. По крайнш -стержням и ярмам магнитной.системы 3 протекает практически постоянный магнитный поток. Наличие немагнитных зазоров в стержнях препятствует насыщению электротехнической стали магнитопровода реактора. Если напряжение на нагрузке 1 меньше или равно заданной уставке напряжения, то измерительный блок 9 через интегрирующий блок 10 разрешает полное открытие тиристоров 7 и 8, |Угол управления тиристоров близок 1к нулю. Если напряжение на нагрузке 1 превышает заданное действующее значение напряжения, то измерительный блок 9 уменьшает постоянную времени интегрирования блока 10, который управляет моментом подачи управляющих импульсов с выхода блока 11 в цепях 12 и 13 управления, тиристоров 7 и 8, Угол управления тиристоров возрастает, увеличивается индуктивное сопротивление реактора, а .напряжение на нагрузке 1 снижается до заданного уровня. Снижение искажения тока и напряжения нагрузки достигается следующим образом. При этом необходимо различать три режима работы тиристоров 7 и 8: оба тиристора oтkpыты, один открыт (второй закрыт), оба тиристора закрыты. Когда открыты оба тиристора 7 и 8, напряжение на реакторе 2 минимальное и оно не вносит искажения в цепь из-за слабого влияния напряжения реактора на нагрузку. Когда один тиристор открыт, а другой закрыт, ток протекает как по обмотке управления, так и в короткозамкнутом контуре, образованном другой обмоткой управления и рабочей обмоткой. Короткозамкнутый контур окаэьгаает компенсирующее действие и способствует улучшению формы тока и напряжения нагрузки.

Когда оба тиристора закрыты, реактор 2 обладает линейными свойствами, так как работает на линейной части кривой намагничивания электротехнической стали, что обеспечивается немагнитными зазорами.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет снизить содержание высших гармоник в токе и направлении нагрузки, а также повысить техникоэкономические показатели путем снижения стоимости, уменьшения габаритов и повьш1ения КПД.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее реактор, выполненный в виде разйетвленного магнитопровода с немагнитным зазором, с размещенными на стержнях рабочей обмоткой и обмотками управления, два разнонаправленных тиристора и регулятор автоматической стабилизации напряжения, отличающее с я тем, что, с целью снижения содержания высших гармоник в токе и напряжении нагрузки и повышения технико-эконсмических показателей путем снижения стоимости, уменьшения габаритов и повьппения КПД, обмотки управления и рабочие обмотки соединены между собой согласно последовательно, причем каждая из обмоток управления совместно с рабочей обмоткой зашунтирована тиристором. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулятор автоматической- стабилизации напряжения выполнен из измерительного, интегрирующего, преобразовательного коммутационного блоков и блока формирования управляющих импульсов, причем входы измерительного блока соединены с выходными выводами, а выход подключен к первому из входов интегрирующего блока, второй вход которого соединен с выходом преобразовательного блока, выход интегрирующего блока :оединен с входом блока формирования управляюS щих импульсов, выходы управления которого подключены к управляемым (Л электродам тиристоров, а выход через коммутирующий блок соединен с третьим входом интегрирующего блока, при этом преобразовательный блок выполнен на- двух резисторах и двух выпрямительных мостах, причем выходы По постоянному току этих мостов объединены и подключены к выходу преобразовательного блока, вход по пе ременному току первого выпрямительного моста через первый резистор с подключен к силовым выводам пер00 вого тиристора, а выход по переменному току второго выпрямите.льного моста через второй резистор - к силовым выводам второго тиристора.