Устройство для управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное Советский патент 1992 года по МПК H02M5/12 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное, работающего под нагрузкой, в частности для управления регулированием питающего напряжения преобразовательных агрегатов электролизных /становок цветной металлургии и химической промышленности.

Известен трехфазный трансформатор с пофазным регулированием напряжения, содержащий сетевую обмотку, регулировочную обмотку и переключающие устройства

с подвижными контактами на каждой из фаз трансформатора.

Недостатками данного устройства являются большие массогабаритные показатели вследствие применения трех переключающих устройств и низкий ресурс переключений, ограниченный электрической износостойкостью механических контакторов.

Известно так-ке устройство для регулирования напряжения трехфазного трансформатора, содержащее три однофазных переключателя, осуществляющее пофазное регулирование.

VI со ю

4 СЛ

ю

Недостатками данного устройства являются большие массогабаритные показатели вследствие применения трех однофазных переключателей с раздельными приводными механизмами и низкий ресурс переключений.

Известен регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трансформатор, регулирующий орган в виде нескольких групп тиристоров, генератор импульсов, синхронизируемый напряжением сети, блок элементов И, реверсивный п-разряд- ный счетчик, компаратор, датчик напряжения, управляемый k-разрядный делитель частоты и D-триггер.

Недостатками данного устройства явля- ются большие массогабаритные показатели при большом до 100% диапазоне регулирования напряжения вследствие необходимости использования большого числа тиристоров с охладителями, постоянная коммутация тиристоров без осуществления регулирования напряжения трансформатора, вызывающая дополнительные потери мощности и нагрев тиристоров, ухудшение качественных параметров электроэнергии питающей сети при использованном число- импульсном способе регулирования напря- жения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащее тиристорные ключи переменного тока, одними своими выводами подключенными через подвижные контакты Механического переключателя к отводам обмоток трансформатора, а другими - к крайним отводам токоограничивающих реакторов, средние выводы подключены к зажимам соответствующих фаз питающей сети, формирователи управляющих импульсов тиристоров, индикаторы знака напряжения сети и ком- мутирующего напряжения с выводами поло- жительных и отрицательных знаков, индикатор совпадения знаков напряжения сети коммутирующего напряжения одной фазы, блок синхронизации по напряжению сети, входы которого соединены с выходами индикатора знака напряжения сети, с управляющими цепями Выше, Ниже, с выходами индикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, а выходы блока синхронизации соединеныссоответствующимиформирователями управляющих импульсов тиристоров.

Недостатком известного регулируемого преобазователя переменного напряжения в

переменное является низкая точность регулирования вследствие невозможности регулирования напряжения в пределах ступени регулирования обмотки трансформатора.

Целью изобретения является повышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для переключения отводов трансформатора под нагрузкой снабжено блоком пофазного регулирования, включающим в себя генератор тактовых импульсов, первый и второй двухвходовые элементы И-НЕ, двоичный реверсивный счетчик, дешифратор с семью входами и семью выходами, реализующий соответствие выходных с входными сигналами в соответствии с таблицей истинности, приведенной на фиг. 4, реле времени, первый, второй и третий двухвходовые элементы ИЛИ-НЕ, первый, второй и третий D-триггеры, первый и второй двухвходовые элементы И, первый и второй инверторы, первый и второй JK-триг- геры, причем третий и четвертый входы дешифратора предназначены для подачи на них сигналов Выше. Ниже и соединены соответственно с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И, а также с первым и вторым установочными входами реле времени, выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И-НЕ и с синхронизирующими входами первого и второго JK-триггеров, другие входы первого и второго элементов И-НЕ подключены соответственно к двум первым выходам дешифратора, а входы первого и второго элементов И-НЕ к соответствующим счетным входам двоичного реверсивного счетчика, два выхода которого соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, пятый вход которого подключен к выходу индикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, а шестой и седьмой входы - к соответствующим двум выходам реле времени, первый, второй и третий D-триггеры своими выходами соединены с соответствующими формирователями управляющих импульсов, а D-входами - соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами дешифратора, С-входами - соответственно с выходами первого и третьего элементов ИЛИ-НЕ, входы которых подключены к выходам соответствующих индикаторов знака сетевого напряжения, вторые входы элементов И подключены к шестому и седьмому выходам дешифратора, J-входы первого v второго JK-триггеров подсоединены соответственно к выходам первого и второго элементов И, а К-входы

через первый и второй инверторы - к выходам тех же элементов И, выходы первого и второго JK-триггеров предназначены для подключения к управляющим цепям приводного механизма механического переключателяотводовобмотоктрансформатора.

Введение блока пофазного регулирования обеспечивает пофазное регулирование напряжения трансформатора в пределах регулировочной ступени посредством переключения тиристорных ключей в каждой фазе, тем самым увеличивая число ступеней регулирования трехфазного трансформатора при заданном количестве отводов регулировочных обмоток трансформатора, повышая точность регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой в три раза.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы при повышении напряжения; на фиг. 3 - временные диаграммы при понижении напряжения.

На фиг. 2 и 3 даны следующие обозначения:

62(84) - напряжение на зажимах фазы А первичной обмотки трансформатора;

63(85) - сигнал с выхода индикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, определяющий положение контактов механического переключателя отводов трансформатора (О - четное, 1 - нечетное положение);

64(86)-сигнал управляющей цепи Выше ;

65(87) - сигнал управляющей цепи Ниже ;

66(88) - импульсы, вырабатываемые генератором тактовых импульсов;

67(89) - сигнал выхода Q1 дешифратора;

68(90) - сигнал выхода Q2 дешифратора;

69(91) - сигнал на прямом счетном входе счетчика;

70(92) - сигнал на обратном счетном входе счетчика;

71(93) - сигнал младшего разряда на выходе счетчика;

72(94) -г сигнал старшего разряда на выходе счетчика;

73(95) - сигнал выхода Q3 дешифратора;

74(96) - сигнал выхода Q4 дешифратора;

75(97) - сигнал выхода Q5 дешифратора;

76(98) - сигнал выхода Q6 дешифратора;

77(99) - сигнал выхода Q7 дешифратора;

78(100) - сигнал выхода JK-триггера; 79 (101) - сигнал выхода JK-триггера;

80(102) - сигнал, соответствующий положительной полуволне сетевого напряжения фазьгА;

81(103) - сигнал, соответствующий от- 0 рицательной полуволне сетевого напряжения фазы А на выходе индикатора знака напряжения сети;

82(104) - сигнал синхронизации импульсов управления на выходе элемента

5 синхронизации импульсов управления на выходе элемента ИЛИ-НЕ;

83(105) - синхронизированный сигнал управления тиристорным ключом переменного тока фазы А на прямом выходе D-триг0 гера.

Устройство содержит тиристорные ключи 1 и 2 переменного тока, с зажимами 3 и 4, которые посредством подвижных контактов 5 и 6 механического переключателя с

5 электромеханическим приводом 7 могут быть соединены с любыми двумя соседними ответвлениями X1...XN регулируемой обмотки 8 трансформатора, токоограничиваю- щий реактор 9, своими крайними выводами

0 соединенный с входными концами тиристорных ключей 1 и 2, а средним выводом исключенным к питающей сети, формирователи 10 и 11 управляющих импульсов тиристорных ключей.

Названные элементы составляют сило5 вой блок 12 одной из фаз устройства, подключенный к выводам 13 и 14 питающей сети.

Две другие фазы устройства имеют такие же силовые блоки 15 и 16, подключен0 ные соответственно к зажимам 17, 18 и 19, 20 питающей сети.

Силовые блоки своими выводами могут соединяться либо по схеме Y, либо по схеме D в зависимости от того, как должны быть соединены обмотки 8 трансформатора.

5К зажимам питающей сети всех трех фаз

подключены своими входами индикаторы 21-23 знака напряжения сети.

К зажимам 3 и 4 силового блока 12 подсоединен своими входами индикатор 24

0 знака коммутирующего напряжения.

Индикаторы 21-24 представляют собой преобразователи переменного синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы одной полярности, причем прямоугольные импульсы одного из выхо5 дов индикаторов соответствуют положительным полуволнам синусоидального входного напряжения, а на другом - отрицательным полуволнам.

.

Выходы индикаторов 21 и 24 подсоединены к входам индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения. Индикатор 25 совпадения знаков сетевого и коммутирующего напряжения представляет собой фазный компаратор.

Блок 26 пофазного регулирования имеет входные и выходные цепи 27-43, а также включает в себя генератор 44 тактовых импульсов, два двухвходовых элемента И-НЕ 45 и 46, двоичный реверсивный счетчик 47, дешифратор 48, реле 49 времени, три двухвходовых элемента ИЛ И-НЕ 50-52, три D- триггера 53-55, два двухвходовых элемента И 56 и 57, два инвертора 58 и 59, два JK-триг- гера 60 и 61.

Генератор 44 импульсов представляет собой мультивибратор с болыцой скважностью выходных импульсов, частота следова- ния которых выбирается из условий скорости регулирования напряжения трансформатора и должна быть fr т.и 2 Тпит.сети.

Два элемента И-НЕ 45 и 46 двумя своими входами соединены с выходом генератора 44 тактовых импульсов, а двумя своими выходами с прямым и обратным счетными входами двоичного реверсивного счетчика 47 соответственно, выходы младшего и старшего разрядов которого соединены с входами А1, А2 дешифратора 48, а входы A3. А4 соединены с цепями 27,28 управления Выше, Ниже, вход А5 - с выходами индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, входы А6, А7 дешифратора 48 подключены к выходам реле 49 времени,установочные входы которого соединены с цепями управления Выше, Ниже. Выходы дешифратора 48 сое- динены;01-с вторым входом элемента И-НЕ 45; 02-с.вторым входом элемента И-НЕ 46;Q3,Q4,Q5- с D-входами D-триггеров 53- 55 соответственно; Q6-C входом элемента И 56;Q7- с входом элемента И 57. D-триггеры 53-55 засинхринизированы по входам С от выходов элементов ИЛ И-НЕ 50-52, входы которых соединены с выходами индикаторов 21-23 знака напряжения сети соответственно. Прямые выходы D- триггеров соединены с входами формирователей управляющих импульсов тиристорных ключей четных отводов механического переключателя, а инверсные выходы D-триггеров-с формирователями управляющих импульсов тиристорных ключей нечетных отводов соответствующих фаза.

Вторые входы элементов И 56 и 57 подключены к цепям управления Выше, Ниже, а выходы элементов 56 и 57 соединены с J -входами и через инверторы 58 и 59 - с

К-входами JK-триггеров 60 и 61, которые по входам С засинхронизированы с выхода генератора 44 тактовых импульсов. Выходы JK-триггеров 60 и 61 подключены к цепям управления электромеханического привода

0 7.

Устройство работает следующим образом.

Допустим механический переключатель отводов трансформатора находится в поло5 жении, при котором тиристорный ключ 1 подключен через подвижные механические контакты переключателя к отводу обмотки 8, соответствующему большему числу витков, чем у отвода, к которому подключен

0 тиристорный ключ 2. При таком положении механического переключателя фазы прямоугольных импульсов выходов индикаторов 21 и 24 напряжения сети и коммутирующего напряжения будут совпадать, а на выходе

5 индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения будет высокий логический уровень, соответствующий логической единице (1). Такое положение будем называть нечет0 ным. При переходе в следующее положение механического переключателя к отводу, соответствующему большому числу витков обмотки 8, будет подключен тиристорный ключ 2. Сигналы на выходах индикатора 21

5 знака напряжения сети и индикатора 24 знака коммутирующего напряжения будут в противофазе, а на выходе индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения будет низкий

0 уровень напряжения, соответствующий логическому нулю (О). Это положение будем называть четным.

На фиг. 1 изображено нечетное положение механического переключателя, при

5 этом на вход А5 дешифратора 48 поступает логическая единица. В момент ti в цепи 27 управления Выше устанавливается уровень логической единицы. На выходе 01 дешифратора 48 устанавливается (в

0 соответствии с таблицей истинности) уровень 1, разрешающий прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 44 на прямой счетный вход двоичного реверсивного счетчика 47 через элемент И-НЕ 45.

5 Начиная с этого момента, по передним фронтам инвертированных сигналов генератора тактовых импульсов информация на выходах счетчика 47 будет меняться в двоичном коде. В момент t2 (фиг. 2) - 01, t4 - 11. .

При появлении на обоих выходах счетчика 47 уровня 1 на выходах 01 и 02 устанавливаются уровни О, что запрещает прохождение тактовых импульсов на счетные входы счетчика и запрещает дальней- ший счет в прямом направлении. Информация с выходов счетчика 47, поступающая на входы А1, А2 дешифратора 48, преобразуется им из двоичного кода в сигналы управления тиристорными ключами трех фаз и подается с выходов дешифратора Q3, Q4, Q5 на D-входы D-триггеров 53-55, которые синхронизируют импульсы управления по сигналам, поступающим с выходов элементов ИЛИ-НЕ 50-52. Получение синх- ронизированного управляющего импульса тиристорным ключом 2 фазы А показано на диаграммах 80-83 (фиг. 2). Управляющий импульс тиристорного ключа 1 является инверсным импульсу управления тиристорно- го ключа 2. В момент времени ts (фиг. 2) происходит коммутация тиристорных ключей фазы А, открывается ключ 2, на выпрямительной нагрузке трансформатора напряжение увеличивается. Моменты пере- ключения импульсов управления фаз В и С на диаграммах не показаны, они производятся по синхроимпульсам, вырабатываемым по сигналам индикаторов 22 и 23 знака сетевого напряжения соответствен- но. Как видно из диаграмм (фиг. 2 и 3) и таблицы истинности дешифратора 48, поступление тактовых импульсов на счетные входы счетчика 47 осуществляется только при наличии уровня логической единицы ли- бо в цепи 27 Выше, либо в цепи 28 Ниже, Чередуя уровень 1 с уровнем О в цепях управления Выше, Ниже, осуществляется возможность установить любой код от 00 до 11 на выходе счетчика 47, а следо- вательно, в пределах одной ступени обмотки 8 на выпрямительной нагрузке трансформатора - три уровня напряжения, что дает возможность повысить точность регулирования напряжения на выпрямитель- ной нагрузке в три раза.

При установившемся коде 11 на выходе счетчика 47, нечетном положении контактов механического переключателя отводов трансформатора, высоком логическом уров- не в цепи управления Выше на выходе элемента И 56, на J-входе JK-триггера 60 устанавливается уровень 1, а на К-входе того же триггера ему инверсный уровень О, а по переднему фронту тактового им- пульса, поступающего на С-вход триггера (момент te, диаграмма 78, фиг. 2), на его выходе появится логическая единица, соответствующая команде на переключение приводного механизма 7 механического переключателя в сторону повышения напряжения. Привод переключает контакты механического переключателя. С приходом контактов в новое фиксированное положение на выходе индикатора 25 устанавливается О, что соответствует четному положению контактов механического переключателя. На фиг. 2 момент t соответствует размыканию нечетных контактов механического переключателя, ts - замыканию нечетных контактов в новом фиксированном положении переключателя. В момент ts изменится сигнал на выходе индикатора 25, на выходе 06 дешифратора 49 устанавливается О, что запретит подачу команды на приводной механизм, и с приходом тактового импульса на выходе JK-триггера 60 установится уровень логического нуля.

При условии, что в цепи управления Выше -уровень 1, происходит дальнейшее регулирование (повышение) напряжения, но при этом уровень логической единицы устанавливается не на выходе Q1, а на выходе Q2 дешифратора 48, и тактовые импульсы подаются на обратный счетный вход счетчика 47 (диаграмма 70), код на выходе счетчика уменьшается с частотой тактовых импульсов, что приводит, в конечном итоге, к выключению тиристорных ключей 2 и включению тиристорных ключей 1, обеспечивающих в четном положении контактов механического переключателя более высокий уровень напряжения на выпрямительной нагрузке трансформатора.

Регулирование напряжения на понижение производится в обратной последовательности при подаче в цепь 28 управления Ниже уровня логической единицы.

Так как при пофазном регулировании напряжения трансформатор работает в несимметричном режиме, то для выравнивания нагрузки между фазами во времени и устранения перегрева обмотки какой-либо фазы в устройство введено реле 48 времени, которое устанавливается в нулевое положение при уровне 1 в любой из цепей управления Выше или Ниже. Если в обеих цепях управления уровни О, то информация на выходах реле 49 времени изменяется вдвоичном коде 00, 01, 10, 00, 01 и т.д. с интервалами времени, зависящими от условий эксплуатации трансформатора.

При этом информация на выходах Q3, Q4, Q5 дешифратора 48 циклично сдвигается (таблица).

Изменение кода на выходах А6, А7 дешифратора 48 не влияет на изменение сигналов остальных выходов дешифратора: Q1 - разрешение прохождения тактовых импульсов на прямой счетный вход счетчика 47; Q2 - на обратный; Q6, Q7 - разрешение подачи управляющих импульсов на приводной механизм 7 механического переключателя отводов обмоток трансформатора.

Общий диапазон регулирования напряжения задается числом ответвлений регулируемой обмотки трансформатора, а точность -1/3 величины напряжения ступени.

Предлагаемое устройство позволяет регулировать напряжение в пределах одной ступени регулируемой обмотки, т.е. позволяет увеличить число ступеней регулирования в три раза при заданном количестве отводов регулируемой обмотки и, следовательно, повысить точность регулирования напряжения на нагрузке в три раза при минимальном количестве тиристорных ключей.

Формула изобретения Устройство для управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное с механическим переключателем отводов обмоток трансформатора, содержащее формирователи управляющих импульсов тиристоров, индикаторы знака напряжения сети и коммутирующего напряжения по числу фаз с выводами положительного и отрицательного знаков, индикатор совпадения знаков на- пряжения сети и коммутирующего напряжения одной фазы, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, оно снабжено блоком по- фазного регулирования, включающим в себя генератор тактовых импульсов, первый и второй двухвходовые элементы И-НЕ, двоичный реверсивный счетчик, дешифратор с семью входами и семью выходами, реализующий соответствие выходных с входными сигналами в соответствии с таблицей истинности, реле времени, первый, второй и третий двухвходовые элементы ИЛИ- НЕ, первый, второй и третий D-триггеры,

первый и второй двухвходовые элементы И, первый и второй инверторы, первый и второй JK-триггеры, причем третий и четвертый входы дешифратора предназначены для

подачи на них сигналов Выше, Ниже и соединены соответственно с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И, а также с первым и вторым установочными входами реле времени, выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И-НЕ и с синхронизирующими входами первого и второго J К-триггеров, другие входы первого и второго элементов И-НЕ подключены соответственно к двум первым выходам дешифратора, а входы первого и второго элементов И-НЕ - к соответствующим счетным входам двоичного реверсивного счетчика, два выхода которого соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, пятый вход которого подключен к выходу индикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, а шестой и седьмой входы

- к соответствующим двум выходам реле времени, первый, второй и третий D-тригге- ры выходами соединены с соответствующими формирователями управляющих импульсов, а D-входами - соответственно с

третьим, четвертым и пятым выходами дешифратора, С-входами - соответственно с выходами первого и третьего элементов ИЛИ-НЕ, входы которых подключены к выходам соответствующих индикаторов знака

сетевого напряжения, вторые входы элементов И подключены к шестому и седьмому выходам дешифратора, J-входы первого и второго JК-триггеров подсоединены соответственно к выходам первого и второго элементов И, а К-входы через первый и второй инверторы - к выходам тех же элементов И, выходы первого и второго J К-триггеров предназначены для подключения к управляющим цепям приводного механизма механического переключателя отводов обмоток трансформатора.

X - любое состояние

#

ел ел

-&8

30

л

If

Г1-J-C J.

iO.

JIHL I LZL:en

VLо.

i

1CS

Л

.ЛЦЛD0: Ц Л-Г

ll Ј/J rt 5 (4 ,7

Фм.З

t л гг(

Сущность изобретения: устройство управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное включает индикаторы знака напряжения сети индикатор знака коммутирующего напряжения, индикатор совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения и блок пофазного регулирования. Переключения ответвлений трансформатора осуществляются при совместной работе ти- ристорных ключей и механического переключателя ответвлений или при помощи только тиристорных ключей в пределах ступени регулировочной обмотки трансформатора. Подвижные контакты механического переключателя поочередно переключают нечетные и четные ответвления без тока. Блок пофазного регулирования формирует управляющие импульсы тиристорных ключей, синхронизированные по напряжению сети.3 ил сл с