Способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H02P13/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования под нагрузкой напряжения преобразовательных трансфор маторов, в частности для питания пре образовательных агрегатов электролиз ных установок цветной металлургии и химической промышленности. Известны способ и устройство управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащие тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и .низшей ступени регулирования, подключенные к ответв лениям регулировочной обмотки транс форматора, в которых регулирование напряжения осуществляют путем импульсно-фазового управления тиристор ными коммутаторами в соответствии со знаками напряжения и тока lj . Недостатком известных способа и устройства для его осуществления являются низкая надежность при работе на многофазный выпрямитель, когда ток через тиристорные коммутаторы имеет несинусоидальную форму и точное определение нулевых значений тока представляет существенные трудности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащий тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступени регулирования, выполненных в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, заключающийся в том что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют фазо вую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления тирис торами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления а также устройство для управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащее тиристорные коммутаторы высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно-параллельного включенных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход которого предназначен для соединения с зажимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, выходы которых предназначены для соединения с управляющими электродами тиристоров регулятора .2J . Недостатком известных способа и устройства является низкая надежность, обусловленная необходимостью определения моментов перехода тока . через нулевое значение, что представляет -существенные трудности при наличии бестоковых пауз. Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет упрощения его схемы. Поставленная цель достигается тем, что согласно-способу управления регулятором переменного напряжения транс.форматора под нагрузкой, содержащему тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде вс.тречнопараллельно включенных тиристоров, заключающемуся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы оп-ережающей фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют .фазовую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления .тиристорами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления низшей ступени, импульсы управления тиристорами высшей ступени формируют на интервале между передними фронтами задержанного импульса и синхроимпульса следующего . . полупериода сетевого напряжения. Причем устройство для управления регулятором переменного напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащее тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно- параллельно включенных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход которого предназначен для соединения с за,жимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, выходы которых предназначены для соединения с управляищимн электродами ти-i

31

ристоров регулятора, снабжено RSтриггером, двумя двухвходовьв и элементами И-НЕ, двумя элементами НЕ, причем R и S-входы триггера соединены соответственно с противофазными выходами формирователя синхроимпульсов, прямой и инверсный выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого и второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов Й-НЕ соединены с выходом блока фазосмещения, входы формирователей импульсов управления тиристорами низшей ступени соединены с выходами элементов НЕ, входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов устройств управ- ления. Номера соответствующих временных диаграмм на фиг. 2 соответствуют порядковому номеру выходных зажимов элементов на фиг. 1.

На фиг. 1 изображены тиристоры 1, 2 и 3, А соответственно низшей и высшей ступеней регулирования, переключаемые отводы 5, 6 первичной обмотки регулируемого преобразовательного трансформатора, токоограничивающий реактор 7, формирователь синхроимпульсов 8, RS-триггер 9, блок фазосмещения 10, содержащий генератор линейноизменяющегося напряжения 11, компаратор 12, элементы И-НЕ 13, 14, элементы НЕ 15, 16, формирователи управляющих импульсов 17 - 20.

Формирователь синхроимпульсов 8 подключен к зажимам сети и имеет выходы: 21 - вьщает сигнал при переходе напряжения сети от отрицательного к положительному значению; 22 вьщает сигнал при переходе напряжения сети от положительного к отрицательному значению.

Выходы 21, 22 соединены со входами триггера 9 и генератора линейно изменяющегося напряжения 11.

Триггер 9 имеет прямой 23 и инверсный 24 выходы, которые соединены со вторыми входами элементов И-НЕ 13, 14.

Генератор линейно изменяющегося напряжения 11 имеет выход 25, которьй вьщает линейно возрастающий сигнал на каждом полупериоде сетевого напряжения. Выход 25 соединен со входом компаратора 12.

2336 4

Компаратор 12 имеет вход 26, на который подают напряжение управления для регулирования напряжения нагрузки.

Компаратор 12 имеет выход 27, который выдает сигнал на переключение ступени регулирования, и соединен с объединенными первыми входами элементов И-НЕ 13 и 14.

0 Элементы И-НЕ 13, 14 имеют соответственно выходы 28 и 29, которые вьщают управляющие сигналы для запуска соответствующих формирователей управляюп(их импульсов 17 и 18 тирис5 торов 3, 4 коммутатора высшей ступени регулирования. Выходы 28, 29 соединены также .соответственно со входами элементов НЕ 15, 16.

Элементы НЕ 15, 16 имеют соответ- .

0 ственно выходы 30, 31, которые вьщают управляющие сигналы для запуска соответствующих формирователей управляющих импульсов 19, 20 тиристоров 1, 2 низшей ступени регулирования.

5 Работа устройства рассматривается при нагрузке регулируемого трансформатора на многофазный выпрямитель, когда нагрузочная составляющая тока IH (фиг. 2) в первичных обмотках,

трансформатора имеет бестоковые паузы длительностью 60с (например схемы соединения трансформатора звездазвезда, треугольник-звезда и мостовая схема выпрямителя). В течение. бестоковых пауз по первичным обмоткам протекает несинусоидальный ток холостого хода трансформатора, величина которого в десятки раз меньше Нагрузочной составлякицей.

, Рассмотрим процесс формирования управляющих импульсов на тиристоры. Формирователь синхроимпульсов 8 преобразует входное синусоидальное напряжение сети U (фиг. 2) в выход, ные сигналы 21, 22 соо.тветственно при переходе от отрицательного к положительному знаку напряжения и наоборот. Длительность сигналов 21, Й2 одинакова и устанавливается по услоВИЯМ коммутации при переключении

тиристоров на низшую ступень регулирования .

Сигналы 21, 22 поступают на входы генератора линейно изменякхцегося 55 напряжения 10, синхронизируя его выходной сигнал 25 (фиг. 2). При этом формирование линейно измейяющегося напряжения 25 запрещается

в интервалах формирования синхроимпульсов. Сигналы 21, 22 поступают также на входы триггера 9, на выходе которого формируются прямой и инверсный сигналы 23, 24, длительность которых равна полупериоду напряжения сети. Сигнал 23 опережает положительную полуволну напряжения, а сигнал 24 - отрицательную полуволну на постоянный угол oi (фиг.2), соответствующий половине длительности сигнала 21 и 22.

Сигналы 25 и 26 сравниваютс я в компараторе 12, на выходе которого формируется сигнал 27, передний фронт которого определяет момент переключения ца низшую ступень регулирования, а задний - на высшую. При этом формирование переднего фронта сигнала 27 выполняется перед переходом напряжения сети через нулевое значение с постоянным углом опережения о(.( (фиг. 2). Формирование заднего фронта сигнала 27, определяемого углом сдвига относительно нулевого значения напряжения, зависит от величины сигнала 26.

Угол oi 2 изменяется в пределах от Л 1 до (н-а1) в зависимости от величины сигнала 26.

Соответственно переход на высшую ступень регулирования разрешается в указанных пределах изменения угла «

Сигналы 23 триггера 9 и 27 компаратора 12 поступают на входы элемента И-НЕ 13, на выходе которого в соответствии с указанными логическими операциями формируется сигнал 28, запускающий формирователь управляющих импульсов 17 тиристора 3 высшей ступени регулирования 6. Формирование переднего фронта сигнала 28 определяется углом (X л Сфиг. 2), а заднего фронта - углом (2ir-oi,), т.е. еледующим переходом синхронизирующего напряжения от отрицательного знака к положительному. Сигнал 28 поступает также на вход элемента НЕ 15, на

выходе которого формируется инверсный сигналу 28 сигнал 30, запускающий формирователь управляющих импуль-, сов 19 тиристора 1 низшей ступени регулирования 5. Формирование переднего фронта сигнала 30 определяется углом ct, а заднего - otj Сигналы 2 и 30 инверсны относительно друг дру,га и поступают соответственно на тиристоры одного направления 3 и 1 коммутаторов высшей и низшей ступеней регулирования.

Сигналы 24 триггера 9 и 27 компа,ратора 12 поступают на входы элемента И-НЕ 14, на выходе которого в соответствии с указанными логичес-кими операциями формируется сигнал 29, запускающий формирователь управляющих импульсов 18 тиристора 4 высшей ступени регулирования 6. Сигнал 29 аналогичен по длительности сигналу 28 и сдвинут относительно него на полпериода напряжения .

Сигнал 29 Поступает также на вход элемента НЕ 16, на выходе которого формируется инверсный сигналу 29 сигнал 31, запускающий формирователь управляющих импульсов 20 тиристора 2 низшей ступени регулирования 5. Сигнал 31 аналогичен по длительности сигналу 30 и сдвинут относительно него на полпериод напряжения .

Таким образом, в рассмотренном алгоритме управляющие импульсы на тиристорыодного направления (1,3 и 2,4) коммутаторов низшей 5 и высшей 6 ступеней регулирования инверсны относительно друг друга и поочередно переключаются в течение соответствующих синхронизирующих напряжений (углы переключения оС,, oi, i + pf,If oio) При этом управляющие импульсы на тиристоры низшей ступени регулирования 5 начинают формировать перед переходом через нулевое значение соответствующего синхронизирующего напряжения с углом опережения и, , а управляющие импульсы на тиристоры высшей ступени регулирования формируют длительностью доследующего перехода через нулевое значение соответствующего синхронизирующего напряжения. I

Данный алгоритм формирования управляющих импульсов сохраняется независимо от схемы преобразовательного трансформатора и выпрямителя.

Рассмотрим коммутацию тиристоров при переключениях на высшую и низшую ступени регулирования. При переключении на высшую ступень регулирования (угол vLy при положительном знаке напряжения) управляющие импульсы снимаются с проводящего тиристора 1 низшей ступени регулирования 5 и одиовременно подаются на тиристор 3 высшей ступени регулирования. На тиристор 4 высшей ступени регулировани также подаются управляющие импульсы. Под действием ЭДС ступени тиристрр 3 отпирается и ток к.з. ступени протекает через тиристоры одного направления 1, 3 и реактор 7. Тиристор 4 заперт падением напряжения на тиристоре 3« Так как ток к.з. ступени зна чительно больше нагрузочного тока и направлен встречно ему, тиристор 1 быстро запирается и нагрузочный ток начинает протекать через тиристор 3 высшей ступени регулирования. Таким образом, переключение на высшую ступень регулирования не отличается от процесса, описанного в прототипе. При переключении на низшую ступен регулирования к моменту коммутации iT- о(.| (фиг. 2) имеются импульсы на тиристорах 3 и 4 (сигналы 29, 28, фиг. 2). При этом если полярность то ка совпадает с напряжением, то ток протекает через тиристор 3, а если НЙ1совпадает, то через тиристор 4. При отсутствии тока тиристоры 3 и 4 готовы к пропуску любой полярности тока. В момент-начала коммутации , перебрасывают импульсы уйравления с тиристора 4 (сигнал 29) на тиристор 2 (сигнал 31), оставляя импульсы на тиристоре 3 (сигнал 28). При этом под действием ЭДС ступени peryлиpoвa ния открывается тиристрр 2. Если ток ;протекал через тиристор 3 или отсутствовал, то возникает контур, замыкания ступени через тиристоры 2 и 3. Тиристор 3 закрывается в момент, когда ток,, равный сумме фазного тока и тока замыкания ступени, становится равным нулю. К этому моменту напряжение и (фиг. 2) меняет свою полярность и к тиристору 3 прикладывается обратное напряжение, что способствует быстрому запиранию тиристора. Ток нагрузки принимает тиристор 2, а тиристор 3 находится в дежурном режиме и может включаться при смене полярности тока. Если к моменту начала коммутации iT-ci ток протекал через тиристор 4, то под действием ЭДС ступени открывается тиристор 2, а тиристор 4 запирается. Ток нагрузки переводится на тиристор 2. Таким образом, наличие импульсов управления на тиристорах противоположных направлений разных ступеней исключает возникновение перенапряжений на тиристорах при сменах полярностей тока, а использование кратковременного замыкания ступени обеспечивает надежную коммутацию токас высшей ступени на низшую. Упрощение устройства достигается исключением датчиков тока и элементов, вьщеляющих положительные и отрицательные полуволны тока, а также зоны нулевьк значений тока. Для переключения коммутаторов по предлагаемому способу достаточно иметь информацию о полярностях полуволн и нулевых зонах напряжения.

-о

- 1. Способ управления регулято- ром напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, вьитолненные в виде встречно- параллельно включенных тиристоров, заключакщийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют фазовую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления низшей ступени, отличающий с я тем, что, с цепью упрощения и повышения надежности, импульсы управления тиристорами высшей ступени формируют на интервале между передними фронтами задержанного -импульса и синхроимпульса следующего полупериода сетевого напряжения. 2. Устройство для управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования , выполненные в виде встречнопараллельно включенных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход которого предназначен для соединения с зажимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, выходы которых предназначены для соединения . с управлякицими электродами тиристоров регулятора, отличающеес я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, оно снабжено RS-триггером, двумя двухвходовыми 00 О элементами И-НЕ, двумя элементами НЕ, причем R и S-входы триггера соедине э ны соответственно с противофазными выходами формирователя синхроимпуль00 Од сов, прямой и инверсный выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого и второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов И-НЕ соединены с выходом блока фазосмещения, входы формирователей импульсов управления тиристорами высшей ступени соединены с выходами :Ьлементов И-НЕ, а входы формирователей импульсов управления тиристорами низшей ступени соединены с выходами элементов НЕ, входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ.

8

22

3D

19

23

Г

Л

J/

20 16

Ь

25

//

28

17

W

JL1 ff

W

Фиг,1 Фиг.2 SfteHJt