Устройство для автоматического регулирования запаса надежности механических выпрямителей Советский патент 1959 года по МПК H02M7/32 H02P13/00 

Известные подобные устройства, выполненные с применением коммутирующих дросселей для осущесгвления импульсного подмагничивания и создания ступени малого тока отключения, требуют повышенного расхода стали и -обмоточной меди коммутирующих дросселей.

В описываемом устройстве предусматривается применение детекторного запирающего устройства в цепи подмагничивания, состоящего из двух встречно включенных полупроводниковых вентилей, а также использование трансформатора тока в главной цепи для формирования сигнала импульсного подмагничивания, что позволяет осуществить стабилизацию ступени малого тока отключения, повышает безынерционность работы регулятора, снижает вес и размеры коммутирующих дросселей.

На фиг. 1 изображена главная схема электрических соединений описываемого устройства; на фиг. 2 - схема подмагничивания коммутирующих дросселей одной фазы механического выпрямителя; «а фиг. 3 - кривые намагничивания коммутирующего дросселя; иа фиг. 4 - диаграмма коммутации тока -при отсутствии автоматического регулятора запаса надежности (АРЗН), на фиг. 5-то же при наличии АРЗН; па фиг. 6 - иллюстрируется процесс, происходящий в выпрямителе п.ри работе описываемого регулятора с углом регулирования а 0.

Как видно из фиг. 1, контактный аппарат механического выпрямителя К-Л-1 получает питание от сети высокого напряжения, через масляный или воздушный выключатель МВ-1 и силовой трансформатор ТС-1. Схема выпрямления тока - шестидроссельная, мостовая. Коммутирующие дроссели Д/С-//кроме главной обмотки ОД-1, имеют две обмотки подмагничивания: постоянного ОД-2 и импульсного ОД-5 подмагничивания и измерительную обмотку ОД-4. Трансформаторы тока ТТ-1 предназначены для измерений и токовой защиты со стороны переменного тока. Трансформаторы тока ТТ-2 формируют сигнал импульсного подЯо 119593

магничивания коммутирующих дросселей. Насыщающиеся дроссели ДН-1 осуществляют защиту контактного аппарата от обратного тока путем воздействия на быстродействующие короткозамыкатели КЗ-1.

Контакты механического выпрямителя К.-1 замыкаются и .размыкаются толкателями, приводимыми в движение эксцентриковым валом В-1. Эксцентриковый вал В-1 вращается от синхронного реактивного двигателя СД-1. Двигатель получает питание через автомат А-1 и потенциал-регулятор ПР-1. Трансформаторы напряжения автоматического .регулятора запаса надежности (АРЗН) ТН-1 и ТН-2 получают питание от силового трансформатора ТС-2 через потенциал-регулятор ПР-t и автомат А-2.

К шинам выпрямленного тока Ш-2 присоединен контур балластной нагрузки: сглаживающий дроссель ДС-1 и сопротивление БС-1. Питание плюсовой щины сборных щин выпрямленного тока Ш-3 производится через быстродействующий автомат обратного тока БА-1, щунт ШТ-1, а минусовой шины - через сглаживающий дроссель ДС-2.

Обмотка импульсного подмагничивания ОД-3 включена в контур, состоящий из трех полупроводниковых вентилей ПВ-1, ПВ-2 и ПВ-3, конденсатора С и двух омических сонротивлений R-2 и R-3. Индуктивность Аз способствует увеличению зарядного напряжения на конденсаторе С но сравнению с выходным напряжением трансформатора ТТ-2.

Кривые на фиг. 3, обозначенные сплошной линией, соответствуют быстрому изменению магнитного потока во время периода размыкания контактов, а кривые медленного изменения магнитного потока нанесены пунктиром.

Обмотки ОД-2 осуществляют предварительное подмагничивание дросселей, смещая кривую намагничивания вправо на величину ТО (фиг. 3). Этим уменьшается ток ступени с величины QR цо величины SQ, а также исключается отрицательное значение этого тока в момент размыкания контактов. При размыкании контактов К-1 ток ступени направляется в обходную щунтовую цепь R-1 и С-1 так, что процесс перемагничивания продолжается до точки U; ири этом обратное восстанавливающее напрял ение остается в низких пределах. После достижения магнитным потоком точки U наступает короткий период, в течение которого ни в основной обмотке ОД-1, ни во вспомогательных обмоткач ОД-2 и ОД-3 ток не протекает и магнитный поток не изменяется; создаются условия, соответствующие пунктирной кривой на фиг. 3, и магнитный поток изменяется от точки U до величины насыщения V (так как вихревые токи в материале сердечника отсутствуют). Магнитный поток остается на этом последнем уровне до тех пор, пока импульс из цепи предварительного намагничивания (обмотка ОД-3) не сместит поток в новое положение N, близкое к моменту замыкания контактов- Ступень включения малого тока соответствует изменению величины магнитного потока с Л до Р.

Кривая намагничивания в точке Л слишком близка к вертикали и сильно зависит от скорости изменения магнитного потока для того, чтобы можно было сместить величину магнитного потока в точку Л только с помощью постоянного подмагничивания. Поэтому перед самым началом включения контактов должен быть подан регулируемый импульс (в вольт-секундах), смещающий магнитный поток в положение Л после чего контакты замыкаются и ток нагрузки домагничивает коммутирующий дроссель до насыщения (точка JK). Этот импульс создает обмотка подмагничивания ОД-3 (фиг. 2).

При отсутствии АРЗН коммутация тока двух фаз: выходящей из работы (фаза а) и входя.щей в работу (фаза в), будет иметь вид, представленный на фиг. 4, б. Длина ступени отключения малого тока должна при этом иметь значительную величину, чтобы контакты разомкнулись в пределах ступени при изменении тока нагрузки в пределах от/„ до тока

балластной нагрузки /( фиг. 4, в даны аналогичные кривые при наличии регулирования напряжения выпрямленного тока углом отсечки а, т. е. при смещении момента включения и отключения контактов вправо от точки О (фиг- 4, а).

При наличии АРЗН (фиг- 5), при изменении тока нагрузки, момент начала коммутации тюка смещается так, что ступень малого тока отключения и положение контактов отключения остаются без изменения. Для этого в обмотку подмагничивания СД-3 (фиг. 2) подается импульс перед включением контактов, который смещает величину магнитного потока коммутирующего дросселя в заданную точку кривой намагничивания (фиг. 3). Чем раньше будет подан импульс и чем больше будет его величина, тем больше перемагнитится дроссель, уменьшая этим ступень включения малого тока, образованной током нагрузки. Уменьшение величины импульса до нуля или поздняя его подача приводят к перемагничиванию дросселя током нагрузки от точки i.дo точки К (максимально возможная длина ступени малого тока). Если последнее положение наступает при минимальном токе нагрузки /(Уа,гл,(см. фиг- 5), то ступень отключения малого тока не смещается и нет нужды в механическом смещении времени размыкании контактов. При регулировании напряжения выпрямленного тока отсечкой момент включения и размыкания контактов смещается так, как показано на фиг. 5, в. Таким образом, регулирование величины тока осуществляется путем поворота магнитной оси ротора приводного синхронного двигателя СД-1 (фиг. 1), а регулирование запаса надежности- путем изменения начала коммутации тока, т. е. мгновенной отсечкой.

Если подобрать параметры элементов схемы такими, чтобы при регулировании запаса надежности отсечкой выпрямленное напряжение не изменялось по величине, т. е. оставалась одинаковым при минимальном и максимальном токе нагрузки, то ступень малого тока отключения может иметь минимально возможную величину, определяемую только необходимыми запасами надежности по максимальному и минимальному току нагрузки.

На фиг. 6 изображен процесс, происходящий в выпрямителе при работе описываемого регулятора с углом регулирования . При коммутации тока в фазе а (момент, предшествующий размыканию контактами цепи фазы) происходит изменение магнитного потока в трансформаторе тока ТТ-2 (фиг. 2). Вторичное напряжение трансформатора ТТ-2 заряжает через полупроводниковый вентиль ПВ-1 и сопротивление R-2, конденсатор С. Ток заряда конденсатора (фиг. 6) будет зависеть как от внутренних параметров цепи-коэффициента трансформации ТТ-2, величин R-2 и С, так и от внешних причин - величины тока нагрузки, длительности времени коммутации, угла регулирования а, па-пряжения сети и ее частоты. Рассматривая первые две причины, можпо установить, что конденсатор С заряжается напряжением, являющимся функцией интеграла первой производной тока нагрузки по времени (фиг- 6, (9). С другой стороны схемы (фиг. 2) подводится встречпое управляющее напряжение фазы С. На сопротивлении R-3 образуется падение напряжения, запирающее полупроводниковый вентиль ПВ-2 для разряда заряженного конденсатора С на сопротивление R-3. До тех пор, пока управляющее напряжение выше напряжения конденсатора С, оп не разряжается. При уменьшении управляющего запорного напряжения (фиг.6, е) ниже напряжения конденсатора С последний начинает разряжаться через подмагничивающую обмотку коммутирующего дросселя ОД-3 (фиг. 2) и сопротивление R-3. Дроссель Д/С-7 начинает перемагничиваться, и магнитный поток достигает заданной точки N на кривой фиг. 3. При балластной нагрузке зарядное напряжение па конденсаторе С настолько мало, что образование импульса подмагничивания получается так поздно, что контакты успевают включиться раньше, и прямой ток

№ 119593

нагрузки начинает перемагничивать дроосель, начиная с точки V (фиг. 3).

При повышении напряжения сети питания угол коммутации тока уменьшается, а запорное напряжение увеличивается. Происходит снижение зарядного напряжения конденсатора, и процесс предварительного подмагничивания дросселя ДК-1 запаздывает. Это вызывает смеш,ение угла регулирования а, что приводит к автоматическому подрегулированию тока нагрузки. Ступень малого тока отключения при этом остается без измененияПоворот приводного вала В-1 воздействует на потенциал-регулятор ПР-1. Если момент замыкания и размыкания контактов механически смещается на один и тот же угол 0, то, из-за уменьшения угла коммутации тока 7, ступень малого тока отключения должна была бы сместиться влево (фиг. 5, в). Однако этого-не происходит, так как в описываемой конструкции выпрямителя этот сдвиг МОЖНО компенсировать соответствующим изменением величины ступени малого тока включения, путем воздействия на управляющее запорное напряжение- Угол отсечки а равен сумме углов - Vg,+6, где Vj.i- ступень малого тока включения, 0-механический угол поворота вала В-1. Поэтому угол регулирования а может быть получен как путем механического поворота вала, так и путем увеличения задерживающего, управляющего, напряжения схемы АРЗН. Характеристики потенциал-регуляторов позволяют выбрать такую точку, окрест которой изменение сдвига фаз сопровождается ростом напряжения. Увеличение напряжения питания схемы АРЗН приводит к запаздыванию процесса предварительного подмагничивания коммутирующих дросселей, и величина ступени малого тока включения увеличивается.

Предмет изобрете.ния

Устройство для автоматического регулирования запаса надежности механических выпрямителей с применением коммутирующих дросселей для осуществления импульсного подмагничивания и создания ступени малого тока отключения, отличающееся тем, что, с целью стабилизации ступени малого тока отключения и снижения веса и габаритов коммутирующих дросселей, в нем применено детекторное запирающее устройство, состоящее из двух встречно включенных полупроводниковых вентилей и осуществляющее в момент его отпирания при уменьшении задерживающего напряжения уставки импульсное подмагничивание коммутирующего дросселя сигналом, формируемым трансформатором тока в главной цепи.

S-U -Wvwwvo-j-f)

(-wwJI

b-i-OOVVVVW -1-iff

ПР-1