Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/16 H02M5/10 

выход - к управляющему входу шяротноймпульсного модулятора, т. е. построения замкнутой системы автоматического регулирования, наталкивается на существенные трудности. Раздельное (зонное) регулирование многофазных напряжений требует быстрой передачи информации о выходных напряжениях на вход блока управления. Только в этом случае возможно регулирование одного из фазных напряжений в его собственной зоне. При использовании же традиционных измерительных органов (например, RC-фильтров) вследствие инерционности процесса передачи информации о выходных напряжениях, регулирование может произойти не в требуемой, а в смежной с ней зоне. Способ зонного регулирован,ия многофазных напряжений не реализуется, так как невозможно одним управляющим воздействием достичь эффекта независимого регулирования напряжений всех трех фаз. Таким образом, функциональные возможности известного устройства регулирования трехфазного переменного напряжения оказываются ограниченными.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известной системы регулирования трехфазного переменного напряжения за счет повыщения быстродействия контроля выходных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что измерительный орган выполнен в виде шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения, подключенных измерительными входами попарно в противофазе к выходным обмоткам трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к выходу регулирующего органа выходы упомянутых схем выделения среднего значения через селектор подсоединены к другому входу схемы сравнения, а их управляющие входы и цепи управления ключевых элементов селектора нодключены к выходам пересчетной схемы. Каждая быстродействующая схема выделения среднего значения напряжения состоит из однополупериодного выпрямителя, соединенного со входом интегратора с памятью, выход которого подключен ко входу согласующего узла и зашунтирован параллельным ключом с формирователем имлульсов в цепи его управления, причем измерительный вход образован входом однополупериодного пыпрямителя, управляющий вход - входом формирователя импульсов, а выход - выходом согласующего узла. При регулировании на повышенной частоте тактовый вход широтно-импульсного модулятора подсоединен к выходу задающего генератора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства регулирования трехфазного переменного напряжения; на ф(иг., 2-4 - временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие его pai6oTy

при регулировании трехфазных напряжений с утроенной частотой сети регулятором, выполненным, например, по .вольтодобавочной схеме.

Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения содержит регулирующий орган 1, к выходу которого подсоединена нагрузка 2 (она может включать в себя и фильтр). К выходу регулирующего органа / также подключепы соединенные в звгзду первичные обмотки 3, 4, 5 трехфазного группового трансформатора 6. Его выходные (вторичные) обмотки 7-12 подсоединены попарно в противофазе к иЗ|Мерительным входам шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения 13-18. Каждая из этих схем состоит из однополупериодного выпрямителя 19 (его вход образует измерительный вход схемы), подключенного выходом к интегратору с памятью 20. Выход интегратора 20 зашунтирован параллельным ключом 21 и соединен со входом согласующего узла 22. В цепи управления ключа 21 установлен формирователь имнульсов 23, вход которого образует управляющий вход схемы выделения среднего значения напряжения.

Выходы схем выделения среднего значения напряжения 13-18 через селектор 24 подключены к одному из входов схемы сравнения 25. Ее другой вход соединен с выходом источника задающего напряжения 26, а выход - с управляющим входом широтно-импульспого модулятора 27, выходом подключенного к цепям управления ключевых элементов регулирующего органа 1. Цепи управления ключевых элементов селектора 24, а также управляющие входы схем выделения среднего значения напр яжения 13-18, т. е. входы формирователей импульсов 23 соединены с выходами пересчетпой схемы 28. Ее вход подключен к выходу синхронизатора 29, входом подсоединенного к питающей трехфазной сети.

При регулировании входного напряжения с утроенной частотой сети тактовый вход широтно-импульсного модулятора 27 подключен к выходу синхронизатора 29, а при регулировапии на повышенной частоте - к выходу высокочастотного задающего генератора 30.

Предлагаемое устройство регулирования работает следующим образом.

Фазные напряжения питающей сети 31, 32, 33 (фиг. 2) поступают на вход синхронизатора 29 и при их переходе через нуль на выходе синхронизатора 29 выделяется послелТ.овательность мгновенных импульсов напряжения 34, частота которых в шесть раз превышает частоту сети. Эти импульсы подаются на вход пересчетной схемы 28 и на ее выходах вырабатываются прямоугольные импульсы напряжений 35-40. Они сдвинуты относительно друг друга на 60 эл. град, и соответствуют каждой из трех вре менных зон регулирования напряжений 31, 32, 33. Эти импульсы поступают в цепи управления ключевых элементов селектора и на входы формирователей 23 (управляющие входы) схем выделения среднего значения напряжения 13-18. Дифференцируясь, например по переднему фронту напряжения 35-40 преобразуются на выходах формирователей 23 в кратковременные импульсы напряжений 41-46, которые подаются в цепи управления параллельных ключей 21 и замыкают их на время своей длительности. Параллельно с подачей на вход синхронизатора 29 напряжения 31, 32, 33 приклп дываются по входу регулирующего органа / и, в соответствии с заданным коэффицт:ентом несимметрии, регулируются соответствующим образом и преобразуются в напряжения 47, 48, 49 (фиг. 3). На фиг. с пунктиром показаны верхняя и нижняя границы регулирования напряжений 31, 32, 33 регулирующим органом 1, выполненным, напрм-мер, по вольтодобавочной схеме. Выходные напряжения 47, 48, 49 регулирующего органа / одновременно прикладываются к нагрузке 2 и первичным обмоткам 3, 4, 5 трансформатора 6, передаваясь при этом через его вторичные обмотки 7-12 на измерительные входы схем выделения среднего значения напряжения 13-18. Поскольку эти схемы подключены попарно в противофазе к выходным обмоткам трансформатора 6, а также из-за наличия на их измерительных входах выпрямителей 19, интеграторы с памятью 20 поочередно преобразуют каждую полуволну выходных фазных напряжений 47, 48, 49 в напряжения 50-55 (фиг. 3, 4). По окончании процесса интегрирования величина этих напряжений будет равна и,,-К U,,((1) I .i(t}dt (-fi)(Ч-1)--1- I U,,( (..-1-2)-+ yU,,K U,,(t)dt («+)-+ д-я («-H)-+ y LL,,K J,,(t)dt (п+)г.+ и, I U,,t(dt) . e. пропорциональна среднему значен Ю контролируемого фазного напряжения. Эти напряжения запоминаются на время каждого последующего полупериода напряжетп 7, 48, 49 (горизонтальные участки кривых 50-55). Перед началом очередного интегрирования с выходов формирователей 23 в цепи управления параллельных ключей 21 подают импульсы напряжения 41-46, замыкающие эти КЛЮЧ1И на время своей длительности. Напряжения 50-55 становятся равными нулю, причем напряжения 50, 51 обнуляются соответстпенно импульсами 41. 44, напряжения 52, 53 - импульсами 43, 45, а напряжения 54, 55 - импульсами 42, 46. Прямоугольные импульсы напряжений 55-40, поступающие с выходов пересчеткоп схемы 38 в цепи управления ключевых элементов селектора 24, поочередно замыка;от lix на время своей длительности. Селектор 24 подключает к одному из входог. схемы сравнения 25 выходы схем выделения среднего значения напряжения 13-/5, и на этот вход в соответствующие моменты времеш поступают напряжения 50-55 на интервале их запоминания. Управление ключевыми элементами селектора 24 осуществляется таким образом, что при пх замыкапии импульсами 39, 36 па вход схемы сравнения 25 подаются напряжения 50, 51, ири замыкании импульсами 35, 38 - напряжения 52, 53, при замыкании импульсами 37, 40 - напряжепия 54, 55 (фиг. 4). В результате этого формируется сигнал обратной связи 56. Он сравнивается с задающ им напряжением 57, поступающим на другой вход схемы сравнения 25 с выхода источника 26, и получающийся в процессе сравнения сигнал ошибки 5S является исходной информацией для управления регулирующим органом /. Процесс регулирования входных напряжений 31, 32, 33 осуществляется следующим образом. Сигнал ошибки 58 поступает на в.чод шпротно-импульсного модулятора 27, которыГ; применительно к управлению узкодиапазопным регулирующим органом может быт1. выполнен в виде фазосдвигающего устройства (ФСУ) с регулируемым углом задержки и опережения. Такое ФСУ генерирует два пилообразных напряжения, одно из которых 59, является спадающим, а другое 60 - нарастающим. Периодичность этих напряжений задается синхроимпульсами 34, подаваемыми с выхода синхронизатора 29 на тактовый пход широтно-импульсного модулятора 27. В результате сравнения напряжений 50, 60

с сигналом ошибки 58 на выходе широтноимпульсного модулятора 27 возникают импульсы управления 6} регулирующим органом /. Заштрихованный импульс 61 соответствует переводу регулирующего органа / в режим вольтоотбавки, а незаштрихованный - в режим вольтодобавки. Режиму неискаженной передачи напряжений 31, 32, соответствует сравнение напряжения 58 с напряжениями 59, 60 в точке лх пересечения. При подаче напряжений 61 в цепи управления ключевыми элементами регулирующего органа 1 напряжения 31, 32, 33 преобразуются в симметричные напряжения 47, 48, 49 (в допуске определяемые заданным коэффициентом несимметрии).

При регулировании напряжений 31, 32, 33 на повышенной частоте схема, изображенная на фиг. 1, работает аналогично. Однако в этом случае синхронизация щиротно-импульсного модулятора 27 с моментами перехода входных фазных напряжений через нуль не является обязательной н тактовый вход ШИМа подключается к выходу высокочастотного задающего генератора 30.

Таким образом, предлагаемое устройство регулирования трехфазного переменного напряжения позволяет осуществлять зонное регулирование, симметрирование выходных фазных напряжений. При это,м величина последних стабилизируется по их среднему значешпо. Это существенно расширяет функциональные возможности известной системы регулирования при сохранении всех ее положительных качеств. Такого эффекта удается достичь только при использовании в качестве измерительного органа быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения и селектора напряжений. Применение инерционных измерительных устройств не позволяет реализовать способ раздельного (зонного) регулирования многофазных напряжений.

Формула изобретения

1. Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения, содержащее регулирующий и измерительный органы, источник задающего напряжения, подключенный к одному из входов схемы сравнения, н блок управления, состоящий из синхронизатора, входом подсоединенного ко входу регулирующего органа, а выходом - ко

входу пересчетной схемы и тактовому BXiOду широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого подключен к схеме сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повышения быстродействия контроля выходных нанряжений, измерительный орган выполнен в виде шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения, подключенных измерительными входами попарно в противофазе к выходным обмоткам трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к

выходу регулирующего органа, выходы уномянутых схем выделения среднего значения через селектор подсоединены к другому входу схемы сравнения, а их управляющие входы и цепи управления ключевых элементов селектора подключены к выходу пересчетной схемы.

2. Устройство по п. I, отличающеес я тем, что каждая быстродействующая схема выделения среднего значения напряжения состоит из юднополупериодного выпрямителя, соединенного со входом интегратора с памятью, выход которого подключен ко входу согласующего узла и зашунтирован параллельным ключом с формирователем импульсов в цепи его управления, причем измерительный вход образован входом однополупериодного выпрямителя, управляющий вход - входюм формирователя импульсов, а выход - выходом согласующего

узла.

3. Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что при регулировании на повышенной частоте тактовый вход широтно-импульсного модулятора подсоединен к выходу задающего генератора.

Источники информации, принятые во вниматше при экспертизе:

1.Окунь С. С. и др. Трансформаторные и трансформаторно-тиристорные регуляторы - стабилизаторы переменного напрял ения. М., «Энергия, 1969, с. 153-166, рис. 4-9, 4-13.

2.Устройства электропитания мощных рядиосистем. Под ред. Ткачева А. А., М.,

«Энергия, 1972, с. 17-40, рис. 1-7, 1 - 13, 1 - 14, 1 - 18, 1 - 19.

3.Авторское свидетельство СССР Л 382216, кл. П 02 Р 13/04, 05.05.71.

4. Авторское свндетельство СССР Л 383036, кл. G 05 F 3/00, 23.03.71.

52

X

м

ff;

ipys. V