Устройство для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием

Устройство для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Рфслублик

«»771795 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 020678 (21) 2621518/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 151080. Бюллетень 11о 38

Дата опубликования описания 15.10.80 (51)М. Кл.

H 02 Н 9/08

ГОеударственный комитет:

СССР . но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 3. .064.44 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. К. Обабков, E. В. Сергин и fO. Н.,Целуевский

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ

КАТУ т!КИ ИНДУКТИВНОСТИ С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам компенсации емкостных токов в электрических сетях.

Известно устройство для экстремальной компенсации емкостных токов утечки с периодической модуляцией индуктивности, состоящее из последовательно соединенных амплитудно- 10

ro детектора, полосового фильтра, настроенного на частоту поиска, релейного усилителя, множительного звена, инерционного звена, безинерционного релейного звена с зоной не- 15 чувствительности и нелинейного астатического привода дугогасящей катушки (1).

При изменении параметров сети напряжение на входе амплитудного детек-20 тора, следовательно, и на входе полосового фильтра имеет большой диапазон изменения амплитуды, что обуславливает повышенные требования к технической реализации этих элементов. Скачок амплитуды напряжения на входе регулятора при резких изменениях параметров сети возбуждает переходной процесс в полосовом фильтре, что приводит к "пропаданию" сигнала управления в контуре самонастройки. Устройство .имеет низкое быстродействие даже при использовании в качестве дугогасящего реактора катушки индуктивности с подмагничиванием, так как быстродействие в этом случае полностью определяется час тотой поискового сигнала, верхняя граница которой равна 1,5 Гц (нормальный режим функционирования сети).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием в резонанс с емкостью, и использующее принцип экстремального регулирования со .вспомогательной поисковой модуляцией индуктивности катушки с подмагничиванием.

Устройство состоит из последовательно соединенных выпрямителя (амплитудного детектора), фильтра низкой частоты, входного усилителя переменного тока, множительного блока (синхронного детектора), усилителя с демодулятором (фильтра низких частот), интегрирующего усилителя, усилителя мощности, связанного с обмоткой подагничивания катушки индуктивности, 771795 а также гейератора поисковых (вспомо гательных) колебаний, выход которого соединен со вторым суммирующим входом усилителя мощности и через фазосдвигающий блок — co вторым входом синхронного детектора t2J.

Данное устройство обладает низкой чувствительностью к сигналам поисковой модуляции при сколько-нибудь зна-, чительных расстройках компенсации.

В связи с этим для обеспечения устойчивой работы устройства его дополнительно снабжают управляемым элементом, работа которого запрограммирована так, что при снижении амплитуды напряжения смещения нейтрали ниже заданного уровня — установки он "ве- !5 дет" систему в сторону резонанса до тех пор, пока поисковая модуляция не достигает уровня, достаточного для нормальной работы основного контура самонастройки устройства. Так как уровень — установка в процессе работы. устройства не регулируется, то от активной утечки в контуре нулевой последовательности сети и от несимметрии сети зависит правильная работа управляемого элемента, следовательно, и всего устройства в це- лом, что определяет его низкую помехоустойчивость. Кроме того, устройству присуще низкое быстродействие из-за применения низкой частоты поиска, равной 2 Гц (время регулирования, как обычно, составляет

5-10 периодов поиска). Увеличение же частоты поиска не позволяет сохранить данному устройству требуемой точности компенсации.

Целью изобретения является повышение чувствительности, помехоустойчивости и быстродействия регулятора настройки индуктивности катушки с ф() подмагничиванием.

Цель достигается в устройстве для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием, например, в контуре нулевой последовательности электрической сети, содержащем соединенные последовательно синхронный детектор, фильтр низких частот, интегратор, сумматор и усилитель мОщнОсти, ВыхОд KoTopoI Î связан с 30 обмоткой подмагничивания катушки индуктивности, а также генератор поискового сигнала, первый выход которого соединен с первым входом синхронного детектора благодаря тому, что оно дополнительно содержит блок возбужде- Ы ния, блок умножения, два релейных усилителя, фазовый детектор и поло совой фильтр, причем входы блока возбуждения и первого релейного .Усилителя электрически связаны с катушкой д) индуктивности, выход блока возбуждения подключен к первому входу блока умножения, ко второму входу которого подключен второй выход генератора поискового сигнала, а выход блока умножения соединен со вторым входом сумматора, при этом выход первого релейного усилителя через последовательно соединенные фазовый петен тор, полосовой фильтр и второй релейный усилитель соединен со вторым входом синхронного детектора °

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для автоматической настройки индуктивности катушки с подмагничиванием; на фиг. 2 - обобщенная управляющая характеристика уст ройства.

Устройство содержит контур нулевой последовательности сети (объект управления) 1, включающий в себя катущку индуктивности с подмагничиванием (дроссель насыщения) 2. Выход объекта 1 подключен к входу последовательного соединения блоков: релейного усилителя 3, фазового детектора 4, полосового фильтра 5, релейного усилителя б, синхронного детектора 7, фильтра 8 низких частот, интегратора 9, сумматора 10 и усилителя мощности 11, у которого выход соединен с обмоткой подмагничивания дросселя насыщения 2. Кроме того, устройство содержит блок возбуждения 12, вход которого соединен с выходом объекта 1, а выход через множительное звено 13 — со вторым входом сумматора

10, и генератор поискового сигнала 14, )связанный своим выходом со вторыми входами синхронного детектора 7 и множительного звена 13.

Устройство работает следукщим обр юзом.

Ток несимметрии сети e(<), поступающий на вход объекта управления 1, порождает на выходе объекта управления колебания вида

$(4)=8(% (1UJ,L c)lc05103 +v +9(ю,Låc )) ) (1 ) где 0 и — амплитуда и фаза тока несимметрии e(t), u) — промышленная частота сети; Ф(си,4,С) и (иу„С}- модуль и фаза частотной характеристики на частоте Ю объекта управления от входа 9(1) к выходу () (к току 1 ® или к напряжению

С® нейтрали).

В качестве объекта управления 1 выступает контур нулевой последовательности сети, состоящий из суммарной емкости С фаз сети относительно земли и индуктивности Ь дросселя насыщения 2, включенного в нейтраль сети. Объект 1 все время находится в режиме параметрического возбуждения, осуществляемого блоком

12 на удвоенной частоте сети, а именФ (М И СОфиА+2ЩМ,L,C),Ä., ) (2) где О, (и 29(ls,l.,Ñ) +g> — амплитуда и фаза сигнала возбуждения.

Напряжение возбуждения О Y вырабатываемое блоком 12, вводится в об771795 (звэ п (А- -+11) " = о ч (1,С) =-агct g ", (1 p )

1i5mcos (,- г)) (аtn w(jm,gc) Р

=(,С)= 1

+(@(w c>p"

4 =4(L,Ñ)= агс(д.(ц 11С(1- Ьс) (12) 1 =1) (L,Ñ) =-асс .

15 (14) На множительном звене 13 происходит перемножение сигнала возбуждения 0

Д (на сигнал, поступающий от генера-. тора поисковых колебаний 14. Поисковый сигнал равен д А=с) 51Я11сОБ (Я.t ++A. ), (3 )

25 где с1Х,с(. и Q. — амплитуда, фаза и частота сигнала поиска. В результате на выходе множительного звена образуется сигнал ()1, который после усиления по мощности усилителем

11 модулирует индуктивность настраиваемой катушки 2, так что 1 =(+d ). a д 1=а, К 4l „Ц2ю) б Xcos ((" )+ Ч дн(2 М (4) где d) — колебательная составляющая индуктивности Ь». объекта 1, коэффициент пере;.ачи по напряжению усилителя мощности 11,(% Д)2ш)(и

% и(2щ)- модУль и фаза частотной ха- 40 рактеристи ки обмотки управления дросселя насыщения 2 на частоте 2ш.

Возникающий параметрический .эффект за счет сигнала подкачки d Ч позволяет как повышать добротность контура нулевой последовательности сети при

45 д Х=аХ, так и понижать ее при дХ=-аХ

Следовательно, поисковые колебания в Х, поданные на индуктивность, в действительности модулируют добротность резонансного контура.

B результате совместного воздействия параметрического возбуждениями( и поискового сигнала д Х в выходном сигнале объекта (О= e W (ju),L,Ñ) 1Асоэ

Ю

j tvq(ug> c)d qj (5) появляется периодическая составляющая фазы:

У(=бЧЮ=-а (ь,c) sigh cos (Qt+

55 (16) (Р(ЬС)со5(Ю А„)) 60 (7) (8) F (L,С) = эю Я-T+ j). мотку управления дросселя насыщенит ,2 при помощи усилителя мощности 11

При этом сигнал д 1 строго синхронизирован и сфазирован с выходным сигналом объекта 1 за счет частотно-фазового удвоения последнего, например, с помощью двухполупериодного выпрямителя. В блоке 12 вырабатывается также необходимый фазовый сдвиг oL) для компенсации фазового сдвига дн(Ью), приобретаемого напряжением возбуждения при прохождении через обмотку подмагничивания дросселя насыщения 2, а также фиксированных углов, связанных с выбором равновесного состояния системы при окончательной настройке контура нулевой последовательности сети в резонанс на промышленной частоте сети. где а=а а, К l (11а)) и (L,c);

Здесь

М ™(1,С)=(1+6 m + 26 м cоэ (À- +i1)) ; (9) a4 м,ь.c) (aenJw(j, . cy() ) а1. а1.

>=D25Q> K (% „(j2 )( Удн(") т где R — активное сопротивление дросселя насыщения.

Таким образом, в периодических колебаниях фазы б Ч (М) содержится информация в виде обобщенных нелинейных зависимостей F (L,Ñ) о положении точки резонанса, вид которых представлен на фиг. 2. Колебания фазы д Ч(t) с поисковой частотой происходят в фазе с поисковыми колебаниями d X в случае недокомпенсации (до резонанса) и в противоФазе — при перекомпенсации (после резонанса). При точной компенсации, т. е..при резонансе, когда 1 =Ьре (cM. фиг. 2), фаэовая модуляция сигнала на выходе объекта управления отсутствует, так как F (L,С) =О.

Следовательно, модуляция фазы сигнала на выходе объекта управления содержит в себе информацию о величине и знаке расстройки компенсации.

Детектирование данной информации происходит следующим образом.

Сигнал () с выхода объекта 1, проходя через релейный усилитель 3, приобретает форму прямоугольных колебаний 5ig n R,(t) с той же фазой, что и у сигнала Й,(t) . Затем фазовый детектор 4 и полосовой фильтр 5, настроенный на частоту поиска, выделяют колебания фазы с частотой поиска V (6) которые дополнительно усиливаются релейным усилителем 6. Полученный на выходе усилителя б сигнал, равный

ЯЯЪЧ И,) =S h д Щ ) =ЭКАЯ h сравнивается по фазе на синхронном детекторе 7 с поисковым сигналом К)(Тот факт, что на синхронном детекторе происходит перемножение релейных сигналов, позволяет довести реа771795 лизацию детектора до простой логической схемы, а операцию умножения производить точно.

На выходе синхронного детектора образуется сигнал

Z. -i1gn t F (Ь,C)+cps 2(Я +d.Д, (1 7) 5 ! из которого с помощью фильтра 8 выделяются медленно меняющаяся составляющая V, связанная с обобщенной нелинейной зависимостью P(LiC) (фиг. 2) .

Полученный сигнал управления I/ пос- 1О тупает на вход интегратора 9, выходное напряжение 01 которого после; сложения на сумматоре 10 с модулирую- щим напряжением Д 01, с выхода множительного звена 13 и усиления по мощ- 15 ности усилителем 11 определяет ток в обмотке подмагничивания дросселя

2, а следовательно, и индуктивность компенсирующей обмотки этого дросселя. 20

Равенство Ч = 0 достигается при

<-y+q=о,, (18) что может быть обеспечено только при Ь реу (фиг. 2) компенсирующей катушки 2. Равенство 18 имеет 25 место при выполнении следующего условия

< g(4peg < ) g(Lpes©) (1 9) для всех возможных емкостей С сети. 3Q

Последнее оказывается возможным, так как угол у (ре, С ), определяемый равенством (12), в резонансе принимает значение К, а угол (Ьреэ,С), определяемый равенством (13), в ре- 35 эонансе также всегда равен — 1/2 из-за того, что производная ЭЧ(а,(С)/Х всегда положительная, а производная

ЭСп/%(1м,4,С)/ I 3L всегда равна нулю при резонансе.

Следовательно, условие 19 в резонансе. выполняется при 1,н 2 )=Щ2у (20) что может быть достигнуто при помощи регулировки фазы aL .напряжения возбуждения в блоке 12.

Легко видеть при этом, что о "р" " деъ

F(t.C)" u >p 4 L (21)

<О ttPN L 71 реъ для фиксированных значений С, что определяет обобщенную нелинейную зависимость F(4iC) о положении точки резонанса (фиг. 2).

Фазовая модуляция сигнала на вы-. моде объекта управления при больших 55 расстройках компенсации ослабляется намного меньше, чем амплитудная, которая используется в известных устройствах с поисковой модуляцией индуктивности катушки. Яанное обстоя- р тельство обеспечивает более высокую чувствительность устройства к сигналам поисковой модуляции.

Релейный усилитель на выходе объекта делает предлагаемое устройство нечувствительным к любым амплитудным изменениям выходного сигнала объекта, что повышает помехоустойчивость устройства в целом.

Процесс преобразования поисковых сигналов в периодические колебания фазы сигнала на выходе объекта в параметрически возбужденном объекте происходит с меньшей инерцией, чем в невозбужденном объекте. Так что частоту поисковых сигналов с сохранением приемлемой точности резонансной настройки можно повысить в

2-3 раза, что, в свою очередь, позволяет повысить быстродействие всей системы примерно во столько же раз.

Формула изобретения

Устройство для автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием,например, в контуре ну-, левой последовательности электрической сети, содержащее соединенные последовательно синхронный детектор, фильтр низких частот, интегратор, сумматор и усилитель мощности, выход которого связан с обмоткой подмагничивания катушки индуктивности, а также генератор поискового сигнала, первый выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, о т л и ч а ю щ е е с я . тем, что, с целью повышения чувствительности, помехоустойчивости и быстродействия, оно дополнительно содержит блок возбуждения, блок умножения, два релейных усилителя, фазовый детектор и полосовой фильтр, причем входы блока воздуждения и первого релейного усилителя электрически связаны с катушкой индуктивности, выход блока возбуждения подключен к первому входу блока умножения, ко второму входу которого подключен второй выход генератора поискового сигнала, а выход блока- умножения соединен со вторым входом сумматора, при этом выход первого релейного усилителя через последовательно соединенные фазовый детектор, полосовой фильтр и второй релейный усилитель соединен со вторым входом синхронного детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка 9 2366758/24-07, кл. Н 02 Н 1/02, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 491180, кл. Н 02 Н 1/02 1971 (прототип).

F (Ü,С)

Составитель Г. Дамская

Редактор И. Шубина Техред M.Ïåòêî . Корректор М. Шароши .Заказ 6712/67 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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