Однофазный регулятор переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M5/257 

4;ib

оо

Изобретение относится к электротехнике .

Целью изобретения является повы шение надежности.

На фиг,1 изображена принципиальная схема силовык цепей регулятора; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений и токов,поясняющие работу данного устройства в установившемся режиме при управлении тиристорами, . обеспечивающем поддержание входного cosLf 1 во всем диапазоне регули- рованиЯ9 где 1., i - напряжение и ток элемента схемы, - импульсы управления для j-ro тиристора,

Однофазньй регулятор переменного напряжения содержит рабочие тиристоры 1, 2, зашунтированные обратными диодами Bj 4, при этом рабочие тиристоры одноименными выводами, например катодами, подключены к разным вьшодам для подключения нагрузки 5 а другими одноименными выводами - к вторичной обмотке трансформатора 69 который служит источником пита ВИЯ. Вьшрямительньй мост на диодах подключен выводами переменного тока к вторичной обмотке трансформатора 6.;, а вьгоодами постоянного тока к конденсатору 11 фильтра Коммути рующий мост выполнен на управляемых вентилях 12-15} выводш- н переменного тока соединен с выводами дл-я подключения нагрузки 5э вьтоды постоянного тока соед1-1нены между собой шунтирующим вентилем 1,6. Цепочка s состоящая из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора 17 и дроссе ля 18, соединена одним концом с одни из выводов постоянного тока коммутирующего моста, например образованным общими анодами управляемых вентилей 15 и 13s а другим концом соединена с одним из вьшодов постоянного тока выпрямитепьного мостнг например, образованным общими катодами диодов 8 и 10, Эта цепочка шунтирована перезарядным тиристором 19, включенным в проводящем направлении по отношению к полярности разноименных выводов коммутирующего и вьшрямитель- ного мостов.

Другие разноименные выводы указанных мостов соединены между собойо

Блок управления тиристорами содержит фазосдвигающее устройство 20, на vпnaвляющий вход которого поступа

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ет сигнал управления, а выход соединен с первым входом логической части 21. Выход последней соединен с входом распределителя 22 управляющих импульсов. Второй вход логической части соединен с выходом датчика 23 тока нагрузки, установленного в цепи нагрузки регулятора

Управление предложенньм устройством может ос тдествляться по любому известному способу, а именно: с опережающими углами включения тиристоров обеспечивающими работу регулятора с опережакядим с поддержанием входного cos cf 1 , с шнротно-им- пульсным регулированием выходного напряжения и др.

Рассмотрим работу устройства при поддержании cos (/ 1, для чего, как следует из диаграмм на фиг. 2, включение и выключение каждого рабочего тиристора осуществляется в моменты времени, симметрично отстоящие от вершины соответствующей полуволны сетевого напряжения. При этом включение тиристоров осуществляется по обычным правилам естественной коммутации, т.е. путем пода:чи управляющего импульса при наличии на аноде положительного напряжения, а выключение посредством искусственной коммутации.

При пуске устройства производят первоначальный заряд конденсатора 11 и коммутирующего конденсатора 17-, для чего регулятор подключают к питающей сети и некоторое время до включения рабочих тиристоров подают управляющие импульсы на управляемые вентили 12-15. Заряд конденсатора 11 осуществляется по цепям, содержащим диоды 7-10, а коммутирующего конденсатора 17 - по цепям, содержащим диоды 7-10 и управляемые вентили 12- 15, В связи с наличием в указанных цепях индуктивньк элементов конденсаторы заряжаются до напряжения, пре- вьшающего амплитуду сетевого напряжения, в результате указанные вентили оказываются запертыми, а напря жение на конденсаторах сохраняется неизменным до начала искусственной коммутащш с полярностью напряжения на обкладках, указанной на схеме без скобок.

Пусть до коммутации полярность напряжения во вторичной обмотке трансформатора 6 указана на фиг..1 без

скобок. Соответственно этому во включенном состоянии находился рабочий тиристор 1, а ток нагрузки протекал по цепи; рабочий тиристор 1 - нагрузка 5 - обратньй диод А - вторичная обмотка трансформатора 6. Установленный в цепи нагрузки датчик 23 тока вырабатывает и передает в логическую часть 21 блока управления информацию о наличии или отсутствии тока нагрузки,а также о направлении протекания этого тока. В момент времени t, , непосредственно предшествующий запиранию тиристора 1, по команде датчика 23 логическая часть подает управляющие импульсы на управляемые вентили 14, 15, а также на перезарядньй тиристор 19. Одновременно с этим будет снят управляющий импульс с выключаемого рабочего тиристора 1 (см. диаграммы на фиг.2). В результате конденсатор 11 оказывается подключен параллельно нагрузке 5. Так как начальное напряжение на конденсаторе 11 превышает выходное напряжение регулятора, ток нагрузки начнет переходить в цепь конденсатора 11. Конденсатор 11 будет частично разряжаться, отдавая свою энергию в нагрузку. Этот процесс будет сопровождаться таким же уменьшением потребляемого из сети тока, протекающего через рабочий тиристор 1 и обмотки трансформатора 6.

Одновременно с этим происходит вспомогательньй колебательньш перезаряд коммутирующего конденсатора 17, после окончания которого полярность напряжения на обкладках конденсатора 17 изменяется на противоположную, указанную в скобках. Сразу за этим начинается обратньй рабочий перезаряд коммутирующего конденсатора по цепи 18, 15, дроссель 18 - управ- ля емьй вентиль 15, рабочий тиристор 1 - диод 10.

В момент t, когда ток перезаряда конденсатора 17 сравняется с прямьв током рабочего, тиристора 1, последний выключится. Вместе с этим выключится и перезарядньй тиристор 19. На диаграммах фиг.2 этот момент вьще- лен вертикальной пунктирной линией. После запирания рабочего тиристора

10

15

20

30

35

40

45

50

ньй диод 3 - диод 10. При этом к вы ключенным тиристорам до конца перезаряда будет прикладываться обратно восстанавливающее напряжение. После этого начнется заключительньй этап коммутации, на котором убывающий входной ток регулятора перейдет в цепь конденсатора 1t, при этом элек тромагнитная энергия, накопленная в индуктивных элементах питающей сети и трансформатора, поступит в конден сатор 11 и последний вновь зарядитс В свою очередь ток нагрузки перейде в шунтирующую цепь и будет снижаться. В момент t снижения тока нагру ки, а значит и тока управляемых вен тилей 14, 15, до нуля указанные управляемые вентили выключатся. В это момент датчик 23 подаст соответствую щую команду и в логической части нач нется отсчет выдержки времени (безто ковой паузы), необходимой для восста новления запирающей способности быв- 25 ших в работе управляемых вентилей 14, 15. После окончания безтоковой паузы в момент t логическая часть 21 блока управления разрешит включение очередного рабочего тиристора 1, а также повторное включение управляемого вентиля 15 вместе с уп- равляемьм вентилем 12. В результате цепь нагрузки окажется подключена с помощью рабочих тиристоров к обмот ке трансформатора 6, а так как поляр ность сетевого питающего напряжения к этому моменту изменится на противо положную, указанную на фиг.1 в скобках, ток нагрузки начнет нарастать, изменив направление.

Выключение рабоче1 о тиристора 2, как следует из диаграммы на фиг. 2, будет происходить аналогично, с той разницей, что в начале коммутации управляющие импульсы будут поданы на управляемые вентили 12, 13, а также на перезарядньй тиристор 19. После уменьшения тока нагрузки до нуля и окончания безтоковой паузы импульсы управления могут быть поданы на очередной рабочий тиристор 1, а такж на управляемые вентили 13, 14 с целью подзаряда коммутирующего конденсатора 17.

Рассмотрим процесс выключения par

1 и перезарядного тиристора 19 пере- 55 бочего тиристора 2, считая, что на заряд коммутирующего конденсатора 17 может продолжиться по цепи: дроссель 18 - управляемьй вентиль 15 - обратпредшествующем внекоммутационном вре менном интервале ток нагрузки протекал по цепи: первичная обмотка транс

0

5

0

5

0

5

0

ньй диод 3 - диод 10. При этом к выключенным тиристорам до конца перезаряда будет прикладываться обратное восстанавливающее напряжение. После этого начнется заключительньй этап коммутации, на котором убывающий входной ток регулятора перейдет в цепь конденсатора 1t, при этом электромагнитная энергия, накопленная в индуктивных элементах питающей сети и трансформатора, поступит в конденсатор 11 и последний вновь зарядится. В свою очередь ток нагрузки перейдет в шунтирующую цепь и будет снижаться. В момент t снижения тока нагрузки, а значит и тока управляемых вентилей 14, 15, до нуля указанные управляемые вентили выключатся. В этот момент датчик 23 подаст соответствующую команду и в логической части начнется отсчет выдержки времени (безто- ковой паузы), необходимой для восстановления запирающей способности быв- 5 ших в работе управляемых вентилей 14, 15. После окончания безтоковой паузы в момент t логическая часть 21 блока управления разрешит включение очередного рабочего тиристора 1, а также повторное включение управляемого вентиля 15 вместе с уп- равляемьм вентилем 12. В результате цепь нагрузки окажется подключена с помощью рабочих тиристоров к обмотке трансформатора 6, а так как полярность сетевого питающего напряжения к этому моменту изменится на противоположную, указанную на фиг.1 в скобках, ток нагрузки начнет нарастать, изменив направление.

Выключение рабоче1 о тиристора 2, как следует из диаграммы на фиг. 2, будет происходить аналогично, с той разницей, что в начале коммутации управляющие импульсы будут поданы на управляемые вентили 12, 13, а также на перезарядньй тиристор 19. После уменьшения тока нагрузки до нуля и окончания безтоковой паузы импульсы управления могут быть поданы на очередной рабочий тиристор 1, а также на управляемые вентили 13, 14 с целью подзаряда коммутирующего конденсатора 17.

Рассмотрим процесс выключения par 5 бочего тиристора 2, считая, что на

бочего тиристора 2, считая, что на

предшествующем внекоммутационном временном интервале ток нагрузки протекал по цепи: первичная обмотка трансформатора b - рабочий тиристор 2 - нагрузка 5 - рабочий тиристор, при этом полярность напряжения вторичной обмотки трансформатора указана на фиг.1 в скобках. В результате включения в начале коммутации 12, 13, 19 заряженньй конденсатор 11 фильтра оказывается подключен параллельно нагрузке 5, Переход тока нагрузки в цепь конденсатора 11 будет сопровождаться частичным разрядом конденсатора 11 фильтра, а также уменьшением тока на входе регулятора и в выключаемом рабочем тиристоре 2. Одновременно с этим произойдет вспомо- гательньй колебательньй перезаряд коммутирующего конденсатора 17 по цепи: перезарядный тиристор 19-дроссель 18, после окончания которого полярность напряжения на обкладках этого конденсатора изменится на противоположную, указанную в скобках. Последующий за этим обратный рабочий перезаряд коммутирующего конденсатора 17 будет происходить по цепи: дроссель 18 - управляемьй вентиль 13 - рабочий тиристор 2 - днод 8. В момент равенства прямого тока рабочего тиристора 2 с обратным током перезаряда коммутирующего конденсатора 17 рабочий тиристор 2 выключится. Вместе с этим выключится и перезарядный тиpиcтoJ) 19. Указанный момент времени вьщелен на Диаграммах фиг, 2 вертикальной пунктирной линией. После выключения рабочего тиристора и перезарядного тиристора 19 перезаряд коммутирующего конденсатора 17 может продолжиться по цепи: дроссель 18 - управляемый вентиль 13 - рабочий тиристор 4 - диод 8, при этом к выключенным тиристорам до конца перезаряда будет прикладываться обратное восстанав- ливакядее напряжение. На заключительном этапе коммутации входной ток регулятора будет замыкаться по цепи с элементами 6, 7-10, 11, заряжая конденсатор 11 фильтра вновь до исходного уровня, при этом накопленная в индуктивных элементах электромагнитная энергия поступит в указанный конденсатор. В свою очередь ток нагрузки будет иметь возможность

5

0

замыкаться по шунтирующему контуру; управляемый вентиль 12 - вентиль 16 - управляемый вентиль 13, снижаясь при этом до нуля, В момент достижения тока нагрузки нулевого уровня поступит сигнал из датчика 23 в логическую часть блока управления, после чего начнется отсчет безтоковой паузы. После окончания паузы, на которой управляемые вентили 12, 13 восстановят после вьжлючения запирающую способность, будут включены очередной рабочий тиристор 1 и повторно управляемые вентили 13, 14„ После завершения подзаряда коммутирующего конденсатора 17 диоды 7-10 и управляемые вентили 13, 14 выключатся и устройство искусственной коммутации будет готово к очередному запиранию силового тиристора. В дальнейшем коммутации будут происходить аналогично.

Формула изобретения

5

Однофазный регулятор переменного

напряжения, содержащий два рабочих тиристора, зашунтированных обратными диодами и присоединенных первыми од- ноименньвяи вьшодами к соответствующим выводам для подключения нагрузки и вторыми одноименными выводами т к соответствующим выводам для подключения питакщего источника, вьтрями- тельный мост, вьгооды переменного тока которого соединены с выводами для подключения питакяцего источника, а выводы постоянного тока - с выводами конденсатора фильтра, коммутирующий мост, выводы переменного тока которого соединены с выводами для подключения нагрузки, а выводы постоянного тока соединены между собой через шун- тируюйщй вентиль и с разноименными выводами постоянного тока выпрямительного моста один непосредственно, а другой через последовательно соединенные коммутирующий конденсатор и дроссель отлич ающий.ся тем, что, с целью повышения надеж- ности, коммутирующий мост выполнен на управляемых вентилях, а параллельно цепочке из коммутирующего конденсатора и дросселя подсоединен перезарядный тиристор.

0

5

0

5

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности. Регулирование напряжения на нагрузке 5 осуществляUIJ етс мен 1, мен мут 7-1 12кон тор рис ся В р мут в о пол ра клю уст зар фил пос ется изменением относительного времени включения рабочих тиристоров 1, 2. Для запирания тиристоров применена система искусственной коммутации, содержащая мост на диодах 7-10, МОСТ на управляемых вентилях 1215, дроссель 18, коммутирующий конденсатор 17 и перезарядньй тиристор 19. При выключении рабочих тиристоров 1, 2 ток нагрузки замыкается через управляемые вентили 12-15. В результате включения в начале коммутации управляемых вентилей 12, 13 в один полупериод и 14, 13 в другой полупериод и перезарядного тиристора 19 конденсатор 11 оказьшается подключен параллельно нагрузке, что устраняет возможность накапливания заряда на обкладках конденсатора фильтра, за счет чего достигается поставленная цель. 2 ил. S (Л