Способ регулирования напряжения на трехфазной нагрузке Советский патент 1992 года по МПК H02M5/257 

Фиг.1

UBA - для тиристорных ключей фазы В, неизменны и равны нулю. Углы включения тиристоров линейной группы ап , отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих фазных напряжений, Uc - для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению UAC, UA - для тиристорных ключей, подключающих

нагрузку к напряжению DBA и DB - для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению UCB, меняют в диапазоне 0...150 эл.град. На втором этапе регулирования тиристорные ключи линейной группы закрывают, а углы включения тиристорных ключей фазной группы меняют в диапазоне 0...150 эл.град. 10 ил.

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при регулировании напряжения на нагревательных элементах электропечей сопротивления, Сущность изобретения: для регулирования напряжения на трехфазной нагрузке 7-9, первая группа выводов для подключения которой связана с выводами для подключения соотQА оо ветствующих фаз сети, а другая группа выводов через тиристорные ключи 1-6 фазной группы, имеющих общую точку соединения с нулевым выводом и связана с выводами соответствующих тиристорных ключей 10- 15 линейной группы, нагрузку 7-9 каждой фазы подключают тиристорными ключами 1-6 фазной группы к соответствующему фазному напряжению, а тиристорными ключами 10-15 линейной группы к соответствующему линейному напряжению. Меняют угол подключения нагрузки к фазному или линейному напряжениям. Тиристорные ключи 10-15 линейной группы подключают соответствующую нагрузку 7-9 к выводу для подключения предшествующей фазы сети. Регулирование осуществляют в два этапа. На первом этапе регулирования углы включения тиристорных ключей фазной группы сц, . отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих линейных напряжений. UAC - для тиристорных ключей фазы А, вс оо И ш М ;vj ;оо ;СО Ю iOJ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при регулировании напряжения на нагревательных элементах электропечей сопротивления.

Известны способы регулирования напряжения на трехфазной несекционированной нагрузке путем фазоступенчатого подключения нагрузки к отпайкам от первичных и вторичных обмоток трансформато- ра с помощью двух групп тиристорных ключей (Карасев А.В. Трехфазные транс- форматорно-тиристорные регуляторы переменного напряжения с импульсной и амплитудноимпульсной модуляцией. Авто- реферат канд. диссертации, Харьков, 1984). Недостатком таких способов является необходимость в отпайках от обмоток трансформатора.

Наиболее близким по технической сущ- ности к заявляемому способу является избранный в качестве прототипа способ регулирования напряжения на трехфазной нагрузке (А.с. Ms 370600. Устройство для регулирования напряжения на трехфазной на- грузке/ Архиереев И.П. Опубл. 15.11.73. БИ N; 11), первая группа выводов для подключения которой связана с выводами для подключения соответствующих фаз сети, а другая группа выводов через тиристорные ключи фазной группы, имеющие общую точку соединения с нулевым выводом сети и связана с выводами соответствующих тиристорных ключей линейной группы, по которому нагрузку каждой фазы подключают тиристорными ключами фазной группы к нулевому выводу, прикладывая к ней соответствующее фазное напряжение, а тиристорными ключами линейной группы к выводам для подключения последующих фаз сети, прикладывая к ней соответствующее линейное напряжение, опережающее соответствующее фазное на 30 зл.град, При этом на первом этапе регулирования тиристорные ключи фазных групп включают в моменты перехода фазных напряжений через нулевые значения и изменяют углы

включения тиристорных ключей линейных групп, а на втором этапе тиристорные ключи линейных групп закрывают и изменяют углы включения тиристорных ключей фазных групп.

Недостатком такого способа регулирования напряжения является скачкообразное увеличение напряжения на нагрузке при переходе от первого этапа регулирования ко второму. Это приводит к неоднозначности регулировочной -характеристики и, следовательно, к неустойчивости работы регулятора напряжения.

Целью изобретения является улучшение регулировочной характеристики регулятора напряжения на трехфазной нагрузке и повышение устойчивости его работы.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе напряжения на трехфазной нагрузке, первая группа выводов для подключения которой связана с выводами для подключения соответствующих фаз сети, а другая группа выводов через тиристорные ключи фазной i руппы, имеющие общую точку, соединена с нулевым выводом и связана с первыми выводами соответствующих тиристорных ключей линейной группы, последние подключают нагрузку к выводу для подключения предшествующей фазы сети, при этом регулирование осуществляют в два этапа, на первом этапе регулирования углы включения тиристорных ключей фазной группы Оф отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих линейных напряжений, UAC - для тиристорных ключей фазы A, UBA - для тиристорных ключей фазы В и UCB - для тиристорных ключей фазы С, неизменны и равны нулю, а углы включения тиристоров линейной группы ап , отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих фазных напряжений, Uc - для тиристорных ключе и подключающих нагрузку к напряжению UAC, UA - для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению UBA и UB для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению

UCB. меняют в диапазоне 0... 150 эл.град., на втором этапе регулирования тиристорные ключи линейной группы закрывают, а углы включения тирисгорных ключей фазной группы меняют в диапазоне 0...150 эл.град.

Осуществление заявляемого способа регулирования напряжения поясняется с помощью устройства, представленного на чертежах. На фиг.1 приведена схема подключения тиристорных ключей, нагрузки и сети. На фиг.2 показана функциональная схема системы управления тиристорными ключами. На фиг.З приведен пример схемной реализации распределителя управляющих импульсов для тиристорных ключей. На фиг.4 показаны кривые напряжений на нагрузке на первом этапе регулирования. На фиг.5 приведена регулировочная характеристика. На фиг.6 и 7 представлена блок- схема загрузки данных в систему управления. На фиг.З и 9 показанные временные диаграммы работы устройства. На фиг.10 приведены временные диаграммы работы программируемого таймера в 5-м режиме - аппаратно-управляемый строб.

Тиристорные ключи 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 (фиг.1) фазной группы образуют общую точ- ку, предназначенную для подключения последовательно включенной с ними трехфазной нагрузки 7,8 и 9 к нулевой шине питающей сети и подаче на нее соответствующих фазных напряжений сети, тири- сторные ключи 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15 линейной группы подключены одними выводами к общей точке соединения нагрузки и соответствующих тиристорных лучей фазной группы, а другими - к выводам для под- ключениясоответствующих

предшествующих фаз питающей сети.

Система управления (фиг.2) содержит микроЭВМ 16 с блоком ввода данных 17, два трехканальных программируемых тай- мера 18 и 19, имеющих с микроЭВМ 16 общую шинную организацию за счет подключения их входов ЗП и ЧТ к шине управления, входов ВМ, А0-А1 к шине адреса и входом к шине данных, Ти - входы тактирования программируемых таймеров 18 и 19 подключены к выходу генератора тактовых импульсов микроЭВМ 16, входы управления Рф, Р1, Р2 таймера 18 и входы управления Р$ Р1, Р2 таймера 19подключе- ны соответственно к первым выходам каналов 20...25 блока синхронизации, каждый из трех первых каналов блока синхронизации, например, канал 20, выполнен в виде компаратора 26, выход которого через форми- рователи 27 и 28 подключен ко входам логического элемента ИЛИ 29. выход логического элемента 29 является первым выходом канала 20, входом которого являются входы компаратора 26, подключенные к выводам а и с трансформатора 30. вход канала 21 подключен к выводам b и а трансформатора 30, а вход канала 22 подключен к выводам с и b трансформатора 30, каждый из трех вторых каналов блока синхронизации, например, канал 23, выполнен в виде компаратора 31, выход которого через формирователи 32 и 33 подключен ко входам логического элемента ИЛИ 34, выход логического элемента ИЛИ 34 является первым выходом канала 23, входом которого являются входы компаратора 31, подключенные к выводам О и С трансформатора 30, вход канала 24 подключен к выводам Она трансформатора 30, вход канала 25 подключен к выводам О и b трансформатора 30, входные выводы которого А, В, С и О подключены к соответствующим входным выводам регулирующего органа, выходы Вых0, Вых(, . таймера 18 и выходы Вых0, Вых1и Вых.таймерз 19 подключены через соответствующие формирователи 35...40 к первой группе входов распределителя импульсов 41, ко второй группе входов которого подключены вторые выходы каналов 20...25 блока синхронизации, которыми являются выходы компараторов, выходы распределителя импульсов 41 через выходные каскады 42...47 подключены соответственно к управляющим электродам тиристоров 1...6 фазных групп, а через выходные каскады 48...53 - к управляющим электродам тиристоров 10.,,15 линейных групп, кроме того специальный выход распределителя импульсов подключен ко входу запроса на прерывание микроЭВМ 16.

Распределитель импульсов 41 (фиг.З) содержит пары логических элементов И и ЗАПРЕТ 54 и 55, 56 и 57, 58 и 59, 60 и 61, 62 и 63, 64 и 65, а также логический элемент ИЛИ 66, первые входы каждой пэры логических элементов И и ЗАПРЁТ объединены в общую точку с одним из шести входов логического элемента ИЛИ 66 и образует первую группу входов распределителя импульсов 41, вторую i руппу входов которого образуют объединенные попарно в общие точки вторые входы пар логических элементов, выход логического элемента ИЛИ 66 является специальным выходом распределителя импульсов 41.

Заявляемый способ реализуется в устройстве следующим образом. Система управления предусматривает два режима переключения тиристорных ключей, соответственно двум этапам регулирования напряжения. В первом режиме (фиг.4) углы

включения (Ц, тиристорных ключей фазных групп, отсчитываемые от моментов про- хождения синусоид соответствующих линейных напряжений (Уде для тиристорных ключей 1 и 2; UBA для тиристорных ключей 3 и 4; UCB для тиристорных ключей 5 и 6) через нулевые значения в область положительных значений (фиг.в.а), неизменны и равны нулю, а регулируются углы включения ап тиристорных ключей линейных групп, отсчитываемые от моментов про- хождеиия синусоид соответствующих фазных напряжений (Uc для тиристорных ключей 10 и 11; УАДЛЯ тиристорных ключей 12 и 13; DB для тиристорных ключей 14 и 15) через нулевые значения в область отрицательных значений (фиг.8,а), от нуля до 150 эл.грзд. Во втором режиме регулируются углы включения Оф тиристорных ключей фазных групп от нуля до 150 эл.град. при закрытых гиристорных ключах линейных групп В первом режиме действующее напряжение изменяется от 1,013 Un до 0,569 Un, а во вт ором - от 0,569 Un до нуля (фиг.5), где Un - действующее значение линейного напряжения питающей сети.

Благодаря применению распределителя импульсов 41 и соответствующему алгоритму работы микроЭВМ (фиг.6, 7), обеспечивающим поступление управляющих импульсов только на тиристоры с поло- жительными анодным напряжением, напряжение на нагрузке в каждой фазе во всем диапазоне, т.е. сначала на первом, а затем на втором этапах, регулируется заданием одного цифрового сигнала, определяющего как режим работы устройства, так и величину соответствующих углов управления Ял или Яф . Цифровой сигнал задается числом в интервале от 1 до числа Nm, соответствующего сумме диапазонов изменения углов Ял и Яф , равной 300 эл.град. (фиг.5) и, следовательно, определяемого как

Nm

5 Тс 6ТТ1

где Тс - период напряжения питающей сети;

Тти - период тактовых импульсов. Числа Nm и (п/2 вводятся предварительно в память микроЭВМ 16. При этом для первого режима

1 N| Nm/2

0-п N, Тти ;

для второго режима

Nm/2 N, Nm и

Оф (Ni - Nm/2) Тти (Ос , где We 2 Я/Тс .

Число NI записывается в ячейку памяти

А микроЭВМ 16. Запись числа NI может быть осуществлена при помощи блока ввода данных 17 или при помощи самой микроЭВМ 16, работающей в качестве регулятора при

организации замкнутой системы звторегу- лирования. После выборки из ячейки А числа NI в соответствии с алгоритмом (фиг.6) вычисляется контрольное число.

15

AN NI-NM,

где Ni-1 - предыдущее значение числа, выбранного из ячейки памяти А, после чего производится запись в память чисел AN и NI.

Перезапись чисел в таймерах 18 и 19 происходит при условии AN & 0.

Рассмотрим работу устройства при условии AN 5 0 в первом режиме (Ni Nm/2). Согласно алгоритму (фиг. б, 7) во все каналы

таймера 18 после записи управляющих слов (УС), определяющих режимы работы каналов, производится запись числа Mi равного единице, а во все каналы таймера 19, так же после записи УС, - числа Ni. Начало отсчета

записанных в таймерах 18 и 19 чисел производится по сигналам от блока синхронизации, который работает следующим образом. В компараторе 26 сравниваются два вторичных напряжения Ua и Uc (фиг.6,а)

трансформатора 30, при этом выходное напряжение U26 компаратора 26 определяется следующим образом

40

U26 /

лог.1, если Ua Uc; лог.О, если Ua Uc.

Таким образом, напряжение на выходе компаратора 26 U26 лог.1, если Uac 0 и U26 лог.О, если Uac 0 (фиг.6,б). По фронту напряжения U26 срабатывает формирователь 27 (фиг.8,в), а по срезу формирователя

28 (фиг.6,г). В логическом элементе ИЛИ 29 происходит логическое суммирование сигналов U27 и U28 (фигДд). Каналы 21 и 22 блока синхронизации работают аналогичным образом (фиг.8.е,ж).

в компараторе 31 вторичное напряжение Uc трансформатора 30, сравнивается с нулевым потенциалом, при этом выходное напряжение Uai компаратора 31 определяется согласно выражению

U31

{

лог.1. если Uc 0;

лог.О, если ис 0.

Таким образом, напряжение на выходе компаратора 31 U31 лог.1, если Uc S 0 и 11з1 лог.О, если Uc 0 (фиг.б.з). По фронту напряжения UGI срабатывает формирователь 32 (фиг.8,и), а по срезу -формирователь 33 (фиг.8,к). В логическом элементе ИЛИ 34 происходит логическое суммирование сигналов U32 и изз (фиг.8,л). Каналы 24 и 25 блока синхронизации работают аналогично каналу 23 (фиг.8,м,н).

С поступлением импульсов от блока синхронизации на входы Рф , Р1, Р2 программируемых таймеров 18 и 19 в них начинается отсчет ранее записанных чисел. Отсчет производится путем уменьшения записанного числа на единицу с приходом каждого тактового импульса, поступающего на Ти - вход А по окончании счета, когда содержимое канала таймера становится равным нулю, напряжение на выходе таймера из состояния логической единицы переходит в состояние логического нуля. Диаграммы работы таймера в режиме 5, выбранном для реализации данной системы управления, приведены на рис.10.

Поскольку в каналы таймера 18 было записано число Mi 1, то временная задержка формируемая этими каналами будет составлять Тти- (фиг 9,а,б,в), т.е. практически угол Оф О В каналах таймера 19 временная задержка состоит N,7™ (фиг.9,г,д,е). По срезам сигналов на выходах Выу0, Вых( и Вых 2 таймеров 18 и 19 формирователи 35 40 формируют импульсы, длительностью необходимой для отпирания тиристорных ключей (фиг.9,ж-м).

В распределителе импульсов 41 (фиг.З) происходит распределение импульсов управления по управляющим выводам тиристорных ключей фазных и линейных групп, таким образом, что импульс управления поступает только на тот тиристорный ключ, к аноду которого приложен положительный потенциал (фиг9,н-ш). Осуществляется такой принцип распределения за счет сигналов, поступающих со вторых выходов каналов 20...25 блока синхронизации. Кроме того, в распределителе импульсов 41 происходит логическое суммирование импульсов управления в логическом элементе ИЛИ б, результирующий сигнал с которого поступает на вход запроса на прерывание микроЭВМ 16. По этому сигналу микроЭВМ 16 в соответствии с алгоритмом (фиг.6,7) переходит к началу программы, в результате чего производится выборка из ячейки А числа NI. Если число NI со времени предыдущей выборки не изменило своего значения, то

ДМ 0. что приведет к останову выполнения программы, а в таймерах 18 и 19 будет производится отсчет ранее записанных чисел, С выхода распределителя импульсов 41 сигналы управления поступают на входы

выходных каскадов 42...53, при помощи которых осуществляется усилие сигналов управления по мощности, придание им оптимальной формы и обеспечение гальванической развязки тиристорных ключей и

системы управления.

Во втором режиме NI Nm/2 и в каналы таймера 18 записывается число

M2 N,-Nm/2,

а в каналы таймера 19 записывается число Мз, на 5-10% больше числа (3/5) Mm, соответствующего половине периода сети, т.е.

Мз (3.15.„ 3.30) Nm

Каналы таймера 18 будут формировать временные задержки, равные МаТти, а тиристоры фазных групп будут отпираться с уг- лом управления

Оф - М2 Тти (Ос .

При загрузке в каналы таймера 19 чиста Мз, он должен был бы сформировать временные задержки

г М3Тти (0,525 ...0,550) Тс,

однако, поскольку сигналы от блока синхронизации поступают на управляющие входи таймера 19 через временные интервалы равные 0,5 Тс, изменений напряжений на выходах таймера 19 не будет Это обьясняется тем, что сигнал синхронизации проходит раньше, чем в канале заканчивается отсчет ранее записанного числа Мз, и отсчет записанного числа начинается сначала (фиг. 10). Это значит, что во втором режиме

тиристорные ключи линейных групп вообще не отпираются, а регулирование осуществляется только тиристорными ключами фазных групп.

Таким образом, при заявляемом способе регулирования напряжения на трехфазной нагрузке устраняется скачок напряжения на нагрузке при переходе от первого этапа регулирования ко второму и, следовательно, достигается непрерывность

регулировочной характеристики, обеспечивающая устойчивость работы регулятора. Формула изобретения Способ регулирования напряжения на трехфазной нагрузке, первая группа выво- дов для подключения которой связана с выводами для подключения соответствующих фаз сети, а другая группа выводов через тирисгорные ключи фазной группы, имеющих общую точку соединена с нулевым вы- водом и связана с выводами соответствующих тиристорных ключей линейной группы, по которому нагрузку каждой фазы подключают тиристорными ключами фазной группы к соответствующе- му фазному напряжению, а тиристорными ключами линейной группы к соответствующему линейному напряжению, при этом меняют угол подключения нагрузки к фазному или линейному напряжениям, отличаю- щ и и с я тем, что. с целью улучшения регулировочной характеристики и повышения устойчивости, тирисюрные ключи линейной группы подключают соответствующую нагрузку к выводу для подключения предшест-

77

вующей фазы сети, при этом регулирование осуществляют в два этапа, на первом этапе регулирования углы включения тиристор- ных ключей фазной группы (Ц, , отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих линейных напряжения, UAC - для тиристорных ключей фазы A, DBA - для тиристорных ключей фазы В и UCB - для тиристорных ключей фазы С, неизменны и равны нулю, а углы включения тиристоров линейной группы ал , отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих фазных напряжений, Uc - для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению UAC, UA - для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению DBA и UB - для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению UCB, меняют в диапазоне 0...150 эл.град. на втором этапе регулирования тиристорных ключей линейной группы закрывают, а углы включения тиристорных ключей фазной группы меняют в диапазоне 0...150 эл.град.

76

Фиг, 2

Bock ve )Q

-ПМЛ1 III -«-ввич. -И

Bodi ve i jQ

il

I

C688iil

ПП rWm/jsT

Выборка из ячейки i А числомц

Вычисление

&N Nl-Ni-i

Запись 81 память I 1чиселдм,м

.Запись 6 maufiepw. УСфкана- jffff

zn

{Запись в maufiet) гз числам7 1(0канал)

ZZZ

3ались д }таймерГ8

УС Гкана-, ла

Ъ

Фиг. 6

Вычисление

Запись 8 таймео78 УСфкана-1 ла

ZJZ

3апись 8 1таймер18, 1числа м2 (ф канал) i

П

3anuct) д rnauмер 18 УС1кона-1 ло

г-Ц S

Ч/

/Записи 6

1таймер 8 числам, (1канал),

I,

Запись д тайнеи 8, УС 2 кона-1

ла

.JZTIL

I Запись 8 1т а и пер 18}

I ч ислам

(гко нал)

Запись 8 I таймер 91 УСФканалсп

ZH

3аписб 8 IrnauwepJSi

WUMQNi

(Ф канал)

ZZEZ

{Запись 6 / Imau/iefftsl УСг анала1

, zr±L

Запись д I тайке0/9 число #1 I (1 канал) I

Гз опись д I 1таймед Э1 УС2канала1

.J

IЗал ись 6 1таймер191

I число NL

.

К

(2 канал)

ь/

У ,

Запись д I imauwflatl наглом2 / I (1 канал) I

i jjanucd 6 I

маймергв УС 2 канала

Т

/ Запись 6 maUMep78i числам (2 канал} i

13 an и ей 6 J {тайнер791 УСфканала

3anuco 8 , Imaariepwl 1числамз (Фканал)

Ш

I Запись 8 maufieDJ9i 1УС канала

ГЗаписьд I 1таи мед 13 /

куслам I

(Тканал)

1

I Запись 6 I Iтаип 019 1№2№наяа1

ZEI:

l2Qnuc&$ шиме019 тсламз (Z канал

С Останов, j

Фие.7

3D

6

д

г

a О

е

з

U

Я

п

JL

U

33 к

П

II

JL

JL

JL

Л

JU

П

П

Ретим 5