Способ управления мощностью трехфазной электрокалориферной установки,выполненной на параллельных нагревательных элементах с питанием от управляемого статического преобразователя и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H02P13/00 H02H3/16 H02H7/08 

питанием от статического преобразователя, выполненного в виде трехфазного вентильного моста, содержащее блок управления, вход которого связан с задатчиком температуры, а выход - с управляющими р-п-переходами силовых тиристоров преобразователя, блок защиты от токов короткого замыкания, автоматический выключатель и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения ресурса работы, оно дополнительно снабжено узлом контроля симметрии фазных напря жений, узлом состояния изоляции токо- ведущих частей относительно нулевого провода питающей сети и генератором периодических сигналов, причем узел контроля симметрии фазных напряжений содержит емкостной делитель, одни обкладки конденсаторов которого подключены к соответствующим фазным проводам в точках соединения активной

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении мощностью активной нагрузки I статического преобразователя.

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение ресурса работы

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема управления устройства; на фиг.З - диаграмма напряжений на фазах нагрузки при замыкании фазы А на корпус и угле управления оС 0эл.град на фиг„А - диаграмма напряжений на фазах нагрузки при замыкании фазы А на корпус и угле управления о 120 эл.град; на фиг.З - диаграмма напряжений на нагрузке при исчезновении напряжения на фазе А при о(у 120 эл. град; на фиг.6 - диаграмм напряжений на нагрузке при.обрьше одного активного элемента в фазе А и угле управления о( 120 эл.град,

Устройство содержит плечи 1-6 диодно-тиристорного мостового преобразователя, автоматический выключатель 7, подключенный к катзтике рас- цепителя автоматического выключател

нагрузки со статическим преобразователем, а другие соединены в общую точку и подключены к одному из входов исполнительного элемента, выход которого соединен с входом сумматора блока управления и автоматическим выключателем, узел контроля состояния изоляции токоведущих частей снабжен гер- коном, размещенным в зазоре магнито- провода, в окно которого пропущены три фазных провода, соединяющие активные элементы с соответствующими плечами вентильного моста, а выводы геркона подключены к другому входу исполнительного элемента, выход генератора периодических сигналов соеди- ;нен с входами фазосмещающих устройств) блока управления, выполненных на уп- равляемых мультивибраторах, выходы фазосмещающих устройств соединены с соответствующими управляющими р-п-переходами силовых тиристоров преобразователя.

8, активные элементы , , в фазах питающего напряжения, герконное реле, содержащее герконный контакт и магнитопровод 12, конденсаторы 13-15 емкостного делителя, генератор 16 периодических сигналов, задатчик 17 температуры, подключенный к блоку 18 управления, к которому подключен исполнительный элемент 19.

Блок 18 управления содержит гибридные интегральные схемы фазосмещающих устройств ZOjH 21, тиристорные оптроны 22-2 исполнительного элемента, светодиоды 25 и 26 сигнализации,

добавочные сопротивления 27 и 28 цепи управления, накопительный конденсатор 29 катушки отключения автомата, тиристор 30 схемы синхронизации,транзистор 31 суммирования сигналов управления, транзисторы 32 и 33 гене ратора периодических импульсов, выпрямительный мост 34.

Ид, Ug, U. - напряжения питания фаз А, В, С (фазные значения); U, Пцд , и ц - напряжения на нагрузке в фазах А, Б, С; U - напряжение разбаланса; t - момент начала аварийной ситуации; t - момент циклическо

го смещения управляющих импульсов; угол управления; ot - максимальный угол управления, соответствующий полному запиранию преобразователя; и -.напряжение питания, +15 В; U2 - напряжение питания, +25 В; Uj - напряжение питания, -15 В; U4 - напряжение синхронизации, 20 В.

Статический преобразователь выполнен в виде трехфазного тиристорно-ди- |Q тиристорах 22-24, и накопительного одного моста, у которого вывод фазы А питающей сети подсоединен к аноду тиристора 1-го плеча и катоду диода 4-го плеча преобразователя, фазы В - к аноду тиристора 3-го плеча и катоду 5 диода 6-го плеча, фазы С - к аноду тиристора 5-го плеча и катоду диода 2-го плеча, при этом катод тиристора 5-го плеча и анод диода 2-го плеча связаны перемычкой. Автоматический выключатель 7 подключен к трехфазной питающей сети с нулевым проводом, гер конное реле 12, через магнитопровод которого пропущены провода, идугцие от выводов активных элементов 9-11 к соответствующим плечам преобразователя. Выводы герконного реле 12 подключены к первым двум входам исполнительного элемента 19, Третий вход поконденсатора 29, С помощью резисторов 27 и 28 ограничивается фазовое положение импульсов управления, а следовательно, и уровень выходного напряжения регулятора мощности. Огр ничение фазового угла производится при шунтировании резисторов оптоти- ристорами 22 и 23, С помощью свето- диодов 25 и 26 осут15ествляется сигна Q лизация аварийной работы регулятора мощности, которая вызвана сгоранием активных элементов, Оптотиристор 24 используется как ключевой элемент для разрядки накопительного конденсатора 29 на катушку расцепителя ав томата 7.

Способ заключается в том, что пр подаче питающего напряжения U,, Ug,

25

следнего связан с общей точкой соеди-30 U на активные элементы

10

П

10,11 в процессе регулирова

10

h

11 в процессе регулированения конденсаторов 13-15 емкостного делителя, другие обкладки которьш ния мощности постоянно контролируют подключены соответственно к фазам А, симметрию фаз питаюп;его напряжения Б, С питающей сети в общих точках со- относительно нулевого провода. В слу- единения активных элементов 9-1 1 и чае появления асимметрии напряжений, статического преобразователя. Первый выход исполнительного элемента 19 связан с катушкой 8 расцепителя автоматического выключателя 7, а второй 40

что мож;эт произойти при обрыве активных элементов или при пробое изоляции токоведущи цепей, выделяют, сигнал, воздействуя которым на блок упс вторым входом блока 18 управления, первый вход которого соединен с выходом генератора 16 периодических сигналов, Первый выход блока 18 управления соединен с управляющим р-п- переходом тиристора 1-го плеча преобразователя, второй выход - с управляющим р-п-переходом тиристора 3-го плеча и третий - с управляющим р-п-переходом тиристора 5-го плеча.

равления ограничивают напряжение на активных элементах до номинального значения. В том случае, когда ограничить это напряжение не удается (например, при пробое изоляции),ава45 рийным сигналом производят отключение автомата 7 питающей сети, В случае, когда угол регулирования тирис- торных плеч 1, 3, 5 мостового преобразователя приближается к О, асиммет50 рия напряжений уменьиается и становится недостаточной для срабатывания герконного реле 12. Чтобы увеличить асимме.трию напряжений во всем диапазоне работы мостовой преобразователь

Блок 18 управления мостовой преобразователей схемы (фиг,2) содержит гибридные интегральные микросхемы формирователей 20 и 21, обеспечивающие формирование и усиление управляю-j ной схемы (плечи 1-5) производится щих импульсов, узел синхронизации на периодическое смещение управляющих транзисторе 30, узел суммирования импульсов на очень короткий промежу- входных сигналов управления, смеще- ток (порядка 360 эл.град.) в область

ния, ограничения на транзисторе 31,

максимального угла управления «(

;я3343534

Генератор 16 периодических сигналов выполнен на двух транзисторах 32 и 33. Питание генератора 16 и блока 18 управления осуп;ествляется от источников и, и

и.

2 , 3 .

Исполнительный элемент 19 состоит из выпрямительного моста 34, ключевых элементов. выполненных на оптотиристорах 22-24, и накопительного

конденсатора 29, С помощью резисторов 27 и 28 ограничивается фазовое положение импульсов управления, а следовательно, и уровень выходного напряжения регулятора мощности. Ограничение фазового угла производится при шунтировании резисторов оптоти- ристорами 22 и 23, С помощью свето- диодов 25 и 26 осут15ествляется сигна- лизация аварийной работы регулятора мощности, которая вызвана сгоранием активных элементов, Оптотиристор 24 используется как ключевой элемент для разрядки накопительного конденсатора 29 на катушку расцепителя автомата 7.

Способ заключается в том, что при , подаче питающего напряжения U,, Ug,

U на активные элементы

10

h

П

10,11 в процессе регулирования мощности постоянно контролируют симметрию фаз питаюп;его напряжения относительно нулевого провода. В слу- чае появления асимметрии напряжений,

ния мощности постоянно контролируют симметрию фаз питаюп;его напряжения относительно нулевого провода. В слу- чае появления асимметрии напряжений,

что мож;эт произойти при обрыве активных элементов или при пробое изоляции токоведущи цепей, выделяют, сигнал, воздействуя которым на блок уп

равления ограничивают напряжение на активных элементах до номинального значения. В том случае, когда ограничить это напряжение не удается (например, при пробое изоляции),аварийным сигналом производят отключение автомата 7 питающей сети, В случае, когда угол регулирования тирис- торных плеч 1, 3, 5 мостового преобразователя приближается к О, асимметрия напряжений уменьиается и становится недостаточной для срабатывания герконного реле 12. Чтобы увеличить асимме.трию напряжений во всем диапазоне работы мостовой преобразовательной схемы (плечи 1-5) производится периодическое смещение управляющих импульсов на очень короткий промежу- ток (порядка 360 эл.град.) в область

максимального угла управления «(

В этом случае чувствнтелр иость защиты значительно возрастает и она остается работоспособной во всем диапазоне и при всех режимах работы мостовой преобразовательной схемы. Цикличность смещения импульсов характеризуется тепловой инерционность активных элементов и определяется по формуле

tn

ц

- ( IH

)

где t.

- время цикла (цикличность),

с;

tf, - время паузы, с;

Ij, - действительный ток, А;1 - номинальный ток, А.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение, подводимое через автомат 7, поступает через активные элементы (ТЭНы) , , 1Ц-11„ на вход полууправляемой мостовой преобразовательной схемы, состоящей из плеч 1-6. Выход постоянного тока моста закорочен, что обеспечивается цепью тока через ТЭНы. Регулирование мощности осуществляется путем изменения угла управления тиристоров от блока 18 управления, который с .помощью интегральных микросхем формирователей 20 и 21 формирует управляющие импульсы, синхронизируемые с сетью через узел синхронизации, выполненный из транзистора 30. Изменение угла управления осуществляется сигналом за- датчика 17 температуры, подаваемым на базу суммирующего транзистора 31. Задатчик 17 температуры может быть выпол ен по любой из известных схем. Суммирующий транзистор 31 производит суммирование сигналов задания, смеще- ния и ограничения минимального угла управления.

Работа устройства в статике и динамике при нормальных режимах анало- гична, В этих режимах магнитный поток магнитопрОБОда герконного реле 21 равен нулю, поскольку токи фаз, проходящие через магнитопровод, скомпенсированы. На выходе емкостного делите- ля (конденсаторы 13-15) отсутствует напряжение относительно нулевого провода вследствие симметрии входного напряжения на делителе.

0

5

0

5 0 д 0 5

g

В случае возникно1 ени я аномальнЕ)1х условий устройство работает следую- ищм образом.

При появлении аварийной ситуации, например, сгорании одного ТЭНа из числа параллельных в фазе на выходе моста 34 исполнительного элемента 19 появляется сигнал, обусловленный разбалансом напряжения емкостного делителя 13-15, Этот сигнал, воздействуя на оптрон 22, включает последний, шунтируя при этом резистор 27, что обеспечивает первую ступень ограничения минимального угла управления, а следовательно, ограничение выходного напряжения на ТЭНах. Светодиод 24 сигнализирует о сгорании одного ТЭНа в фазе,

В случае сгорания двух ТЭНов из числа параллельных в одной фазе, сигнал разбаланса увеличивается, что приводит к срабатыванию оптрона 23, который, шунтируя резистор 28, обеспечивает вторую ступень ограничения минимального угла управления, а следовательно, и выходного напряжения на нагрузке. Светодиод 26 сигнализирует о сгорании двух ТЭНов в фазе.

При сгорании третьего ТЕНа из числа параллельных, принадлежад1их одной фазе, сигнал рассогласования увеличивается еще более, вызывая срабатывание оптрона 24, который подключает накопительный конденсатор 29 к катушке расцепителя 8 автоматического выключателя 7. При этом происходит отключение автомата 7 силового питающего напряжения.

Число ступеней ограничения минимального угла управления и момент отключения автомата в каждом конкретном случае могут быть выбраны, исходя из технико-экономического обоснования. В общем случае число этих ступеней определяется числом параллельно включенных ТЕНов в фазе и требованиями эксплуатации.

Наличие замыкания токоведущих частей установки на землю (в сетях с заземленной нейтралью) приводит к частичной потере управляемости мостовой преобразовательной схемы, что является недопустимым по условиям эксплуатации. Контроль замыкания токоведущих частей на землю осуществляется с помощью герконного реле 12, При замыкании одной из фаз на землю в магнитопроводе герконного реле 12 по7133/4353

нескомпенсированная составлх л н м

приводит к срабатыванию геркона.

Замыкая ской контакт, геркон нод- ключает накопительный конденсатор 29 к катушке расцепителя 8 автомата 7. Последний отключается. Однако, при угле управления мостовой преобразовательной схемы, близком к нулю, указанная схема-обладает малой чувстви- тельностью, поскольку при полном открытии вентилей моста магнитный поток в магнитопроводе герконного реле 12 оказывается скомпенсированным,Для

исключения этого влияния в устройстве 15 пряжений на нагрузке при: исчезновепредусмотрен генератор 16 периодических сигналов, который осуществляет кратковременное смещение управляющих импульсов в точку с/д,(,,к;с ) где сигнал рассогласования оказывается наиболь- 20 цшм. Частота следования этих импульсов определяется из указанной формулы. Данный узел позволяет контролировать не только глухое замыкание на землю токоведутцих частей установки, 25 но и снижение уровня изоляции в процессе эксплуатации.

Работа устройства в различных аварийных режимах поясняется на приведенных диаграммах. На фиг.З приведе- 30 на диаграмма замыкания фазы U на корпус при угле управления О эл.град Предположим, что в момент t происходит замыкание на корпус катода вентиля плеча 4. Разбаланс напряжения на 35 при одновременном повьппении надежнагрузке равен 0. В момент времени t происходит циклическое смещение управляющих импульсов в ,o вызьшая запирание преобразователя. Однако через фазу А протекает ток, который 0 создает поток в магнитопроводе герконного реле 12 и вызывает его замыкание.

Pia фиг.4 приведена диаграмма напряжений на фазах нагрузки при замыкании фазы ид на корпус н угле управления преобразователя 120 эл.град, В момент t нроисходит замыкание на корпус катода вентиля плеча 4. Возникает разбаланс напряжения U (заштрихованные площадки), который может быть недостаточен для срабатывания герконного реле 12. Увеличение сигнала происходит при циклическом смещении управляющих импульсов в , в момент t .

На фиг.5 приведена диаграмма нании напряжения на фазе А при cl - 120 эл.град. При обрыве фазы А или исчезновении напряжения возникает разбаланс S относительно нулевого провода, который воздействует на вход выпрямительного моста 34.

На фиг.6 приведена диаграмма напряжений на нагрузке при обрыве одного активного элемента в фазе А при о/У 120 эл.град. В момент времени t происходит обрыв активного элемента в фазе, что приводит к перераспределению напряжения на фазах и появлению напряжения разбаланса dU относительно нулевого провода.

Таким образом, при упрощении схемного решения обеспечивается увеличение ресурса работы электрокалорифера

ности его работы. Это позволяет получить значительный экономический эффект за счет увеличения срока службы активных элементов (ТЕНов) и исключения коммутационной аппаратуры регулирования, имеюп;ей ограниченное число коммутаций из состава электрокалорифера.

Ч Ч uc

От ПЩ,15Uj

il(, 77

Kl 3 5

1 . Способ управления мощностью трехфазной электрокалориферной установки, выполненной на параллельных нагревательных элементах с питанием от управляемого статического преобразователя, при котором измеряют температуру и сравнивают ее с уставкой и в случае отклонения температуры от уставки воздействуют ка изменение подводимого напряжения посредством управляемого статического преобразователя, о тличающийся тем, что, с пелью повышения надежности и улучшения ресурса работы, постоянно контролируют симметрию фазных напряжений и состояние изоляции токоведу- щих частей относительно нулевого провода питаю01;ей сети между активной нагрузкой и статическим преобразователем, причем при возникновении асимметрии фазных напряжений формируют сигнал, которым ограничивают угол регулирования статического преобразователя так, чтобы действующие значения напряжений на активных элементах нагрузки не превьш1али их номинальных значений, а при превьшшнии их или при нарутпении изоляции формируют импульс аварийного отключения нагрузки, при этом периодически сдвигают управляющие импульсы статического преобразователя в область о макс с цикличностью, определяемой из выражения tn t - ф J-I1 1 макс (С (Л где t - время цикла (цикличность),с; tn - время паузы, с; I - действительное значение фазного тока. А; Гц - номинальный фазный ток. А; максимальный угол управления статического преобразователя, эл. град. 00 СО 4 СХ) сл 2. Устройство для управления мощностью трехфазной электрокалориферной установки, выполненной на параллельных нагревательных элементах с

лАгоц

аи

UM

ли

Редактор И.Касарда Заказ 4531

Техред м.Дидык КорректорА

Тираж 659 Подписное ВНИИ1Ш Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Техред м.Дидык КорректорА. Зимокосов