Устройство регулирования мощности конденсаторных батарей Советский патент 1989 года по МПК H02J3/18 

4ib О) О СП 4

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для плавного регулирования мощности компенсирующих конденсаторных батарей. Цель изобретения - повышение степени синусоидальности тока конденсаторной батареи и питающего напряжения. С помощью управляемых дросселей 9 и 1й.и тиристорных полностью управляемых ключей 1-8 формируют две идентичные последовательности возрастающих и спадающих импульсов тока через дроссели 9 и 10 параллельных ветвей. В результате суммирования этих токов получают ток конденсаторной батареи 11 синусоидальной формы. Изменение амплитуды тока конденсаторной батареи .осуществляется изменением значения выходного напряжения задающего генератора блока управления. 3 ил. Ж (Л

Г 7

JJ иг.1

Изобретение отнорится к электротехнике и может быть использовано для плавного регулирования мощности компенсирующих конденсаторных батарей.

Цель изобретения - повьппение степени синусоидальности тока конденсаторной батареи и питающего напряжения путем непрерывно-импульсного регулирования.

На фиг.1 дана принципиальная схем устройства регулирования; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.З - -временная диаграмма работы устройст- ва (указано напряжение на соответствующих элементах).

На фиг.1 обозначены полностью управляемые ключи, выполненные на тиристорах 1-8, управляемые дроссели 9 и 10, конденсаторная батарея 11, измерители 12-14 тока и диоды 15-18.

На фиг.2 обозначены задающий генератор 19 синусоидального напряжения, синхронизированного сетью, двухполупернодные выпрямители 20 и 21, усилители 22 и 23 с различными коэффициентами усиления, ждущие мультивибраторы 24 и 25, устройства 26 и 27 дифференцирования, триггеры 28-30, блоки 31-34 сравнения, усилитель-ограничитель 35, ключи 36 и 37, усилители 38 и 39 мощности, логические элементы И 40-47, ждущие мультивибраторы 48-55, усилители 56-63 мо щности, импульсные трансформаторы 64-71 и ключи 72-87.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное задающее напряжение с выхода генератора 19 поступает на вход двухполупериодного выпрямителя 20. Напряжение с выхода выпрямителя 20 поступает на два усилителя 22 и 23, а также на мультивибратор 24 контроля перехода синусоидальной функции через нуль. Коэффициент усиления усилителя 22 меньше коэффициента усиления усилителя 23, в результате чего на выходе усилителей 22 и 23 создаются напряжения Un, и Up одной формы, но. различной амплитуды. При переходе через нуль напряжения задающего генератора 19 переменного тока запускается ждущий мультивибратор 24, генерирующий импульс на запуск триггеров 28 и 29 с раздельными входами и расширителя

0

0

5

0

5

5

0

5

0

5

ми ИЛИ на входах. Выходное двухпо- лупериодное напряжение выпрямителя 20 поступает на вход усилителя 35, работающего в режиме ограничения сигналов так, что на выходе этого усилителя -формируются из синусоидального, входного напряжения импульсы прямоугольной формы постоянной аМпли- туды. Выходной сигнал триггера 28 поступает на первые входы логических .элементов И 40-42. При положительном полупериоде напряжения задающего генератора выходной сигнал усилителя 35 поступает на вторые входы логических элементов 40-42.

Наличие сигналов на обоих входах элементов И 40-42 приводит к появлению сигналов на их выходах. Выходными сигналами лоп ческих элементов 40-42 запускаются ждущие мультивибраторы 48, 50 и 52 соответственно. Выходные сигналы ждущих мультивибраторов усиливаются усилителями 56, 58 и 60 мощности,нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 64, 66 и 68. Импульсы положительной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 66 поступают на управляющий и главный входы ключей 76 и 77. На управляющий вход тиристора 1 пололои- тельные импульсы поступают через открывшийся ключ 77, а на управляющий вход тиристора 3 - через открывшийся ключ 76. Импульс положительной полярности с выхода ключа 77 обеспечивает включение тиристора 1, а положительный импульс с выхода ключа 76 обеспечивает включение тиристора 3. Импульсы отрицательной полярности с вторичных обмоток импульсных трансформаторов 64 и 67 поступают на управляющий и главный входы ключей 72 и 73, 80 и 81. Импульсы отрицательной полярности с выхода ключей 72, 73, 80 и 81, поступающие на управляющие входы соответственно тиристоров 2 и 4, 5 и 7, предназначены для их запирания и не могут вызвать их открытия. Сигнал с прямого выхода триггера 29 поступает на управляющий вход ключа 36, переводя его во включенное состояние. Под действием положительных импульсов на управляющих входах тиристоры 1 и 3 переходят во включенное состоя - ние и по цепи:нулевой вывод сети переменного тока, конденсаторная

батарея, измеритель 12 тока, диод 18, измеритель 13 тока, тиристор 3, управляемый дроссель 9, тиристор 1, диод 15, фаза А сети переменного тока начинает протекать ток.

Сигнал, пропорциональный току конденсаторной батареи i и до момента времени С, &t (фиг.З), где Д t - время задержки мультивибратор 25, равный ТОКУ i, первого управляемого дросселя, с преобразователя- 12 тока через двухполупериодный выпрямитель 21 поступает на вход диф- ференцирующего устройства 26, выход которого соединен с первым входом устройства 31 суммирования. Б компараторе 31 сигнал, пропорциональный первой производной тока конденсаторной батареи, сравнивается с первой производной задающего сигнала с выхода усилителя 23, прошедшего операцию дифференцирования в дифференцирующем устройстве 27. Выходной сигнал компаратора 31, следящий за равенством производных тока конденсаторной батареи i. и задающего, синусоидального сигнала большей амплитуды Up, , через включенный ключ 36 поступает на усилитель 38 мощности, который управляет реактивным сопротивлением дросселя 9 таким образом, что обеспечивается синусоидальная форма тока конденсаторной батареи на участке 0-t, (фиг.З). Одновременно передним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 24 запускается ждущий мультивибратор 25, создающий задержку времени и t ив момент t обеспечивающий запуск триг- гера 30 с расширителем ИЛИ на входе. Выходной сигнал триггера 30 поступает на первые входы логических элементов А4-46. Так как на вторых входах логических элементов 44-46 уже имелся сигнал, поступивший с выхода двухполупериодного выпрямителя 35, то на входах логических элементов 44-46 также появляется сигнал. Выходными сигналами логических элементов 44-46 запускаются ждущие мультивибраторы 49, 51 и 53. Выходные сигналы ждущих мультивибраторов усиливаются соответственно усилителями 57, 59 и 61 мощности, нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 65, 67 .и 69. Импульсы отрицательной полярности с вторичных обмоток импульсного транс4607344

форматора 67 поступают на управляющий и главный входы ключей 78 и 79. Ключи 78 и 79 открываются и импульсы r.j отрицательной полярности поступают на управляющие входы тиристоров 1 и 3, вызывая их закрытие.

Импульсы положительной полярности со вторичных обмоток импульсного 10 трансформатора 65 поступают на упг равляющий и главный входы ключей 74 и 75. На управляющий вход тиристора

3положительньш импульс поступает через открывшийся ключ 74, а на. уп15 равляющий вход тиристора 4 - через открывшийся ключ 75. Тиристоры 2 и

4переходят во включенное состояние.

что приводит к спаду тока i, дрос20

3(:

40

45

селя 9 на участке t,-t,-B процессе уменьшения энергии магнитного поля. Импульсы положительной полярности со вторичных обмоток импульсного трансформатора 69 поступают на управляющий и главный входы ключей 82 и 83. На управляющий вход тиристора 5 положительный импульс поступает через открывшийся ключ 83, а на управ. -яющий вход тиристора 7 - через открывшийся ключ 82. Тиристоры 5 и 7 переходят во включенное состояние, что приводит к возрастанию тока i дросселя 10 на участке в процессе увеличения, энергии магнитного поля.

Одновременно с переключением триггера 30 выходных импульсов ждущего мультивибратора 25 возвращаются в исходное состояние триггеры 28 и 29. Выходными сигналами триггера 29 отключается ключ 36, сигнал управления реактивным сопротивлением управляемого дросселя прекращается на входе усилителя 38 мощности и возникает на входе усилителя 39 мощности - начинается процесс управления реактивным сопротивлением управляемого дросселя 10 в цепи тока

50

Процесс одновременного спада тока i, в результате открытия тиристоров 2 и 4 и возрастания тока i в результате открытия тиристоров 5 и 7 контролируется выходным сигналом 55 компаратора 31 через ключ 36 и усилитель 38 мощности таким образом, что изменение тока конденсаторной батареи на участке , подчиняется синусоидальному закону изменения переменного напряжения задающего генератора 19.

В компараторе 34 уменьшающийся Ток i сравнивается с синусоидальны сигналом Uf, меньшего уровня, поступающим на вход компаратора с усилителя 22. В момент t равенства указанных сигналов компаратор 34 переключает триггеры 28-30, обеспечивая повторное включение тиристоров 1 и 3 и отключение тиристоров 2,4 и 5,7 Одновременно выходной сигнал компаратора 34 поступает на второй вхо логического элемента 47, на первом входе которого уже имелся сигнал с выхода усилителя 35. Выходной сигнал логического элемента 47 по цепо ке из ждущего мультивибратора 55j усилителя .63 мощности, импульсного трансформатора 71 через ключи 86 и 87 включает положительным импульсом тиристоры 6 и 8. В процессе умень- щения энергии магнитного поля дросселя 10 ток i начинает падать, одновременно происходит процесс возрастания тока i,, контролируемый сигналом с компаратора 31 через включенный ключ 37 и усилитель 39 мощности таким образом, что и на участке . (фиг.З) Ток конденсаторной батареи изменяется по синусоидальному закону. В компараторе 33 уменьшающийся ток i сравнивается с синусоидальным сигналом Ur, У меньшего уровня, поступающим на вхо компаратора после усилителя 22. В момент t равенства указанных сигналов компаратор 33 переключает триггеры 28 и 29f а также триггер 30 в состояние, обратное моменту времени обеспечивая включение тиристоро 4, 5. и 7 и отключение тиристоров 1 и 3, включение ключа 36 и отключение ключа 37. Одновременно выходной сигнал-компаратора 33 поступает на второй вход логического элемента 43, выходной сигнал которого по цепочке: ждущий мультивибратор 54, усилитель 62 мощности, импульсный трансформатор 70 и ключи 84 и 85 , отрицательным импульсом о тключае тиристоры 1 и 3. В результате ток дросселя 9 опять начинает падать, одновременно возрастает ток дросселя 10, контролируемый сигналом компаратора 31 через включенный ключ 36 и усилитель 38 мощности, таким образом, что и на участке ток

Ч

2 и

5

0

нагрузки изменяется по синусоидальному закону. Далее для четных и нечетных моментов времени процессы р устройстве повторяются.

Аналогично положительному полупериоду тока конденсаторной батареи происходят процессы управления током и при отрицательном полупериоде синусоидального, напряжения генератора 19, задающего ток отрицательного полупериода конденсаторной батареи. При этом в силовой части устройства включаются диоды 16 и 17 выпрямительного моста.

Для возможности получения нулевого значения тока конденсаторной батареи в конце каждого полупериода, на последнем интервале процесса управ0 ления после момента времени t в некоторый момент времени t, очередность переключения тиристоров нарушается таким образом, что оба тока i, и i, спадают до нуля. Наступление

5 момента t контролируется величиной и знаком первой производной тока конденсаторной батареи. С указанной целью выходной сигнал с дифференцирующего устройства 26 подается на компаратор 32, где сравнивается в конце полупериода с некоторой опорной величиной напряжения U , равного 90-95% максимального напряжения дифференцирующего устройства 26, контролирующего скорость изменения тока конденсаторной батареи. При равенстве сигналов на входе компаратор. 32 выдает сигнал, переключающий триггеры 28 и 30 в положение, обеспечивающее отключение тиристоров 1 и 3,

5и 7 и включение тиристоров 2 и 4,

6и 8 независимо от команд с компараторов 33 или 34 на их включение. Для получения необходимого фазового сдвига между синусоидальным напряжением задающего генератора 19.и напряжением сети задающий генератор синхронизирован фазовым напряжением сети (например, фазы А).

Для изменения амплиууды тока конденсаторной батареи изменяется величина выходного синусоидального напряжения- генератора 19. Таким образом, создается ток конденсаторной бата- g реи повьщ1енного качества, определяемый качеством напряжения задающего генератора и не зависящий от качества напряжения сети. Отклонение формы тока конденсаторной батареи от

5

0

5

0

синусоидальной практически не происходит благодаря непрерывному сложнию за первой производной тока конденсаторной батареи и компенсации возможных отклонений путем алгебраического суммирования импульсов ток непрямоугольной формы с нарастающим передним и спадающим задним фронтам и дополнительной коррекции формы тока конденсаторной батареи путем непрерывного изменения реактивного соротивления управляемь1х дросселей.

Формула изобретени

Устройство регулирования мощности конденсаторных батарей, содержащее дроссели, тиристоры, диоды, измерители тока и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения степени синусо 1даль- ности тока конденсаторной батареи и питающего напряжения путем непрерью- ногимпульсного регулирования, оно выполнено в виде диодного однофазного выпрямительного моста, диагональ переменного тока которого через измеритель тока конденсаторной батареи и конденсаторную батарею подключена к выводам для подключения к фазному и нулевому зажимам сети переменного тока, в диагональ постоянного тока диодного моста включены параллельно первой и второй цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных измерителя тока и диагона ги постоянного тока моста на полностью управляемых тиристорах, в диагональ переменного тока которого включен управляемый дроссель, при этом блок управления содержит задающий генератор синусоидального переменного напряжения сети, два двухполупериодных выпрямителя, два усилителя с различными коэффициентами усиления в линейном режиме, один усилитель в режиме ограничения, два дифференцирующих устройства, -десять ждущих мулыивибраторов, четыре блока сравнения, три триггера, восемнадцать ключей, десят усилителей мощности и восемь импульсных трансформаторов, причем выход задающего генератора соединен с входом первого двухполупериодного выпрямителя, выход которого подключен к входам первого и второго усилителей, входу первого ждущего мульти10

20

25

4607548

вибратора и к входу усилителя в ре- жиме ограничения, выход первого усилителя с меньшим коэффициентом усиления подключен к первым входам второго и третьего блоков сравнения,, вторые входы которых подключены соответственно к выходам измерителей тока второго и первого управляемых дросселей, выход третьего блока сравнения подключен к пррвьп прямым входам первого и третьего триггеров, первому инверсному входу второго триггера и к первому входу восьмого 15 логического элемента И, выход второго блока сравнения подключен к первым инверсным входам первого и третьего триггеров, первому прямому входу второго триггера и первому входу седьмого логического элемента И, выход второго усилителя с большим коэффициентом усиления через первое дифференцирующее устройство подключен к первому входу первого блока сравнения, к второму входу которого через второе дифференцирующее устройство и второй двухполупериодный выпрямитель подключен выход измерителя тока конденсаторной батареи, выход первого блока сравнения подключен к входам первого и второго ключей, на управляющие входы которых поданы сигналы соответственно с прямого и инверсного выходов третьего триггера, выход первого ждущего мультивибратора подключен к вторым прямым входам первого и третьего триггеров и через второй ждущий мультивибратор - к второму прямому входу второго триггера и вторым инверсным входам первого и третьего триггеров, выход второго дифференцирующего устройства подключен также к первому входу четвертого блока сравнения, на второй вход которого подан опорный сигнал, а его выход,соединен с третьим инверсным входом первого триггера и вторым инверсным входом второго триггера, выходы первого,и второго ключей подключены соответственно через первый и второй усилители мощности к управляющим входам первого и второго управляемых дросселей, выход первого триггера сое- g динен с-первыми входами первого, второго и третьего логических элементов И, выход второго триггера соединен с первыми входами четвертого, пятого и шестого логических элемен30

35

40

45

0

Фие2

k

Uf3