Устройство для регулирования трехфазного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/24 

CAB J 1

Изобретение относится к вторичным источникам питания. Целью изобретения является снижение расхода активных материалов. Для этого устройство содержит трехфазный сетевой трансформатор 1 с вторичной 2 и первичной 3 обмотками, трехфазный вспомогательный трансформатор 4 с вторичной 5 и первичной 6 обмотками, последняя выполнена с отводом от средней точки, ти- ристорные ключи 7-18 и выводы А, В, С и а, Ь, с для подключения трехфазной питающей сети и трехфазной нагрузки соответственно. Посредством использования тирис- торных ключей 7-18 возможно подключение первичной обмотки 6 вспомогательного трансформатора 4 к распределительной трехфазной сети пятью способами. Это позволяет на выводах А, В, С иметь пять различных уровней трехфазного напряжения, которые отличаются друг от друга на одну и ту же величину. К выводам А, В, С подключается один или несколько сетевых трансформаторов, напряжение которых можно регулировать -или стабилизировать в определенном диапазоне. 6 ил. ю (/

Л Д/Ж г%.

и

С5 Ю

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, для регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой.

Целью изобретения является снижение расхода активных материалов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения; на фиг. 2 - таблица стационарных режимов работы устройства и диаграммы напряжений на обмотках вспомогательного и сетевого трансформаторов; на фиг. 3 - блок-схема системы управления, защиты и сигнализации устройства; на фиг. 4 - схема блока счетчиков; на фиг. 5 - схема блока дешифратора; на фиг. 6 - схема блока усиления и гальванической развязки.

Устройство для регулирования трехфазного напряжения содержит трехфазный се- тевой трансформатор 1 с трехфазной вторичной 2 и трехфазной первичной 3 обмотками, трехфазный вспомогательный трансформатор 4 с трехфазной вторичной обмоткой 5 и трехфазной первичной обмоткой 6, выполненной с отводом от средней точки, тирис- торные ключи 7-18, выводы А, В, С и а, Ь, с для подключения трехфазной питающей сети и трехфазной нагрузки соответственно.

Система управления, защиты и сигнализации устройства для регулирования трехфазного напряжения содержит блок 19 пита- ния, измерительный орган 20, блок 21 сигнализации, блок 22 защиты, блок 23 синхронизации, блок 24 триггеров, блок 25 счетчиков, блок 26 дешифратора и блок 27 усиления и гальванической развязки.

При этом вход измерительного органа 20 соединен с выводами а, Ь, с, а выход - с соответствующими входами блока 24 триггеров, команды с которого определяют направление счета реверсивного счетчика (сложение или вычитание) блока 25 счетчиков. Ре- версивный счетчик производит счет до 2 в оба направления (добавить или отбавить). Состояния реверсивного счетчика и блока 24 триггеров расшифровываются блоком 26 дешифратора так, чтобы в каждом режиме работы устройства были включены опреде- ленные каналы управления. Каждый из каналов управляет определенной группой ти- ристорных ключей. Числом таких групп ти- ристорных ключей определяется число выходных каналов управления. Выходы каналов управления подключены к соответствую- щим входам тиристорных ключей.

Блок 25 счетчиков состоит из нереверсивного счетчика, собранного на элементах 28- 38, реверсивного счетчика, собранного на элементах 39-45, схем 46-48 совпадения и триггера 49.

Блок 26 дешифратора состоит из дешифратора 50, схем 51-54 совпадения и инверторов 55-57.

Блок 57 усиления и гальванической развязки состоит из усилительного элемента 58, транзисторного ключа 59 и оптотиристо- ров 60-65.

Устройство работает следующим образом.

При подключении питающей сети к выводам А, В, С на фазы первичной обмотки 6 вспомогательного трансформатора 4 через тиристорные ключи 7-18 поступает напряжение от зажимов а, Ь, с трехфазной вторичной обмотки 2 сетевого трансформатора 1. Фаза этого напряжения зависит от того, какие тиристорные ключи устройства ключе- ны в данном режиме в работу. Тиристорные ключи 14, 15 позволяют менять коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора 4 путем коммутации отвода от средней точки первичной обмотки 6. В зависимости от этого изменяемое по величине и фазе напряжение на вторичной обмотке 5 вспомогательного трансформатора 4 геометрически суммируется или вычитается с напряжением питающей сети. Это, в свою очередь, приводит к изменению напряжения на первичных обмотках одного или нескольких сетевых трансформаторов, которые подключаются к зажимам А , В , С .

В связи с этим величина напряжения на выводах а, Ь, с для подключения трехфазной нагрузки определяется в зависимости от возможных режимов работы вспомогательного трансформатора 4. При выбранном количестве тиристорных ключей 12 штук возможны пять следующих стационарных режимов работы:

режим «Закоротка, когда с помощью тиристорных ключей 15-16 фазы первичной обмотки 6 вспомогательного трансформатора 4 закорочены и напряжение на выводах а, Ь, с определяется коэффициентом трансформации сетевого трансформатора 1;

режим «Отбавить-1, когда при неизменном напряжении питающей сети включены тиристорные ключи 15-16, 10-12, при этом векторы фазных напряжений первичной обмотки 3 сетевого трансформатора 1 уменьшены на вектора максимально возможного напряжения вторичной обмотки 5 вспомогательного трансформатора 4;

режим «Отбавить-2, когда при неизменном напряжении питающей сети включены тиристорные ключи 13-14, 10-12 и векторы фазных напряжений первичной обмотки 3 сетевого трансформатора 1 уменьшены на вектора максимально возможного напряжения вторичной обмотки 5 вспомогательного трансформатора 4;

режим «Добавить-1, когда при неизменном напряжении питающей сети включены тиристорные ключи 17-18, 7-9 и векторы фазных напряжений первичной обмотки 3 сетевого трансформатора 1 увеличены на /2л/3 вектора максимально возможного

апряжения вторичной обмотки 5 вспомогаельного трансформатора 4;

режим «Добавить-2, когда при неизменом напряжении питающей сети включены иристорные ключи 13-14, 7-9 и векторы фазных напряжений первичной обмотки 3 сетевого трансформатора 1 увеличены на 1 /S/3 вектора максимально возможного напряжения вторичной обмотки 5 вспомогательного трансформатора 4.

Рассмотрим процесс регулирования выходного напряжения путем перевода вспомогательного трансформатора 4 из одного режима в другой . Пусть в исходном состоянии вспомогательный трансформатор 4 находится в режиме работы «Закоротка и включены тиристорные ключи 15-16, 17-18бла- годаря включенным выходным каналам ЗЬ и 4Ь в блоке 26 дешифрат9ра Все фазы первичной обмотки 6 вспомогательного трансформатора 4 тиристорными ключами замкнуты накоротко и последний находится в режиме трансформатора тока. Напряжение на зажимах первичной обмотки 3 сетевого трансформатора 1 (зажимы А , В , С ) равно напряжению питающей сети (напряжению между зажимами А, В, С).

Например, для уменьшения напряжения на выводах а, Ь, с на одну ступень регулирования осуществляется перевод вспомогательного трансформатора 4 в режим работы «Отбавить-1 Для этого с измерительного органа 20 на блок 24 триггеров поступает команда «Отбавить (сигнат логической «l)v. Блок 24 через блок 25 счетчиков и блок 26 дешифратора в определенный момент времени, стробированный с импульсом блока 23 синхронизации, выключает канал управления ЗЬ в блоке 26 и одновременно с этим включает канал управления 5Ь Тиристорные ключи 16-18 отключаются, а тиристорные ключи 32-34 включаются.

После выключения тиристорных ключей 15-16 первичная обмотка 6 вспомогательного трансформатора 4 оказывается соединенной по схеме «звезда. Питание обмотки 5, напряжением которой питается первичная обмотка 6 вспомогательного трансформатора 4, не совпадает с фазами последней. Входные зажимы первичной обмотки 6 вспомогательного трансформатора 4 замкнуты накоротко включенными тиристорными ключами 17-18. Векторные диаграммы напряжения питающей сети (L , U&c , UeA ) и напряжений фаз первичной обмотки 3 сетевого трансформатора 1 (UA , U& , Uf ) для данного режима работы показаны в таблице на фиг. 2. Весь процесс изменения напряжения на одну ступень регулирования занимает по времени не более 0,5 периода питающего напряжения.

Блок 25 счетчиков работает следующим образом.

Команды, поступающие от блока 24 триггеров, определяют направление счета реверсивного счетчика (сложение и вычитание). Направление счета задается триггером 43. Нереверсивный счетчик осуществляет счет «1. Исходное состояние нереверсивного

счетчика осуществляется подачей сигнала логического «О на вход «4С элемента 36. При этом на его выходе устанавливается состояние логической «1. Все три разряда (2°, 21, 22) реверсивного счетчика обнулены. Нереверсивный счетчик передним фронтом импульса, приходящего на вход «5с элемента 36 с блока 23 синхронизации, сбрасывается по входу «С элемента 36. При этом на выходе элемента 36 появляется сигнал логического «О, который изменяет состоя5 ние реверсивного счетчика на единицу, а задним фронтом этого импульса по входу «С элемента 36 устанавливается на выходе этого элемента исходное состояние (логическая «1).

Состояние реверсивного счетчика бло0 ка 25 счетчиков и блока 24 триггеров расшифровывается блоком 26 дешифратора так, чтобы в каждом режиме работы устройства были включены определенные каналы управления. Всего каналов управления пять (1Ь,

5 2b, 3b, 4b, 5b).

Блок 27 усиления и гальванической развязки работает следующим образом.

Покажем работу блока 27 на примере одного канала. Если на одном из входов блока 27, например на входе ЗЬ, присутствует сигнал логический «О, то транзисторный ключ 59, ранее запертый смещением от источника +15В, открывается и включает оптронные тиристоры 60- 65. Оптотиристо- ры 60 и 61 включают тиристорный ключ 7,

™ оптотиристоры 62 и 63 - тиристорный ключ 9, оптотиристоры 64-65 - тиристорный ключ 11. Таким образом, при наличии на входе выходного каскада сигнала логического «О происходит включение оптотирис0 торов 60-65, а следовательно, и включение соответствующих тиристорных ключей. Наоборот, при наличии на входе выходного канала управления сигнала логической «1 соответствующие тиристорные ключи будут выключены. Необходимая энергия для пита5 ния цепей управления силовых тиристорных ключей отбирается непосредственно с зажимов самих тиристорных ключей, так как выходные зажимы оптотиристоров включаются между анодом и управляющими электродами соответствующих силовых тиристоров.

Такое сопряжение системы управления устройством с силовыми тиристорными ключами через маломощные оптотиристоры обеспечивает высокую надежность и экономичность работы устройства

5Блок 19 питания, измерительный орган 20.,

блок 21 сигнализации, блок 22 защиты и блок 24 триггеров схемотехнически такие же, как у известного технического решения, взятого в качестве прототипа

Таким образом, описанное устройство позволяет получать пять различных уровней трехфазного напряжения, которые отличаются друг от друга на одну и ту же величину; подключать к выходным зажимам один или несколько сетевых трансформаторов, напряжение которых можно регулировать или стабилизировать в определенном диапазоне; снизить расход активных материалов. Это связано с тем, что у устройства вторичная обмотка вспомогательного трансформатора подключена к выходным зажимам первичной обмотки сетевого трансформатора, которые находятся на крыше бака сетевого трансформатора. В связи с этим нет необходимости в конструкционной переделке сетевого трансформатора. Кроме того, у предлагаемого устройства для его обслуживания и ремонта используется коммутационная аппаратура, которая уже имеется на существующих трансформаторных подстанциях и используется для обеспечения нормальной эксплуатации сетевых трансформаторов.

Формула изобретения

Устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее трехфазный силовой трансформатор, трехфазный вспомогательный трансформатор и двенадцать ключей переменного тока, причем первые выводы первичных обмоток силового транс-

5 0

5

0

форматора соединены с первыми выводами соответствующих фазных вторичных обмоток вспомогательного трансформатора, крайние выводы первичных обмоток которого подключены к первым выводам соответствующих с первого по шестой ключей переменного тока, отличающееся тем, что, с целью снижения расхода активных материалов первичные обмотки вспомогательного трансформатора снабжены отводами от средней точки, которые соединены между собой посредством шестого и седьмого ключей переменного тока, причем вторые выводы ключей переменного тока с первого по шестой объединены попарно для каждой фазы и подключены к одному из выводов вторичной обмотки силового трансформатора соответствующей фазы, куда также подключен соответствующий выходной вывод, другие выводы вторичных обмоток силового трансформатора объединены, вторые выводы вторичных обмоток вспомогательного трансформатора подключены к соответствующим фазным входным выводам, вторые выводы первичных обмоток силового трансформатора объединены, при этом крайние выводы одной фазной первичной обмотки вспомогательного трансформатора соединены с соответствующими крайними выводами двух других фазных первичных обмоток вспомогательного трансформатора посредством оставшихся четырех ключей переменного тока.

Фиг. 2

В 5л о к 23 синхронизации

Л

-т Л

1Q «2а «г

За «

Ш

&5лок2Ь

вдлок22 защиты

516

-

Йи

J

5

W

Фиг. 5