Устройство для управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 945 П 9) 5 Н 02 М 5/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ический инс н, а и на каждой из фазФь.(л иства явля- показатели реключаюперекл ючерическойконтактотво для регулифазного трансри однофазных ющее пофазное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРМ. 706889, кл, Н 01 Р 21/12, Н 01 Е 29/02,опублик. 1979.Авторское свидетельство СССРМ 868720, кл, Н 05 Р 1/14, Н 02 Р 13/16,опублик. 1981,Авторское свидетельство СССРМ 1243070, кл, Н 02 М 5/257, опублик, 198Авторское свидетельство СССРМ 1388972, кл. Н 02 М 5/257. опублик, 198 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУ ИРУЕМЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕ Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное, работающего под нагрузкой, в частности для управления регулированием питающего напряжения преобразовательных агрегатов электролизных /становок цветной металлургии и химической промышленности.Известен трехфазный трансформатор с пофазным регулированием напряжения, содержащий сетевую обмотку, регулировочную обмотку и переключающие устройства МЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ(57) Сущность изобретения: устройство управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное включает индикаторы знака напряжения сети. индикатор знака коммутирующего напряжения, индикатор совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения и блок пофазного регулирования. Переключения ответвлений трансформатора осуществляются при совместной работе тиристорных ключей и механического переключателя ответвлений или при помощи только тиристорных ключей в пределах ступени регулировочной обмотки трансформатора, Подвижные контакты механического переключателя поочередно переключают нечетные и четные ответвления без тока, Блок пофазного регулирования формирует управляющие импульсы тиристорных ключей, синхронизированные по напряжению сети. 3 ил. с подвижными контактамтрансформатора.Недостатками данного устроются большие массогабаритныевследствие применения трех ищих устройств и низкий ресурсний, ограниченный алекизносостой костью механическиров.Известно так.ке устройсрования напряжения трехформатора, содержащее тпереключателя. осуществлярегулирование,у 11т11 1 Д Д П ЧЪ 1 г Составитель О,ПарфеноваТехред М.Моргентал Корректор Н,Ревская дактор Л,Гратил аказ 2007 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Б 1ф ьНедостатками данного устройства являются большие массогабаритные показатели вследствие применения трех однофазных переключателей с раздельными приводными механизмами и низкий ресурс переключений.Известен регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трансформатор, регулирующий орган в виде нескольких групп тиристоров, генератор импульсов, синхронизируемый напряжением сети, блок элементов И, реверсивный и-разрядный счетчик, компаратор, датчик напряжения, управляемый 1-разрядный делитель частоты и О-триггер.Недостатками данного устройства являются большие массогабаритные показатели при большом до 100диапазоне регулирования напряжения вследствие необходимости использования большого числа тиристоров с охладителями, постоянная коммутация тиристоров без осуществления регулирования напряжения трансформатора, вызывающая дополнительные потери мощности и нагрев тиристоров. ухудшение качественных параметров электроэнергии питающей сети при использованном число- импульсном способе регулирования напряжения.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащее тиристорные ключи переменного тока, одними своими выводами подключенными через подвижные контакты Механического переключателя к отводам обмоток трансформатора, а другими - к крайним отводам токоограничивающих реакторов, средние выводы подключены к зажимам соответствующих фаз питающей сети, формирователи управляющих импульсов тиристоров, индикаторы знака напряжения сети и коммутирующего напряжения с выводами положительных и отрицательных знаков,индикатор совпадения знаков напряжения сети коммутирующего напряжения одной фазы, блок синхронизации по напряжению сети, входы которого соединены с выходами индикатора знака напряжения сети, с управляющими цепями "Выше", "Ниже", с выходами йндикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, а выходы блока синхронизации соединены с соответствующими формирователями управляющих импульсов тиристоров.Недостатком известного регулируемого преобазователя переменного напряжения в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 переменное является низкая точность регулирования вследствие невозможности регулирования напряжения в пределах ступени регулирования обмотки трансформатора,Целью изобретения является повышение точности регулирования.Поставленная цель достигается тем, что устройство для переключения отводов трансформатора под нагрузкой снабжено блоком пофазного регулирования, включающим в себя генератор тактовых импульсов, первый и второй двухвходовые элементы И-НЕ, двоичный реверсивный счетчик, дешифратор с семью входами и семью выходами, реализующий соответствие выходных с входными сигналами в соответствии с таблицей истинности, приведенной на фиг, 4, реле времени, первый, второй и третий двухвходовые элементы ИЛИ-НЕ, первый, второй и третий О-триггеры, первый и второй двухвходовые элементы И, первый и второй инверторы, первый и второй 3 К-триггеры, причем третий и четвертый входы дешифратора предназначены для подачи на них сигналов "Выше", "Ниже" и соединены соответственно с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И, а также с первым и вторым установочными входами реле времени, выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И-НЕ и с синхронизирующими входами первого и второго ЗК-триггеров, другие входы первого и второго элементов И-НЕ подключены соответственно к двум первым выходам дешифратора, а входы первого и второго элементов И-НЕ к соответствующим счетным входам двоичного реверсивного счетчика, два выхода которого соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, пятый вход которого подключен к выходу индикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, а шестой и седьмой входы - к соответствующим двум выходам реле времени, первый, второй и третий О-триггеры своими выходами соединены с соответствующими формирователями управляющих импульсов, а О-входами - соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами дешифратора, С-входами - соответственно с выходами первого и третьего элементов ИЛИ-НЕ, входы которых подключены к выходам соответствующих индикаторов знака сетевого напряжения, вторые входы элементов И подключены к шестому и седьмому выходам дешифратора, Л-входы первоговторого 3 К-триггеров подсоединены соответственно к выходам первого и второго элементов И, а К-входы1739452 15 20 25 30 35 40 ра; 45 50 55 через первый и второй инверторы - к выходам тех же элементов И, выходы первого и второго 1 К-триггеров предназначены для подключения к управляющим цепям приводного механизма механического переключателя отводов обмоток трансформатора.Введение блока пофазного регулирования обеспечивает пофазное регулирование напряжения трансформатора в пределах регулировочной ступени посредством переключения тиристорных ключей в каждой фазе, тем самым увеличивая число ступеней регулирования трехфазного трансформатора при заданном количестве отводов регулировочных обмоток трансформатора, повышая точность регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой в три раза,На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы при повышении напряжения; на фиг, 3 - временные диаграммы при понижении напряжения,На фиг. 2 и 3 даны следующие обозначения:62 (84) - напряжение на зажимах фазы А первичнбй обмотки трансформатора;63 (85) - сигнал с выхода индикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, определяющий положение контактов механического переключателя отводов трансформатора ("0" - четное, "1" - нечетное положение);64(86) - сигнал управляющей цепи "Выше";65 (87) - сигнал управляющей цепи "Ниже";66 (88) - импульсы, вырабатываемые генератором тактовых импульсов:67 (89) - сигнал выхода 01 дешифратора;68 (90) - сигнал выхода 02 дешифрато 69 (91) - сигнал на прямом счетном входе счетчика;70 (92) - сигнал на обратном счетном входе счетчика;71 (93) - сигнал младшего разряда на выходе счетчика;72 (94) сигнал старшего разряда на выходе счетчика,73 (95) - сигнал выхода 03 дешифратора;74 (96) - сигнал выхода 04 дешифратора;75 (97) - сигнал выхода 05 дешифратора;76 (98) - сигнал выхода 06 дешифратора; 77 (99) - сигнал выхода 07 дешифратора,78 (100) - сигнал выхода 3 К-триггера;79 (101) - сигнал выхода 3 К-триггера;80 (102) - сигнал, соответствующий положительной полуволне сетевого напряжения фазыА;81 (103) - сигнал, соответствующий от 10 рицательной полуволне сетевого напряжения фазы А на выходе индикатора знака напряжения сети;82 (104) - сигнал синхронизации импульсов управления на выходе элемента синхронизации импульсов управления на выходе элемента ИЛИ-НЕ;83 (105) - синхронизированный сигнал управления тиристорным ключом переменного тока фазы А на прямом выходе О-триггера. Устройство содержит тиристорные ключи 1 и 2 переменного тока, с зажимами 3 и 4, которые посредством подвижных контактов 5 и 6 механического переключателя с электромеханическим приводом 7 могут быть соединены с любыми двумя соседними ответвлениями Х 1 ХИ регулируемой обмотки 8 трансформатора, токоограничивающий реактор 9, своими крайними выводами соединенный с входными концами тиристорных ключей 1 и 2, а средним выводом поключенным к питающей сети, формирователи 10 и 11 управляющих импульсов тиристорных ключей.Названные элементы составляют силовой блок 12 одной из фаз устройства, подключенный к выводам 13 и 14 питающей сети.Две другие фазы устройства имеют такие же силовые блоки 15 и 16, подключенные соответственно к зажимам 17, 18 и 19, 20 питающей сети.Силовые блоки своими выводами могут соединяться либо по схеме У, либо по схеме О в зависимости от того, как должны быть соединены обмотки 8 трансформатора,К зажимам питающей сети всех трех фаз подключены своими входами индикаторы21 - 23 знака напряжения сети,К зажимам 3 и 4 силового блока 12 подсоединен своими входами индикатор 24 знака коммутирующего напряжения.Индикаторы 21-24 представляют собой преобразователи переменного синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы одной полярности, причем прямоугольные импульсы одного из выходов индикаторов соответствуют положительным полуволнам синусоидальноговходного напряжения, а на другом - отрицательным полуволнам.Выходы индикаторов 21 и 24 подсоединены к входам индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, Индикатор 25 совпадения знаков сетевого и коммутирующего напряже ния представляет собой фазный компаратор.Блок 26 пофазного регулирования имеет входные и выходные цепи 27-43, а также 10 включает в себя генератор 44 тактовых импульсов, два двухвходовых элемента И-НЕ 45 и 46, двоичный реверсивный счетчик 47, дешифратор 48, реле 49 времени, три двухвходовых элемента ИЛИ-НЕ 50 - 52, три О триггера 53 - 55, два двухвходовых элемента И 56 и 57, два инвертора 58 и 59, два 1 К-триггера 60 и 61.Генератор 44 импульсов представляет 20 собой мультивибратор с больщой скважностью выходных импульсов, частота следования которых выбирается из условий скорости регулирования напряжения трансфОРМатОРа И ДОЛжНа бЫТЬ 1 г.т.и ( 2 1 пит СЕТИ. 25Два элемента И-Н Е 45 и 46 двумя своими входами соединены с выходом генератора 44 тактовых импульсов, а двумя своими выходами с прямым и обратным счетными 30 входами двоичного реверсивного счетчика 47 соответственно, выходы младшего и старшего разрядов которого соединены с входами А 1, А 2 дешифратора 48, а входы АЗ. А 4 соединены с цепями 27,28 управления 35 "Выше", "Ниже", вход А 5 - с выходами индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, входы Аб, А 7 дешифратора 48 подключены к выходам реле 49 времени, установочные входы 40 которого соединены с цепями управления " Выше", "Ниже". Выходы дешифратора 48 соединены;С 11 - с вторым входом элемента И - НЕ 45;02 - с,вторым входом элемента И-НЕ 46;03,04,05 - с О - входами О - триггеров 53- 45 55 соответственно; 06-с входом элемента И 56;07 - с входом элемента И 57. О - триггеры 53 - 55 засинхринизированы по входам С от выходов элементов ИЛИ-НЕ 50-52, входы которых соединены с выходами индикато ров 21 - 23 знака напряжения сети соответственно. Прямые выходы О - триггеров соединены с входами формирователей управляющих импульсов тиристорных ключей четных отводов механического переключа теля, а инверсные выходы О - триггеров - с формирователями управляющих импульсов тиристорных. ключей нечетных отводов соответствующих фаза. Вторые входы элементов И 56 и 57 подключены к цепям управления "Выше", "Ниже", а выходы элементов 56 и 57 соединены с ) -входами и через инверторы 58 и 59 - с К-входами 1 К-триггеров 60 и 61, которые по входам С засинхронизированы с выхода генератора 44 тактовых импульсов. Выходы 3 К-триггеров 60 и 61 подключены к цепям управления электромеханического привода 7,Устройство работает следующим образом.Допустим механический переключатель отводов трансформатора находится в положении, при котором тиристорный ключ 1 подключен через подвижные механические контакты переключателя к отводу обмотки 8, соответствующему большему числу витков, чем у отвода, к которому подключен тиристорный ключ 2, При таком положении механического переключателя фазы прямоугольных импульсов выходов индикаторов 21 и 24 напряжения сети и коммутирующего напряжения будут совпадать, а на выходе индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения будет высокий логический уровень, соответствующий логической единице ("1"), Такое положение будем называть нечетным, При переходе в следующее положение механического переключателя к отводу, соответствующему большому числу витков обмотки 8, будет подключен тиристорный ключ 2. Сигналы на выходах индикатора 21 знака напряжения сети и индикатора 24 знака коммутирующего напряжения будут в противофазе, а на выходе индикатора 25 совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения будет низкий уровень напряжения, соответствующий логическому нулю ("Г). Это положение будем называть четным.На фиг. 1 изображено нечетное положение механического переключателя, при этом на вход А 5 дешифратора 48 поступает логическая единица. В момент 11 в цепи 27 управления "Выше" устанавливается уровень логической единицы, На выходе 01 дешифратора 48 устанавливается (в соответствии с таблицей истинности) уровень "1", разрешающий прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 44 на прямой счетный вход двоичного реверсивного счетчика 47 через элемент И-НЕ 45. Начиная с этого момента, по передним фронтам инвертированных сигналов генератора тактовых импульсов информация на выходах счетчика 47 будет меняться в двоичном коде. В момент 12 (фиг, 2) - "01, 14 -11, т 5 - 1035 40 4550 55 При появлении на обоих выходах счетчика 47 уровня "1" на выходах 01 и 02 устанавливаются уровни "0", что запрещает прохождение тактовых импульсов на счетные входы счетчика и запрещает дальнейший счет в прямом направлении. Информация с выходов счетчика 47, поступающая на входы А 1, А 2 дешифратора 48, преобразуется им из двоичного кода в сигналы управления тиристорными ключами трех фаз и подается с выходов дешифратора 03, 04, 05 на О-входы О-триггеров 53 - 55, которые синхронизируют импульсы управления по сигналам, поступающим с выходов элементов ИЛ И-Н Е 50 - 52. Получение синхронизированного управляющего импульса тиристорным ключом 2 фазы А показано на диаграммах 80 - 83 (фиг. 2). Управляющий импульс тиристорного ключа 1 является инверсным импульсу управления тиристорного ключа 2, В момент времени тз (фиг. 2) происходит коммутация тиристорных ключей фазы А, открывается ключ 2, на выпрямительной нагрузке трансформатора напряжение увеличивается. Моменты переключения импульсов управления фаз В и С на диаграммах не показаны, они производятся по синхроимпульсам, вы рабатываемым по сигналам индикаторов 22 и 23 знака сетевого напряжения соответственно. Как видно из диаграмм (фиг. 2 и 3) и таблицы истинности дешифратора 48, поступление тактовых импульсов на счетные входы счетчика 47 осуществляется только при наличии уровня логической единицы либо в цепи 27 "Выше", либо в цепи 28 "Ниже", Чередуя уровень "1" с уровнем "0" в цепях управления "Выше", "Ниже", осуществляется возможность установить любой код от"00" до "11" на выходе счетчика 47, а следовательно, в пределах одной ступени обмотки 8 на выпрямительной нагрузке трансформатора - три уровня напряжения, что дает возможность повысить точность регулирования напряжения на выпрямительной нагрузке в три раза.При установившемся коде "11" на выходе счетчика 47, нечетном положении контактов механического переключателя отводов трансформатора, высоком логическом уровне в цепи управления "Выше" на выходе элемента И 56, на Л-входе .1 К-триггера 60 устанавливается уровень "1", а на К-входе того же триггера ему инверсный уровень"0", а по переднему фронту тактового импульса, поступающего на С-вход триггера (момент 1 в, диаграмма 78, фиг, 2), на его выходе появится логическая единица, соответствующая команде на переключение приводного механизма 7 механического пе 5 10 15 20 25 30 реключателя в сторону повышения напряжения, Привод переключает контакты механического переключателя, С приходом контактов в новое фиксированное положение на выходе индикатора 25.устанавливается "0", что соответствует четному положению контактов механического переключателя. На фиг. 2 момент 1 т соответствует размыканию нечетных контактов механического переключателя, тв - замыканию нечетных контактов в новом фиксированном положении переключателя. В моменттэ изменится сигнал на выходе индикатора 25, на выходе 06 дешифратора 49 устанавливается "0", что запретит подачу команды на приводной механизм, и с приходом тактового импульса на выходе 3 К-триггера 60 установится уровень логического нуля,При условии, что в цепи управления "Выше" - уровень "1", происходит дальнейшее регулирование (повышение) напряжения, но при этом уровень логической единицы устанавливается не на выходе 01, а на выходе 02 дешифратора 48, и тактовые импульсы подаются на обратный счетный вход счетчика 47 (диаграмма 70), код на выходе счетчика уменьшается с частотой тактовых импульсов, что приводит, в конечном итоге, к выключению тиристорных ключей 2 и включению тиристорных ключей 1, обеспечивающих в четном положении контактов механического переключателя более высокий уровень напряжения на выпрямительной нагрузке трансформатора,Регулирование напряжения на понижение производится в обратной последовательности при подаче в цепь 28 управления "Ниже" уровня логической единицы.Так как при пофазном регулировании напряжения трансформатор работает в несимметричном режиме, то для выравнивания нагрузки между фазами во времени и устранения перегрева обмотки какой-либо фазы в устройство введено реле 48 времени, которое устанавливается в нулевое положение при уровне "1" в любой из цепей управления "Выше" или "Ниже", Если в обеих цепях управления уровни "0", то информация на выходах реле 49 времени изменяется в двоичном коде "00", "01", "10", "00", "01" и т,д, с интервалами времени, зависящими от условий эксплуатации трансформатора,При этом информация на выходах 03, 04, 05 дешифратора 48 циклично сдвигается (таблица),Изменение кода на выходах А 6, А 7 дешифратора 48 не влияет на изменение сигналов остальных выходов дешифратора: 01 - разрешение прохождения тактовых им12 1739452 50 55 пульсов на прямой счетный вход счетчика 47; 02 - на обратный; О 6, 07 - разрешение подачи уп равля ющих импул ьсов на п риводной механизм 7 механического переключателя отводов обмоток трансформатора,Общий диапазон регулирования напряжения задается числом ответвлений регулируемой обмотки трансформатора, а точность - 1/3 величины напряжения ступени.Предлагаемое устройство позволяет регулировать напряжение в пределах одной ступени регулируемой обмотки, т,е. позволяет увеличить число ступеней регулирования в три раза при заданном количестве отводов регулируемой обмотки и, следовательно, повысить точность регулирования напряжения на нагрузке в три раза при минимальном количестве тиристорных ключей. Формула изобретения Устройство для управления регулируемым преобразователем переменного напряжения в переменное с механическим переключателем отводов обмоток трансформатора, содержащее формирователи упра вля ющих импульсов ти ристо ров. индикаторы знака напряжения сети и коммутирующего напряжения по числу фаз с выводами положительного и отрицательного знаков, индикатор совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения одной фазы, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности регулирования, оно снабжено блоком пофазного регулирования, включающим в себя генератор тактовых импульсов, первый и второй двухвходовые элементы И-НЕ, двоичный реверсивный счетчик, дешифратор с семью входами и семью выходами, реализующий соответствие выходных с входными сигналами в соответствии с таблицей истинности, реле времени, первый, второй и третий двухвходовые элементы ИЛИНЕ, первый, второй и третий О-триггеры,первый и второй двухвходовые элементы И, первый и второй инверторы, первый и второй ЗК-триггеры, причем третий и четвертый входы дешифратора предназначены для 5 подачи на них сигналов "Выше", "Ниже" исоединены соответственно с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И, а также с первым и вторым установочными входами реле времени, вы ход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами первого и второго двухвходовых элементов И-НЕ и с синхронизирующими входами первого и второго 3 К-триггеров, другие входы первого и второ го элементов И-НЕ подключены соответственно к двум первым выходам дешифратора, а входы первого и второго элементов И-НЕ - к соответствующим счетным входам двоичного реверсивного счетчика, два выхода которо го соединены соответственно с первым ивторым входами дешифратора, пятый вход которого подключен к выходу индикатора совпадения знаков напряжения сети и коммутирующего напряжения, а шестой и седьмой входы 25 - к соответствующим двум выходам релевремени, первый, второй и третий О-триггеры выходами соединены с соответствующими формирователями управляющих импульсов, а О-входами - соответственно с 30 третьим, четвертым и пятым выходами дешифратора, С-входами - соответственно с выходами первого и третьего элементов ИЛИ-НЕ, входы которых подключены к выходам соответствующих индикаторов знака 35 сетевого напряжения, вторые входы элементов И подключены к шестому и седьмому выходам дешифратора, 3-входы первого и второго 3 К-триггеров подсоединены соответственно к выходам первого и второго эле ментов И, а К-входы через первый и второйинверторы - к выходам тех же элементов И, выходы первого и второго ЛК-триггеров предназначены для подключения к управляющим цепям приводного механизмаме ханического переключателя отводовобмоток трансформатора,