УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕТОЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1942 года по МПК H02P13/16 

В промышленности применяются способы сеточного управления силовыми преобразователями (способ механического синхронного коммутатора, способ фазорегулятора с пик-трансформаторами), предназначенные главным образом для схем с общим катодом, в частности для ртутных выпрямителей.

Современные схемы преобразовательных установок высоких и сверхвысоких (свыше 220 кв) напряжений таковы, что катоды отдельных вентилей имеют различные и высокие потенциалы относительно, земли. Разность потенциалов отдельных катодов достигает в таких схемах десятков и сотен киловольт, такова же разность потенциалов управляющих органов отдельных вентилей.

Применение для таких установок механических коммутаторов или пик-трансформаторов, управляемых персоналом, находящимся под потенциалом земли, затруднительно.

В частности, трудно при этом использовать сеточное управление для быстродействующей защиты от внутренних и внешних повреждений, а также для оперативных включений и выключений преобразовательной установки.

Предлагаемое устройство для сеточного управления преобразовательными установками основано на применении для подачи синхронных импульсов на управляющие органы отдельных вентилей фотоэлементов, источника света и синхронно вращающегося отражающего или экранирующего элемента (зеркальца, диска и пр.). Вентили могут быть любых управляемых типов, например, тиратроны, игнайтроны или дуговые вентили.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, на фиг. 1 и 2 которого изображена схема управления преобразовательной установкой высокого напряжения; на фиг. 3 и 4 - представлены схемы управления игнайтроном и дуговым вентилем; на фиг. 5 - приведена схема оперативного управления и защиты.

Предлагаемое устройство состоит из оптического прибора, осуществляющего освещение фотоэлементов синхронного электродвигателя Д, несущего на оси зеркало Z₁ неподвижных зеркал Z₂ и Z₃, направляющих луч света на фотоэлементы Ф₁ и Ф₂ вентилей.

Управление установкой высокого напряжения производится следующим образом: фотоэлементы Ф₁, … Ф₆ вместе с другими приборами схемы управления (фиг. 2) крепятся на общих изоляторах с управляемыми ими вентилями В₁,…В₆

Зеркало Z₁ делает строго соответствующее частоте переменного тока число оборотов в мин (фиг. 1). Один раз за период переменного тока оно подает импульс на фотоэлемент Ф₁ вентиля В₁ и зажигает последний (фиг. 2).

Угол зажигания регулируется поворотом статора электродвигателя Д вокруг своей оси.

Для предупреждения возможности перекрытия отдельных фотоэлементов аналогично перекрытию ламелей механического коммутатора и разброса характеристик управляющих импульсов, соответствующих разбросу магнитных характеристик пик-трансформаторов, применяют фотоэлектронный коммутатор, построенный в виде компактного прибора с расположением всех фотоэлементов на общей панели.

Фотоэлементы могут быть перекрыты диском с одним отверстием на периферии. Диск вращается синхронным электродвигателем и один раз за период позволяет небольшой лампочке осветить фотоэлемент каждого из тиратронов. Получающийся при этом фототок дает на сеточном сопротивлении (фиг. 2) достаточный для зажигания тиратрона положительный импульс.

В показанных на фиг. 3 и 4 чертежа вариантах схемы в качестве источника питания цепи управления применен конденсатор С₁, заряжаемый частью анодного напряжения управляемого вентиля И (или В).

Первичная обмотка трансформатора Т_р (фиг. 3) включена на часть обратного напряжения вентиля, постоянного по знаку, но для данных углов зажигания и перекрытия, периодически пульсирующего по величине.

Вторичное напряжение трансформатора, выпрямляемое в двухполупериодной схеме из двух купроксных столбиков K₁ и K₂ заряжает конденсатор зажигания С₁.

Батарея И₂ дает отрицательное смещение на сетку вспомогательного тиратрона Т; батарея И₁ питает фотоэлемент Ф, посылающий положительный импульс для зажигания тиратрона T.

При зажигании тиратрона Т (фиг. 3) конденсатор С₁, разряжается через вентиль (игнайтрон) И, присоединенный к полюсу конденсатора С), следовательно, игнайтрон также зажигается.

При управлении дуговым вентилем В (фиг. 4) напряжение конденсатора зажигает тиратрон Т, пробивает промежуток у вспомогательного электрода и этим зажигает дуговой вентиль В.

Индуктивность L придает разряду конденсатора С колебательный характер и при первом же переходе тока через нуль тиратрон гаснет. Зажженный же вентиль продолжает гореть всю необходимую для него долю периода.

При первоначальном пуске установки обратного напряжения нет.

В каскадной схеме или в схеме Гретца аноды или катоды трех вентилей всегда заземлены, поэтому, когда на выпрямитель подается переменное напряжение, трансформатора Т_р трех вентилей включены на долю фазного напряжения/Если соответствующим образом подобрать постоянные схемы, то уже в течение первого периода (t=0,02 сек.) конденсаторы этих вентилей будут заряжаться и к концу первого оборота фотоэлектронного коммутатора при зажженной лампе вентили начнут зажигаться и установка запустится. В дальнейшем конденсаторы всегда готовы к работе, пополняя свой заряд в нерабочую для них часть периода.

Схема может работать как и выпрямительном, так и в инверторном режимах.

Представленная на фиг. 5 схема показывает способ оперативного управления и защиты.

Электродвигатель фотоэлектронного коммутатора запускается автоматически одновременно с пуском генератора и вращается синхронно с частотой последнего.

Для включения преобразовательной установки замыкается питающая источник света цепь при помощи ключа K управления. При помощи этого же ключа K производится выключение установки от руки.

Выключение под действием защиты сводится к подаче положительного импульса на сетку тиратрона Т, шунтирующего источник О света. Последний мгновенно гаснет и вентили установки запираются.

Для того, чтобы защита была быстродействующей, в качестве источника света используется лампа газового разряда с достаточным световым потоком, включающаяся или выключающаяся в течение микросекунд в зависимости от наличия напряжения.

Достоинства описанного устройства следующие:

четкая подача острого положительного импульса сеточного напряжения;

отсутствие длинных экранированных проводников;

полная изоляция оператора, регулирующего угол зажигания, и всех приспособлений для управления от высоких потенциалов;

незначительная нагрузка синхронного электродвигателя по сравнению с механическим коммутатором. Возможность для электродвигателя малой мощности (20-100 атт) работать практически в режиме холостого хода, чем обеспечивается малый и постоянный угол отставания ротора коммутатора от вращающегося поля.

1. Устройство для сеточного управления преобразовательными установками высокого напряжения с ионными приборами, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции элементов управления сеточной цепи и повышения безопасности для обслуживающего персонала в случае каскадных соединений выпрямителей, катоды которых находятся под различными высокими потенциалами относительно земли, применен фотоэлектронный коммутатор в виде синхронно вращающегося луча и фотоэлементов, находящихся под потенциалом управляемых ими вентилей.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве источника питания цепи управления применен конденсатор, заряжаемый от части анодного напряжения управляемого вентиля.

3. Способ управления устройством по п. 1, отличающийся тем, что нормальное и аварийное отключение, а также включение установки осуществляются гашением и зажиганием источника света, воздействующего на фотоэлементы коммутатора.