Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения

Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С: А=НИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (1!) 6889ol

Союз Сооетских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к а вт. свид-ву— (22) Заявлено 01.11.76 (21) 2415805/24-07 с присоединением заявии №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.09.79. Бюллетень ¹ 36 (45) Дата опубликования описания 02.10.79 (51) М.Кл.2 G 05 F 1/16//

Н 02 М 5/10

Государстоениый комитет

СССР ио делам иэобретеиий и открытий (53) УДК 621.316.722 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Кобзев и Ю. М. Лебедев (71) Заявитель Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регуляторам многофазных переменных напряжений, и может быть использовано для регулирования, стабилизации и симметрирования трехфазного напряжения на различных потребителях электрической энергии.

Известны устройства регулирования трехфазного переменного напряжения, содержащие регулирующий орган и блок управления (1 — 3). Известно, например, устройство регулирования, представляющее собой классическое решение задачи. В нем трехфазный регулятор переменного напряжения выполнен в виде трех однофазных— каждый со своим блоком управления, включающим в себя широтно-импульсный модулятор, схему сравнения, инерционный измерите IbHbIH орган и источник задающего напряжения. Основной недостаток устройства — — сложность блока управления, что усложняет все устройство регулирования, увеличивает его стоимость, а также снижает надежность в работе. Кроме того, симметрировапие выходных фазных напряжений ., такой системе затруднено из-за инерционности их контроля, а из-за сдвига основной гармоники тока ухудшается коэффициент мощности .."тройства в целом.

Этп недостатки характерны для большинства применяемых в настоящее время систем регулирования многофазных напряжений.

Перечисленные недостатки частично устраняются системой регулирования трехфазного переменного напряжения в устройстве (3),,которое реализует способ (4) раздельного (зонного) регулирования и симметрированкя многофазных напряжений. Это устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому. Оно осуществляет зонное регулирование многофазных напряжений по разомкнутому циклу и содержит регулирующий орган и блок управления, состоящий из синхронизатора, входом подключенного ко входу регулирующего орг".ïà, а выходом — ко входу пересчет,ой схемы к тактовому входу широтно-импульсного модулятора, управляющий вхо; которого подключен и исто шику задающих напряжений.

Достоинство этого устройства — простота блока управления, достигнутая вследствие реализации способа раздельного (зонпого) регулпровапшя и спмметрпрования многофазпых напряжений. Однако введение в него измерительного органа и схемы

cn,":вненкя, олин пз входов которой подключен к источнику задающего напряжения, а

688901 выход — к управляющему входу широтноимпульсного модулятора, т. е. построения замкнутой системы автоматического регулирования, наталкивается на существенные трудности. Раздельное (зонное) регулирование многофазных напряжений требует быстрой передачи информации о выходных напряжениях на вход блока управления.

Голько в этом случае возможно регулирование одного из фазных напряжений в его собственной зоне. При использовании же традиционных измерительных органов (например, РС-фильтров) вследствие инерционности процесса передачи информации о выходных напряжениях, регулирование может произойти не в требуемой, а в смежной с ней зоне. Способ зонного регулирования многофазных напряжений не реализуется, так как невозможно одним управляющим воздействием достичь эффекта независимого регулирования напряжений всех трех фаз. Таким образом, функциональные возможности известного устройства регулирования трехфазного переменного напряжения оказываются ограниченными.

Целью изобретения является расширение функциональных возм ожностей известной системы регулирования трехфазного переменного напряжения за счет повышения быстродействия контроля выходных напряжений. Поставленная цель достигается тем, ;то измерительный орган выполнен в виде шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения, подключенных измерительными входами попарно в противофазе к выходным обмоткам трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к выходу регулирующего органа выходы упомянутых схем выделения среднего значения через селектор подсоединены к другому входу схемы сравнения, а их управляюшие входы и цепи управления ключевых элементов селектора подключены к выходам пересчетной схемы. Каждая быстродействующая схема выделения среднего

= íà÷åíèÿ напряжения состоит из однополупериодного выпрямителя, соединенного со входом интегратора с памятью, выход которого подключен ко входу согласующего узла и зашунтирован параллельным ключом с формирователем импульсов в цепи его управления, причем измерительный вход образован входом однополупериодного выпрямителя, управляющий вход — входом формирователя импульсов, а выход — выходом согласующего узла. При регулировании на повышенной частоте тактовый вход широтно-импульсного модулятора подсоединен к выходу задающего генератора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства регулирования трехфазного переменного напряжения; на фиг. 2 — 4 — временные диаграммы напряжений,,иллюстрирующие его работу

IO

25 зо еп

65 при регулировании трехфазных .напряжений с утроенной частотой сети регулятором, выполненным, например, по .вольтодобавочной схеме.

Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения содержит регулирующий орган 1, к выходу которого подсоединена нагрузка 2 (она может включать в себя и фильтр). К выходу регулирующего органа 1 также подключены соединенные в зв.зду первичные обмотки 8, 4, 5 трехфазного группового трансформатора б. Его выходные (вторичные) обмотки 7 — 12 подсоединены попарно в противофазе к измерительным входам шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения 18 — 18. Каждая из этих схем состоит из однополуперлодного выпрямителя

19 (его вход образует измерительный вход схемы), подключенного выходом к интегратору с памятью 20. Выход интегратора 20 зашунтирован параллельным ключом 21 и соединен со входом согласующего узла 22.

В цепи управления ключа 21 установлен формирователь импульсов 28, вход которого образует управляющий вход схемы выделения среднего значения напряжения.

Выходы схем выделения среднего значения напряжения 18 — 18 через селектор

24 подключены к одному из входов схемы сравнения 25. Ее другой вход соединен с выходом источника задающего напряжения

26, а выход — с управляющим входом широтно-импульсного MO÷óëÿòîðà 27, выходом подключенного к цепям управления ключевых элементов регулирующего органа 1.

Цепи управления ключевых элементов селектора 24, а также управляющие входы схсм выделения среднего значения напряжения 18 — 18, т. е. входы формирователей импульсов 28 соединены с выходами пересчетной схемы 28. Ее вход подключен к выходу синхронизатора 29, входом подсоединенного K питающей трехфазной сети.

При регулировании входного напряжения с утроенной частотой сети тактовый вход широтно-импульсного модулятора 27 по, êëþ÷ñí к выходу синхронизатора 29, а при регулировании на повышенной частоте — к выходу высокочастотного задающего генератора 80, Предлагаемое устройство регулирования работает следующим образом, Фазные напряжения питающей сети 81, 82, 88 (фиг. 2) поступают на вход синхронизатора 29 и при их переходе через нуль на выходе синхронизатора 29 выделяется последовательность мгновенных импульсов напряжения 84, частота которых в шесть раз превышает частоту сети. Эти импульсы подаются на вход пересчетной схемы 28 и на ее выходах вырабатываются прямоугольные импульсы напряжений 85 — 40. Они сдвинуты относительно друг друга на 60 эл. град. и соответствуют каждой из трех вре688901 менных зон регулирования напряжений 81, 82, 88. Эти импульсы поступают в цепи управления ключевых элементов селектора и на входы формирователеи 23 (управляющие входы) схем выделения среднего значения напряжения 18 — 18. Дифференцируясь, например по переднему фронту напряжения

85 — 40 преобразуются на выходах формирователей 28 в кратковременные импульсы напря>кений 41 — 46, которые подаются в цепи управления параллельных ключей 21 и замыкают их на время своей длительности.

Параллельно с подачей на вход синхронизатора 29 напряжения 81, 82, 88 приклз дыва)отся по входу регулирующего органа

1 и, в соответствии с заданным коэффиц»ситом несимметрии, регулируются соответствующим образом и преобразуются в на пряжения 47, 48, 49 (фиг. 3). На фиг.. пунктпром показаны верхняя и нижняя границы регулирования напряжений 81, 82, 83 регулирующим органом 1, выполненным, например, по вольтодобавочной схеме.

Выходные напряжения 47, 48, 49 регулирующего органа 1 одновременно прикладываются к нагрузке 2 и первичным обмоткам

3, 4, 5 трансформатора 6, передаваясь при этом через его вторичные обмотки 7 — 12 на измерительные входы схем выделения среднего значения напряжения 18 — 18. Поскольку эти схемы подключены попарно в противофазе к выходным обмоткам трансформатора 6, а также из-за наличия на их измерительных входах выпрямителей 19, интеграторы с памятью 20 поочередно преобразуют каждую полуволну выходных фазных напряжений 47, 48, 49 в напряжения 50 — 55 (фиг. 3, 4). По окончании процесса интегрирования величина этих напря>кенпй будет равна (n+1)-..

U;() = К (U44(t)é (1 п

4 (и+2)-.+ — 7

Изз=К (u,,„1(Н)

4 (: +1)-..+ — -.. з" (6) (n+ 2)-.

u„,,=к (u,-,(1) и (л -)- 1) -.

2 ("+ ) + з

1.) зз= К г1

n-..+- з"

2 (. +2)=+ —-3"

U.-,,=К (U48 (t)й

2 (+ ) + з

4 (+ "+ з "

U К g гУ (1) (11

nn4 — -. з т. е. пропорциональна среднему значению контролируемого фазного напряжения. Этп

:1.1пряжен1!я запомина1отся на время каждо1() го последующего полупериода напря>кепи )

47, 48, 49 (горизонтальные участки кривых

50 — 55). Перед началом очередного интегрирования с выходов формирователей 28 в цепи управления параллельных ключей

15 21 подают импульсы напряжения 41 — 46, замыкающие эти ключи на время своей длительности. Напряжения 50 — 55 становя) ся р",âíûìè нулю, причем напряжения 50, 51 ()(>H .ëHþòñÿ соответственно импульсами 41.

2() 44, напряжения 52, 58 — импульсами 43, 45, а напряжения 54, 55 — импульсами 42, 46.

Пря.)сугольные импульсы напряжений

85 —. О, поступаю)цпе с выходов пересчет-!

;oi схемы 88 в цепи управления ключевых элементов селектора 24, поочередно замыка:от пх на время своей длительности. Селектор 24 подключает к одному из входо) схемы сравнения 25 выходы схем выделения среднего значения напряжения 13 — 18, и на этот в>еод в соответствующие моменты времени поступают напряжения

50 — 55 на,интервале их запоминания.

Управление ключевыми элементами селектора 24 осуществляется таким образом, что при их замыкашш импульсами

89, 86 па вход схемы сравнения 25 пода)отся напряжения 50, 51, при замыкании импульсами 85, 88 — напряжения 52, 58, прп замыкании импульсами 87, 40 — напряже4О ния 54, 55 (фиг. 4) . В результате этого формируется сигнал обратной связи 56. Он сравнивается с задающим напряжением 57, поступающим на другой вход схемы сравнения 25 с выхода источника 26, и полу45 чаю цийся в процессе сравнения сигнал ошибки 58 является исходной информацией (О) для управления регулирующим органом 1.

Процесс регулирования входных напряжений 81, 82, 33 осуществляется следу)о5О щим образом. (3) Сигнал ошибки 58 поступает на вход широтно-импульсного модулятора 27, который применительно к управлению узкодиапазопным регулирующим органом может быт). выполнен в виде фазосдвигающего устройства (ФСУ) с регулируемым углом задерж (4) ки и опережения.

Такое ФСУ генерирует два пилообразных напряжения, одно из которых 59, является спадающим, а другое 60 — нарастающим. Периодичность этих напряжений задается синхроимпульсами 84, подаваемы(5) ми с выхода синхронизатора 29 на тактовый вход широтно-импульсного модулятора 27. 9 В результате сравнения напряжений 50, 60

688901

55 с сигналом ошибки 58 на выходе широтноимпульсного модулятора 27 возникают импульсы управления бl регулирующим органом 1. Заштрихованный импульс бl соответствует переводу регулирующего органа

1 в режим вольтоотбавки, а незаштрихованный — в режим вольтодобавки. Режиму неискаженной передачи напряжений 81, 82, 38 соответствует сравнение напряжения 58 с напряжениями 59, бО в точке их пересечения. При подаче напряжений б1 в цепи управления ключевыми элементами регулирующего органа l напряжения 81, 82, 88 преобразуются в симметричные напряжения

47, 48, 49 (в допуске определяемые заданным коэффициентом несимметрии).

При регулировании напряжений 81, 82, 88 на повышенной частоте схема, изображенная на фиг. 1, работает аналогично.

Однако в этом случае синхронизация широтно-импульсного модулятора 27 с моментами перехода входных фазных напряжений через нуль не является обязательной и тактовый вход ШИМа подключается к выходу высокочастотного задающего генератора 80, Таким образом, предлагаемое устройство регулирования трехфазного переменного напряжения позволяет осуществлять зонное регулирование, симметрирование выходных фазных напряжений. При этом величина последних стабилизируется по их среднему значению. Это существенно расширяет функциональные возможности известной системы регулирования при сохранении всех ее положительных качеств. Такого эффекта удается достичь только при использовании в качестве измерительного органа быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения и селектопа наА пряжении. Применение инерционных измерительных устройств не позволяет реализо--::àòü способ раздельного (зонного) регулированпя многофазных напряжений.

Формула изобретения

1. Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения, содержащее регулирующий и измерительный органы, источник задающего напряжения, подключенный к одному из входов схемы сравнения, и блок управления, состоящий из синхронизатора, входом подсоединенного ко входу регулирующего органа, а выходом — ко

Зо

40 входу пересчетной схемы и тактовому входу широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого подключен к схеме сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повышения быстродейстьия контроля выходных напряжений, измерительный орган выполнен в виде шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения, подключенных измерительными входами попарно в противофазе к выходным обмоткам трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к выходу регулирующего органа, выходы упомянутых схем выделения среднего значения через селектор подсоединены к другому входу схемы сравнения, а их управляющие входы и цепи управления ключевых элементов селектора подключены к выходу пересчетной схемы.

2. Устройство по п. 1, отличаю ще ес я тем, что каждая быстродействующая схема выделения среднего значения напряжения состоит из однополупериодного выпрямителя, соединенного со входом интегратора с памятью, выход которого подключен ко входу согласующего узла и зашунтирован параллельным ключом с формирователем импульсов в цепи его управления, причем измерительный вход образован входом однополупериодного выпрямителя, управляющий вход — входном формирователя импульсов, а выход — выходом согласующего узла.

3. Устройство по и. I, отличаю ще ес я тем, что при регулировании на повышенной частоте тактовый вход широтно-импульсного модулятора подсоединен к выходу з дающего генератора.

Источники информации, принятые во внимание прои экспертизе:

1. Окунь С. С. и др. Трансформаторные и трансформаторно-тиристорные регуляторы — стабилизаторы переменного напряжения. М., «Энергия», 1969, с. 153 — 166, рпс. 4 — 9, 4 — 13.

2. Устройства электропитания мощных р".диосистем. Под ред. Ткачева А. А., М., «Эпергия», 1972, с. 17 — 40, рис. 1 — 7, 1 — 13, 1 — 14, 1 — 18, 1 — 19.

3. Авторское свидетельство СССР

М 382216, кл. Н 02 P 13f04, 05.05.71.

4. Авторское свидетельство СССР

М 383036, кл. G 05 F 3/00, 23.03.71.

688901

Составитель Г. Мыцык

Техред Н. Строганова

Редактор В. Левитов

Корректор И. Симкина

Тип. Харьк. фил. вред. «Патент»

Заказ 858/1073 Изд. Ко 544 Тираж 1015 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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