Способ управления тиристорным регулятором переменного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02P13/16 G05F1/14 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тиристорных регуляторах переменного на-. пряжения, включенных в первичную цепь силового трансформатора, например в регуляторах для печей сопротивления,сварочных агрегатах и выпрямителем на вторичной стороне, установках заряда акку.муляторных батарей и т.д. Известны способы управления тиристорным регулятором переменного напряже ния, включенным в первичную цепь силового однофазного трансформатора,,путем изменения соотношения интервалов, включенйогр и выключенного состояний управляемых ключей с принудительным знакочередованием полуволн тока при четном числе : полу волн на интервале включенного состояния путем блокировки управляющих импульсов с введением симметричных фиксированных углов задержки включешя тиристоров в начале каждой полуволны тока (импульсное в сочетании с фазовым ре гулированием) при линейной нагрузке fllj или с выделением фиксированных углов задержки в начале полуволн тока одного знака при нелинейной: нагрузке. 2 . Недостатками способов являются пониженные быстродействие-и надежность (13-за пропуска только четного числа.полуволн тока необходимости индивидуальной установки углов-задержек включения, постоянства этих углов при регулировании. Наиболее близким техническим реше- . нием к предлагаемому является способ, при котором угол задерш и включения первой полуволны тока изменяется автоматически путем измерения вольт-секундных интегралов и выключением тиристор ных ключей в момент равенства вольт-секундного интеграла электродвижущей силы обмотки трансформатора от момента ее нулевого значения в конце полуволны и вольт-секундного интеграла напряжения на тиристоре з1 . Недостатками способа являются пониженные быстродействие и надежность из|эа пропуска только четного числа полу1волн тока, неоптимального выбора. момента включений при однофазной нелинейной и многофазной линейной нагрузках Цель изобретени:я - повышение быстродействия и надежности. Поставленная цель достигается тем, что запоминают знак. текущей полуволны тока и снимают блокировку управляю1зцихВГЙйульсов, начиная с тирйбтйр ных ключей/ пропускающих полуволну тока противоположного знака. Приимпульсном в сочетании с фазовым регулированием вольт-секундный интеграл напря- женин на тиристоре измеряют в каждой пблуёолне тока, а момёет начала измерения сдвигают по отношению к моменту перехода через нуль напряжения сети на заданный угод. При однофазной нелинейной и многофазной линейной симметрично нагрузке дополнительно измеряют вольтсекундный интеграл разности напряжений сети и электродвижущей силы обмотки трансформатора ,за время последней полуволны тока перед началом интервала вкл ченнога состояния и алгебраически суммируют его с вольт-секундным интегралом электродвижущей силы трансформа-. тора. При многофазной линейной несимме ричной нагрузке измеряют вольт-секундные интеграл 1 линейных электродвижущих сил обмоток трансформатора относи. тельно одной из фаз. . При таком способе максимальная задержка вьтолненйя команды на отключение снижается до полупериода напряжения сети вместо периода, что повышает быстродействие, и ликвидируется насы щение трансформатора, что повышает надежность, На фиг. 1 изображена схема однофазного регулятора; нафиГ. 2-схема трехфазного р гулятора; на фиг, 3 - диаграммы, поясняющие способ управления однофазным р гулятором при импульсном в сочетании,, с фазовым регулироваши и линейной нагрузке (d - напряжение сети; cf- электр движущая силапервичной обмотки трансформатора, в - ток первичной обмотки трансформатора; 2 - напряжение на тири торном ключе), на фиг, 4 - диаграммы, поясняющие способ управления однофаз HbiM регулятором при импульсном регулировании и нелинейной нагр)зке типа однополупериодный выпрямитель (d-напряжение сети (штриховая пиния) и элек тродвижушая, сила обмотки трансформатора-(сплошная); б- ток первичной обмотки)J на фиг, 5 - диаграммы, -поясняющие способ управления трехфазным регулятором при импульсном регулировании и линейной симметричной нагрузке (q- фазные напряжения сети, сГ- линейные напряжения сети, 8- электродвижущая сила обмотки фазы А; - электродвижущая сила обмотки фазы В; д электрод ижущая сила обмотки ,фазы С, С- токи первичных обмоток; (К -линейная электродвижущая сипа обмоток фаз А и В/.; -линейная электродвижугдая сипга обмоток фаз В иС). Силовая схема регулятора (фиг. 1 и 2) состоит из тиристорных ключей 1 на первичной стороне: силового трансформатора 2, на вторичной стороне которого подключена йагруака 3. Изменение индукции 6. В в каком-то стержне трансформатора пропорционально вольтсекундному интегралу Ц электродвижущей , счлы (ЭДС) е обмотки трансформатора . AB V Jedt(1) О V Для измере1шя ЭДС может б-ыть использована первичная обмотка, или специально намотанная измерительная обмотка. Трансформатор не входит в состояние -одностороннего насыщения, если он перемагничивается по симметричному ииклу. Это обеспечивается, если знаки ближайших полуволн (импульсов) тока противоположны, а углы сС фазовой задержки каждой полуволны выбирак)т и изменяют так, что устраняется насыщение трансформатора к концу полуволны ЭДС; когда вольт-секундный интеграл (1) полуволны ЭДС соответствующего знака . достигает максимального значения по модулю. Противоположность знаков ближайших полуволн тока осуществляют запоминанием знака последней полуволны и разрешением. включения только с начала полуволны противоп9ложного знака. Число импульсов тока за время включенного состояния может быт), проИзвольным, На фиг, 3 .справа приведен пример пропуска одной полуволны тока. Максимальная частота включений получается при чередовании одного полупериода тока с паузой в один пфиод напряжения сети и равна 2/3 частоты, сети. При импульсном в сочетании с фазовым регулировании (см, фиг. 1) от внешней независимой системы фазового управления задают одинаковый (симметричный) для всех положительных и отрицательных Ьолуволн напряжения .сети угол /3 (фиг. 3). с момента нулевого значения ЗДС об1мотки .трансформйтора, практически совпадающего с моментом перехода через нуль. напряжения сети (фиг. За), начинйют измерять вольт-йекундный интеграл этой ЭДС Ч (фиг, ЗбО. Пока через тиристорный ключ и первичную обмотку трансформатора проходит ток (фиг, Зо), ЭДС почти совпадает с напряжением сети,а по прекращении тока ЭДС характеризует процесс изменения запасённой в трансфор маторе и нагрузке электромагнитной.энер гии. Интеграл tf измеряк)т до момента, задаваемого углом р , а затем начинают измерять вольт-секундный интеграл Ц) напряжения на тиристорном кпюче, причем это напряжение равно разности напряжевия сети и ЭДС трансформатора (фиг. 3), Когда измеренные вольт-секундные ин тегралы сравняются по величине ; (2) включают тиристорный ключ. В следующий полупериод, описанные операции повторяют. При поступлении команды на отключение измерение очередного вольтсекунднбГо интеграла не производят а игоеграл Ч измеряют и результат измерения хранят до следующего включе.ния, запоминая таклж знак последней полуволны тока. При поступлении команды на включение с ближайшего момента, определенного углом ) , начинают измерять Ейльт-секундный идаеграл т до моме .та включения, определяемого формулой (2), Этот ближайший момент определяют тйкже из условия противоположности знаков полуволн тока. Полное изменение индукции дВо в одну (поло нительную или отрицательную ) сторону равно - %или, если учесть условие (2) . Последняя сумма вольт-секундных интегралов (4) определяется только напряжением сети и углом (см, фиг, 3dl« Если углы р положительных я отрицательных полуволн: одинаковы, то ближайшие по времени полуволны ЭДС (напряжения) первичной обмотки арансформатора равны по величине вольтсекундных, интегралов и противоположны fio знаку. При пёсимметрии углов } про756 сходит некоторое Hapyiueirae симметричности цшспа перемагничиванйя. При йостоянном угле р импульсное регулирование может осуществляться по любому isaKony и с любой частотой шслюченйй. При необходимости фазового регулирования (в сочетании с импульсным или без него) изменяют внешней системой угол р . Изменения угла должны быть, настолысо медленными, чтобы появляющиеся выбрось тока намагетчт вания не превышали допустимых значений., При нелинейной peaico несимметричной нагрузке (однополупериодный выпрямитель) возмонсна работа только в импульсном fieJidiMe, Из-за нелинейности нагрузгси положительные и отрипателЬтные .полуволны токи различны. Поэтому отличаются по величине и паде1гоя напряжепяя на активных сопротивлениях первичной обмотки трансформатора. Из-за этого падеиигя трансформатор перемагничивается по нс5симметричному циклу, причем величина несимметрии пропоршюнальна вольт-секундному интегралу у :(фиг, 4) разности напряжения сети и ЭДС, обмотки трансформатора за время полуволны. Пусть положительная полуволна тока больше отрицательной (фиг, 46), В этом случае положительную полуволну тока пропускают без: задерж- ки ( и с момента включегшя тиристора этой полуволны начинают дополштельно измерять вольт-секундЙ1й интеграл о). С момента перехода напряжения сети через нуль, еслн была подана комайда на отключение, измеряют вбльт-секундйый интеграл Ц-. , После подачи команды на включение с момент определяемого углом р 0, измеряют вояьт-секундный и1Леграл и в момент равенства интегралов включают тиристорный ключ (фиг, 4), В формуле 05) y/j берется со знаком (+), если ЗДС по модулю К1еньще напряисения сети и со знаком (-), если больше. При длительной подаче команды на включение измерение вольт-секундных интегралов происходит аналогично, но в соотношении (5) (см, фиг, 4 d слева). Если обозначить через Ц вел и ч ну вольт-секундного интеграла одного полупериода напряжения сети (фиг, 3 и 4а). то полное изменение индукшидВ в положительную сторону равно (см, фиг. 4с|) дБ нЧ-Ч, а в отрицательную при наличии паузы между включениями, когда Ч Ф О Бу,%-%,, -.. (, при отсутствии паузы, когда Ч - О, b,(8) С учетом условия (5) положительное изменение индукции (6.), получатся равным отрицательному (7) и (8)и обеспечивает ся перемагничивание по - симметричному/ циклу. В многофазном регуляторе при импульсном или импульсном, в сочет&КЕй с фазовым регулировании проявляется взаим ное влияние ЭДС обмоток через общие нагрузку и магнитопровод. Например, вольт-секундный интеграл ЭДС обмотки фазы С к моменту перехода ее через нуль при выключеюш получается даже больше Чо на величину Ц (фиг. 5 ). Дл учета этого явления также, как и при нелинейной нагрузке (фиг. 4) измеряют величину , а момент включения тиристорного ключа в фазе С определяют в момент равенства упомянутых вольтсекундных интегралов (5). При этом fijотрицателен. При симметричной линейной нагрузке и неполнофазном включении трансформатора линейная ЭДС поровну делится между ЭДС фазных обмоток. Это позволяет сначала определить вольт-секундный интеграл Ц с учетом (фиг. 5-6) из соотношения s-iviCv O, (5) Ч измеряются в фазе С, а затем аналогично определить момент вкл ченияключа в фазе А, При несимметричной нагрузке в неполнофазном режиме линейная ЭДС непоровну делится между ЭДС фазных обмоток и исггользовать соотношение (9 ) нельзя. При васиммехричной линейной нагрузке измеряют вольт-секундные интегралы линейных ЭДС 4 (фиг. SiKjy), затем аналогично измеряют вольт-секундные интег ралы напряжений на тиристорах Y и вкл чают тиристорные ключи в моменты выпол нения равенства (2)Как видно из фиг 5ж,ЗуЭтим обеспечивается величина вольт-секундного интеграла каждой из линейных ЭДС,равной время каждого одностороннего перемагнишвания. Можно показать, что при этом врпьт-секундные интегралы фазных ЭДС равны т.е. трансформатор не будет насыщаться. Применение данного способа управле1ШЯ позволяет, повысить быстродействие регулятора и ликвидировать возможность насыщения трансформатора. Повышение быстродействия позволит примерно в 1,5 раза уменьшить колебания температуры объекта при работе регулятора на печь сопротивления, улучшить защиту. Невозможность насыщения трансформатора повысит надежность регулятора, улучшит его энергетические характеристики. Формула изоб ре т е ни я 1.Способ управления тирйсторным регулятором пфеменного напряжения, включенным в первичную цепь силового трансформатора, согласно которому подают управляющие импульсы и изменяют соотношение интервалов включенного и вьжлюченного состояния тиристорных ключей с принудительным знакочередованием полуволн тока путем блокировки управляющих импульсов, измеряют вольт-секундные интегралы электродвижущей силы обмотки трансформатора от момента ее нулевого значения в -конеп полуволны тока и на- , пряжения на тиристоре, сравнивают их и включают указанные ключи в момент равенства вольт-секундных интегралов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, контролируют и запоминают знак текущей полуволны тока и снимают блокировку управляющих импульсов начиная с тиристорных ключей, пропускающих полуволну тока противоположного знака. 2.Способ по п. 1, о -т л и ч а ю щ и и с я тем, что при импульсном в сочетании с фазовьш регулировании, вольт-секундный интеграл напряжения на гаристоре в каждой полуволне тока, а момент начала его измерения сдвигают по OTHOpeiptib к моменту перехода через нуль напрялдания сети на заданный угол......., - . 3.Способ ПОП.1, отличающ и и с я тем, что при однофазной нелинейной и многофазной линейной симметричной нагрузке дополнительно измеряют вольт-секундный интеграл разности напряжений сети и электродвижущей силы обмотки трансформатора за время последней полуволны тока перед началом интервала выключенного состояния и алгебраически суммируют его с вольт-секундным интегралом электродвижущей силы трансформатора.

4, Способ поп. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что при многофазной линейной несимметричной нагрузке измеряют вольтсекундные интегралы трансформатора очч носйтельно одной из фаз.

Источники информашщ, гринятые во внимание при экспертизе

;М., Машиностроение, 1969, с. 166167, 301-305.

ив i

Фи8.2

Q