Регулируемый преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки

Регулируемый преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОДНОФАЗНОЕ ДЛЯ ПИТАНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРУЗКИ, содержащий сим .мерирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и л дросселя, общая точка которых подключена к выводу для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения отстающей и опережающей по отношению к первой фазам, и два блока импульсно-фазового управления каждой ячейкой , выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячейки, отличающийся тем, что, с целью повы (Л шения энергетических показателей, он снабжен блоком смещения с переменным коэффициентом передачи и блоком формирования сигнала управления, соединенным входом с вьтодами для подключения нагрузки, а выходом с блоком импульсно-фазового управсо о ;о со ления ячейкой тиристоров в отстающей фазе и входом блока смещения, выход которого подключен к блоку импульсно-фазового управления ячейкой тиристоров в опережающей.фазе .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, (19) (И) О А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3679073/24 — 07 (22) 28.12.83 (46) 23. 12.84. Бюл. № 47 (72) Ю.С. Иоффе, В.N. Кондратьев, В.Д. Шапарев и Г.В. Гузилова (71) Всесоюзный научно-.исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования (53) 621 314.2(088.8) (56) 1. Электрооборудование и автоматика электротермических установок. Справочник, М., "Энергия, 1978, с. 99-104.

2. Гитгарц Д.А., Мнухин Л.А.

Симметрирование трехфазной сети при питании однофазных электротермических установок. "Информэлектро", 1969.

3. Иоффе Ю.С °, Кондратьев В.M., Шапарев В.Д., Гуэилова Г.В. Опыт применения однофазных тиристорных регуляторов типа РТПТФ вЂ 10/360-2У4 в системе трехфазного питания установки ИНМ-50П, — "Электротехническая промышленность", сер. "Электротермия", вып. 1 (239), 1983. (54)(57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯ3(5() Н 02 M 5/257; G 05 F 1/44

ЖЕНИЯ В ОДНОФАЗНОЕ ДЛЯ ПИТАНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРУЗКИ, содержащий сим.мерирующий узел в виде последова-. тельно соединенных конденсатора и

1 дросселя, общая точка которых подключена к выводу для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения отстающей и опережающей по отношению к первой фазам, и два блока импульсно †фазово управления каждой ячейкой, выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячейки, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей, он снабжен блоком смещения с переменным коэффициентом передачи и блоком формирования сигнала управления, соединенным входом с выводами для подключения нагрузки, а выходом— с блоком импульсно-фазового управления ячейкой тиристоров в отстающей фазе и входом блока смещения, выход которого подключен к блоку импульсно-фазового управления ячейкой тиристоров в опережающей, фазе.

1130990

Изобретение относится к электро-: технике, в частности к регулированию напряжения мощных однофазных индукционных установок промьппленной частоты.

Известны трехфазные тиристорные преобразователи с ячейками встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенные в три фазы питающей сети и содержащие блоки систем импульсно-фазового управления (СИФУ) каждый с ячейкой. Напряжения на входах блоков СИФУ синхронизированы с соответствующими линейными напряжениями, а импульсы управления подаются на тиристоры ячеек в определенной последовательности (через 120 эл . град .), обус— ловленной чередованием фаз. системы питающих напряжений. Такие устройства предназначены для работы на симметричную трехфазную активную или активно-индуктивную нагрузку (1) .

При подключении однофазной индук ционной установки к трехфазной сети с использованием симметрирующего устройства по схеме Штейнметца нагрузка трехфазного преобразователя представляет собой соединенные в треугольник индуктивность, емкость и колебательный контур . Ее особенностью является различные собственные коэффициенты мощности .каждого плеча трехфазной нагрузки, вследствие чего, регулирование напряжения с помощью трехфазных преобразователей с симметричным управлением приводит к появлению несимметричных режимов в питающей сети. Несимметрия токов и напряжений снижает качество электроэнергии питаю— щей сети и отрицательно влияет на потребителей, подключенных к этой же сети (2J . В частности, это приводит к увеличению потерь в обмотках статора и ротора генераторов, сокращению срока службы асинхронных электродвигателей, уменьшению пропускной способности электросетей.

Кроме того, применение схемы пре- >0 образователя с ячейками встречнопараллельно соединенных тиристоров в трех фазах в рассматриваемом случае снижает ее надежность, так как при разрыве фазы, подключенной к точке соединения конденсатора и дросселя симметрирующего устройства, возможно развитие резонанса напряжений в образовавшейся последовательной L-С-цепи, что приводит к выходу из строя элементов схемы.

Наиболее близким к предлагаемому является регулируемый преобразователь трехфазного переменного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки, содержащий симметрирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и дросселя, общая точка которых подключена к выводам для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения к отстающей и опережающей по отношению к первой фазам и два блока импульснофазового управления каждой ячейкой, выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячейки. Это устройство представляет собой преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное, причем, управление тиристорными ячейками производится с помощью блоков импульсно-фазового управления раздельно и поочередно. Примененный способ управления предполагает, что при пуске вначале включается и выводится на заданный режим тиристорная ячейка в отстающей фазе, затем — в опережающей. Регулирование напряжения в диапазоне от 0111)М до 0,5 ННом (где Н юм — номинальное выходное напряжение) достигается за счет управления только одной ячейкой, в диапазоне от 0,5 Пном до нуля— другой ячейкой I,З) .

Недостатком такого устройства является существенная несимметрия фазных токов в процессе регулирования. Так . в диапазоне от 0 до

0,5 U11p> коэффициент несимметрии фазных токов (, равен 1,0. Такое значение „ обусловлено тем, что в этой зоне регулирования тиристоры одного из регуляторов заперты и ток в фазе равен нулю.

Степень влияния на питающую сеть индукционного нагревательного .или плавильного комплекса определяют энергетические показатели трехфазной системы питания, из которых коэффициент несимметрии токов является одним из важных. Его величина, а также режим работы установки зависят в свою очередь от способа уп0990 4

3 11З равления тиристорами. Лоочередный способ управления ячейками тиристоров, примененный в известном устройстве, вызывает значительную несимметрию фазных токов в большой зоне регулирования. Это приводит к существенному снижению энергетических показателей системы питания .

Целью изобретения является повышение энергетических показателей.

Указанная цель достигается тем, что регулируемый преобразователь переменного о трехфазного напряжения в однофазное для питания индукцион— ной нагрузки, содержащий симметрирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и дросселя, общая точка которых подключена к выводу для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров подключенных к выводам для подключения отстающей и опережающей по отношению к первой фазам, и два блока импульсно †фазово уп— равления каждой ячейкой; выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячейки, снабжен блоком смещения с переменным коэффициентом передачи и блоком формирования сигнала управления, соединенным входом с выводами для подключения нагрузки, а выходом— с блоком импульсно-фазового управt ления ячейкой тиристоров в отстающей фазе и входом блока смещения, выход которого подключен к блоку импульсно †фазово управления.ячейкой тиристоров в опережающей .фазе.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит симметрирующий узел 1 в виде последовательно соединенных конденсатора 2 и дроссе" ля 3, общая точка которых соединена с выводом для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно .соединенных тиристоров ч, 5 и 6, 7, причем одна пара 4 и 5 включена в опережающую фазу, другая пара 6 и 7 — в отстающую фазу по отношению к первой. Тиристоры каждой из ячеек подключены к выходам соответствующих блоков 8 и 9 импульсно-фазового управления. Вход первого блока 8 импульсно-фазового управления соеди!

О

50 нен с выходом блока 10 смещения, а вход второго блока 9 импульснофазового управления и вход блока

10 смещения подключены к выходу блока 11 регулирования, вход которого соединен с датчиком 12 выходного напряжения. При этом датчик 12 выходного напряжения и блок 11 регулирования образуют блок формирования сигнала управления . Нагрузкой устройства является однофазная индукционная установка, представляющая собой параллельно включенные индукционной нагреватель и компен- сирующую конденсаторную батарею.

Вход датчика выходного напряжения соединен с выводами нагрузочного колебательного контура.

Блоки 8 и 9 импульсно †фазово управления выполнены по общепринятой схеме, например с вертикальным управлением F17 . Структурная схема блока содержит набор стандартных устройств: генератор пилообразного напряжения, компаратор, блок деления импульсов на два канала и блок формирования и размножения импульсов управления. Блок 10 смещения может быть выполнен, например, в виде неинвертирующего сумматора, построенного на операционном усилителе с четырьмя параллельными ветвями на входе, две иэ которых подключены постоянно, а две других подключаются в зависимости от требуемой глубины регулирования . Корректирующие сигналы на входы сумматора поступают, например, с резистивного делителя, питающегося от стабилизированного источника напряжения. Глубина регулирования напряжения задается технологией процесса нагрева или плавки. Блок регулирования 11 может быть выполнен, например, в виде интегратора, также на базе операционного усилителя, на вход которого поступает разность между сигналом, пропорциональным выходному напряжению, и задающим сигналом.

Датчик 12 напряжения выполняется по известной схеме согласующий трансформатор — выпрямитель — сглаживаю-. щий фильтр (il .

Устройство работает следующим образом.

Выходное напряжение преобразователя определяется значениями углов правления P и P тиристорных яче1130990

15 ек 4, 5 и 6, 7. Изменение фазы и формирование импульсов управления необходимой амплитуды и длительности производится системой регулирования (блоки 10-12) и,блоками 8 и 9 5 импульсно-фазового управления соответствующими ячейками тиристоров.

Кроме того, очередность подачи импульсов управления на тиристоры задается порядком чередования фаз системы входных напряжений.

Известная идея фазо-импульсного управления, например по вертикальному принципу, заключается в том, что импульсы управления формируются в момент равенства постоянного напряжения управления и линейно нарастаюI щего напряжения генератора пилообраз— ного напряжения. Генерируемые с пе20 ри одом I I импул ьс ы управления ра зделяются на два канала, преобразуются в требуемую форму и подаются на управляющие электроды тиристоров. При . изменении уровня напряжения управ25 ления импульсы смещаются по фазе по отношению к напряжению синхронизации. Для нормальной работы необходима фазировка импульсов управления с напряжением питания ячейки тиристоров. Таким образом, управляющим воздействием в системе тиристорная ячейка — блок импульсно-фазового управления является напряже-. ние управления U> .

В предлагаемом устройстве напря- 35 жение управления. Uy и Uyg форми— руются блоком 11 регулирования и блоком 10 смещения. При изменении сигнала задания Ug .напряжение управления Uy на выходе блока 11 ре- 40 гулирования меняется пропорционально напряжению задания. В то же время, напряжение управления Uyq на выходе блока 10 смещения меняется также пропорционально напряжению 45 задания, но с некоторым смещением

4 П, величина которого определяется заданной глубиной регулирования.

Сигналы Uyq и Ug, поступая на блоки импульсно-фазового управления 50

8 и 9, обеспечивают формирование импульсов управления на тиристорах

4, 5 и 6, 7 с заданной фазой, причем на тиристоры 4 и 5 первой ячей- . ки импульсы подаются с углом сдви- 55

ra $ в сторону отставания по отношенйю к фазе импульсов на однонаправленные тиристоры 6 и 7 другой,ячейки. Постоянно подключенное напI ряжение смещения AUD задает неиз менный угол сдвига (= 60, корректирующие напряжения смещения GUS и .Д Т/з обеспечивают работу преобразователя с углом сдвига соответственно 90 и 120

B процессе изучения режимов работы предлагаемого устройства получают зависимости коэффициента несимметрии фазных токов от нанряжения на нагрузке при углах сдвига

= 60, 90 и 120

Наименьшая несимметрия токов достигается при работе в диапазоне изменения выходного напряжения

0-0,4 U < с углом сдвига = 60 в диапазоне 0,4-0,6 Ugpv с = 90, в диапазоне 0,6-1,0 Цюм с g = 120

Максимальная несимметрия токов не превышает при этом 0,5.

Однако следует учесть, что этот уровень несимметрии токов соответствует зоне глубокого регулирования, в которой действующие значения фазных токов составляют меньше половины номинальной величины. Поэтому, коэффициент несимметрии напряжений не превышает установленную ГОСТом величину 6п = 27.

Оценить установленную мощность силового трансформатора Р с при и = 0,02 по известной мощности !,нагрузки Р можно с помощью соотношения

Русгп 50 Pg Gi. — . >

100-UY, где U — напряжение короткого замыкания, I.

Отсюда следует, что при большей несимметрии токов „ (при условии

0,02) для одной и той же нагрузки потребуется силовой трансформатор с большей установленной мощностью. Более высокие энергетические показатели предлагаемого устройства по сравнению с известным, достигнутые за счет эффективного управления ячейками тиристоров, дают возможность применить силовой трансформатор с меньшей установленной мощностью. В результате годовой эффе1 т на каждый киловатт сэкономленной установленной мощности силового трансформатора при использовании в схеме питания предлагаемого устройства составит 22 рубля (по тарифу для Москвы и области).

1 130990

С оставитель И. Головинова

Техред М.Надь Корректор В. Гирняк

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 9624/42

ВНИИПИ Гос ираж 6 Подписное

Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Моск, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент" г. У г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемое устройство обеспечивает полное регулирование напряжения на нагрузке при высоких энергетических показателях системы питания, что позволяет значительно расширить область его применения.