Устройство управления @ -фазным тиристорным регулятором Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ т-ФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ

РЕГУЛЯТОРОМ

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для регулирования напряжения на многофазной нагрузке, питаемой от многофазной сети без нейтрали. Известен регулятор трехфазного на пряжения, содержащий силовые тиристо ры, через которые к трехфазной сети переменного тока подключена нагрузка, трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети переменного тока, а к вторичной обмотке через выпрямитель подк.пючены базы первого однопереходного транзистора с первым времязадающим UC -контуром в цепи эмиттера., второй и третий од нопереходные транзисторы с RC -конту рами, источник питания постоянного токаи импульсные трансформаторы, вторичные обмотки которых подключены к управляющим электродам силовых ти ристоров Г13 . Однако известный регулятор обесп чивает регулирование напряжения в нагрузке, соадиненной в звезду и имеющей нулевой вывод, подсоединенны к нулевому проводу трехфазной сети нейтралью. Известная схема требует применения -нулевого провода, по кот рому протекает значительный ток, а таклсе специальных трехфазных потребителей с уже имеющимся нулевым выводом в фазовых обмотках. Наиболее близким к предложенном устройству по технической сущности является устройство управления ,и-фаэным тиристорньом регулятором, содержащее 2т формирователей импульсОв, к выходным выводам ка/кдого из которых подк.гЛочена дифференцирующая цепочка из последовательно соединенных конденсатора и первичной обмотки импульсного трансформатора, выводы первичной обмотки которого образуют выходные выводы устройства и источник постоянного регулируемого напряжения, при этом формирователи импульсов первой фазы выполнены с одним общим фазосдвигающим блоком, которыл содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам а к его вторичной обмотке через вылрямительный мост и резистор подключен стабилитрон и релаксационный генератор на основе однопереходного транзистора, входные выводы которого подключены к стабилитрону.и к источнику постоянного регулируемого напряжения, а выходной вывод соединен с управляющим электродом формирующего

тиристора, при этом к аноду последнего подключены катоды трех диодов, причем аноды первого и второго диодов, через резисторы подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора, а анод третьего диода подключен к верхней базе однопереходного транзистора Г23 .

Известное устройство сложно, так как включает в себя несколько транс|форматоров питания, выпрямительных мостов, подстроечных. резисторов,сравнительно сложно в настройке и недостаточно надежно в работе.

Целью изобретения является упрощение схемы и повышение надежности работы.

Для осуществления этого в устройство введен второй релаксационный генератор на основе однопереходного транзистора, верхняя база которого через вновь введенный конденсатор соединена с анодом формирующего тиристора, при этом каждый формирователь импульсов первой фазы содержит вновь введенную RC-цепочку, подключенную через соответствующий первый или второй диод параллельно формирующему тиристору, общая точка резистора и конденсатора которой соединена через резистор с выводом синхронизации одного из двух вновь введенных распределителей импульсов, каждый из которых выполнен в виде m -разрядного счетчика, счетный вывод каждого из которых подключен к выходному выводу второго релаксационного генератора, при этом выходные выводы-разрядов счетчика являются выходными выводами формирователей импульсов соответствующих фаз.

.На чертеже изображена схема предложенного устройства, содержащего клеммы 1-3 трехфазной сети переменного тока, силовые тиристоры 4-9, через которые к выходным клеммам 10-12 регулятора подсоединена нагрузка, например электродвигатели вентиляторов, источники питания пульсирующего и постоянного напряжения, составленные трансформатором 13, диодным мостом 14, резистором 15, стабилитроном 16, диодом 17, конденсатором 18 фильтра, резистором 19 и опорным диодом Сстабилитроног) 20,дв распределителя импульсов, образованных тиристорами 21-23 и 24-26, при этом тиристоры 22, 24 выполнены симметричными, коммутирующими конденсаторами 27-32, резисторами 33-43,диодами 44-47 и конденсаторами 48-51, однопереходные транзисторы 52, 53 с ОС-контурами (резистор 54, конденсатор 55, резистор 56, конденсатор 57) в цепях их эмиттеров , формирующий тиристор 58; разделительные диоды 596i; конденсаторы 62, 62, 63, резисторы 64-67, потенциометр 68., на котором выполнен источник регулируемЬго

напряжения постоянного тока; конденсаторы 69, 70, образующие с резисторами 66, 67 КС -цепочки, и импульсные трансформаторы 71-76, вторичные обмотки которых подключены к управляющим электродам силовых тиристоров.

Работает регулятор напряжения следукядим образом.

Базы однопереходного транзистора 52 питаются напряжением трапецеидальной формы, выпрямленным мостом 14 и ограниченным по амплитуде стабилитроном 16. К регулируемому источнику напряжения постоянного тока, образованному диодом 17, конденсатором 18 фильтра, стабилитроном 20 и потенциометром 68, подключение -контур 54, 55. Когда конденсатор 55 зарядится до напряжения отпирания однопереходного транзистора, он разряжается через его эмиттер-базу и резистор 77. К резистору 77 подсоединен управляющий электрод тиристора 58. Поэтому под де гствием импульса напряжения, выделяемого на резисторе 77, этот тиристор отпирается. Тиристор 58,открываясь по цепи анод-катод, шунтирует каждый полупериод однопереходнии транзистор 52 по базам и удерживается в открытом положении до конца полупериода напряжения питания. В провалах между импульсами напряжения питания тиристор 58 запирается.

В начале каждого полупериода напряжения питания тиристора 58 со вторичных обмоток трансформатора 13 через резисторы 64, 66 и 65, 67 и один из диодов выпрямительного моста 14 попеременно заряжаются конденсаторы 69 и 70 до напряжения на аноде тиристора 58. В случае положительного напряжения, например, на правом выводе вторичной обмотки трансформатора 13 заряжается конденсатор 69, конденсатор 70 не заряжается.в случае же положительного потенциала на левом выводе вторичной обмотки трансформатора 13 в течение следующего полупериода заряжается конденсатор 70. Поэтому в течение каждого срабатывания тиристора 58 на его анодную цепь через резисторы 66 и 67 попеременно через каждый полупериод будут разряжаться конденсаторы 69 и 70. При этом через каждый полупериод на резисторах 66 и 67 будут выделяться импульсы отрицательной полярности. Для разделения цепей заряда и разряда конденсаторов 69 и 70 служат диоды 59-61. Причем за счех шунтирования тиристором 58 транзистора 52 по базам после его отпирания на резисторах 66 и 67 кажды«1 полупериод формируется лишь по одному импульсу управления. Эти импульсы управления с резистора 66 поступают на синхронизирующий вход одного из распределителей импульсов, выполненного на тиристорах 21-23, а с резистора 67 подаются на синхронизирующий вход другого распределителя импvльсов, выполненного на тиристорах 2426. Тиристоры 21 и 24, на управляющи электроды которых поступают импульсы с резисторов 66 и 67, выполнены симметричными, так как в этом случае он непосредственно могут отпираться импульсами отрицательной полярности,вы деляемыми на резисторах 66 и 67. Таким образом импульсы, вьщеляемые на резисторах 66 и 67, запускают первые ячейки распределителей импульсов (тиристоры 21 и 24) в зависимости от полярности питающего напряжения сети т.е. запуск распределителей импульсо осуществляется синхронно с положител ной или отрицательной полуволной напряжения сети. Под действием импульса, выделяемого на резисторе 66, отпирается тиристор 21, образующий с тиристорами 22 и 23 распределитель импульсов. КогдаЧ тиристор 21 открывается, через резистор 33, коммутирующий конденсатор 27 и первичную об мотку трансформатора 71 проходит импульс, заряжающий конденсатбр 27 до напряжения на резисторе 34. Со вторичных обмоток импульсного трансформатора 71 импульсы поступают на управляющие электроды-катодь1 тиристоров 5 и 6. При максимальном напряжении, снимаемом с потенциометра 68, конденсатор 55 успевает зарядиться в начале каждого полупериода, в этом случае тиристоры 5 и 6 открываются с максимальньлм углом отпирания и напря жение на выходе регулятора будет иметь максимальное значение. Одновременно с отпиранием тиристо ра 58 через конденсатор -62 поступает на верхнюю базу транзистора 53 отрицательный импульс. За счет резкого снижения напряжения по базам транзистора 53 конденсатор 57 разряжается через отпирающийся этот транзистор на резистор 78. При этом на второй вход обоих распределителей импульсов, аноды диодов 44-47, поступа ет импульс. Но в момент отпирания тиристора 21 диоды 44-47 заперты потенциалами на конденсаторах 48-51, предварительно заряженными через резисторы 40-43 до напряжения на анодах закрытых тиристоров 21, 24 и 22, 25. Поэтому тиристоры 22, 23 и 25, 26 импульсом, возникающим на резисторе 78 в момент отпирания тиристора 21, не открывается. После отпирания тиристора 21 конденсатор 48 через резистор 40 разряжается на него, отпирая диод 44, а конденсатор 57 через резистор 56 заряжается под действием постоянного напряэкения,ста билизированного опорным диодом 20. Когда конденсатор 5-7 зарядится, транзистор 53 открывается, пропуская через себя на резистор 78 импульс,ко торый проходит через открытый диод 44 и разряженный конденсатор 48 Q цепь управления тиристорп 22 и вн-лывает его отпирание. Через резистор 33, открывающийся тиристор 22, первичную обмотку,импульсного трансформатора 72 и коммутнрукадни конденсатор 28 .проходит импульс, поступающий со вторичных обмоток трансформа тора в цепи управления силовых тиристоров 9 и 4. За счет падения напряжения на резисторе 33 при заряде коммутирующего конденсатора 28 и напряжения на уже заряженном конденсаторе 27 тиристор 21 закрывается. Время заряда конденсатора 57 определяется требуемым углом сдвига в формируемых для подачи на управляющие электроды силовых тиристоров 4-9 импульсов, равным 60 эл.град., что для переменного тока частотой в 50 Гц составляет 3,3 MJIC. Это время зависит от посто-. янной времени iC -контура 56, 57, порога отпирания транзистора 53 и напряжения стабилизации опорного диода 20.Для корректировки порога срабатыдания транзистора 53 служит потенциометр 79. Теперь через резистор 40 заряжается конденсатор 48 до потенциала на аноде закрытого тиристора. 21, а на открытый тиристор 22 через резистор 41 разряжается конденсатор 49. Диод 44 запирается, а диод 45 открывается. Поэтому когда через 3,3 млс конденсатор 57 снова зарядится и разрядится на резистор 78, под действием этого импульса отопрется тиристор 23, вызывая формирование на выходе трансформатора 73 импульсов, поступающих на входы силовых тиристоров 7 и 8. Одновременно закрывается тиристор 22. Поскольку время заряда конденсатора 57 составляет 3,3 млс, импульс, формируемый fia выходе трансформатора 73, будет сдвинут по отношению к импульсу на выходе трансформатора 72 на бО. Сопротивления резисторов 40-43, выбираются такими, чтобы проходящий через них ток заряда конденсатор ов 48-51 был меньше тока отпирания тиристоров 22, 23, 25, 26. Когда в провалах между импульсами питания закроется тиристор 58,конденсатор 55 снова начинает заряжаться через резистор 54 и по истечении 0,01 с зарядится до напряжения отпирания транзистора 52. На резисторе 77 снова выделяется импульс напряжения, отпирающий тиристор 58. Но в этом случае на анодную цепь тиристора 58 разрядится через резистор 67 конденсатор 70. Теперь под действием отрицательного импул1 са, выделяемого на резисторе 6, отпирается тиристор 24 второго распределителя импульсов.Через резистор 33, конденсатор 30, первичную обмотку трансфопматора 14 и тиристор 24 проходит импульс тока,заряжающий конденсатор 30. Со вторичных обмоток импульсного трансформатора

74 импульсы поступают на управляющие электроды силовых тиристоров 4 и 7, вызывая их отпирание. Поскольку все тиристоры и коммутирующие конденсаторы обоих распределителей импульсов подключены к источнику питания через общий резистор 33 при отпирании тиристора 24 ранее включенный тиристор 23 отключается. За счет этого уменьшается потребляемая мощность источника питания постоянного тока. Одновременно через конденсатор 62 при отпирании тиристора 58 осуществляется синхронизация в срабатывании транзистора 53 по отношению к открыванию транзистора 52. Такая синхронизация может осуществляться каждый полупериод при подсоединении верхней базы транзистора 53 через конденсаторы 62 ,и 63 к анодам тиристоров 21 и 23 (на чертеже покагзаяо пунктиром) . В этом случае при отпирании тиристо-ра 21 или 24 поочередно с помощью конденсатора 62 или 63 также будет кратковременно снижаться напряжение на базе транзистора 53. Благодаря такому подключению верхней базы транзистора 53 через конденсатор 62 к аноду тиристора 58 или через конденсаторы 62и 63 к анодам тиристоров 21 и 24 осуществляется синхронизация импульсов, генерирующих транзистором 53, с каждым полупериодом напряжения сети. При заряде конденсатора 57 через резистор 56 до напряжения ртпирания транзистора 53 он открывается и н-а резисторе 78 снова формируется импульс, поступающий на вход распределителей импульсов. Поскольку в этом случае из всех диодов 44-47 отперт лишь диод 46, то под действием импульса на резисторе 78 отопрется тиристор 25. Импульсы управления с вторичных обмоток транс(JJopMaTOpa 75 поступят на управляющие электроды тиристоров 5, 8, вызывая их открывание. Через 3,3 млс откроется тиристор 26, а тиристор 25 закроется. Со вторичных обмоток трансформатора 76 импульсы постуАят в цепи управления тиристоров 6,9. В дальнейшем работа регулятора повторяется. В предложенном устройстве можно было бы использовать вместо двух трехпозиционных распределителей импульсов гдин шестипозиционный, подавая на один из его входов импульсы не каждый полупериод, а лишь раз в период. В этом случае упростилась бы несколько схема формирования импульсов , подаваемых лишь на вход одного распределителя импульсов, но в 2,5 раза ухудшилась бы синхронизация нмпульсов, генерируемых транзисторов 53 с сетью. Взамен тиристора управления 58, обеспечивающего формирование в течение полупериода одиночного импульса, можно было бы использовать подключенный к источнику постоянного

тока контур, состоящий из резистора и стабилитрона или двух резисторов, точка соединения которых друг с другом подключена через разделительный диод к эмиттеру транзистора 52. В этом случае после формирования транзистором 52 импульса он будет удерживаться до конца полупериода в открытом положении током, протекающим через резистор и разделительный диод. Но при такой схеме формирования оди ночных импульсов затруднена регулировка выходного напряжения под шкалу задатчика.

Таким образом, предложенное устройство характеризуется простотой

5 схемы и высокой надежностью работы при подсоединении к его выходу различной нагрузки и использовании системы питания трехфазным напряжением без нейтрали. Возможно его применение

0 для управления силовыми тиристорами, не допускающими подачу импульсов в цепь управления тиристоров при положительном потенциале на катоде. Это обеспечит предложенному устройству

5 широкое применение для регулирования напряжения в различных отраслях промышленности и сельског-о хозяйства, в частности в системе регулирования частоты вращения электровентиляторов оборудования микроклимата животноводческих помещений и в других случаях.

Формула изобретения

Устройство управлениягп-фазным тиристорным регулятором, содержащее 1т формирователей импульсов, к выходным выводам каждого из которых под ключei a дифференцирующая цепочка из

0 последовательно соединенных конденсатора и первичной обмотки импульсного трансформатора, выводы вторичной обмотки которого образуют выходные выводы устройства, и источник постоянного регулируемого напряжения, при этом формирователи импульсов первой фазы выполнены с одним общим фазосдвигающим блоком, который содержит трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным выводам, а к его вторичной обмотке через выпрямительный мост и резистор подключен стабилитрон и релаксационный генератор на основе однопереходного транзистора, входные выводы которого подключены к стабилитрону и к источнику постоянного регулируемого напряжения, а выходной вывод соединен с управляющим электродом формирующего тиристора, при этом к аноду последнего подключены катоды трех диодов, причем аноды первого и второго диодов через резисторы подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора, а анод третьего диода подключен

5 к верхней базе однопереходного транэистора, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в него дополнительно введен второй релаксационный генератор на основе однопереходного транзистора,верхняя база которого через вновь введенный конденсатор соединена с анодом формирующего тиристора, при этом каждый формирователь импульсов первой фазы содержит вновь введенную СО -цепочку, подключенную через соответствующий первый или второй диод параллельно формирующему тиристору, общая точка резистора и конденсатора которой соединена через резистор с выводом Синхронизации одного из двух вновь введенных распределителей импульсов, каждый из которых выполнен

в виде го -разрядного счетчика, счетный вывод каждого из которых подключен к выходному выводу второго релаксационного генератора, при этом выходные выводы разрядов счетчика являJ ются выходными выводами формйрователей импульсов соответствующих фаз.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. Н 02 Р 13/16, 14.06.79. М 5ЩЗ|С