Способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой и устройство для его осуществления

Способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

- 1. Способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой , содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, вьитолненные в виде встречнопараллельно включенных тиристоров, заключакщийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют фазовую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления низшей ступени, отличающий с я тем, что, с цепью упрощения и повышения надежности, импульсы управления тиристорами высшей ступени формируют на интервале между передними фронтами задержанного -импульса и синхроимпульса следующего полупериода сетевого напряжения. 2. Устройство для управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования , выполненные в виде встречнопараллельно включенных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов , вход которого предназначен для соединения с зажимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, выходы которых предназначены для соединения . с управлякицими электродами тиристоров регулятора, отличающеес я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, оно снабжено RS-триггером, двумя двухвходовыми 00 О элементами И-НЕ, двумя элементами НЕ, причем R и S-входы триггера соедине э ны соответственно с противофазными выходами формирователя синхроимпуль00 Од сов, прямой и инверсный выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого и второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов И-НЕ соединены с выходом блока фазосмещения, входы формирователей импульсов управления тиристорами высшей ступени соединены с выходами :Ьлементов И-НЕ, а входы формирователей импульсов управления тиристорами низшей ступени соединены с выходами элементов НЕ, входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ.

СОЮЗ COSETCHHX

000NI

РЕСПУБЛИК. аю 01) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЙРЫТФ1

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ

В СВТОРСВОВУ СВИДВТСЛЬСТВУ (21) 3576587/24-07 (22) 11.04.83 (46) 30.12.84. Бюл. Ф 48 (72) Б.N.Àëòóíèí, А.А.Асабин, А.И.Чивенков, Л.А.Соловьев и В.С.Шлентов (71) Производственное объединение

"Уралэлектротяжмаш" им. В.И.Ленина и Горьковский политехнический институт им. А.А.Жданова (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Патент Франции В 2163916, кл. Н 02 P 13/00, опублик. 1973

2. Патент США В 3619765, кл. 324-43.5, опублик. 1971. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМ

НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗ.

КОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57)- 1 ° Способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно- параллельно включенных тиристоров, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют фазовую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления низшей ступени, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, импульсыуправления тиристорами высшей ступени формируют на интервале между передними фронтами задержанного.импульса и сннхроимпульса следующего полупериода сетевого напряжения.

2. Устройство для управления регуляторбм напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в .виде встречнопараллельно включенных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход .которого предназначен для соединения с зажимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, выходы которых предназначены для соединения с управляющими электродами тиристоров регулятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, оно снабжено

RS-триггером, двумя двухвходовыми. элементами И-НЕ, двумя элементами НЕ, причем R u S-входы триггера соединены соответственно с противофаэными выходами формирователя синхроимпульсов, прямой и инверсный выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого и второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов И-НЕ соединены с выходом блока фазосмещения, входы формирователей импульсов управления тиристорами высшей ступени соединены с выходами элементов И-НЕ, а входы формирователей импульсов управления тиристорами низшей -ступени соединены с выходами элементов НЕ, входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ.

Зб

t 11323

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования под нагрузкой напряжения преобразовательных трансформаторов, в частности для питания преобразовательных агрегатов электролизных установок цветной металлургии и химической промышленности.

Известны способ и устройство управления регулятором напряжения 10 трансформатора под нагрузкой, содержащие тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и .низшей ступени регулирования, подключенные к ответвлениям регулировочной обмотки транс- 1 форматора, в которых регулирование напряжения осуществляют путем импульсно-фазового управления тиристорными коммутаторами в соответствии со знаками напряжения и тока j1) . 20

Недостатком известных способа и устройства для его осуществления являются низкая надежность при работе на многофазный выпрямитель, когда ток через тиристорные коммутаторы - 25 имеет несинусоидальную форму, и точное определение нулевых значений тока представляет существенные трудности, 30

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащий тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступени регулирования, выполненных в виде встречно-параллельно включен- . ных тиристоров, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осуществляют фазовую задержку указанных импульсов и. формируют импульсы управления тирис- 45 .торами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления, а также устройство для управления регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащее тиристорные коммутаторы высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно-параллельного вклю- Ы ченных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход которого предназначен для соединения с зажимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, выходы которых предназначены для соединения с управляющими электродами тиристоров регулятора (2) .

Недостатком известных способа и устройства является низкая надежность, обусловленная необходимостью определения моментов перехода тока через нулевое значение, что представляет существенные трудности при наличии бестоковых пауз.

Цель изобретения — повышение надежности устройства за счет упрощения его схемы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления регулятором переменного напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащему тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней- регули-. рования, выполненные в виде встречнопараллельно включенных тиристоров, заключающемуся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы опережающей фазы по отношению к моменту перехода сетевого напряжения через нуль, осу ществляют .фазовую задержку указанных импульсов и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления высшей ступени, инвертируют задержанные импульсы и формируют импульсы управления тиристорами прямого направления низшей ступЕни, импульсы управления тиристорами высшей ступени формируют на интервале между передними фронтами задержанного импульса и синхроимпульса следующего, . полупериода сетевого напряжения.

Причем устройство для управления регулятором переменного напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащее тиристорные коммутаторы -переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно-.параллельно включенных тиристоров, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход которого предназначен для соединения с .за; жимом сети переменного напряжения, а два противофазных выхода соединены со входами блока фазосмещения, формирователями импульсов управления, вы-. ходы KOTopblx предназначены для соединения с управляющими электродами.ти-) з ристоров регулятора, снабжено RSтриггером, двумя двухвходовьвки элементами И-НЕ, двумя элементами НЕ, причем R u S-входы триггера соединены соответственно с противофазными выходами формирователя синхроимпульсов, прямой и инверснйй выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого и второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов И-НЕ соединены с выходом блока фазосмещения, входы формирователей импульсов управления тиристорамн низшей ступени соединены с выходами элементов НЕ, входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов устройств управ-. ления. Номера соответствующих временных диаграмм на фиг. 2 соответствуют рорядковому номеру выходных зажимов элементов на фиг. 1.

На фиг. 1 изображены тиристоры 1, 2 и 3, 4 соответственно низшей и высшей ступеней регулирования, переключаемые отводы 5, 6 первичной обмотки регулируемого преобразовательного трансформатора, токоограничивающнй реактор 7, формирователь синхроимпульсов 8, RS-триггер 9, блок фазосмещения 10, содержащий генератор линейноизменяющегося напряжения 11, компаратор 12, элементы И-НЕ 13, 14, элементы НЕ 15, 16, формирователи управляющих импульсов 17 — 20.

Формирователь синхроимпульсов 8 подключен к зажимам сети и имеет выходы: 21 — выдает сигнал при переходе напряжения сети от отрицательного к положительному значению; 22— выдает сигнал при переходе напряжения сети от положительного к отрицательному значению.

Выходы 21, 22 соединены со входами триггера 9 и генератора линейно изменяющегося напряжения 11.

Триггер 9 имеет прямой 23 и инверсный 24 выходы, которые соединены со вторыми входами элементов И-НЕ 13, 14.

32336 4

Компаратор 12 имеет вход 26, на который подают напряжение управления для регулирования напряжения нагрузки.

Компаратор 12 имеет выход 27, который выдает сигнал на переключение ступени регулирования, и соединен с объединенными первыми входами элементов И-НЕ 13 и 14.

Элементы И-НЕ 13, 14 имеют соответственно выходы 28 и 29, которые выдают управляющие сигналы для запуска соответствующих формирователей управляющих импульсов 17 и 18 тиристоров 3, 4 коммутатора высшей ступени регулирования. Выходы 28, 29 соединены также, соответственно со входами элементов НЕ 15, 16.

Элементы НЕ 15, 16 имеют соответственно выходы 30, 31, которые выдают управляющие сигналы для запуска соответствующих формирователей управляющих импульсов 19, 20 тиристоров 1, 2 низшей ступени регулирования.

Работа устройства рассматривается при нагрузке регулируемого трансформатора на многофазный выпрямитель, когда нагрузочная составляющая тока (фиг. 2) в первичных обмотках, трансформатора имеет бестоковые паузы длительностью 60с (например схемы соединения трансформатора звездазвезда, треугольник-звезда и мостовая схема выпрямителя). В течение, бестоковых пауз по первичным обмоткам протекает несинусоидальный ток холостого хода трансформатора, величина которого в десятки раз меньше нагрузочкой составляющей.

Рассмотрим процесс формирования управляющих импульсов на тиристоры.

Формирователь синхроимпульсов 8 преобразует входное синусоидальное напряжение сети U (фиг ° 2) в выходные сигналы 21, 22 соответственно при переходе от отрицательного к положительному знаку напряжения и наоборот. Длительность сигналов 21, 22 одинакова и устанавливается по условиям коммутации при переключении тиристоров на низшую ступень регулирования.

Генератор линейно изменяющегося напряжения 11 имеет выход 25, который выдает линейно возрастающий сигнал на каждом полупериоде .сетевого напряжения. Выход 25 соединен со входом компаратора 12.

Сигналы 21, 22 поступают на вхо ды генератора линейно изменяющегося напряжения 10, синхронизируя его выходной сигнал 25 (фиг. 2) . При этом формирование линейно изменяющегося напряжения 25 запрещается

1132336 в интервалах формирования синхроимпульсов. Сигналы 21, 22 поступают также на входы триггера 9, на выходе которого формируются прямой и инверсный сигналы 23, 24, длительность которых равна полупериоду напряжения сети. Сигнал 23 опережает положительную полуволну напряжения, а сигнал 24 — отрицательную полуволну на постоянный угол oLI (фиг.2), 10 соответствующий половине длительности сигнала 21 и 22.

Сигналы 25 и 26 сравниваются в компараторе 12, на выходе которого формируется сигнал 27, передний 15 фронт-которого определяет момент переключения на низшую ступень регулирования, а задний — на высшую. При этом формирование переднего фронта сигнала 27 выполняется перед перехо- 20 дом напряжения сети через нулевое значение с постоянным углом опережения о (фиг. 2). Формирование заднего фронта сигнала 27, определяемого углом сдвига М относительно нуле- 25

2 вого значения напряжения, зависит от величины сигнала 26.

Угол ct 2 изменяется в пределах от К 1 до (й-к1) в зависимости от величины сигнала 26. 30

Соответственно переход на высшую ступень регулирования разрешается в указанньгх пределах изменения угла

Сигналы 23 триггера 9 и 27 компа- 5 ратора 12 поступают на входы элемента И-НЕ 13, на выходе которого в соответствии с указанными логическими операциями формируется сигнал 28, запускающий формирователь управляю- 40 щих импульсов 17 тиристора 3 высшей ступени регулирования 6. Формирование переднего фронта сигнала 28 определяется углом e (фиг. 2), а задне. го фронта — углом (21 — gI), т.е. сле- 4 дующим переходом синхронизирующего напряжения от отрицательного знака к положительному. Сигнал 28 поступает также на вход элемента НЕ 15, на выходе которого формируется инверсный сигналу 28 сигнал 30, запускающий формирователь управляющих импуль-, сов 19 тиристора 1 низшей ступени регулирования 5. Формирование переднего фронта сигнала 30 определяется углом К, а заднего — Ы.2 . Сигналы 28 и 30 инверсны относительно друг дру, га и поступают соответственно на тиристоры одного направления 3 и 1 коммутаторов высшей и низшей ступеней регулирования.

Сигналы 24 триггера 9 и 27 компа,ратора 12 поступают на входы элемента И-НЕ 14, на выходе которого в со-, ответствии с указанными логичес-. кими операциями формируется сигнал 29, запускающий формирователь управляющих импульсов 18 тиристо-. ра 4 высшей ступени регулирования 6. Сигнал 29 аналогичен по длительности сигналу 28 и сдвинут относительно него на полпериода напряжения °

Сигнал 29 поступает также на вход элемента НЕ 16, на выходе которого формируется инверсный сигналу 29 сигнал 31, запускающий формирователь управляющих импульсов 20 тиристора 2 низшей ступени регулирования 5. Сигнал 31 аналогичен по длительности сигналу 30 и сдвинут относительно него на полпериод напряжения.

Таким образом, в рассмотренном алгоритме управляющие импульсы на тиристоры одного направления (1,3 и 2,4) коммутаторов низшей 5 и высшей 6 ступеней регулирования инверсны относительно друг друга и поочередно переключаются в течение соответствующих синхронизирующих напряжений (углы переключения К,, М, 7 -g<, + ) . При этом управляющие импульсы йа тиристоры низшей ступени регулирования 5 начинают формировать перед переходом через нулевое значение соответствующего синхронизирующего напряжения с углом опережения К<, а управляющие импульсы на тиристоры высшей ступени регулирования формируют длительностью до следующего перехода через нулевое значение соответствующего синхронизирующего напряжения.

Данный алгоритм формирования управляющих импульсов сохраняется независимо от схемы преобразовательного трансформатора и выпрямителя.

Рассмотрим коммутацию тиристоров при переключениях на высшую и низшую ступени регулирования. При переключении на высшую ступень регулирования (угол 2 при положительном знаке напряжения) управляющие импульсы снимаются с проводящего тиристора 1 низшей ступени регулирования 5 и од1132336 новременно подаются на тиристор 3 высшей ступени регулирования. На тиристор 4 высшей ступени регулирования также подаются управляющие импульсы.

Под действием ЭДС ступени тиристор 3 5 отпирается и ток к.з. ступени протекает через тиристоры одного направления 1, 3 и реактор 7. Тиристор 4 заперт падением напряжения на тиристоре 3. Так как ток к.з. ступени зна- 1О чительно больше нагрузочного тока и направлен встречно ему, тиристор 1 быстро запирается и нагрузочный ток начинает протекать через тиристор 3 высшей ступени регулирования. Таким 15 образом, переключение на высшую ступень регулирования не отличается от процесса, описанного в прототипе.

При переключении на низшую ступень регулирования к моменту коммутации 20 и†М.1(фиг. 2) имеются импульсы на тиристорах 3 и 4 (сигналы 29, 28, фиг. 2) . При этом если полярность тока совпадает с напряжением, то ток протекает через тиристор 3, а если не совпадает, то через тиристор 4.

При отсутствии тока тиристоры 3 и 4 готовы к пропуску любой полярности тока.

В момент .начала коммутации 7 -и, 30 перебрасывают импульсы уг1равления с тиристора 4 (сигнал 29) на тиристор 2 (сигнал 31), оставляя импульсы на тиристоре 3 (сигнал 28). При этом

"под действием ЭДС ступени регулирова-З ния открывается тиристор 2. Если ток ,протекал через тиристор 3 или отсутствовал, то возникает контур. эамыкания ступени через тиристоры 2 и 3.

Тиристор 3 закрывается в момент, когда ток,, равный сумме фазного токч и тока замыкания ступени, становится равным нулю. К этому моменту напряжение U (фиг. 2) меняет свою полярность и к тиристору 3 прикладывается обратное напряжение, что способствует быстрому запиранию тиристора. Ток нагрузки принимает тиристор 2, а тиристор 3 находится в "дежурном" режиме и может включаться при смене по- . лярности тока.

Если к моменту начала коммутации й- а,, ток протекал через тиристор 4, то под действием ЭДС ступени открывается тиристор 2, а тиристор 4 запирается. Ток нагрузки переводится на тиристор 2.

Таким образом, наличие импульсов управления на тиристорах противоположных направлений разных ступеней исключает возникновение перенапряжений на тиристорах при сменах полярностей тока, а использование кратковременного замыкания ступени обеспечивает надежную коммутацию тока. с высшей ступени на низшую.

Упрощение устройства достигается исключением датчиков тока и элементов, выделяющих положительные и отрицательные полуволны тока, а также зоны нулевых значений тока. Для переключения коммутаторов по предлагаемому способу достаточно иметь информацию о полярностях полуволн и нулевых ! зонах напряжения.

1132336

1132336

Составитель А.Придатков

Редактор А.Долинич ТехредМ.Гергель Корректор О.Тигор

Заказ 9803/43 - . Тирах 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ултород, ул.Проектная, 4