Регулятор переменного напряжения и способ его управления

Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 930529 61) Дополнительное к авт. свид-вуОпубликовано 23.05.82 Дата опубликования оп 3) УДК 621,31 .2(088.8) толлетень5. 82(72) Авторы изобретения бзев, А, ф еле щи. тт электро ханин фМ м тем управ ения ип, Научно-исследовательский и при Томском институте авто и радиоэ(54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕН И СПОСОБ ЕГО УПРАВЛЕНИЯзобретение относи полупериодтиристоров управляемыхных ключей, обеспечиваюрежимы работы, первичноитодобавочного трансформакозамкнутой на последоватающей сетью цепь 3Недостатками известни способа управления имниченные функциональныеи низкая устойчивость рара при углах коммутациисдвига тока нагрузки.Объясняется это тем,ктроте ий различные обмотки вольник Известн ботающие пу Г 11 и ГНедост ора из тельную рот пиом данн иченпые оров р я го р являю циональные в тся ограностивозм боты а меньш что известный включении обтрансформа тожим вольтодорегулятор при согласном моток вольтодобавочного ра обеспечивает лишь ре бавка - жима в ин ерес форм ора ие ир аче Кте ем управ егуляторы напряжения, ра ольтодобавочному принциляются огран функ озможкости.Наиболее близким к предлагаемому является рет улятор переменного напряже ния, содержащий вольтодобавочный транс форматор, вторичная обмотка которого включена между одним из входных и выходных и,тводов, а один из выводов первичной обмотки соединен со входными 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 ть, а для осуществления ре тодобавка - сеть нуждается енин одной из обмоток трансЭто ограничивает его регусвойства при использовании табилизатора напряжения, того,. в известном регуляторе ом известным способом, при0520 3 93реактивной нагрузке и углах коммутации;меныпих угла сдвига тока (в зоне "от-рицательных" токов) диапазон угла коммутации (регулирования) ограничен критическим углом, равным углу сдвига тока нагрузки. Снижение угла коммутациименьше угла сдвига тока приводит к нарушению заданного закона симметричного формирования выходного напряженияс вопьтодобавкой, либо с вольтоотбавкойи, в конечном итоге, к неустойчивой работе регулятора.Следовательно, ограничение регулирующих свойств (диапазона угла коммутации и диапазона регулирования уровнйнапряжения) при использовании регулятора в качестве исполнительных органовстабилизаторов переменного напряженияограничивает функциональные возможности и снижает устойчивость работы приуглах коммутации меньших угла сдвигатока нагрузки.Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей и повышениеустойчивости работы регулятора приуглах коммутации меньших угла сдвигатока нагрузки.Поставленная цель достигается тем,что в известном регуляторе переменного.напряжения, содержащем вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмоткакоторого 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 тиристорови отсекающих вентилей, между общимиточками соедийения которых включеныкоммутирующие конденсаторы, параллельно каждому коммутирующему конденсатору подключена цепочка из встречно соединенных тиристоров, общие точки сое. динения которых соединены с другим выводом первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора (ВДТ),В предлагаемом регуляторе первичнаяобмотка включена в диагональ моста,образованного тиристорами управляемыхключей и введенных цепочек, Это позволяет без вспомогательных пересоединений ее реверсировать, т,е. изменять уровень выходного напряжения вверх иливниз от номинального сетевого, обеспечивая при этом вольтодобавку (суммирование напряжений первичной и вторичной обмоток ВЙТ) или вопьтодобавку,(вычитание напряжений обмоток ВДТ),Вследствие этого в предлагаемом регуляторе диапазон изменения уровня выходного напряжения в два раза больше, чеми известном регуляторе, что позволяетиспользовать его в качестве исполнительного органа стабилизаторов напряженияс расширенными функциональными воэможностямиОднако предлагаемый регулятор устойчиво работает при активно-индуктивнойнагрузке только при углах коммутацииравных или больше угла. сдвига тока истановится неработоспособным при углахкоммутации, меньших угла сдвига токанагрузки,В момент, соответствующий заданномууглу коммутации, отпирают отсекающийвентиль и согласно-последоватепьно соединенный с ним тиристор соответствующей цепочки при вольтодобавке, а привольтодобавке - управляемых ключей -повышают устойчивость работы регулятора. В этом случае происходит свободныйобмен энергией между потребителем ипитающей сетью и обеспечиваются контуры перезаряда коммутирующих конденсаторов, с полярностью необходимой дляочередной коммутации,при этом осуществляется надежная коммутация тиристоровпри любых параметрах нагрузки, а к последней во всем диапазоне изменения углов коммутации прикпацывается симметричное в оба полупериода напряжение,На фиг, 1 приведена функциональнаясхема регулятора; на фиг, 2 и 3 - временные диаграммы работы.Устройство содержит вопьтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка 1которого подключена последовательно сцепью 2 нагрузки, а первичная обмотка 5 10 15 20 25 30 35 3 одним. выводом соединена с общимзажимом пвухуправпяемых ключей 4 и5 на встречно-параллельных тиристорах6, 7 и 8, 9, подключенных к зажимампитающей чети через отсекающие вентили 10, 11 и 12, 13 соответственно,Коммутирующие конденсаторы 14 и 15подсоединены 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 связань 1 с другим выводом первичной обмотки 3 ВДТ,Временные диаграммы и алгоритм работы отсекаюших вентилей и тиристоров (заштрихованные площадки соответству5ют их включенному состоянию), поясняющие принцип работы регулятора и способа управления им при углах коммутациименьших угла сдвига тока нагрузки иактивно-индуктивной нагрузке с вольтодобавкой и вольтоотбавкой приведенына фиг, 2 и 3 соответственно,Кривые тока нагрузки 20, кривыенапряжения питающей сети 21, кривыенапряжения нагрузки при вольтодобавкеи вольтоотбавке соответственно 22 и 23,кривые напряжения на коммутирующихконденсаторах 15 и 14 при вольтодобавке и вольтоотбавке, 24, 25 и 26, 27соответственно.Прее этом обозначение всех другихпозиций соответствует нумерации эле-ментов на фиг. 1.Предлагаемый регулятор работоспособен при активной и активно-индуктивнойнагрузке, В первом случае в качествеотсекающих вентилей 10-13 следует использовать неуправляемые вентили-диоды а во втором - тиристоры.Принцип работы регулятора (фиг. 1)сначала рассмотрим при угле сдвига с:9тока 20 нагрузки, большем угла коммутации с(= 1 или однозначно связанногос ним при симметричееьех (относительномомента =У/3 способах регулированияугла соотношением =Х/-с(фиг. 2 и 3).При положительной полярности напряжения 21 сети в момент перехода тока20 через нуль одновременно отпираютсяотсекающие вентили 10, 13 и тирисхоры7 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 обмотках1, 3 с напряжением 21 сети, и на интервалеЧМОЕк нагрузке 2 прикладываетсясумма напряжений сети и вторичной обмотки 1 ВОТ - напряжение 22 с вольтодобавкой.При угле коммутации 4.:е со схемыуправления (на фиг. 1 не приведена) поступают отпирающие импульсы на вентиль11 и тиристор 16. Последний отпираетсяи конденсатор 15, разряжаясь по цепи:15-13-сеть-7-3-16-15 запираеттиристор 19, соединенный встречно-последовательно с тиристором 16, и перезаряжается полярностью напряжения 24(на фиг. 1 и 2 в скобках). После этоговентиль 13 гаснет, открывается вентиль11, и образуется контур короткозамкнутой первичной обмотки 3 ВЙТ: 3-16-Е 11-10-7-3 по которому протекает ток.30529 10 25 35 15 20 30 40 45 50 55 20 в прежнем направлении, Изменение индукции в сердечнике ВБТ задерживается и к нагрузке прикладывается напряжение 22, равное напряжению 21 сети,После смены полярности напряжение 21 (на фиг. 1 в скобках) сети в момент Ю=Ф Я =О-д. соответствуюеций заданномууглу коммутации, вновь поступают отпирающие импульсы на отсекающий вентиль 13 и последовательный с ним тиристор 19, соединенный с одним из выводов первичной обмотки 3 ВДТ 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: 15-11-10-7-319-15, 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 попервичной:3-19-13-сеть-7-3 и вторичной 1 обмоткам ВДТ встречно с напряжением 21 сети, спадает до нуля прид.=У+,/Т, Вентили 10, 13 и тиристоры7 и 9 запираются и одновременно открываются встречно-параллельные имвентили 11, 12 и тиристоры 6 и 18.Вновь образуется последовательная с сетью цепь первичной обмотки 3 ВЙТ. Ток20, меняя направление, протекает на интервале У+У с(,вХчерез вентиль 12,тиристор 18, обмотку 3, тиристор 6,вентиль 11, а также по вторичной обмотке 1 и к нагрузке прикладывается напряжение 22 с вольтодобавкой.Прее угле коммутации се.:оХна 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-14 полярностью,показанной на фиг. 1 в скобках, послечего.открывается вентиль 10 и гаснетвентиль 12, Первичная обмотка 3 ВДТоказывается замкнутой накоротко цепью:3-6-11-1 О-3 вследствие чего на интервале :е +ЭЫК+51 к нагрузке 2 преекладывается напряжение 22 равное напряжению 21 сети,В момент г(:51 Х, соответствующийзаданному углу коммутации, на вентиль 12 и последовательный с ним тиристор , 18, соединенный с одним из выводов