Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное Советский патент 1988 года по МПК H02M5/257 

включенные транзисторные ключи и элементы НЕ, которые соединены с выходами диодных ограничителей и образуют выходы положительного и отрицательного знаков индикатора знака коммутирующего напряжения.

3, Преобразователь по п.1, о т- л и чающийся тем, что индикатор совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений содержит шесть элементов И-НЕ и триггер,, причем входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами положительных знаков индикатора, знака напряжения сети и индикатора знака коммутирующего напряжения, входы второго элемента И-НЕ - с выходами отрицательных знаков индикатора знака напряжения сети и индикатора знака коммутирующего

напряжения, входы третьего элемента И-НЕ - с выходами положительного знака Индикатора напряжения сети и выходом отрицательного знака индикатора коммутирующего напряжения, входы четвертого элемента И-НЕ - с выходами отрицательного знака индикатора напряжения сети и выходом положительного/ знака индикатора коммутирующего напряжения, входы пятого элемента И-НЕ - с выходами первого и второго элементов, входы шестого элемента И-НЕ - с выходами третьего и четвертого элементов, а выходы пятого и шестого элементов - с входами триггера, образующего взаимоинверсные выходы одноименных и разноименных знаков коммутирующего и сетевого напряжений.

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах регулирования напряжений силовых и преобразовательных трансформаторов под нагрузкой.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования,На фиг,1 пока.зана функциональная схема устройства; на фиг„2 - временные диаграммы, поясняющие процесс переключения ответвлений

Устройство (см.фиг,1) содержит двунаправленные тиристорные ключи 1 и 2 с силовьти выводами 3 и 4, которые посредством подвижных контактов 5 и 6 коммутатора с э лектромеха- ническим приводом 7 могут быть соединены с любыми двумя соседними выводами обмотки 8 силового трансформатора J токоограничивающий реактор 9, индикатор 10 знака напряжения сети, индикатор 11 знака коммутирующего напряжения, индикатор 12 совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений, блок 13 синхронизации,, формирователи 14 и 15 управляющих импульсов двунаправленных ключей 1 и 2 соответственно. При этом входы индикатора 10 соединены с выводами 16 и 17 питающей сети, а его выходы 18 и 19 соответственно

положительного и отрицательного знаков - с входами индикатора 12 совпадения -знаков коммутирующего и сетевого напряжений и блока 13 синхрони- зации. Входы индикатора 11 знака коммутирующего напряжения соединены с выводами 3 и 4 двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2, а его выходы 20 и 21 соответственно положи

тельного и.отрицательного знаков с входами индикатора 12. Индикатор 12 имеет выходы 22 и 23 соответственно одноименных и разноименных знаков, которые соединены с входами

блока -13, с другими входами которого соединены управляющие цепи 24 Вьше и 25 Ниже.. Выходы блока 13 синхронизации соединены с входами формирователей 14 и 15.

Блок 13 синхронизации содержит

два логических элемента И 26, 27, RS-триггер 28 переключения команд, логические элементы ИЛИ-НЕ 29, 30,.

логический элемент НЕ 31, универсальный 1К-триггер 32 выбора ключей. При этом первые входы логических элементов И 26, 27 соединены соответственно с выходами 22 и 23 индикатора 12, а их вторые входы - с

прямым и инверсным выходами соответственно RS-триггера 28, установочные входы которого соединены с управляющими цепями 24 Выше и 25 Ниже. Выходы логических элементов И 26, 27 соединены с входами второго логического элемента КПИ-НЕ 30, выход которого подключен к одному установочному входу 1К-триггера 32 |и через логический элемент НЕ 31- к второму его установочному входу, Входы логического элемента ИЛИ-НЕ 29 соединены с выходами 18 и 19 индикатора 10, а его выход - со счетным входом триггера 32, прямой и инверсный выходы которого соединены соотве ственно с формирователями 14 и 15 управляющих импульсов.

Индикатор 11 содержит трансформатор 33 с первичной и вторичной обмотками 34 и 35, диодные ограничители положительной и отрицательной полуволн коммутирующего напряжения, включающие соответственно стабилитроны 36 и 37, токоограничивающие резисторы 38 и 39, разделительные диоды 40 и 41, два транзисторных ключа, включающих соответственно транзисторы 42 и 43, резистор 44 в базовых и резисторы 45 и 46 в коллекторных цепях, два логических элемента НЕ 47, 48, выходы которых образзтот соответственно выходы 20 положительного знака и 21 отрицательного знака индикатора 11. При этом первичная обмотка 34 трансформатора 33 соединена с силовыми выводами 3 и 4 тиристорных ключей 1 и 2, а вторичная обмотка подключена к входам диодных ограничителей, образованных точками соединений токо ограничивающих резисторов 38, 39 и разделительных диодов 40, 41 соответственно. Выходы диодных ограничителе присоединены к базовым цепям транзисторов 42 и 43, а их коллекторные цепи соединены с входами логических элементов НЕ 47, 48,

Индикатор 12 содержит шесть логических элементов И-НЕ 49-54 и RS- - триггер 55, При этом входы элемента И-НЕ 49 соединены с выходами 18 и 20 положительных знаков индикаторов 10 и 11 соответственно, входы элемента И-НЕ 50 - с выходами 19 и 21 отрицательных знаков индикаторов- 10 и 11 соответственно, входы элемента И-НЕ 51 - с выходом 18 положительно- го знака индикатора 10 и выходом 21 отрицательного знака индикатора 11, входы элемента И-НЕ 52 - с выходом

з

0 5

5

0

5

0

5

0

19 отрицательного знака индикатора 10 и выходом 20 положительного знака индикатора 11, входы элемента И-НЕ 53 - с выходами элементов И-НЕ 49, 50, входы элемента И-НЕ 54 - с выходами элементов И-НЕ 51 и 52. Выходы элементов И-НЕ 53, 54 соединены с входам-и RS-триггера 55, образующего взаимоинверсные выходы 22 и 23 одноименных и разноименных знаков индикатора 12 совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений.

На фиг.2 даны следующие диаграммы: 56 - напряжение питающей сети U на выводах 16, 17 и коммутирующее нап- ряжени и на силовых выводах 3, 4; 57, 58 - выходные сигналы положительного и отрицательного знаков индикатора 10; 59, 60 - выходные сигналы положительного и отрицательного знаков индикатора 11; 61, 62 - выходные сигналы элементов И-НЕ 53, 54 соответственно индикатора 12; 63, 64 - выходные сигналы индикатора 12; 65, 66 - команды Выше и Ниже по управляющим цепям 24 и 25 соответственно; 67, 68 - выходные сигналы логических элементов ИПИ-НЕ 30 и НЕ 31 соответственно блока 13; 69 - выходной сигнал логического элемента ИЛИ-НЕ 29 блока 13; 70, 71 - сигналы управления двунаправленными тиристор- ными ключами 1 и 2 соответственно с прямого и инверсного выходов триггера 32 выбора ключей; кроме того, ty, tg - моменты времени поступления команд Выше, Ниже по управляющим цепям 24 Выше, и 25 Ниже соответственно; tj, t - моменты времени, переключения управляющих импульсов тиристорных ключей 1 и 2 на повьшге- ние напряжения; t, tg - моменты времени начала переключения подвижных контактов 5 и 6 избирателя соответственно; t, tg - моменты времени окончания переключения подвижных контактов 5 и 6 избирателя соответственно; t, t,(, - моменты времени переключения управляющих импульсов тиристорных ключей 1 и 2 на понижение напряжения .

Предположим, что под действием команды Ниже по управляющей цепи 25 электромеханической привод 7 переводит его в начальное положение, при котором подвижные контакты 5 и 6 соединены с крайними верхними выводами обмотки 8, При данном положении избирателя тиристорньп1 к.пюч 1 соединен с ответвлением пониженного напряжения, а тиристорньй ключ 2 - с ответвлением повышенного напряжения, Коммутирующее напряжение U между силовыми выводами 3 и 4 совпадает по фазе с напряжением питающей сети и в интервале времени (0-t,), Инди- катор 10, выполненный на основе выпрямителя и регулируемого нуль-органа с выходами 18,, 19 знаков положительной и отрицательной полуволн напряжения, имеет выходные сигналы в виде прямоугольных импульсов, передний и задний фронты которых сдвинуты относительно моментов перехода напряжения через нулевые значения на время,, равное времени выключения тирис- торов при коммутации. Это время можн изменять, регулируя порог срабатывания нуль-органа индикатора 10. Индикатор 11 знака :Коммутируюп его напряжения имеет выходные сигналы поло- жительного и отрицательного знаков в виде прямоугольных.импульсов с длр тельностью, практически равной полупериоду питающего напряжения. При каждом последуюш,ем фиксированном положении избирателя сигналы индикатора 11 сдвигаются по фазе на 180 относительно предыдущего положения, а в интервале переключения избирателя (tj- t, tg-tq) сигналы отсутствуют, так как выводы обмотки 8 трансформатора отключаются подвижным контактом 5 или 6 от силового вывода 3 или 4 и снимаются входные сигналы с индикато1 а 11,

Сигналы положит ел ьнЕлх и отрицательных знаков индикаторов 10 и 11 с выходов 18, 19 и 20,, 21 поступают на входы индикатора 12, включающего логические элементы PI-HE 49, 50, 53, фиксирующие интервалы времени совпадения знаков указанных сигналов, логические элементы И-НЕ 51, 52, 54р фиксирующие интервалы времени несовпадения знаков указанных сигналов, и RS-триггер 55 с выходами 22 и 23, В начальном положении сигналы как положительных, так и отрицательных знаков индикаторов 10 и 11 совпадают и на выходе логического элемента И-НЕ 53 формируется в каждом полупериоде напряжения сигнал 1, а на выходе логическогб элемента И-НЕ 54 сигнал О. Указанные сигналы пос

0 5 о

5

0

5

5

тупают на входы RS-триггера 55, Выходной сигнал одноимен 1ых знаков инди ;ат ора 12 равен 1, а нннерсиьш ему сиглал разноименных знаков равен О, RS-триггер 28 запоминает команду Ниже, поступившую по цепи 25, и в начальном положении электромеханического привода 7 формирует на прямом выходе сигнал О, а на инверсном выходе - сигнал Г . Выходные сигналы RS-триггера 28 и индикатора 12 поступают на входы логических элементов И 26, 27, и в начальном положении электромеханического привода 7 сигналы на их выходах равны О, а сигналы на выходам логического элемента ШЖ-НЕ 30, на входы которого подаются входные сигналы логических элементов И 26, 27- равно 1 (интервал времени О - t,). Сигнал на выходе логического элемента НЕ 31, на вход которого подается выходной сигнал элемента 30, равен О (интервал времени О - t). Выходной- сигнал логического элемента ИЛИ-НЕ 29, на входы которого подаются сигналы с выходов 18 и 19 индикатора 10, формируется в каждый переход питающего напряжения через нулевое значение, и его передний и задний фронты сдвинуты относительно данного момента на время выключения двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2. При коммутации последних 1К-триггер 32, на установочные входы которого подаются сигналы с выходов логических элементов ИЛИ-НЕ 30 и НЕ 31,.а на счетный вход - сигнал с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29, обеспечивает запуск формирователя 14 управляющих импульсов и запирание формирователя 15 управляющих и1-1пульсов (интервал времени О - I: .) .

Рассмотрим процесс переключения ответвлений обмотки 8 трансформатора на повышение напряжения нагрузки. Пусть в момент времени t. по управляющей цепи 24 Выше поступает команда Выше. При этом RS-триггер 28 переключается и формирует на прямом выходе сигнал 1, а на инверсном выходе - сигнал О, вследствие чего сигналы на выходах логических элементов И 26, НЕ 31 равны 1, а на выходах логических элементов И 27, ИЛИ-НЕ 30 равны О. Так как сигналы логических элементов ШШ-НЕ 30 и НЕ 31 поступают на установочные входы 1К-триггера 32 выбора ключей, он пере5 лючается по первому счетному импульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 перед переходом нап- ряжения сети через нулевое значение, запирая формирователь 14 управляющих импульсов и отпирая формирователь 15 управляющих импульсов (момент

времени t). В процессе коммутации

двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2 величина циркулирующего тока в положении мост (при проводящем состоянии двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2) ограничивается сопротивлениями реактора 9 и частью обмотки 8, По окончании коммутации двунаправленный ключ 1 запирается и ток обмотки 8 проходит через двунаправленный тиристорный ключ 2, соединенный подвижным контактом 6 с вторым выводом обмотки 8, Напряжение на нагрузке повышается пропорционально уменьшению числа витков между первыми двумя выводами обмот- ки 8.

Команда Выше в момент времени t, поступает также в схему управления электромеханическим приводом 7, однако ввиду его большой инерции перемещение подвижного контакта 5 начинается значительно позже переключения двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2 (момент времени t, фиг.2). В момент t электромеханический привод 7 переходит в новое фиксированное положение и обесточенный подвижный контакт 5 соединяет вывод 3 с третьим выводом обмотки 8, При этом двунаправленный тиристорный ключ 1 включается в ответвление повы щенного напряжения, а двунаправленны тиристорный ключ 2 - в ответвление пониженного напряжения сети, в связи с чем фазы коммутирующего напряжения и jj и напряжения сети и (интервал времени ) сдвигаются на 180 . Сдвигаются по фазе на 180° и сигналы с выходов 20, 21 индикатора 11 относительно сигналов с выходов 18, 19 индикатора 10 (интервал времени t4 - t g), в связи с чем выходные сигналы элементов И-НЕ 53, 54 индикатора 12 равны соответственно О и 1, а сигналы с выходов 22, 23 переключают ся на противоположные. Эти сигналы, поступая на входы логических элементов И 26, 27, переключают их в состояние О. Следовательно выходной

0

5 0 5

0 Q г

0

сигнал логического элемента ИЛИ-Н : 30 принимает значение 1 (момент времени t., ), а логического элемента НЕ 31- значение О, Переключение 1К-триг- гера 32 происходит по первому счетному импульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 перед переходом напряжения сети через нулевое значение (момент времени t ), при этом управляющие импульсы снимаются с двунаправленного тиристорного ключа 2 и подаются на двунаправленный тиристорный ключ 1. В процессе коммутации двунаправленный тиристорный ключ 2 запирается, а двунаправленный ключ 1 отпирается, соединяя подвижный контакт 5 электромеханического привода 7 с третьим выводом обмотки 8. Напряжение «а на.грузке повышается пропорционально уменьшению числа витков обмотки 8, а обесточенный подвижный контакт 6 подготавливается к дальнейшему перемещению. Если команда Выше продолжает действовать, то выполняется дальнейшее перемещение электромеханическим приводом 7 его обесточенного подвижного контакта и соответствующее переключение двунаправленных ключей 1 и 2 при фиксированном положении избирателя. При снятии команды Выше электромеханический привод 7 останавливается в фиксированном положении.

Рассмотрим процесс переключения выводов обмотки 8 на понижение напряжения нагрузки. В исходном положа- НИИ подвижный контакт 5 соединен с третьим выводом обмотки 8, двунаправленный ключ 1 отперт, а двунаправлен- ньм тиристорный ключ 2 заперт. Пусть в момент времени t по управляющей цепи 25 поступает команда Нгоке. RS-триггер 28 блока 13 переключается и формирует на прямом выходе сигнал О, а на инверсном выходе - сигнал 1, которые поступают на вторые входы логических элементов И 26, 27 соответственно. На первые входы логических элементов И 26, 27 поступают сигналы О и 1 соответственно с выходов 22 и 23 индикатора 12 совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений (интервал времени ). При этом выходные сигналы логических элементов И 26, 27 равны О и 1 соответственно, логического элемента ИЛИ-НЕ 30 - О, логического элемента НЕ 31 - 1 (момент времени

tj). Так как последние два сигнала подаются на установочные входы IK- триггера 32 выбора ключей, он переключается перед первым переходом че- рез нулевое значение напряжения сети по синхроимпульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 (момент времени t:,). При этом запирается формирователь 14 и запускается форь}иро- ватель 15 (момент времени t). По окончании коммутации двунаправленный тиристорный ключ 1 запирается и раз- рьшает ток через подвижный контакт 5, а двунаправленный тиристорный ключ 2 отпирается, соединяя подвижный контакт 6 с вторым выводом обмотки 8 трансформатора. Напряжение на нагрузке понижается пропорционально увеличению числа витков на величину одной ступени обмотки 8. Команда Ниже в момент времени t.j поступает также в схему управления электромеханическим приводом 7 избирателя, который начинает перемещать обесточенный под- вижный контакт 5 в первое положение. В момент времени t, электромеханический привод 7 возвращается в начальное фиксированное положение, при этоМ тиристорный ключ 1 включается в от- ветвление пониженного напряжения, а тиристорный ключ 2 - в ответвление повышенного напряжения. В этом положении избирателя сигналы коммутирующего напряжения и напряжения сети совпадают по фазе, выходные сигналы 59, 60 и 63, 64 индикаторов 11 и 12 (фиг.2) принимают начальные значения выходные сигналы логических элементов И 26, 27 равны О, выходной сигнал логического элемента ИЛИ-НЕ

30- 1, логического элемента НЕ

31- О. IK - триггер 32 выбора ключей переключается перед первым переходом через нулевое значение напряжения сети по синхроимпульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 (момент времени t ,„ ). При этом запирается формирователь 15 управляющих импульсов двунаправленного тиристор- ного ключа 2 и запускается формирователь 14 (момент времени t , ) . По окончании коммутации двунаправленный тиристорный ключ 2 запирается, двунаправленный .тиристорный ключ 1 соединяет подвижный контакт 5 с первым выводом обмотки 8. Напряжение на нагрузке понижается пропорционально увеличению числа витков на величину ступени обмотки 8 трансформатора.

Общий диапазон регулирования напряжения задается числом вьшодов обмотки трансформатора 8, а точность регулирования - величиной напряжения одной ступени.

5в

57

TJ

t« is tt и t

Ф148-2

h in