Стабилизированная трехфазная система питания Советский патент 1992 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания образцовых источников параметров качества промышленной сети.

Известна стабилизированная трехфазная система питания, содержащая преобразователь однофазного напряжения е трехфазное с нулевым проводом, в цепь каждой фазы которой включен стабилизатор первой гармоники с избирательным узлом сравнения, опорным элементом, основным регулируемым делителем, выходим, подключенным к выходному выходу соответствующей фазы, и выходным трансформатором, при этом к выходам фаз преобразователя подключены входы соответствующего фазовращателя и узел индикации симметрии.

Недостатком этого устройства является невысокая точность воспроизведения нормирования параметров качества электроэнергии, а также ручная установка фазовой симметрии.

Другим аналогом является устройство, содержащее преобразователь однофазного напряжения в трехфазное с нулевым проводом, в цепь каждой фазы которого включены последовательно соединенные регулируемые фазовращатели, дополнительные регулируемые делители напряжения, стабилизаторы первой гармоники переменного напряжения с трансформаторным выходом и основные регулируемые делители

4 1 1

Ю 00

напряжений, входы и выходы которых через переключатель подключаются к узлу индикации симметрии, а также избирательный узел сравнения, один вход которого соединен с выходом опорного элемента, содержа- щий усилитель-ограничители, выход которого подключен к управляющему входу прерывателя, и источник опорного напряжения, выход которого соединен с входом прерывателя, выход прерывателя является выходом опорного элемента.

Недостатком этого устройства является ручная установка фазовой симметрии, а также наличие в устройстве трех независимых опорных элементов, определяющих уро- вень амплитуд выходных напряжений и трех избирательных узлов сравнения, определяющих коэффициент стабилизации переменного напряжения, что приводит к большим сложностям при установке высо- кой степени идентичности амплитуд опор- . ных напряжений.

Наиболее близким аналогом данного устройства является стабилизированная трехфазная система питания, содержащая преобразователь однофазного напряжения в трехфазное с нулевым проводом, в цепь каждой фазы которого включены последовательно соединенные регулируемые фазовращатели, дополнительные регулируемые делители напряжения, стабилизаторы первой гармоники переменного напряжения с трансформаторным выходом и основные регулируемые делители напряжения. Устройство автоматически устанавливает „ фазовую симметрию. Наличие в устройстве одного опорного элемента и одного избирательного узла сравнения позволило значительно уменьшить погрешность установки фазовой симметрии системы.

Однако выходное напряжение стабилизированной трехфазной системы питания не является строго синусоидальным, что в конечном счете оказывает влияние на точность поддержания его на номинальном уровне. Наличие высших гармоник в выходном напряжении обусловлено нелинейностью мощных активных элементов схемы и выходных трансформаторов, широким диапазоном номинальных выходных напряже- ний -57, 100, 220, 380 В и пульсациями питающего напряжения.

Влияние несинусоидальности выходного напряжения на точность его поддержания на номинальном уровне проявляется следующим образом.

В опорном элементе прототипа усилителем-ограничителем формирователем напряжение прямоугольной формы из фазного выходного напряжения. Затем по(D

средством прерывателя и источника опорного напряжения на выходе прерывателя формируется опорное прямоугольное напряжение, противофазное выходному, причем фронты опорного прямоугольного напряжения соответствуют нуль-переходам выходного напряжения. Но из-за наличия в выходном напряжении высших гармоник нуль-переход его первой гармоники получается смещенным по отношению к нуль-переходу первой гармоники опорного прямоугольного напряжения, вследствие чего появляется ложный сигнал рассогласования сравниваемых напряжений, приводящий к изменению номинального значения выходного напряжения. Относительная погрешность стабилизации амплитуды первой гармоники выходного напряжения в каждой фазе от указанной причины выражается формулой

2shW2

cos р где р - начальный сдвиг фазы первой гармоники относительно нуль-перехода искаженной синусоиды.

Из выражения (1) следует, что при угле сдвига фаз р между нуль-переходом основной и искаженной синусоиды в 1° (соответствует коэффициенту несинусоидальности, равному 5%) погрешность стабилизации номинального уровня выходного напряжения составляет 0,1%, что на порядок снижает возможности по точности данного устройства. Для удовлетворения требований ГОСТ 13109-87 точность воспроизведения параметров качества электроэнергии должна быть в пределах 0,03-0,05%, что обуславливает стабилизации выходного напряжения каждой фазы с погрешностью, не превышающей 0.01%.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения параметров качества электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированную трехфазную систему питания дополнительно введены первый, второй и третий управляемые фазовращатели, соответствующие входы которых подключены к выходам трехфазного генератора, а выходы через введенный коммутатор К2 соединены с входом опорного элемента, схема управления через введенные интегратор, перемножитель и фазосд- вигающее звено соединена с выходом избирательного усилителя, два выхода схемы управления подключены к соответствующим входам первого, второго и третьего управляемых фазовращателей, третий выход соединен с входом 7 блока стабилиэаторов. управляющие входы трех управляемых фазовращателей, коммутатора К2 и интегратора подключены к соответствующим выходам блока стабилизаторов, а второй вход перемножителя подключен к выходу 2 опорного элемента.

Новым в предлагаемом устройстве является то. что в него введены три управляе- мых фазовращателя, коммутатор 2, фазосдвигающее звено, перемножитель, интегратор, схема управления и связи между ними.

Данные устройства широко известны в измерительной технике, однако совместное использование этих устройств в совокупности с новыми связями не встречается в известной технической литературе и позволяет достигнуть поставленную цель - повышение точности воспроизведения параметров качества электроэнергии.

На чертеже представлена блок-схема стабилизированной трехфазной системы питания.

Устройство содержит трехфазный генератор основной гармоники 1, выходы которого подключены к соответствующим входам блока стабилизаторов 2, а выходы UIAH, UIBH, UICH блока стабилизаторов 3 через выходные трансформаторы и делители напряжения 3-5 подключены к входам коммутатора 6, выход которого через избирательный усилитель 7.1 и фазочувствитель- ный выпрямитель 7,2, входящие в состав избирательного узла сравнения 7, соединен с входом 8 блока стабилизаторов 2. а управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 7.2 подключен к выходу 1 опорного элемента 8. Управляющие выходы блока стабилизаторов 2 подключены к соответствующим входам коммутатора 6 и управляющему входу опорного элемента 8, выход 1 которого соединен с вторым входом избирательного усилителя 7.1, а выход 2-е входом 4 блока стабилизатора 2, вход 3 коммутатора 6 соединен с входом 5 блока стабилизаторов 2.

Первый, второй и третий управляемые фазовращатели 9-11, соответствующие входы которых подключены к выходам трехфазного генератора 1, а выходы через введенный коммутатор 12 соединены с входом опорного элемента 8, схема управления 13 через введенные интегратор 14. перемножитель 15 и фазосдвигающее звено 16 соединена с выходом избирательного усилителя 7.1, два выхода схемы управления 13 подключены к соответствующим входам первого, второго и третьего управляемых фазовращателей 9-11, третий выход соединен с входом 7 блока стабилизаторов 2, управляющие входы трех управляемых фазовращателей 9-11. коммутатора 12 и интегратора 14 подключены к соответствующим выходам блока стабилизаторов 2, а второй 5 вход перемножителя 15 подключен к выходу 2 опорного элемента 8.

Стабилизированная трехфазная система питания работает следующим образом. Трехфазный генератор 1 формирует

0 симметричную трехфазную систему напряжений. Эти напряжения поступают на блок стабилизаторов 2, где усиливаются и стабилизируются. Совместная работа коммутато- ра 6, опорного элемента 8, избирательного

5 узла сравнения 7, выходных трансформаторов Тр1. Тр2, ТрЗ, делителей напряжения 3. 4 и 6, блока стабилизаторов 2. содержащего регулируемые фазовращатели и стабилизаторы переменного напряжения в каждой фа0 зе, пороговые элементы, регистр, схему управления, блок синхронизации, счетчик- дешифратор, подробно описана в прототипе.

Поскольку выходные напряжения стаби5 лизированной трехфазной системы питания из-за значительной несинусоидальности не могут быть использованы для формирования опорного прямоугольного напряжения, то для этой цели используется также не содержащие

0 высших гармоник напряжения с выхода трехфазного генератора 1, которые подаются на управляемые фазовращатели 9-11. Далее через коммутатор 12 требуемый выход управляемый фазовращателей 9-11

5 подключается к входу опорного элемента 8 с помощью счетчика дешифратора, входя- щего в состав блока стабилизаторов 2.

Фазовый сдвиг, который возникает между выходным напряжением и опорным

0 прямоугольным напряжением, отрабатывается следующим образом.

При включении устройства счетчик-дешифратор, входящий в состав блока стабилизаторов 2, устанавливает его на отработку

5 номинального напряжения первой фазы. При этом выход делителя напряжения 3 посредством коммутатора 6 подключается к избирательному усилителю 7.1, активизируется управляемый фазовращатель 9, а ком0 мутатор 12 подключает его выход к опорному элементу 8.

После отработки амплитуды первой фазы при наличии фазового сдвига между опорным прямоугольным напряжением и

5 выходным напряжением на выходе избирательного усилителя 7.1 устанавливается сигнал , пропорциональный фазовому сдвигу. Далее этот сигнал сдвигается на 90Р- фазосдвигающим звеном 16 и подается на перемножитель 15, где перемножается с

сигналом, приходящим с усилителя-ограничителя, входящего в состав опорного элемента 8

Ux-AU - COSft)t

На выходе интегратора 14 действует напряжение:

иинт 4/ AU cosft dt,

л

где Т - период синусоиды.

Схема управления 13, которая может быть реализована на базе компараторов (см. фиг.1), анализирует выходное напряжение интегратора 14 и в зависимости от полярности напряжения, вырабатывает управляющие воздействия на управляемый фазовращатель 9.

Регулирование происходит до тех пор, пока на выходе избирательного усилителя 7.1, а значит на выходе перемножителя 15 и интегратора 14, напряжение не приблизится к нулю. При этом схема управления 13 формирует сигнал, поступающий на схему управления блока стабилизаторов 2, который разрешает переключение счетчика-дешифратора, входящего в состав блока стабилизаторов 2, на регулирование второй фазы. При этом к избирательному усилителю 7.1 подключается сигнал, приходящий на вход 2 коммутатора 6. активизируется управляемый фазовращатель 10, а коммутатор 12 подключает его выход к опорному элементу 8.

В соответствии с этим схема управления 13 работает по следующему алгоритму:

1.Сигнал 1 на выходе + р формируется при UHHT 0;

2.Сигнал 1 на выходе-# формируется при Уинт 0;

3.Сигнал 1 на выходе +1 формируется при Кинг 0.

Использование новых элементов - управляемых фазовращателей 9-11, коммутатора 12, фазосдвигающего звена 16, перемножителя 15, интегратора 14 и схемы управления 13, позволяет исключить влияние несинусоидальности выходного напряжения на установку его номинального значения и достичь требуемую точность воспроизведения параметров качества электроэнергии 0,03-0,05%.

Предлагаемые новые узлы могут быть построены на базе стандартных микросхем и практически не требуют настройки.

Формула изобретения

Стабилизированная трехфазная система питания, содержащая трехфазный генератор, три цепи, в каждую из которых включены последовательно кодоуправляе- мый фазовращатель, кодоуправляемый стабилизатор первой гармоники, трансформатор и делитель напряжения, входы цепей соединены с соответствующими выходами трехфазного генератора, а выходы подключены к входам первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом избирательного усилителя, входящего в состав избирательного узла сравнения, второй вход избирательного усилителя соединен с

первым выходом опорного элемента и параллельно с управляющим входом фазочув- ствительного выпрямителя избирательного узла сравнения, а выход избирательного усилителя через фазочувствительный вы. прямитель соединен параллельно с входом аналогового запоминающего устройства, первым входом сумматора, входами первого и второго пороговых элементов, второй вход сумматора соединен с выходом аналогового запоминающего устройства, а выход подключен к входу третьего порогового элемента, выходы всех поршневых элементов, связаны с соответствующими входами формирователей сигналов управления с памятью, выходы которого + 1 и -1 соединены соответственно с входами +1 и -1 кодоуправляемых стабилизаторов первой гармоники и второго и третьего кодоуправляемых фазовращателей параллельно,

выход рп соединен с входом U второго ко- доуправляемого фазовращателя, выход рг- с входом U третьего кодоуправляемого фазовращателя, в выход Сч - со счетным входом счетчика дешифратора, нулевой выход

которого соединен параллельно с входом U

первого кодоуправляемого стабилизатора

первой гармоники и первым управляющим

. входом первого коммутатора, первый выход

- с входом U второго кодоуправляемого стабилизатора первой гармоники и вторым управляющим входом первого коммутатора, второй выход - с входом U третьего кодоуправляемого стабилизатора первой гармоники и третьим управляющим входом первого

коммутатора, третий выход - с четвертым управляющим входом первого коммутатора, управляющим входом формирователя сигналов управления памятью, управляющим входом опорного элемента и прямым и инверсным управляющим входом логической схемы, первый информационный вход которой подключен к второму выходу опорного элемента, а информационный второй вход через усилитель-ограничитель связан с выходом одного из делителей напряжения, 8 выход подключен к синхронизирующему блоку, первый выход которого соединен с управляющим входом аналогового запоминающего устройства, а второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с первым, вторым и третьим синхронизирующими входами формирователя сигналов управления памятью, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения параметров качества электроэнергии, введены четвертый, пятый и шестой кодоуправляемые фазовращатели, соответствующие входы которых соединены с выходами трехфазного генератора, а выходы через введенный второй коммутатор соединены с входом опорного элемента, выход избирательного усилителя через введенную цепь последовательно соединенных фазосдвигающего звена, перемножителя и интегратора подключен к входу блока компараторов, выходы которого +1 и -1 подключены соответственно к входам +1 и

-1 четвертого, пятого и шестого кодоуп- равляемых фазовращателей параллельно, а выход Сч подключен к входу U счетчика дешифратора, при этом вход U четвертого кодоуправляемого фазовращателя соединен с первым управляющим входом второго коммутатора и нулевым выходом счетчика дешифратора, вход U пятого кодоуправляемого фазовращателя соединен с вторым управляющим входом второго коммутатора и первым выходом счетчика дешифратора, вход U шестого кодоуправляемого фазовращателя соединен с третьим управляющим входом второго коммутатора и вторым выходом

. счетчика-дешифратора, а управляющие входы перемножителя и интегратора запарал- лелены и подключены к второму выходу опорного элемента.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения параметров качества электроэнергии. В предложенном устройстве выходные напряжения каждой из фаз поочередно сравнивают с опорным напряжением и в соответствии с полученным сигналом рассогласования корректируют напряжения каждой из фаз. Для формирования опорного сигнала сигналы с выхода трехфазного генератора 1 через кодоуправляемые фазовращатели подаются на второй коммутатор, который при помощи сигналов с нулевого, первого и второго выходов счетчика дешифратора подключает к входу опорного элемента сигнал требуемой фазы. Фазовый сдвиг, возникающий между выходным и опорным напряжением, преобразуется в компенсирующий сигнал последовательно соединенными фазосдвигающим звеном, перемножителем, интегратором и блоком компараторов. Использование для формирования опорного сигнала упомянутых элементов позволяет исключить погрешность воспроизведения симметричной трехфазной системы, за счет чего достигается поставленная цель. 1 ил.