Устройство для регулирования мощности переменного тока Советский патент 1993 года по МПК H02M5/257 G05F1/66 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных устройствах (например, печи сопротивления, электромагнитные нагрузки), требующих управления потоком мощности переменного тока.

Целью изобретения является увеличение диапазона регулирования и повышение надежности работы устройства для регулирования моа ности переменного тока.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства для регулирования мощности переменного тока; на фиг. 2 - его регулировочные характеристики; на фиг. 3 - временные графики измене- ния выходного напряжения на секциях .нагрузки для различных участков диапазона регулирования напряжения.

Устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 тиристорные ключи; два, пер- вый А и второй 5, формирователя управляющих импульсов и формирователь 6 сигнала управления, При этом первый тиристорный ключ 1, выводы 7-8 для подключения первой секции нагрузки 9 и выводы А-В для подклю- чёния питающей однофазной сети переменного тока включены последовательно; соответственно, второй тиристорный ключ 2, выводы 10-11 для подключения второй секции нагрузки 12 и выводы А-В для под- ключения сети также включены между собой последовательно. Между общими точками 7 и 11 первого 1 и второго 2 тири- сторных ключей и выводами 7 и 11 для подключения соответственно первой 9 и второй 12 секции нагрузки включен третий тиристорный ключ 3, выполненный двунаправленным, т.е. из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров. Аналогично, т.е. двунаправленными, выполнены первый 1 и второй 2 тиристорные ключи, при этом вы вод 8 для подключения.первой секции нагрузки 9 и вывод 10 для подключения второй секции нагрузки 12 соединены с разными (соответственно, с В и А) выводами для подключения питающей сети.

Для автоматизации работы устройства в него введены два датчика напряжения 13 и 14 с выходными сигналами постоянного тока, задатчик напряжения 15 и нелинейное звено 16с регулируемой зоной Д нечувствительности его характеристики вход-выход. Первый 13 и второй 14 датчики напряжения подключены входами к выводам 7-8 и 10-11 для подключения соответствующих секций 9 и 12 нагрузки, а своими выходами 17 и 18 к соответствующим первому и второму входам формирователя б сигнала управления, к третьему входу которого подключен выход 19 задатчика напряжения 15. Выход 20 формирователя б сигнала управления подключен ко входу 21 первого формирователя управляющих импульсов 4, выход 22 которого соединен со входом управления третьего тиристорного ключа 3. Кроме того, выход 20 формирователя 6 сигнала управления через нелинейное звено 16 соединен со входом 23 второго формирователя управляющих импульсов S, связанного выходом со входами 24 и 25 управления соответственно первого 1 и второго2 двунаправленных тиристорных ключей.

Функциональные возможности устройства иллюстрируются его регулировочными характеристиками на фиг. 2, где в функции изменения выходного управляющего напряжения 1)20 постоянного тока, образуемого в выходной цепи 20 формирователя 6 сигнала управления, показаны соответствующие изменения действующего значения напряжения Ug(i2) переменного тока на первой 9 и второй 12 секциях нагрузки. Так, например, при индивидуальном управлении только первым (4) формирователем управляющих импульсов, подающим с фазовым углом сдвига а отпирающие импульсы управления по выходной цепи 22 на цепи управляющих электродов тиристоров третьего двунаправленного ключа 3, секции 9 и 12 нагрузки периодически соединяются отпирающимся тиристорным ключом 3 последовательно и подключаются при этом к входным клеммам А-В устройства на напряжение UAB питающей однофазной сети. При одинаковых величинах сопротивлений секций 9 и 12 нагрузки подводимое напряжение сети делится между ними пополам и регулировочная характеристика 1 на фиг, 2, приведенная для этого частного случая, имеет поэтому естественный уровень ограничения идв/2, определяемый половиной величины напряжения UAB питающей сети. Временный график изменениря напряжения Ug(i2) соответственно приведен на фиг. 3, а, где, например, величина упомянутого угла а равна а 90°, в то время как, с учетом закрытого состояния тиристоров первого 1 и второго 2 ключей фазовый угол сдвига / их управляющих импульсов равен 180°.

Аналогично, например, при индивидуальном управлении только вторым (5) формирователем управляющих импульсов, подающим по -выходным, гальванически развязанным цепям 24 и 25 отпирающие импульсы управления с фазовым углом сдвига / на цепи управляющих электррдов тиристоров первого 1 и второго двунаправленных ключей, секции 9 и 12 нагрузки при закрытыхтиристорах третьего ключа 3 периодически подключаются параллельно через одновременно отпирающиеся ключи 1 и 2 к входным клеммам А-В устройства на напряжение UAB питающей сети. Поэтому регулировочная характеристика 2, приведенная на фиг. 2 для этого частного случая, имеет больший уровень естественного ограничения, определяемый полной величиной напряжения UAB сети, но сдвинута относительно начала координат по горизонтальной оси, т.е. в функции упомянутого напряжения U20 выходной цепи 20 формирователя 6 сигнала управления, на величину зоны нечувствительности А, определяемую параметрами нелинейного звена 16, включенного на входе 23 второго формирователя 5 управляющих импульсов тиристорных ключей 1 и 2.

Величину Д зоны нечувствительности звена 16 целесообразно выбирать на уровне около 2/3 от величины номинального сигнала управления UH.M., подаваемого на вход 21 первого (4) формирователя управляющих импульсов, так как в этом случае результирующая регулировочная характеристика 3 устройства, также показанная на фиг. 2, имеет наиболее благоприятный характер, т.е. практически линейна почти на всем участке своего протяжения. Временные графики изменения напряжения на секциях 9 и 12 нагрузки для этого совместного случая согласованной работы всех трех тиристорных ключей 1, 2,3 устройства приведены на фиг. 3, б, в. При этом на среднем участке диапазона регулирования имеет место одновременное управление как третьим двунаправленным тиристорным ключом 3 от первого формирователя импульсов А с углами отпирания а тиристоров, так и первым и вторым ключами 1 и 2, тиристоры которых синхронно управляются от их общего второго формирователя импульсов 5 с углами/и отпирания тиристоров; причем благодаря действию нелинейного звена 16 во входной цепи 23 второго формирователя импульсов 5 выполняется соотношение; О a fl , например, как показано на фиг. 3, б, соответствующее этому случаю,

.«КЗОР аио0.

Аналогично на верхнем участке диапазона осуществляется описанное вольто-до- бавочное регулирование величины действующего значения Ug(i2) на обеих секциях 9 и 12 нагрузки, производимое, однако, лишь за счет изменения углов (3 отпирания тиристоров первого и второго ключей 1-2, в то время как тиристоры третьего ключа 3 отпираются в самом начале полуволн питающего напряжения переменного тока, т.е. с величиной углов «,0°. что пока0

5

0

зано на временном графике фиг. 3, в, где,

соответственно, / iC90°.

Статический установившийся режим работы устройства в Целом характеризуется как типовой режим автоматического регулятора напряжения, заданный уровень стабилизации действующего значения которого определяется уставкой выходного напряжения задатчика 15. выполненного, например, в виде потенциометра постоянного тока, и связанного выходной цепью 19 с третьим входом формирователя 6 сигнала управления. Формирователь 6, являющийся промежуточным ПИ - или ПИД - регулятором, выполненным, например, на операционном усилителе, обеспечивает с учетом подаваемых на его первый и второй суммирующие входы выходных напряжений упомянутых датчиков 13 и 14 необходимую динамическую устойчивость и высокую статическую точность поддержания заданного уровня действующих значений напряжения переменного тока на секциях 9 и 12 нагрузки. При этом за счет подрегулирования величи- 5 ны угла «третьего тиристорного ключа 3 на нижнем участке диапазона (при/ 180°) или за счет одновременного подрегулирования величин углов сш/ соответственно третьего 3 и первого - второго (1, 2) тиристарных ключей устройства на среднем или верхнем участках диапазона (при 0° а /3) производится автоматическая стабилизация заданного уровня выходного напряжения с компенсацией различного рода возмущений, например колебаний величины напряжения, питающей сети на входных клеммах А-В устройства, температурных изменений величин сопротивления секций 9 и 12 нагрузки.

Положительный технйко-экономиче- 0

ский эффект, создаваемый при использовании предлагаемого устройства для регулирования мощности переменного тока, определяется;

а) увеличением диапазона регулирования напряжения на секциях нагрузки, величина которого по мере степени фазоимпульсного отпирания тиристорных ключей приближается к действующему зна- п чению напряжения питающей однофазной сети в соответствии с регулировочной характеристикой 3 фиг. 2;

б) повышением надежности в работе устройства, работоспособность которого со- храняется при обрыве цепи одного из двух используемых датчиков напряжения, функционально дублирующих друг друга; причем во всем диапазоне регулирования напряжения на секциях нагрузки в составе их токов отсутствует постоянная составляющая тока,

благодаря симметричному по полупериодам характеру вольтодобавочного подрегу- лирования, иллюстрируемого временными графиками фиг. 3, а. б, в,

Формулаизобретения Устройство для регулирования мощности переменного тока, содержащее первый, второй и третий тиристорные ключи и два формирователя управляющих импульсов, формирователь сигнала управления, первый тиристорный ключ, выводы для подключения первой секции нагрузки и выводы для подключения сети включены последовательно, второй тиристорный ключ/выводы для подключения второй секции нагрузки и выводы для подключения сети включены последовательно, между общими точками первого и второго тириеторных ключей и выводами Для подключения соответственно первой и второй секций нагрузки включен третий тиристорный ключ, выполненный двунаправленным, при этом выводы для подключения первой и второй секций нагрузки соединены с разными выводами для

подключения сети, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования, повышения надежности, введены два датчика напряжения, задатчик напряжения, нелинейное звено с регулируемой зоной нечувствительности характеристики вход-выход, при этом первый и второй тиристорные ключи выполнены двунаправленными, первый и второй датчики напряжения подключены входами к выводам для подключения соответствующих секций нагрузки, а выходами к соответствующим входам формирователя сигнала управления к третьему входу которого подключен выход задатчика напряжения, выход формирователя сигнала управления подключен к входу первого формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с входом управления третьего тиристорного ключа, кроме того, выход формирователя сигнала управления через нелинейное звено соединен с входом второго формирователя управляющих импульсов, связанного выходом с входами управления первого и второго тириеторных ключей.

Использование: изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения: устройство содержит тиристорные ключи 13. формирователи управляющих импульсов 4. 5, формирователь 6 сигнала управления. Тиристорный ключ 1, выводы 7-8 для подключения первой секции нагрузки 9 и выводы для подключения питающей однофазной сети переменного тока включены последовательно. Тиристорный ключ 2. выводы ТО11 для подключения второй секции нагрузки 12 и выводы для подключения сети также включены последовательно. Между общими точками тиристорных ключей 2.1 и выводами для подключения секций нагрузки 9, 12 включен тиристорный ключ 3. Для автоматизации работы устройства введены два датчика напряжения 13 и 14. задатчик напряжения .1.5 и нелинейное звено 16 с регулируемой зоной нечувствительности характеристики вход-выход, что позволяет увеличить диапазон регулирования и повысить надежность. 3 ил. ел с