Способ управления тиристорно- ТРАНСфОРМАТОРНыМ РЕгуляТОРОМпЕРЕМЕННОгО НАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 G05F1/20 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения с нагрузкой, включенной через трансформатор, например, в электропечах сопротивления.

Известен способ управления регулятором переменного напряжения с фазовым переключением отпаек первичной обмотки трансформатора, при котором величина угла задержки определяется только требуемой глубиной регулирования напряжения fl.,

Недостаток этого способа - низкие энергетические показатели, присущие фазовому регулированию

Наиболее близкок к предлагаемому по технической сущности способ управления тиристорно-трансформаторным регулятором переменного напряжения, выполненным в виде трансформатора, первичная Ьбмотка .которого имеет отпайки высшей и низшей ступени напряжения, соединенные со входным выводом через управляемые ключи с двух. сторонней проводимостью. Управляющие импульсы подают в момент нулевых значений тока сначала на ключ отпайки низшей ступени, затем на ключ отпайки высшей ступени с последующим изменением порядка подачи управляющих импульсов на обратный.

Недостаток известного способа насыщение трансформатора при переключении с одной ступени напряжения на другую,сопровождак«цееся броском тока, что снижает надежность и энергетические показатели регулятора.

Цель изобретения - повышение на10дежности и энергетических показателей регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что при переключении управляющих импульсов с ключа отпайки низшей ступени напряжения на ключ отпайки высшей ступени в первом полупериоде подачу .управляющего импульса задерживает на 90 эл. град, относительно момента перехода напряжения питания через нуле20:вое значение, а при обратном переключении в первом полупериоде повторно подают управляющий импульс на ключ отпайки высшей ступени напряжения с углом задержки, значение которого

25 1 еделяют предварительно.

Кроме того, для определения угла

задержки после повторной подачи уп равляющего импульса на ключ отпайк

высшей ступени напряжения с момента

30 перехода напряжения питания через

нулевое значение измеряют вольт-секундный интеграл напряжения на ключе отпайки высшей ступени напряжения в течение 90 эл. град., затем при последующем переключении управляющих импульсов на ключ отпайки низшей ступени напряжения в первом полупериоде .измеряют вольт-секундный интеграл на.пряжения на ключе отпайки высшей ступени и вновь подают на,..,него управляющий импульс, когда вольт-секундный интеграл станет равным ранее измеренному вольт-секундному интегралу.

При постоянных величине и характере нагрузки указанную повторную подачу управляющего импульса осуществляют с постоянным углом задержки.

На фиг. 1 дана принципиальная схема силовой части тиристорного регулятора, поясняющая предлагаемый способ; на фиг. 2 и 3 - диаграммы токов и напряжений в схеме, где Л - напряжейие УС сети; f - напряжение меяоду отпайкой 5 и - нулевым выводом 1; напряжение .- на ключе 1; 2. - измеряемые вольт-секундные интегралы на ключе 1; д- магнитная индукция в сердечнике трансформатора 3, е - ток i ключа 1, - ток i ключа 2.

Тиристорный регулятор содержит тиристорные ключи 1 и 2 отпайки высшей и низшей ступеней напряжения, трансформатор 3,первичную обмотку 4 трансформатора, отпайки 5 и 6 высшей и низшей ступеней, нулевой вывод 7 первичной обмотки, вторичную обмотку 8 трансформатора и нагрузку 9.

Тиристорные ключи 1 и 2 периодически подключают сеть переменного тока к отпайкам 5 и 6 первичной, обмотки 4 трансформатора 3. При замкнутом ключе 1 и разомкнутом ключе 2 отпайка 5 подключена к сети, и напряжение нагрузки 9 соответствует высшей ступени выходного напряжения регулятора. При замкнутом ключе 2 и разомкнутом клюне 1 отпайка 6 подключена к . сети, и напряжение в нагрузке 9 соответствует низшей ступени.

При низшей ступени напряжения нагрузки (фиг. 2, интервал времени t to) когда замкнут ключ 2 и разомкнут ключ 1, максимальное значение индукции . 2д) в сердечнике трансформатора, достигаемое в моменты перехода напряжения сети Uc (фиг.20) через нуль, определяется по вырс1жению ,

%

СЛ

25(W -NWj,)

U - амплитуда напряжения сети; W, - число витков секции обмотки между отпайкой 5 и нулевым выводом 7;

W - число витков обмотки между отпайками 5 и 6;

S - сечение сердечника трансформатора;

- круговая частота напряжения сети;

Vo- вольт-секундный интеграл напряжения сети за один полупериод.

При переключении управляющих импульсов с ключа 2 отпайки низшей ступени на ключ 1 отпайки высшей ступени в первом полупериоде подачу управляющего импульса задерживают до момента t, сдвинутого на угол of 90 эл.град. относительно момента перехода питающего напряжения через нулевое значение (фиг. 2S). Включение ключа 1 в момент 1„ с . з-адержки oL- обеспечивает отсутЬтвие насыщения трансформатора при переходе на высшую ступень напряжения, так как индукция в момент t перехода напряжения сети через нулевое значение в конце полупериода, в-котором осуществляется переключение, равна максимальной индукции в режиме длительного подключения отпайки высшей ступени , ,

Чо

ЦЛА

(2)

J2.)

и индукция .сразу выходит на установившийся режим (фиг. 2д).

Переход с высшей ступени напряжения на низшую осуществляют обратным переключением управляющих импульсов

с ключа 1 на ключ 2. Включение ключа 2 возможно только после выключения ключа 1. Ключ 1 выключается в момент tf перехода тока i через нуль (фиг. Зе), сдвинутого по отношению к моменту t, перехода напряжения сети УС через нуль в сторону отстаивания индуктивного характера тока намагничивания и тока нагрузки. После выключения ключа 1 происходит рассеяние энергии, накопленной в

магнитном поле сердечника трансформатора, между отпайкой б и нулевым выводом 7 появляется остаточное напряжение, которое до момента t- больше напряжения сети, и не дает включить ключ 2. в момент tg вк.пючают

ключ 2, и на нагрузке 9 появляется напряжение низкой ступени (фиг. 3tf). В момент t осуществляют повторную подачу управляющего импульса на ключ

1 с углом задержки cLz После повторного включения ключ 1 выключается в момент t. перехода тока через нуль (фиг. Зб%в). Включение ключа 2 от:пайки низшей ступени осуществляют в момент г когда сравнивается напряжение сети U с и остаточное между отпайкой б и нулевым выводом 7, после чего завершается переход на низшую ступень напряжения (фиг. 3). Выбор уг.ла задержки oi определяется из услоВИЯ, что к моменту tty. перекода на низшую ступень напряжения индукция в сердечнике трансформатора должна быть такой, какой бы она была в реж ме установившегося включения низшей ступени напряжения. По этому условию индукция выража ется через напряжение на секции обмотки с отпайкой 5 (фиг.) . Принимая во внимание уравнения (),(2), (3), а также 1 J di-vyvs получаем vu o j. 0 где .ft - вольт-секундный интегргш на пряжения на секции обмотки с отпайкой 5 за полупериод (фиг. 3iJ,интервал времени )д - вольт-секундный интегргш на пряжения (фиг. 36 ) «равнение (5) преобразуют к виду Ч-о N«/2. ч -Ч « или получают окончательное выpaжёнИJ Ча-Ч, о; .где % - вольт-секундный интеграл на пряжения на ключе 1 за время от начала полуволны, в которую осуществляется повторное включение ключа отпайки высиюй ступени, до мо мента, когда производится повторное включение} % - вольт-секундный интеграл на пряжения на ключе 1 от момента начала полуволны, в которую выключается ключ,до момента, сдвинутого на 90 эл. грсд:. по отношению к указанному моменту. Так как вольт-секундный интеграл Ч используется для определения момента повторного включения ключа отпайки высшей ступени, которое предшествует моменту начала измерения ин теграла , то измерение Ч) производится на интервале времени .пос ле анёшогичного предшествующего повторного включения ключа отпайки выс.(4 S шей ступени. Таким образом, после повторной подачи управляющего импульса на ключ отпайки высшей ступени напряжения с момента перехода напряжения питания через нулевое значение измеряют вольт-секундный интеграл напряжения на ключе отпайки высшей ступени напряжения в течение 90 эл.град, затем при последующем переключении управляющих импульсов на ключ отпайки низшей ступени напряжения в первом полупериоде измеряют вольт-секундный интеграл напряжения на ключе отпайки высшей ступени напряжения и вновь подают на него управляющий импульс, когда вольт-секундный интеграл станет равным ранее измеренному вольт-секундному интегралу. При постоянной величине и характере нагрузки повторную подачу управляющего импульса на ключ отпайки высшей ступени напряжения производят с постоянным углом. Повторное включение ключа отпайки высшей ступени напряжения с определенным углом задержки обеспечивает отсутствие переходного процесса установления индукции при переключении с отпайки с меньшим числом витков на отпайку с большим числом витков.Если не производить повторного включения ключа отпайки высшей ступени напряженйя не происходит насыщения сердечника трансформатора, но начинается переходный процесс установления индукции в сердечнике, постоянная времени которого определяется активным сопротивлением первичной обмотки и индуктивностью нгшагничквания трансформатора. Длительность переходного процесса достигает сотен периодов напряжения сети. Состояние индукции в это время в сердечнике определить сложно и при переключении управляющих импульсов с ключа отпайки низшей ступени напряжения на ключ отпайки высшей ступени напряжения с углом задержки oQ 90 эл. град, включения ключа отпайки высшей ступени напряжения возможно насыщение сердечника, В случае с повторньм включением ключа отпайки высшей ступени напряжения при nepieключенни управлякщих импульсов с ключа отпайки низ1аей ступени напряжения на ключ отпайки К2сшей ступени с углом задержки . 90 эл.град. я первом долупериоде гарантируется отсутствие насыщения трансформатора. Следовательно, применение предлааемого способа управления тиристоро-трансформа торньв регулятором позоляет избежать насьвцение трансформаора, повысить, тем самым, надежность энергетические показатели регуляора.

Формула изобретения

1. Способ управления тиристорнотрансформаторным регулятором переменного напряжения, выполненным в виде трансформатора, первичная обмотка которого имеет отпайки высшей и низшей ступени напряжения, соединенные с входным выводом через управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, путем подачи управляющих импульсов в момент нулевых значений тока сначала на ключ отпайки низшей ступени, затем на ключ отпайки высшей ступени с последующим изменением порядка подачи управляющих импульсов на обратный, о т-л ич ающи йс я тем, что, с и(елью повышения надежности и энергетических показателей регулятора, при переключении управляющих импульсов с ключа отпайки низшей ступени напряжения на ключ отпайки высшей ступени в первом полупериоде подачу управляющего импульса задерживают на 90 эл. град, относительно момента перекода напряжения питания через нуле. вое значение, а при обратном переключении в первом полупериоде повторно подают управляющий импульс -на ключ отпайки высшей ступени напряжения с углом задержки, значение которого определяют предварительно.

2. Способ по п. 1тОтличающ и и с я тем, что для определения угла задержки после повторной подачи

управляющего.импульса на ключ отпайки высшей ступени напряжения с момента перехода напряжения питания через нулевое значение измеряют вольтсекундный интеграл напряжения на ключе отпайки высшей ступени напряжения в.течение 90 эл. град, затем при последующем переключении управлянмцих импульсов на ключ отпайки низшей ступени .напряжения в первом полупериоде измеряют вольт-секундный интеграл напряжения на ключе отпайки высшей ступени напряжения и вновь подают на него управлякнций импульс, когда вольсекундный интеграл станет равным ранее измеренному вольт-секундному интегралу.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при постоянных величине и характере нагрузки указанную повторную подачу управляющего импульса осуществляют с постоянным углом задержки.

.Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР. 201501, кл. 02 Р 13/16, 1967.

2.Озерянский А.А., Гординский И.М Управление тиристорным преобразователем дискретного действия как средство улучшения его основных характеристик. В сб.- Оптимизация преобразователей электромагнитной энергии. Киев, Наукова думка, 1976, с. 135.