Регулируемый преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки

, (19) (И) О А 7; С 05 Р 1/44 зШН 02 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щеи ячеики, о т ч ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Электрооборудование и автоматика электротермических установок. Справочник, М., "Энергия , 1978, с. 99-104.2. Гитгарц Д.А., Мнухин Л.А. Симметрирование трехфазной сети при питании однофазных электротермических установок. "Информэлектро" 1969.3, Иоффе Ю.С., Кондратьев В.М., Шапарев В.Д., Гуэилова Г.В. Опыт применения однофазных тиристорных регуляторов типа РТПТФ/360-2 У 4 в системе трехфазного питания установки ИНМП, - "Электротехническая промышленность", сер. "Электротермия", вып. 1 (239), 1983. (54)(57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОДНОФАЗНОЕ ДЛЯ ПИТАНИЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАГРУЗКИ, содержащий симмерирующий узел в виде последова-.тельно соединенных конденсатора идросселя, общая точка которых подключена к выводу для подключенияпервой фазы входного напряжения,две ячейки встречно-параллельносоединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения отстающей и опережающей по отношениюк первой фазам, и два блока импульсно-фазового управления каждой ячейкой, выходы каждого из которых соединены с входом управления соответщ и и с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей,он снабжен блоком смещения с перемным коэффициентом передачи и блокоформирования сигнала управления,соединенным входом с выводами дляподключения нагрузки, а выходом -с блоком импульсно-Фазового управления ячейкой тиристоров в отстающей фазе и входом блока смещения,выход которого подключен к блокуимпульсно-Фазового управления ячейкой тиристоров в опережающей;фазе.Изобретение относится к электро- технике, в частности к регулированию напряжения мощных однофазных индукционных установок промьппленной частоты,Известны трехфазные тиристорные преобразователи с ячейками встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенные в три фазы питающей сети и содержащие блоки систем импульсно-фазового управления (СИФУ) каждый с ячейкой . Напряжения на входах блоков СИФУ синхронизированы с соответствующими линейными напряжениями, а импульсы управления подаются на тиристоры ячеек в определенной последовательности (через 120 эл . град .), обус - ловленной чередованием фаз, системы питающих напряжений. Такие устройства предназначены для работы на симметричную трехфазную активную или активно-индуктивную нагрузку 11 . 1 О 15 При подключении однофазной индукционной установки к трехфазной сети с использованием симметрирующего устройства по схеме Штейнметцанагрузка трехфазного преобразователя представляет собой соединенныев треугольник индуктивность, емкостьи колебательный контур, Ее особенностью является различные собственные коэффициенты мощности .каждого плеча трехфазной нагрузки,вследствие чего, регулирование напряжения с помощью трехфазных преобразователей с симметричным управлением приводит к появлению несимметричных режимов в питающей сети. Несимметрия токов и напряжений снижает качество электроэнергии питающей сети и отрицательно влияет напотребителей, подключенных к этойже сети 21. В частности, это приводит к увеличению потерь в обмоткахстатора и ротора генераторов, сокращению срока службы асинхронныхэлектродвигателей, уменьшению пропускной способности электросетей,Кроме того, применение схемы пре Ообразователя с ячейками встречнопараллельно соединенных тиристоровв трех фазах в рассматриваемом случае снижает ее надежность, так какпри разрыве фазы, подключенной к 55точке соединения конденсатора идросселя симметрирующего устройства, возможно развитие резонанса напряжений в образовавшейся последовательной 1.-С-цепи, что приводит к выходу из строя элементов схемы.Наиболее близким к предлагаемому является регулируемый преобразователь трехфазного переменного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки, содержащий симметрирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и дросселя, общая точка которых подключена к выводам для подключения первой фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к выводам для подключения к отстающей и опережающей по отношению к первой фазам и два блока импульсно- фазового управления каждой ячейкой, выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячейки. Это устройство представляет собой преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное, причем, управление тиристорными ячейками производится с помощью блоков импульсно-Фазового управления раздельно и поочередно. Примененный способ управления предполагает, что при пуске вначале включается и выводится на заданный режим тиристорная ячейка в отстающей фазе, затем - в опережающей, Регулирование напряжепазоне от 0111,1 до 0 5 Цщ.1 (где Нм - номинальное выходное напряжение) достигается за счет управления только одной ячейкой, в диапазоне от 0,5 Пном до нуля - другой ячейкой. 33;Недостатком такого устройства является существенная несимметрия фазных токов в процессе регулирования. Так. в диапазоне от 0 до 0,5 ННом коэффициент несимметрии фазных токов , равен 1,0Такое значениеобусловлено тем, что в этой зоне регулирования тиристоры одного из регуляторов заперты и ток в фазе равен нулю.Степень влияния на питающую сеть индукционного нагревательного .или плавильного комплекса определяют энергетические показатели трехфазной системы питания, из которых коэффициент несимметрии токов является одним из важных. Его величина, а также режим работы установки зависят в свою очередь от способа уп0990 4 55 3 11 З равления тиристорами. Лоочередный способ управления ячейками тиристоров, примененный в известном устройстве, вызывает значительную несимметрию фазных токов в большой зоне регулирования. Это приводит к существенному снижению энергетических показателей системы питания . Целью изобретения является повышение энергетических показателей.Указанная цель достигается тем, что регулируемый преобразователь переменного трехфазного напряжения в однофазное для питания индукционной нагрузки, содержащий симметрирующий узел в виде последовательно соединенных конденсатора и дросселя, общая точка которых подключена к выводу для подключения первой Фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно соединенных тиристоров. подключенных к выводам для подключения отстающей и опережающей по отношению к первой фазам, и два блока импульсно-Фазового управления каждой ячейкой.; выходы каждого из которых соединены с входом управления соответствующей ячейки, снабжен блоком смещения с переменным коэффициентом передачи и блоком формирования сигнала управления, соединенным входом с выводами для подключения нагрузки, а выходом - с блоком импульсно-фазового управФления ячейкой тиристоров в отстающей фазе и входом блока смещения, выход которого подключен к блоку импульсно-фазового управления ячейкой тиристоров в опережающей фазе.На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит симметрирующий узел 1 в виде последовательно соединенных конденсатора 2 и дроссе" ля 3, общая точка которых соединена с выводом для подключения первой Фазы входного напряжения, две ячейки встречно-параллельно .соединенных тиристоров 4, 5 и 6, 7, причем одна пара 4 и 5 включена в опережающую фазу, другая пара 6 и 7 - в отстающую Фазу по отношению к первой. Тиристоры каждой из ячеек подключены к выходам соответствующих блоков 8 и 9 импульсно-джазового управления. Вход первого блока 8 импульсно-Фазового управления соедиО 15 20 25 30 35 40 45 50 нен с выходом блока 10 смещения, а вход второго блока 9 импульсно- фазового управления и вход блока 10 смещения подключены к выходу блока 11 регулирования, вход которого соединен с датчиком 12 выходного напряжения, При этом датчик 12 выходного напряжения и блок 1 1 регулирования образуют блок Формирования сигнала управления, Нагрузкой устройства является однофазная индукционная установка, представляющая собой параллельно включенные индукционной нагреватель и компен- сирующую конденсаторную батарею. Вход датчика выходного напряжения соединен с выводами нагрузочного колебательного контура.Блоки 8 и 9 импульсно-фазового управления выполнены по общепринятой схеме, например с вертикальным управлением 113, Структурная схема блока содержит набор стандартных устройств: генератор пилообразного напряжения, компаратор, блок деления импульсов на два канала и блок Формирования и размножения импульсов управления. Блок 10 смещения может бьгть выполнен, например, в виде неинвертирующего сумматора, построенного на операционном усилителе с четырьмя параллельными ветвями на входе, две иэ которых подключены постоянно, а две других подключаются в зависимости от требуемой глубины регулирования . Корректирующие сигналы на входы сумматора поступают, например, с резистивного делителя, питающегося от стабилизированного источника напряжения. Глубина регулирования напряжения задается технологией процесса нагрева или плавки. Блок регулирования 11 может быть выполнен, например, в виде интегратора, также на базе операционного усилителя, на вход которого поступает разность между сигналом, пропорциональным выходному напряжению, и задающим сигналом. Латчик 12 напряжения выполняется по известной схеме согласующий трансформатор - выпрямитель - сглаживаю-. щий фильтр Г 13Устройство работает следующим образом.Выходное напряжение преобразователя определяется значениями углов выправления 9 и ф тиристорных яче 1130990ек 4, 5 и 6, 7. Изменение фазы и формирование импульсов управления необходимой амплитуды и длительности производится системой регулирования (блоки 10-12) и,блоками 8 и 9 5 импульсно-фазового управления соответствующими ячейками тиристоров. Кроме того, очередность подачи импульсов .управления на тиристоры задается порядком чередования фаз 10 системы входных напряжений.Известная идея фазо-импульсного управления, например по вертикальному принципу, заключается в том, что импульсы управления формируются в 15 момент равенства постоянного напряжения управления и линейно нарастающего напряжения генератора пилообразного напряжения. Генерируемые с пе 20 риодом П импульсы управления разделяются на два канала, преобразуются в требуемую Форму и подаются на управляющие электроды тиристоров. При . изменении уровня напряжения управ 25 ления импульсы смещаются по Фазе по отношению к напряжению синхронизации. Для нормальной работы необходима фазировка импульсов управления с напряжением питания ячейки тиристоров. Таким образом, управляющим воздействием в системе тиристорная ячейка - блок импульсно-Фазового управления является напряжение управления У .В предлагаемом устройстве напря жение управления Ц 1 и Уу Форми - руются блоком 11 регулирования и блоком 10 смещения, При изменении сигнала задания П напряжение управления Пу на выходе блока 11 ре гулирования меняется пропорционально напряжению задания. В то же время, напряжение управления Уу на выходе блока 10 смещения меняется также пропорционально напряжению 45 задания, но с некоторым смещением 6 П, величина которого определяется заданной глубиной регулирования. Сигналы Цу и Пр , поступая на блоки импульсно-Фазового управления 50 8 и 9, обеспечивают формирование импульсов управления на тиристорах 4, 5 и 6, 7 с заданной фазой, причем на тиристоры 4 и 5 первой ячей- . ки импульсы подаются с углом сдви гав сторону отставания по отношенйю к фазе импульсов на однонаправленные тиристоры 6 и 7 другой,ячейки. Постоянно подключенное напряжение смещения ДП 4 задает неизменный угол сдвига= 60 , корректирующие напряжения смещения ЬП и .Ь 1/5 обеспечивают работу преобразователя с углом сдвига соответственно 90 и 120В процессе изучения режимов работы предлагаемого устройства получают зависимости коэффициента не- симметрии Фазных токов от наяряжения на нагрузке при углах сдвига= 60, 90 и 120.Наименьшая несимметрия токов достигается при работе в диапазоне изменения выходного напряжения 0-0,4 Пном с углом сдвига= 60 в диапазоне 0,4-0,6 Пном с 11 = 90, в диапазоне 0,6-1,0 Ц,ом с= 120 Максимальная несимметрия токов не превышает при этом 0,5.Однако следует учесть, что этот уровень несимметрии токов соответствует зоне глубокого регулирования, в которой действующие значения фазных токов составляют меньше половины номинальной величины. Поэтому, коэффициент несимметрии напряжений не превышает установленную ГОСТом величину 1 и = 27. Оценить установленную мощность силового трансформатора Рсщ при и = 0,02 по известной мощности,нагрузки Р 1 можно с помощью соотношенияР= 50 Р,ЗЬ.100-Ок где 01, - напряжение короткого замыкания, 7.Отсюда следует, что при большей несимметрии токов(при условии0,02) для одной и той же нагрузки потребуется силовой трансформатор с большей установленной мощностью. Более высокие энергетические показатели предлагаемого устройства по сравнению с известным, достигнутые за счет эффективного управления ячейками тиристоров, дают возможность применить силовой трансФорматор с меньшей установленной мощностью, В результате годовой эффе 1 т на каждый киловатт сэкономленной установленной мощности силового трансформатора при использовании в схеме питания предлагаемого устройства составит 22 рубля (по тарифу для Москвы и области).оловинова Корректор В. аказ Т Подписное омитета ССС открытийс наб. илиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная,Предлагаемое устройство обеспечивает полное регулирование напряжения на нагрузке при высоких энерге 4/42НИИПИ Государственпо делам изобрет35, Москва, Ж,тических показателях системы питания, что позволяет значительно расширить область его применения. раж ого ний