Устройство для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием Советский патент 1980 года по МПК H02H9/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам компенсации емкостных токов в электрических сетях Известно устройство для экстремальной компенсации емкостных токов утечки с периодической модуляцией индуктивности, состоящее из последовательно соединенных амплитудного детектора, полосового фильтра, настроенного на частоту поиска, релейного усилителя, множительного звена, инерционного звена, безинерционного релейного звена с зоной нечувствительности и нелинейного астатического привода дугогасящей катушки 1. При изменении параметров сети напряжение на входе амш1итуд 1ого детек тора, следовательно, и на входе полосового фильтра имеет большой диапазон изменения амплитуды, что обуславливает повышенные требования к технической реализации этих элементов. Скачок амплитуды напряжения на входе регулятора при резких изменениях параметров сети возбуждает переходной процесс в полосовом фильтре .что приводит к пропаданию сигнала управления в контуре самонастройки . Устройство имеет низкое быстродействие даже при использовании в качестве дугогасящего реактора катушки индуктивности с подмагничиванием, так как быстродействие в этом случае полностью определяется частотой поискового сигнала, верхняя граница которой равна 1,5 Гц (нормальный режим функционирования сети). Наиболее близким техническим решением, к предлагаемому изобретению является устройство для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием в резонанс с емкостью, и использующее принцип экстрюмапьного регулирования со .вспомогательной поисковой модуляцией индуктивности катушки с подмагничиванием. Устройство состоит из последовательно соединенных выпрямителя (амплитудного детектора), фильтра низкой частоты, входного усилителя переменного тока, множительного блока ( синхронного детектора), усилителя с демодулятором (фильтра низких частот), интегрирующего усилителя, усилителя мощности, связанного с обмоткой под| 1агниЧивания катушки индуктивности,

а также генератора поисковых (вспомогательных) колебаний, выход которого соединен со вторым сугфшруетцим входом усилителя мощности и через фазосдвигающий блок - со вторым входом синхронного детектора 2.

Данное устройство обладает низкой чувствительностью к сигналам поисковой модуляции при сколько-нибудь зна чительных расстройках компенсации, В связи с этим для обеспечения устойчивой работы устройства его дополнительно снабжают управляемым элементом, работа которого запрограммирована так, что при снижении амплитуды напряжения смещения нейтрали ниже заданного уровня - установки он ведет систему в сторону резонанса до hrex пор, пока поисковая модуляция не достигает уровня, достаточного для нормальной работы основного контура самонастройки устройства. Так как уровень - установка в процессе работы, устройства не регулируется, то от активной утечки в контуре нулевой последовательности сети и от несимметрии сети зависит правильная работа управляемого элемента, слдовательно, и всего устройства в целом, что определяет его низкую помехоустойчивость. Кроме того, устройству присуще низкое быстродействие из-за применения низкой частоты поиска, равной 2 Гц (время регулирования, как обычно, составляет 5-10 периодов поиска) . Увеличение же частоты поиска не позволяет сохранить данному устройству требуемой точности компенсации.

Целью изобретения является повышение чувствительности, помехоустойчивости и быстродействия регулятора настройки индуктивности катушки с подмагничиванием.

Цель достигается в устройстве для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием, например , в контуре нулевой последовательности электрической сети, содежгццем соединенные последовательно сихронный детектор, фильтр низких частот, интегратор, сумматор и усилител мощности выход которого связан с обмоткой подмагничивания катушки индуктивности, а также генератор поискового сигнала, первый выход которого соединен с первым входом синхроннго детектора благодаря тому, что оно дополнительно содержит блок возбуждения, блок умножения, два релейных усилителя, фазовый детектор и поло-i совой фильтр, причем входы блока возбуждения и первого релейного усилителя электрически связаны с катушкой индуктивности, выход блока возбуждения подключен к первому входу блока умножения, ко второму входу которого подключен второй выход генератора поискового сигнала, а выход блока умножения соединен со вторым входом сумматора, при этом быход первого релейного усилителя через последовательно соединенные фазовый летек тор, полосовой фильтр и второй релейный усилитель соединен со вторым входом синхронного детектора.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для автоматической настройки индуктивности катушки с подмагничиванием; на фиг. 2 - обобщенная управляющая характеристика устройства.

Устройство содержит контур нулевой последовательности сети (объект управления) 1, включающий в себя катущку индуктивности с подмагничиванием (дроссель насьЕцения) 2. Выход объекта 1 подключен к входу последовательного соединения блоков: релейного усилителя 3, фазового детектора 4, полосового фильтра 5, релейного усилителя 6, синхронного детектора 7, фильтра 8 низких частот, интегратора 9, сумматора 10 и усилител мощности 11, у которого выход соединен с обмоткой подмагничивания дросселя насыщения 2. Кроме того, устройство содержит блок возбуждения 12, вход которого соединен с выходом объекта 1, а выход через множительно звено 13 - со вторым входом сумматор 10, и генератор поискового сигнала 1 |связанный своим выходом со вторыми входами синхронного детектора 7 и мнжительного звена 13.

Устройство работает следующим обР|ЗОМ.

Ток несимметрии сети 6(-t), поступащий на вход объекта управления 1, порождает на выходе объекта управления колебания вида

(fe)e|xwcMi.,c.-)|cos ujt-«-v- 4{u;,L.C, (i)

где Q и V - амплитуда и фаза тока несимметрии 0{-k), ou - промышленная частота сети ;|W( ),L,C)/H 4i(u,L,cV модуль и фаза частотной характеристики на частоте ии объекта управления от входа ©(t) к выходу (t) (к току 1 C-t) или к напряжению C(,t) нейтрали) .

В качестве объекта управления 1 выступает контур нулевой последовательности сети, состоящий из суммарной емкости С фаз сети относительно земли и индуктивности L дроселя насыщения 2, включенного в нейтраль сети. Объект 1 все врегля находится в режиме параметрического возбуждения, осуществляемого блоком 12 на удвоенной частоте сети, а именно:

)i .u)t-«-2(u;,L,c)vdL (2)

где d.y и 24(U),l.,C)-KjL - амплитуда и фаза сигнала возбуждения.

Напряжение возбуждения сГУ , вырабатываемое блоком 12, вводится в обмотку управления дросселя насыщениг .2 при помощи усилителя мощности 11 При этом сигнсш cTV строго синхронизирован и сфазирован с выходным сигналом объекта 1 за счет частотно-фазового удвоения последнего, например, с помощью двухполупериодного выпрямителя. В блоке 12 вырабатывается также необходимый фазовый сдвиг для компенсации фазового сдвига Чдц(2иу), приобретаемого напряжением возбуждения при прохождении через обмотку подмагничивания дросселя насыщения 2, а также фиксированных углов, связанных с выбором равновесного состояния системы при окончательной настройке контура нулевой последовательности сети в резо нанс на промышленной частоте сети. Ha множительном звене 13 происходит перемножение сигнала возбуждения rfX на сигнал, поступающий от генер тора поисковых колебаний 14. Поисков сигнал равен (JX-a s-igiACOs ftttd y (3) где С|),о(-у и Л - амплитуда, фаза и частота сигнала поиска. В результате на выходе множительного звена об разуется сигнал cfUi, , который пос ле усиления по мощности усилителем 11 модулирует индуктивность настраи емой катушки 2, так что L - L-i-cTL , cTL--а К ) (i aiw) fd-X с 2и + 2.Ч(ио,Ь,с)(2и (М где cTl - колебательная составляющая индуктивности L. объекта 1, К ид - коэффициент пере;;ачи по напр жению усилителя мощности 11 ,)2ш) Чдц(2ии)- модуль и фаза частотной ха рактеристики обмотки управления дросселя насыщения 2 на частоте 2ш, Возникающий параметрический .эффе за счет сигнала подкачк;. сГч позвол ет как повышать добротность контура нулевой последовательности сети при ( , так и понижать ее при (Х-О Следовательно, поисковые колебания , поданные на индуктивность, в действительности модулируют добротность резонансного контура. В результате совместного воздействия параметрического возбуждения и поискового сигнала ОХ в выходном сигнсше объекта g,(tV-© (М (.iu),U,a(Nvcos u)(vJO,V.,c)cJ4 (5) появляется периодическая составляющая фазы: 64-cy4it -ara,c)si ncosCstt d v) (6) а-. )|m(b,c-); (7) F(U,c-)-sinU-T -nV-(8 iiecb M--fA(L,(inco5id-T n ° i (9) (u,C)---arct 5 i: i lIIlll (,o) « itSyiticosLd-:;;-- ) ..--n,(U,C) .- (11 .п№ L эй j j (l-,C)-2ar-clgr-(UC()-, (12) V-n.b,C)-at-ctg- . ЬЦСиО.и.С) Гэе.У1|(и;,и,с-)П I . эь L эТ J (r--0,(/ Cj2ot,Jcf А.мС2да) где R - активное сопротивление дросселя насыщения. Таким образом, в периодических колебаниях фазы (ГЧ W содержится информация в виде обобщенных нелинейных зависимостей FCL.C) о положении точки резонанса, вид которых представлен на фиг, 2. Колебания фаЗЕЛ cr4lt) с поисковой частотой происходят в фазе с поисковыми колебаниями (fX в случае недокомпенсации (до резонанса) и в противофазе - при перекомпенсации (после резонанса). При точной компенсации, т. е..при резонансе, когда L-Lpe, (см, фиг. 2), фазовая модуляция сигнала на выходе объекта управления отсутствует, так как F(U,. Следовательно, модуляция фазы сигнала на выходе объекта управления содержит в себе информацию о величине и знаке расстройки компенсации. Детектирование данной информации происходит следующим образом. Сигнал (t) с выхода объекта 1, проходя через релейный усилитель 3, приобретает форму прямоугольных колебаний sigrvi (t с той же фазой, что и у сигнала (f) , Затем фазовыП детектор 4 и полосовой фильтр 5, настроенный на частоту поиска Si , выделяют колебания фазы с частотой поиска Н (-fc) , которые дополнительно усиливаются релейным усилителем 6, Полученный на выходе усилителя б сигнал, равный sigb4U)sigtt di(-t)--Si.gn .Clcos ftt dL ) сравнивается по фазе на синхронном детекторе 7 с поисковым сигналом сГХ . Тот факт, что на синхронном детекторе происходит перемножение релейных сигналов, позволяет довести peaлиэацию детектора до простой логической схемы, а операцию умножения производить точно.

На выходе синхронного детектора оразуется сигнал

,(ai-dLj), (17)

из которого с помощью фильтра 8 выделяются медленно меняющаяся составляющая V , связанная с обобщенной нелинейной зависимостью р(1чС) (фиг. 2). Полученный сигнал управления V потупает на вход интегратора 9, выходное напряжение (i которого после сложения на сумматоре 10 с модулирующим напряжением- cf Uv с выхода множтеяьиого звена 13 и уриления по мощности усилителем 11 определяет ток в обмотке подмагничивания дросселя 2, а следовательно, и индуктивность комненсирующей обмотки этого дросселя. Равенство V О достигается при А- Т1--о, , (18) что может быть обеспечено только при Uреъ(фиг. 2) компенсирующей катушки 2. Равенство 18 имеет место при выполнении следующего условия

cl--TCt.pe,O-n(.) (19)

для всех возможных емкостей С сети. Последнее оказывается возможным,- так как угол Т .С ), определяемый равенством (t2J, в резонансе принимает значение 1Г , а угол Ц ( определяемый равенством (13), в резовансе также всегда равен - К/2 из-за того, что производная 34(tu,LiC)/9 всегда положительная, а производная (з«5,Ь,С)//ЭЬ всегда равна нулю при резонансе.

Следовательно, условие 19 в резонансе выполняется при

, (20) что может быть достигнуто при помощи регулировки фазы d. .напряжения возбуждения в блоке 12.

Легко видеть при этом, что (70 npw f(l,C)M О pvb --U,ei (21)

UO При Ь - I. ре,

для фиксированных значений С , что определяет обобщенную нелинейную зависимость FCL.C) о положении точки резонанса (фиг. 2).

Фазовая модуляция сигнала на вы-. Ходе объекта управления при больших расстройках компенсации ослабляется намного меньше, чем амплитудная, которая используется в известных устройствах с поисковой модуляцией индуктивности катушки. Данное обстоятельство обеспечивает более высокую

чувствительность устройства к сигналам поисковой модуляции.

Релейный усилитель на выходе объета делает предлагаемое устройство нечувствительным к любым амплитудным изменениям выходного сигнала объекта, что повыша:ет помехоустойчивость устройства в целом.

Процесс преобразования поисковых сигналов в периодические колебания фазы сигнала на выходе объекта в параметрически возбужденном объекте происходит с меньшей инерцией, че в невозбужденном объекте. Так что частоту поисковых сигналов с сохранением приемлемой точности резонансной настройки можно повысить в 2-3 раза, что, в свою очередь, позволяет повысить быстродействие всей системы примерно во столько же раз.

Формула изобретения

Устройство для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием,например, в контуре ну левой последовательности электрической сети, содержащее соединенные последовательно синхронный детектор, фильтр низ1.их частот, интегратор, сумматор и усилитель мощности, выход которого связан с обмоткой подмагничивания катушки индуктивности, а также генератор поискового сигнала, первый выход которого соединен с первым входом синхронного детекTcjpa, отличающееся . тем, что, с целью повышения чувствительности, помехоустойчивости и быстродействия, оно дополнительно содержит блок возбуждения, блок умножения два релейных усилителя, фазовый детектор и полосовой фильтр, причем входы блока возду хдения и первого релейного усилителя электрически связа с катушкой индуктивности, выход блока возбуждения подключен к первому входу блока умножения, ко второму входу которого подключен второй выход генератора поискового сигнала, а выход блока- умножения соединен со вторым входом сумматора, при этом выход первого релейного усилителя чере последовательно соединенные фазов1лй детектор, полосовой фильтр и второй релейный усилитель соединен со вторым входом синхронного детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Заявка 2366758/24-07, кл. Н 02 Н 1/02, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 491180, кл. Н 02 Н 1/02 1971 (прото.тип).

1