Регулируемый преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки Советский патент 1984 года по МПК H02M5/257 G05F1/44 

Изобретение относится к электро технике, в частности к регулированию напряжения мощных однофазных индукционных установок промышленной частоты. Известны трехфазные тиристорные преобразователи с ячейками встречно-параллельно соединенных тиристо ров, ввслюченные в три фазы питающей сети и содержащие блоки систем импульсно-фазового управления (СИФУ) каждый с ячейкой. Напряжения на входах блоков СИФУ синхронизированы с соответствзтощими линейными напряжениями, а импульсы управления подаются на тиристоры ячеек в определенной последователь ности (через 120 эл. град.), обусловленной чередованием фаз. системы питающих напряжений. Такие устройства предназначены для работы на симметричную трехфазную активную ил активно-индуктивную нагрузку 1. При подключении однофазной инду ционной установки к трехфазной сети с использованием симметрирующего устройства по схеме Штейнметца нагрузка трехфазного преобразовате ля представляет собой соединенные в треугольник индуктивность, емкос и колебательньй контур. Ее особенностью является различные собственные коэффициенты мощности .каждого плеча трехфазной нагрузки, вследствие чего, регулирование нап ряжения с помощью трехфазных преоб разователей с симметричным управле нием приводит к появлению несиммет ричных режимов в питающей сети. Не симметрия токов и напряжений снижает качество электроэнергии питаю щей сети и отрицательно влияет на потребителей, подключенных к этой же сети 2. В-частности, это прив дит к увеличению потерь в обмотках статора и ротора генераторов, сокращению Срока службы асинхронных электродвигателей, уменьшению пропускной способности электросетей. Кроме того, применение схемы пр образователя с ячейками встречнопараллельно соединенных тиристоров в трех фазах в рассматриваемом слу чае снижает ее надежность, так как при разрыве фазы, подключенной к точке соединения конденсатора и дросселя симметрирующего устройства, возможно развитие резонанса напряжений в образовавшейся последовательной L-C-цепи, что приводит к выходу из строя элементов схемы. Наиболее близким к предлагаемому является регулируемый преобразователь трехфазного переменного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки, содержащий симметрирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и дросселя, общая точка которых подключена к выводам для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения к отстающей и опережающей по отношению к первой фазам и два блока импульснофазового управления каждой ячейкой, вькоды каждого из которых соединены с входом управления соответствуклцей ячейки. Это устройство представляет собой преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное, причем, управление тиристорными ячейками производится с помощью блоков импульсно-фазового управления раздельно и поочередно. Примененный способ управления предполагает, что при пуске вначале включается и выводится на заданный режим тиристорная ячейка в отстающей фазе, затем - в опережающей. Регулирование напряжения в диапазоне от Оц до 0,5 (где номинальное выходное напряжение) достигается за счет управления только одной ячейкой, в диапазоне от 0,5 ДО нуля другой ячейкой. 31 . Недостатком такого устройства является существенная несимметрия фазных токов в процессе регулирования . Так. в диапазоне от О до 0,5 , коэффициент несимметрии фазных токов , равен 1 ,0. Такое значение обусловлено тем, что в этой зоне регулирования тиристоры одного из регуляторов заперты и ток в фазе равен нулю. Степень влияния на питающую сеть индукционного нагревательного .или плавильного комплекса определяют энергетические показатели трехфазной системы питания, из которых коэффициент несимметрии токов является одним из важных. Его величина, а также режим работы установки зависят в свою очередь от способа управления тиристорами, Поочередньп1 способ управления ячейками тиристоров, примененный в известном устрой стве, вызывает значительную несимме рию фазных токов в большой зоне рег лирования. Это приводит к существен ному снижению энергетических показа телей системы питания. Целью изобретения является повышение энергетических показателей. Указанная цель достигается тем, что регулируемый преобразователь пе ременного трехфазного напряжения в однофазное для. питания индукционной нагрузки, содержащий симметрирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и дросселя общая точка которых подключена к выводу для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения отстающей и опережающей по отношению к первой фазам и два блока импульсно-фазового управления каждой ячейкойi выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячей ки, снабжен блоком смещения с переменным коэффициентом передачи и бло ком формирования сигнала управления соединенным входом с выводами для подключения нагрузки, а выходом с блоком импульсно-фазового управления ячейкой тиристоров в отстающей фазе и входом блока смещения, выход которого подключен к блоку импульсно-фазового управления ячейкой тиристоров в опережающей фазе. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройст ва. Устройство содержит симметрирую щий узел 1 в виде последовательно соединенных конденсатора 2 и дросс ля 3, общая точка которых соединена с выводом для подключения первой фазы входного напряжения, две ячей ки встречно-параллельно .соединенных тиристоров 4, 5 и 6, 7, причем одна пара 4 и 5 включена в опережаю щую фазу, другая пара. 6 и 7 - в отстающую фазу по отношению к первой . Тиристоры каждой из ячеек под ключены к выходам соответствующих блоков 8 и 9 импульсно-фазового уп равления . Вход первого блока 8 импульсно-фазового управления соединен с выходом блока 10 смещения, а вход второго Ьлока 9 иьтульснофазового управления и вход блока 10 смещения подключены к выходу блока 11 регулирования, вход которого соединен с датчиком 12 выходного напряжения. При этом датчик 12 выходного напряжения и блок 11 регулирования образуют блок формирования сигнала управления. Нагрузкой устройства является однофазная индукционная установка, представляющая собой параллельно включенные индукционной нагреватель и компенсирующую конденсаторную батарею. Вход датчика выходного напряжения соединен с выводами нагрузочного колебательного контура. Блоки 8 и 9 импульсно-фазового управления выполнены по общепринятой схеме, например с вертикальным управлением Структурная схема блока содержит набор стандартных устройств: генератор пилообразного напряжения, компаратор, блок деления импульсов на два канала и блок формирования и размножения импульсов управления. Блок 10 смещения может быть выполнен, например, в виде неинвертирующего сумматора, построенного на операционном усилителе с четырьмя параллельными ве.твями на входе, две из которых подключены постоянно, а две других подключаются в зависимости от требуемой глубины регулирования. Корректирующие сигналы на входы сумматора поступают, например, с резистивно7 го делителя, питающегося от стабилизированного источника напряжения. Глубина регулирования напряжения задается технологией процесса нагрева или плавки. Блок регулирования 11 может быть вьтолнен, например, в виде интегратора, также на базе операционного усилителя, на вход которого поступает разность между сигналом, пропорциональным выходному напряжению, и задающим сигналом. Датчик 12 напряжения выполняется по известной схеме согласующий трансформатор - вьшрямитель - сглаживаю-. щий фильтр 1. Устройство работает следующим образом. Выходное напряжение преобразователя определяется значениями углов vпpaвлeния fj и fi тиристорных ячеек4, 5и6, 7. Изменение фазы и формирование импульсов управления необходимой амплитуды и длительное ти производится системой регулиров ния (блоки 10-12) и блоками 8 и 9 импульсно-фаэового управления соот ветствующими ячейками тиристоров. Кроме того, очередность подачи импульсов .управления на тиристоры задается порядком чередования фаз системы входных напряжений. Известная идея фазо-импульсного управления, например по вертикально му принципу, заключается в том, что импульсы управления формируются в момент равенства постоянного напряжения управления и линейно нарастаю щего напряжения генератора пилообра ного напряжения. Генерируемые с периодом ТГ импульсы управления разделяются на два канала, преобразуются в требуемую форму и подаются на управляющие электроды тиристоров. При изменении уровня напряжения управления импульсы смещаются по фазе по отношению к напряжению синхронизации. Для нормальной работы необходима фазировка импульсов управления с напряжением питания ячейки тиристоров. Таким образом, управляю щим воздействием в системе тиристор ная ячейка - блок импульсно-фазового управления является напряже-. ние Управления U. В предлагаемом устройстве напряжение управления- Uu/ и Uu, форми- руются блоком 11 регулирования и блоком 10 смещения. При изменении сигнала задания Uj напряжение управления на выходе блока 11 рег улирования меняется пропорционально напряжению задания. В то же время, напряжение управления Ui на выходе блока 10 смещения меняется также пропорционально напряжению задания, но с некоторым смещением Ди, величина которого определяется заданной глубиной регулирования. Сигналы U/j и , поступая на бло ки импульсно-фазового управления . 8 и 9, обеспечивают формирование импульсов управления на тиристорах 4, 5и6, 7с заданной фазой, причем на тиристоры 4 и 5 первой ячейки импульсы подаются с углом сдвига в сторону отставания по отно шению к фазе импульсов на однонаправленные тиристоры 6 и 7 другой 06 .ячейки. Постоянно подключенное нап1 ряжение смещения Ли задает неизменный угол сдвига 60 , корректирующие напряжения смещения Ди и Л 1/3 обеспечивают работу преобразователя с углом сдвига соответственно 90 и 120° . В процессе изучения режимов работы предлагаемого устройства получают зависимости козффициента несимметрии фазных токов от напряжения на нагрузке при углах сдвига 60, 90 и 120°. Наименьшая несимметрия токов достигается при . работе в диапазоне изменения выходного напряжения 0-0,4 UHOM с углом сдвига Q 60 , в диапазоне 0,4-0,6 UHOM с 90°, в диапазоне 0,6-1,0 UHOM с 120 . Максимальная несимметрия токов не превьшает при этом 0,5. Однако следует учесть, что этот уровень несимметрии токов соответствует зоне глубокого регулирования, в которой действующие значения фазных токов составляют меньше половины номинальной величины. Поэтому, коэффициент несимметрии напряжений не превышает установленную ГОСТом величину &ц 2%. Оценить установленную мощность силового трансформатора Руст при ё-и 0,02 по известной мощности нагрузки Р можно с помощью соотношения 50 РН &, - 100-иг где U|i, - напряжение короткого замыкания , % . Отсюда следует, что при большей несимметрии токов (, (при условии 6и 6 0,02) для одной и той же нагрузки потребуется силовой трансформатор с больщей установленной мощностью. Более высокие энергетические показат.ели предлагаемого устройства по сравнению с известным, достигнутые за счет эффективного управления ячейками тиристоров, дают возможность применить силовой трансформатор с меньшей установленной мощностью. В результате годовой эффе 5т на каждый киловатт сэкономленной установленной мощности силового трансформатора при использовании в схеме питания предлагаемого устройства составит 22 рубля (по тарифу для Москвы и области).

71130990S

Предлагаемое устройство обеспечи- тических показателя:х системы питавает полное регулирование напряже- ния, что позволяет значительно расния на нагрузке при высоких энерге- ширить область его применения.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОДНОФАЗНОЕ ДЛЯ ПИТАНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРУЗКИ, содержащий сим.мерирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и л дросселя, общая точка которых подключена к выводу для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения отстающей и опережающей по отношению к первой фазам, и два блока импульсно-фазового управления каждой ячейкой, выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячейки, отличающийся тем, что, с целью повы(Л шения энергетических показателей, он снабжен блоком смещения с переменным коэффициентом передачи и блоком формирования сигнала управления, соединенным входом с вьтодами для подключения нагрузки, а выходом с блоком импульсно-фазового управсо о ;о со ления ячейкой тиристоров в отстающей фазе и входом блока смещения, выход которого подключен к блоку импульсно-фазового управления ячейкой тиристоров в опережающей.фазе .