Способ управления тиристорным регулятором переменного напряжения

Патент 739705

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНЙЕ 739705

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ау(22) Заявлено 06,03,7 2 (2! ) 1756289/24-07 с присоединением заявок № 1813281/07

217 8602/07 (23) Приоритет

H 02 P 13/16

G 05 Р 1/14

Государственный камнтет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 05,06.80, Бюллетень № 21 (53) УД з(6 21 ,316.722.1

Дата опубликования описания 05.06. 80

М, B. Гельман, С, П, Лохов и В," Я, Боос (72) Авторы изобретения

Челябинский политехнический институт им, Ленинского комсомола (7E) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тиристорных регуляторах переменного напряжения, включенных в первичную цепь силового трансформатора, например в регуляторах для печей сопротивления,сварочных агрегатах и выпрямителем на вторичной стороне, установках заряда аккумуляторных батарей и т.д.

Известны способы управления тирис о торным регулятором переменного напряжения, включенным в первичную цепь силоаого однофазного трансформатора путем изменения соотношения интервалов, включенного и выключенного состояний уп15 равляемых ключей с принудительным знакочередованием полуволн тока при четном числе . полуволн на интервале включенного состояния путем блокировки управляющих импульсов с введением симметричных фиксированных углов задержки включения тиристоров в начале каждой полуволны тока (импульсное в сочетании с фазовым регулированием) при линейной нагрузке (1>

2 или с выделением фиксированных углов задержки в начале полуволн тока одного

"знака" при нелинейной нагрузке. (2) .

Недостатками способов являются пониженные быстродействие-и надежность нз-за пропуска только четного числа полуволн тока, необходимости индивидуальной установки углов-задержек включения, постоянства этих углов прн регулировании, Наиболее близким техническим реше- . нием к предлагаемому является способ, при котором угол задержки включения первой полуволны тока изменяется автомати- чески путем измерения вольт-секундных интегралов и выключением тиристорных ключей в момент равенства вольт-секундного интеграла электродвижущей силы обмотки трансформатора от момента ее нулевого значения в конце полуволны и вольт-секундного интеграла напряжения на тиристоре (31 .

Недостатками способа являются пониженные быстродействие и надежность измотки)„ на фиг. 5 вЂ” диаграммы, поясняющие способ управления трехфаэным регулятором при импульсном регулировании и линейной симметричной нагрузке (с - фазные напряжения сети, 8- линейные на1 пряжения сети, 6- электродвижущая сила обмотки фазы А; 2 - электродвйжущая сила обмотки фазы В; д- электродвижущая сила обмотки фазы С; С,- токи первичных обмоток, Ж -линейная электродвижушая сила обмоток фаэ А и B, у-линейная электродвижущая сила обмоток фаз B и С) .

Силовая схема регулятора (фиг. 1 и

2) состоит из тиристорных ключей 1 на первичной стороне силового трансформатора 2, на вторичной стороне которого подключена нагрузка 3, Изменение индукции а В в каком-то стерж1 не трансформатора пропорционально вольтсекундному интегралу Ц электродвижущей; силы (Э;ЦС) Е обмотки трансформатора

Ф В=Ч = Jedt (1)

Для измерения ЭДС может быть использована первичная обмотка, или специально намотанная измерительная обмотка. Трансформатор не входит в состояние одностороннего насыщения„если он перемагничивается по симметричному циклу, Это обеспечивается, если знаки бли>кайших полуволн (импульсов) тока противоположны, а углы Д, фазовой задержки каждой полуволны выбирают и изменяют так, что устраняется насыщение трансформатора к концу полуволны ЭДС. когда вольт-секундный интеграл (1) полуволны ЭДС соответствующего знака достигает максимального значения по модулю.

Противоположность знаков ближайших полуволн тока осуществляют запоминанием знака последней полуволны и разрешением включения только с начала полуволны противоположного знака. Число импульсов тока эа время включенного сосчастота включений получается при чередовании одного полупериода тока с паузой в один период напряжения сети и равна

2/3 частоты сети, При импульсном в сочетании с фазовым регулировании (см, фиг, 1) от внешней независимой системы фазового управления задают одинаковый (симметричный) для всех положительных и отрицательных

1полуволн напряжения. сети угол Р (фиг, 3) 3 739705 4, пропуска только четного числа полулн тока, неоптимального выбора момента включений при однофаэной нелинейной и многофаэной линейной нагрузках, Бель изобретения - повышение быст5 родействия и надежности, Поставленная цель достигается тем, что запоминают "знак" текущей полуволны тока и снимают блокировку управляющих импульсов, начиная с тиристорных 10 ключей; пропускающих полуволну тока противоположного знака . При импульс- ном в сочетании с фазовым регулирова-, нием вольт-секундный интеграл напряжения на тиристоре измеряют в каждой 15 полуволне тока, а момент начала" измерения сдвигают по отношению к моменту перехода через нуль напряжения сети на заданный угол, При однофаэной нелинейной и многофазной линейной симметричной 20 нагрузке дополнительно измеряют вольтсекундный интеграл разности напряжений сети и электродвижущей силы обмотки трансформатора,за время последней полуволны тока перед началом интервала вклю- 25 ченного состояния и алгебраически суммируют его с вольт-секундным интегралом электродвижущей силы трансформа-, тора. При многофазной линейной несимметричной нагрузке измеряют вольт-секундные интегралы линейных электродвижущих сил обмоток трансформатора относи тельно одной из фаз, При таком способе максимальная задержка выполнения команды на бтключе- З5 ние снижается до полупериода напряжения сети вместо периода, что повышает быстродействие, и ликвидируется насыщение трансформатора, что повышает надежность. 40

На фиг, 1 изображена схема однофазного регулятора, на фиг. 2- схема трехфазного регулятора; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие способ управления однофазным ре- 45 гулятором при импульсном в сочетании, с фазовым регулировании и линейной на- таяния может быть„произвольным, На грузке (О вЂ” напряжение сети, д- электро- фиг, 3 справа приведен пример пропус, движущая сила первичной обмотки транс- : : ка одной полуволны тока, Максимальная форматора, в вЂ” ток первичной обмотки трансформатора; 7, вЂ” напряжение на тирис- .. торном ключе), на фиг. 4 вЂ” диаграммы, поясняющие способ управления однофаз ным регулятором при импульсном регулировании и нелийейной нагрузке типа однополупериодный выпрямитель (g вЂ” напряжение сети (штриховая линия) и электродвижушая. сила обмотки трансформатора (сплошная); с>- ток первичной об9705 . б (2) включают тиристорный ключ. В следующий полупериод описанные операции повторяют. При поступлении команды на отключение измерение очередного вольтсекундного интеграла ) . не производят а интеграл Ч;4 измеряют и результат измерения хранят до следующего включе.ния, запоминая также знак последней полуволны тока, При поступлении команды на включение с ближайшего момента, определенного углом Р>, начинают измерять .. вольт-секундный интеграл ф „до момента включения, определяемого формулой (2}, Этот ближайший момент определяют также из условия противоположности знаков полуволн тока.

Полное изменение индукции AB и в одну (положительную или отрицательную) сторону равно (4) 5 73

С момента нулевого значения ЗДС об мотки .трансформатора, практически сов"падающего с моментом перехода через нуль,: напряжения сети (фиг, Зц), начи. нают измерять вольт-секундный интеграл этой ЭДС Ч „(фиг, 36). Пока через тирис- торный ключ и первичную обмотку трансформатора проходит ток (фиг, Зд}, ЗДСпочти совпадает с напряжением сети,а по прекращении тока ЭДС характеризует процесс изменения запасенной в трансфор маторе и нагрузке алектромагнитной.анергии. Интеграл 4 измеряют до момента, задаваемого углом 3, а затем начинают измерять вольт-секундный интеграл >, напряжения на тиристорном ключе, причем ато напряжение равно разности напряжения сети л ЗДС трансформатора (фиг, 3 ).

Когда измеренные вольт-секундные интегралы сравняются по величине ., -9 „+, / или, если учесть условйе (2), Ъ

Последняя сумма вольт-секундных интегралов (4) определяется только напряжением сети и углом Р (см, фиг, ЗЯ.

Если углы л положительных и отрицательных полуволн. одинаковы, то люрые ближайшие по времени полуволны

@AC (напряжения) первичной обмотки трансформатора равны по величине вольтсекундных, интегралов и противоположны по знаку, При несимметрии углов р про- исходит некоторое нарушение симметричности цикла перемагничивамя, При постоянном угле Р импульсное..регулирование может осуществляться по любому закону и с любой частотой включений. При необходимости фазового регулирования (в сочетании с импульсным или без него) изменяют внешней сис"темой угол fb . Изменения угла должны

10 быть настолько медленными, чтобы по1 являющиеся выбросы тока памагничивания не превышали допустимых значений, При нелинейной резко несимметричной нагрузке (однополупериодный вы15 прямитель) возможна работа только в импульсном режиме. Из-за нелинейности нагрузки положительные и отрицатель- ные полуволны тока различны. Поэтому отличаются по величине и падения напряжения на активных сопрОтивлениях первичной обмотки трансформатора, Из-за атого падения трансформатор перемагничивается цо несимметричному циклу, причем величина несил«метрии пропорпиональна вольт-секундному интегралу « » (фиг, 4} разности напряжения сети п

ЗДС обмотки трансформатора за время полуволны. Пусть положительная полуволна тока больше отрицательной (фиг.

3О 4б), В атом случае положительную полуволну тока пропускают без задержки (d =О} и с момента включейия тиристора атой полуволны начинают дополнительно измерять вольт-секундный .интеграл Ц 2(фиг. 4«-«). С момента перехода напряжения сети через нуль, если была подана кома1ща на отключение, измеряют вольт-секундный интеграл ф4 . После подачи команды на включение с момента

4о определяемого углом р =О„изл«еряют вольт-секундный интеграл Ц и в момент равенства интегралов (5)

45 включают тиристорный ключ (фиг, 4). В формуле (5)f2берется со знаком (+), если ЭДС по модулю меньше напрях<ения сети и со знаком (-}, если больше, При длительной подаче команды на включение измерение вольт-секундных интегралов происходит аналогично, но в соотношении (5) Q =0 (см. фиг, 4ctcrreва), Если обозйачить через Q величину вольт-секундного интеграла одного полупериода напряжения сети (фиг, 3 и 4ц)

1 то полное изменение индукции лВп в положительную сторону равно (см. фиг. 4с«) г«« 2 (6) I

-е

Прим енение данного способа управления позволяет повысить быстродействие регулятора и ликвидировать возможность насыщения трансформатора. Повышение быстродействия позволит примерно в 1,5 раза уменьшить колебания температуры объекта при работе регулятора на печь сопротивления, улучшить защиту. Нево можность насыщения трансформатора повысит надежность регулятора, улучшит его энергетические характеристики.

1. Способ управления тиристорным регулятором переменного напряжения, включенным в первичную цепь силового трансформатора, согласно которому подают управляющие импульсы и изменяют соотношение интервалов включенного и выключенного состояния тиристорных ключей с принудительным знакочередованием полуволн тока путем блокировки управляющих импульсов, измеряют вольт-секундные интегралы электродвижущей силы обмотки трансформатора от момента ее нулевого значения в;конец полуволны тока и на-, пряжения на тиристоре, сравнивают их и включают указанные ключи в момент равенства вольт-секундных интегралов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, контролируют и запоминают

"знак" текущей полуволнй тока и снимают блокировку управляющих импульсов начиная с тиристорных ключей, пропускающих полуволну тока противоположного знака.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ювЂ” шийся тем, что при импульсном в сочетании с фазовым регулировании, воаьт-секундный интеграл напряжения на тиристоре измеряют в каждой noayaoaHe тока, а момент начала его .измерения. сдви7 739705 а в отрицательную при наличии паузы между включениями, когда Ч Ф 0 ар„=Ч +Ч„-, (7) при отсутствии паузы, когда Ч,, =O

Я Я -Я

С учетом условия (5) положительное изменение индукиии (6,) получатся равным отрицательному (7) и (8)и обеспечивается перемагничивание по - симметричному циклу, В многофазном регуляторе при импульсном или импульсном-в сочетаний с фазовым регулировании проявляется взаимное влияние ЭДС обмоток через общие нагружу и магнитопровод. Например, вольт-секундный интеграл ЭДС обмотки фазы С к моменту перехода ее через нуль при выключении получается даже больше Ч на величину Q (фиг. 5 ). Для учета этого явления также, как и при нелинейной нагруже (фиг, 4) измеряют величину 1р, а момент включения тиристорного ключа в фазе С определяют

25 в момент равенства упомянутых вольтсекундных интегралов (5). При этом Ч отрицателей. При симметричной линейной нагрузке и неполнофаэном включении трансформатора линейная ЭДС поровну делится между ЭДС фазных обмоток, Это позволяет сначала определить вольт-секундный интеграл 4> с учетом (фиг, 5б) из соотношения

1 4

5 7. Ь 2(1 2) где Ч и 9, измеряются в фазе С, а затем аналогично определить момент включения ключа в фазе А. При несимметричной нагрузке в неполнофазном режиме 4О линейная ЭДС непоровну делится между

ЭДС фазных обмоток и испольэовать соотношение (9 ) нельзя.

Формула изобретения

При несимметричной линейной нагрузке измеряют вольт-секундные интегралы: линейных ЭДСОН (фиг, 5Ж,у), затем аналогично измеряют волысекундные интегралы напряжений на тиристорах + и исаючают тиристорные ключи в моменты выполнения равенства (2). Как видно из фиг 5ж,з этим обеспечивается величина вольт-секундного интеграла каждой из щнейных ЭДС равнойГЪЧоза время каждого одностороннего перемагничивания, Можно показать, что при этом вольт- секундные интегралы фаэных ЭДС равны

Ц, т.е, трансформатор не будет пасы» щаться. гают по отношению к моменту перехода через нуль напряжения сети на заданный угол,.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, .что при однофаэной нелинейной и многофазной линейной еимметричной нагрузке дополнительно измеряют вольт-секундный интеграл разности напряжений сети и электродвижущей силы обмотки трансформатора эа иремя последней полуволны тока перед началом интервала выключенного состояния и алгебраически суммируют его с вольт-секундным интегралом электродвижущей силы трансформаторa

9 7397

4. Способ поп. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что при многофазной линейной несимметричной нагрузке измеряют вольтсекундные интегралы трансформатора о ; носительно одной из фаз, Источники ин армапии, принятые во внимание при экспертизе

1. Патон B. П„Лебедев В. К, Электрооборудование для контактной сварки.

08. 10, М., Машиностроение", 1969, с. 166167, 302-305.

2. Закс М. И, Каганский Б. А, Тиристорный источник импульсов тока для ! дуговой сварки в защитных газах. Электротехническая промышленность, "Электросварка", 1972»sbm. 8, с. 12-16, 3. Авторское свидетельство СССР

% 403006, кл. Н 01 Р 13/16, 1971 (прототип).

)в