Регулятор переменного напряжения и способ его управления

Регулятор переменного напряжения и способ его управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1и 930529 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.03.78 (21) 2586957/24-07 (5 I ) M. Кл.

Н 02 М 5/257//

Н 02 P 13/30 с присоединением заявки М

3ое7дарстееиный комитет (23) Приоритет до делам изаоретеиий н открытий

Опубликовано 23.05.82. Бтоллетень № 19

Дата опубликования описания 23.05.82 (53) УЙ К 621.314..2(088.8) Р

> (72) Авторы изобретения

А. В. Кобзев, A. Ф. Сочелев и Г.

Научно-исследовательский институт автом щк11. тт электро ханнки

« М м при Томском институте автоматизиро mM управ ения и радиоэлектроники (7I ) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

И СПОСОБ ЕГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехникее.

Известны регуляторы напряжения, работающие по вольтодобавочному принципу (1)и (2)

Недостатком данных регуляторов яв5 ляются ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является рет уля тор переменного н апря же10 ния, содержащий вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между одним из входных и выходных и,тводов, а один из выводов первичной обмотки соединен со входными

15 выводами устройства через управляемые двухполупериодные ключи, состоящие из согласно-последовательно включенных тиристоров и отсекаюших вентилей, между общими точками соединения которых включены коммутирующие конденсаторы.

Известен также способ управления этими регуляторами путем коммутации отсекающих вентилей и соответствующих тиристоров управляемых двухполупериодных ключей, обеспечивающий различные режимы работы, первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора из короткозамкнутой HB последовательную с питающей сетью цепь (3)

Недостатками известного регулятора и способа управления им являются ограниченные функциональные возможности и низкая устойчивость работы регулятора .при углах коммутации, меньших угла сдвига тока нагрузки.

Объясняется это тем, что известный регулятор при согласном включении обмоток вольтодобавочного трансформатора обеспечивает лишь режим вольтодобавка — сеть, а для осуществления режима в ол ьтодоба вка — сеть нуждае тся в пересоецинении одной из обмоток трансформатора, Это ограничивает его регулирующие свойства при использовании в качестве стабилизатора напряжения.

Кроме того, в известном регуляторе, управляемом извес тным способом, при

0529

3 93 реактивной нагрузке и углах коммутации; меньших угла сдвига тока (в зоне "отрицательных" токов) диапазон угла коммутации (регулирования) ограничен критическим углом, равным углу сдвига тока нагрузки. Снижение угла коммутации

1 меньше угла сдвига тока приводит к нарушению заданного закона симметричного формирования выходного напряжения с вольтодобавкой, либо с вольтоотбавкой и, в конечном итоге, к неустойчивой работе регулятора.

Следовательно, ограничение регулирующих свойств (диапазона угла коммутации и диапазона регулирования уровнй напряжения) при использовании регулятора в качестве исполнительных органов

/ стабилизаторов переменного напряжения ограничивает функциональные возможности и снижает устойчивость работы при углах коммутации меньших угла сдвига тока нагрузки.

Ljenb изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение устойчивости работы регулятора при углах коммутации меньших угла сдвига тока нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном регуляторе переменного. напряжения, содержащем вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между одним из вход- ных и выходных выводов, а один из выводов первичной обмотки соединен с входными выводами устройства через управляемые ключи, состоящие иэ согласнопоследовательно включенных тиристоров и отсекающих вентилей, между общими точками соедийения которых включены коммутирующие конденса торы, параллельно каждому коммутирующему конденсатору подключена цепочка из встречно соединенных тиристоров, общие точки сое. динения которых соединены с другим выводом первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора (BQT), В предлагаемом регуляторе первичная обмотка включена в диагональ моста, образованного тиристорами управляемых ключей и введенных цепочек. Это позволяет без вспомогательных пересоединений ее реверсировать, т.е. изменять уровень выходного напряжения вверх или вниз от номинального сетевого, обеспечивая при этом вольтодобавку (суммирование напряжений первичной и вторичной обмоток ВЕ!Т) или воаьтодобавку, (вычитание напряжений обмоток BAT).

Вследствие этого в предлагаемом регуS

35 пяторе диапазон изменения уровня выходного напряжения в два раза больше, чем и известном регуляторе, что позволяет использовать его в качестве исполнительt ного органа стабилизаторов напряжения с расширенными функциональными воэможностями, Однако предлагаемый регулятор устойчиво работает при активно-индуктивной нагрузке только при углах коммутации равных или больше угла. сдвига тока и становится неработоспособным при углах коммутации, меньших угла сдвига тока нагрузки.

В момент, соответствующий заданному углу коммутации, отпирают отсекающий вентиль и согласно-последовательно соединенный с ним тиристор соответствующей цепочки при вольтодобавке, а при вольтодобавке — управляемых ключей— повышают устойчивость работы регулятора. В этом случае происходит свободный обмен энергией между потребителем и питающей сетью и обеспечиваются контуры перезаряда коммутирующих конденсаторов, с полярностью необходимой для очередной коммутации,при этом осуществляется надежная коммутация тиристоров при любых параметрах нагрузки, а к последней во всем диапазоне изменения углов коммутации прикпацывается симметричное в оба полупериода напряжение.

На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы работы.

Устройство содержит вопьтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка 1 которого подключена последовательно с цепью 2 нагрузки, а первичная обмотка

3 одним. выводом соединена с общим зажимом двухуправпяемых ключей 4 и

5 на встречно-параллельных тиристорах

6, 7 и 8, 9, подключенных к зажимам питающей чети через отсекающие вентили 10, 11 и 12, 13 соответственно.

Коммутирующие конденсаторы 14 и 15 подсоединены между общими точками ,соединения тиристоров 7 и 8 с отсекающими вентилями 10 и 12 и тиристоров

6 и 9 с отсекающими вентилями 11 и 13.

Иараллепьно коммутирующим конденсаторам 14 и 15 введены цепочки из встречно соединенных тиристоров 16—

19, общие точки соединения которых связанЫ с другим выводом первичной обмотки 3 BAT.

Временные диаграммы и алгоритм работы отсекающих вентилей и тиристоров (заштрихованные площадки соответству30529!

25

45

5 9 ют их включенному состоянию), поясня юшке принцип работы регулятора и способа управления им при углах коммутации меньших угла сдвига тока нагрузки и активно-индуктивной нагрузке с вольтодобавкой и вольтоотбавкой приведены на фиг, 2 и 3 соответственно, Кривые тока нагрузки 20, кривые напряжения питающей сети 21, кривые напряжения нагрузки при вольтодобавке и вольтоотбавке соответственно 22 и 23, кривые напряжения на коммутирующих конденсаторах 15 и 14 при вольтодобавке и вольтоотбавке, 24, 25 и 26, 27 соответственно.

Прее этом обозначение всех других позиций соответствует нумерации эле- ментов на фиг. 1.

Предлагаемый регулятор работоспособен при активной и активно-индуктивной нагрузке. В первом случае в качестве отсекающих вентилей 10-13 следует использовать неуправляемые вентили-диоды, а во втором — тиристоры.

Принцип работы регулятора (фиг. 1) сначала рассмотрим при угле сдвига d.--Ì тока 20 нагрузки, большем угла коммутации с(=< или однозначно связанного с ним при симметричееьех (относительно момента d.=Ói Ц способах регулирования угла соотношением =Х/-с y (фиг. 2 и 3).

При положительной полярности напряжения 21 сети в момент перехода тока

20 через нуль одновременно отпираются отсекающие вентили 10, 13 и тирисхоры

7 и 19 управляемого ключа 4 и введенной цепочки. Через образовавшуюся последовательную цепь: сеть — 10-7-3-1913 — сеть начинает протекать ток 20, .совпадающий по направлению в обмотках

1, 3 с напряжением 21 сети, и на интервале ЧМ(с к нагрузке 2 прикладывается сумма напряжений сети и вторичной обмотки 1 BL1T — напряжение 22 с вольтодобавкой.

При угле коммутации 4,=0L со схемы управления (на фиг. 1 не приведена) поступают отпирающие импульсы на вентиль

11 и тиристор 16. Последний отпирается и конденсатор 15, разряжаясь по цепи:

15-1З-сеть-10-7-3-16-15, запирает тиристор 19, соединенный встречно-последовательно с тиристором 16, и перезаряжается полярностью напряжения 24 (на фиг. 1 и 2 в скобках). После этого вентиль 13 гаснет, открывается вентиль

11, и образуется контур короткозамкнутой первичной обмотки 3 BLlT: 3-16- (11-10-7-3, по которому протекает ток.

20 в прежнем направлении. Изменение индукции в сердечнике Bl1T задерживается и к нагрузке прикладывается напряжение 22, равное напряжению 21 сети.

После смены полярности напряжение

21 (на фиг. 1 в скобках) сети в момент

4.=/4il =О-д-л, соответствующий заданному углу коммутации, вновь поступают отпирающие импульсы на отсекающий вентиль

13 и последовательный с ним тиристор

19, соединенный с одним из выводов первичной обмотки 3 BllT и коммутирующий конденсатором 15, второй вывод которого подключен к тиристору 16, включенному встречно с упомянутым отпираемым тиристором 19. Вначале открывается тиристор 19 и конденсатор 15, перезаряжаясь по контуру: 15-1 1-10-7-319-15, запирает тиристор 16, подготовившись .таким образом, к работе в следующем, периоде. По окончании перезаряда конденсатора 15 вентиль 11 запирается, а открывается вентиль 13.

Ток 20, протекающий в прежнем направлении за счет ЗИС самоиндукции по первичной: 3-19-13-сеть-10-7-3 и вторичной 1 обмоткам ВДТ встречно с напряжением 21 сети, спадает до нуля при

d-=У+./Т. Вентили 10, 13 и тиристоры

7 и 9 запираются и одновременно открываются встречно-параллельные им вентили 11, 12 и тиристоры 6 и 18.

Вновь образуется последовательная с сетью цепь первичной обмотки 3 Bl1T. Ток

20, меняя направление, протекает на интервале У+У Ы(е(+Хчерез вентиль 12, тиристор 18, обмотку 3, тиристор 6, вентиль 11, а также по вторичной обмотке 1 и к нагрузке прикладывается напряжение 22 с вольтодобавкой.

При угле колемутацйе» сС=о +УBQ вентиль 10 и тиристор 17 поступают отпирающие импульсы и тиристор 17 отпирается. Конденсатор 14 обратным напряжением 25 запирает тиристор 18. и перезаряжается током 20 нагрузки по контуру:

14-17-3-6-11-сеть-12-14 полярностью, показанной на фиг. 1 в скобках, после чего.открывается вентиль 10 и гаснет вентиль 12. Первичная обмотка 3 BAT оказывается замкнутой накоротко цепью:

3-6-11-1О-17-3, вследствие чего на интервале (-еЭЫ (() + Я к нагрузке 2 прикладывается напряжение 22, равное напряжению 21 сети.

В момент H=J5 13(, соответствующий заданному углу коммутации, на вентиль

12 и последовательный с ним тиристор, 18, соединенный с одним из выводов

930529 первичной обмотки 3 BQT (здесь как и в предыдущем полупериоде с выводом, имеющим общую точку с тиристорами 1619 введенных цепочек) и коммутирующим конденсатором 14, второй вывод (об- 5 кладка) которого подключена к тиристору

17, включенному встречно с упомянутым отпираемым тиристором 18. Вначале от пирается тиристор 18, а после перезаряда конденсатора 14 током 20 по кон- 10 туру: 14-18-3-6-1 1-10-14 полярностью, (обозначенной на фиг, 1, без скобок) открывается вентиль 12 и запирается вентиль 10. Вновь первичная обмотка оказывается подключенной к пита- 15 ющей сети. Здесь ток 20, протекающий встречно с напряжением 21 сети по цепи: 3-6-11-сет 12-18-3, спадает до нуля в момент с =Ч+93/, тиристоры 6, 18 и вентили 11 и 12 соответственно 20 запираются. В следующий период процессы повторяются, Из приведенного видно, что при управлении по предлагаемому способу регулятор обеспечивает контуры для свободной цир- 25 куляции электрической энергии между нагрузкой и сетью, вследствие чего к нат рузке прикладывается симметричное в оба полупериода напряжение, отличающееся от сетевого на величину напряжения, снимаемого с вторичной обмотки BQT, форма кривой которого не зависит от параметров активно-индуктивной нагрузки (угла сдвига тока) и угла коммутации.

Если для обеспечения контура рекуперации реактивной мощности при вольтодобавке отпирают отсекающий вентиль и последовательный с ним тиристор введен ных цепочек, образующих совместно с одним выводом первичной обмотки BQT вершину моста, при вольтоотбавке для этой цели отпирают отсекающий вентиль и последовательный с ним тиристор управляемых ключей, образующих совместно с вторым выводом первичной обмотки

ВЙТ другую вершину моста.

|

Принцип работы регулятора при вольтоотбавке отличается лишь тем, что токи в первичной и вторичной обмотках

BQT протекают встречно. Это обеспечивается отпиранием соответствующих отсекающих вентилей и тиристоров, алгоритм работы которых приведен на фиг. 3.

Здесь также при подаче управляющих сигналов на отсекающие вентили и тирис55 торы вначале отпираются тиристоры, происходит перезаряд конденсаторов и только в момент, когда напряжение на обкладках конденсаторов сравняется с напряI жением сети, открываются вентили, при этом образуются либо короткозамкнутая, либо последовательная с сетью цепь первичной обмотки BQT.

Взаимным изменением углов ф= М- ПQl и А--д. - Ив течение каждого полупериода осуществляется автоматический переход схемы регулятора из режима вольтодобавки в режим вольтоотбавки и наоборот.

Конденсаторы перезаряжаются током нагрузки и в любой момент времени име ют полярность, необходимую для надежной коммутации очередного тиристора.

По регулировочным свойствам такой тиристорный регулятор приближается к устройствам на полностью управляемых ключах, Формула изобретения

1. Регулятор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между одним из входных и выходных выводов, а один из выводов первичной обмотки соединен с входными выводами устройства через управляемые ключи, состоящие из согласно-последовательно включенных тиристоров и отсекающих вентилей, между общими точками соединения которых включены коммутирующие конденсаторы, о т л и ч а ю щ и йсятем,,что, с целью расширения функциональных возможностей, параллельно каждому коммутирующему конденсатору подключена цепочка из встречно -соединенных тиристоров, общие точки соединения которых соединены с другим выводом первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора.

2. Способ управления регулятором переменного напряжения по и. 1, о т— личающийсятем, что, сцелью повышения устойчивости работы регулятора при углах коммутации, меньших угла сдвига тока нагрузки, в момент, соответствующий заданному углу коммутации, отпирают отсекающий вентиль и согласно- последовательно соединенный с ним тиристор соответствующей цепочки.

Источники инфОрмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 432474, кл. Q 05 Г 1/30, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

% 517122, кл. Н 02 М 5/25, 1977.

3. Авторское свидетельство C(.СР

% 541157, кл. Q 05 C 1/ О, 1977.