Способ управления мощностью трехфазной электрокалориферной установки, выполненной на параллельных нагревательных элементах с питанием от управляемого статического преобразователя и устройство для его осуществле

(53) 621.316 (56) Проспек в сельском х Т, 197КоганН,Б яйс Электротермиче я сельскохозяйс а. М.: Энергия,и кое оборудованиевенного производс1980.Разработка уст и регулирован ких изделий с назначения на ре- ик- ния разователе Ц( 3) МОЩНОСТЫ РИФЕРНОЙ УСТА- ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ АХ С ПИТАНИЕМ ЕСКОГО ПРЕОБВО ЕГО ОСУемя ци а (цикличность),с;э с 1 где емя пауз йствител ьное значение А а ого Фазныи ток, ый угол управ го преобразов минальныи н с- максималстатичес л л. гр ер -рал ьных нагреват ных элемент ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промьппленности, сельскомхозяйстве и на транспорте(72) К,В,Корнеев, Л,И.Коньшев,В.Ф.Егоркин,Л,М.Пивоваров и В.И,Демиройств управления для электротермичесьскохозяйственного азе тиристорных преоб хпроект ОЛА 085,674.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯТРЕХФАЭНОЙ ЭЛЕКТРОКАЛОКОВКИ, ВЫ 110 ЛНЕННОЙ НАНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОТ УПРАВЛЯЕМОГО СТАТИЧРАЗОВАТЕЛЯ, И УСТРОЙСТ ДЛЯЩГСТВЛЕНИЯ(57)1. Способ управления мощностьютрехФазной электрокалориФерной установки, выполненной на параллельныхнагревательных элементах с питаниемот управляемого статического преобразователя, при котором измеряют температуру и сравнивают ее с уставкой ив случае отклонения температуры отуставки воздействуют на изменение 8013343 13/00, Н 02 Н 3/16, 7 подводимого напряжения посредствомуправляемого статического преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения надежности иулучшения ресурса работы, постоянноконтролируют симметрию Фазных напряжений и состояние изоляции токоведу 1 пих частей относительно нулевого провода питающей сети между активнойнагрузкой и статическим преобразователем, причем при возникновении асимметрии Фазных напряжений Формируютсигнал, которым ограничивают угол регулирования статического преобразователя так, чтобы действующие значения напряжений на активных элементахнагрузки не превышали их номинальныхзначений, а при превьшении их илипри нарушении изоляции Формируют импульс аварийного отключения нагрузки,при этом периодически сдвигают управляющие импульсы статического иобразователя в область смаке с цличностью, определяемой из выраже 2. Устроиство для управления ностью трехФазной электрокалори ной установки, выполненной на и1334353 питанием от статического преобразователя, выполненного в виде трехфазноговентильного моста, содержащее блокуправления, вход которого связан сэадатчиком температуры, а выход - суправляющими р-п-переходами силовыхтиристоров преобразователя, блок защиты от токов короткого замыкания,автоматический выключатель и исполнительный элемент, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и улучшения ресурсаработы, оно дополнительно снабженоузлом контроля симметрии фазных напряжений, узлом состояния изоляции токоведупщх частей относительно нулевогопровода питающей сети и генераторомпериодических сигналов, причем узелконтроля симметрии фазных напряженийсодержит емкостной делитель, одниобкладки конденсаторов которого подключены к соответствующим фазным проводам в точках соединения активной 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении мощностью активной нагрузки статического преобразователя.1 ель изобретения - повышение надежности и улучшение ресурса работы.На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема управления устройства; на фиг.3 диаграмма напряжений на фазах нагрузки при замыкании фазы А на корпус и угле управления Ы = 0 эл.град; на фиг,4 - диаграмма напряжений на фазах нагрузки при замыкании фазы А на корпус и угле управления120 эл.град; на фиг.5 - диаграмма напряжений на нагрузке при исчезновении напряжения на фазе А при Ы =120 эл. град; на фиг.6 - диаграмма напряжений на нагрузке при.обрыве одного активного элемента в фазе А и угле управления Ы = 120 эл.град.Устройство содержит плечи 1-6 диодно-тиристорного мостового преобразователя, автоматический выключатель 7, подключенный к катушке расцепителя автоматического выключателя 10 15 20 25 нагрузки са статическим преобразователем, а другие соединены в общую точку и подключены к одному из входов исполнительного элемента, выход которого соединен с входом сумматора блока управления и автоматическим выключателем, узел контроля состояния изоляции токоведущих частей снабжен герконом, размещенным в зазоре магнитопровода, в окно которого пропущены три фазных провода, соединяющие активные элементы с соответствующими плечами вентильного моста, а выводы геркона подключены к другому входу исполнительного элемента, выход гене ратора периодических сигналов соеди-.нен с входами фаэосмещающих устройств блока управления, выполненных на управляемых мультивибраторах, выходы фазосмещающих устройств соединены с соответствующими управляющими р-п-переходами силовых тиристоров преобразователя. 28, активные элементы Ч -9, 10, -10,11 -11 в фазах питающего напряжения,герконное реле, содержащее герконныйконтакт и магнитопровод 12, конденсаторы 13-15 емкостного делителя,генератор 16 периодических сигналов,задатчик 17 температуры, подключенныйк блоку 18 управления, к которомуподключен исполнительный элемент 19,Блок 18 управления содержит гибридные интегральные схемы фазосмещающих устройств 20,и 21, тиристорныеоптроны 22-24 исполнительного элемента, светодиоды 25 и 26 сигнализации,добавочные сопротивления 27 и 28 цепи управления, накопительный конденсатор 29 катушки отключения автомата,тиристор 30 схемы синхронизации,транзистор 31 суммирования сигналов управления, транзисторы 32 и 33 гене"ратора периодических импульсов, выпрямительный мост 34,11 д, 118, 11 - напряжения питанияфаэ А, В, С (фаэные значения); 11 н,0- напряжения на нагрузке вфазах А, В, С; 40 - напряжение раэбаланса; С, - момент начала аварийной ситуации; 1 - момент циклическо 13343го смещения управляющих импульсов; Ы - угол управления; Ы , - максимальный угол управления, соответствующий полному запиранию преобразователя; П в .напряжение питания, +15 В; П, - напряжение питания, +25 В; П напряжение питания, -15 В; 11 - напряжение синхронизации, 20 В.Статический преобразователь выполнен в виде трехфазного тиристорно-ди- О одного моста, у которого вывод фазы А питающей сети подсоединен к аноду тиристора 1-го плеча и катоду диода 4-го плеча преобразователя, фазы В - к аноду тиристора 3-го плеча и катоду диода 6-го плеча, фазы С - к аноду тиристора 5-го плеча и катоду диода 2-го плеча, при этом катод тиристора 5-го плеча и анод диода 2-го плеча связаны перемычкой. Автоматический выключатель 7 подключен к трехфазной питающей сети с нулевым проводом, герконное реле 12, через магнитопровод которого пропущены провода, идущие от выводов активных элементов 9-11 к 25 соответствующим плечам преобразователя, Выводы герконного реле 12 подключены к первым двум входам исполнительного элемента 19, Третий вход последнего связан с общей точкой соеди нения конденсаторов 13-15 емкостного делителя, другие обкладки которых подключены соответственно к фазам А, В, С питающей сети в общих точках соединения активных элементов 9-11 и статического преобразователя, Первый выход исполнительного элемента 19 связан с катушкой 8 расцепителя автоматического выключателя 7, а второй - с вторым входом блока 18 управления, 40 первый вход которого соединен с выходом генератора 16 периодических сигналов. Первый выход блока 18 управления соединен с управляющим р-и- переходом тиристора 1-го плеча преобразователя, второй выход - с управляющим р-п-переходом тиристора 3-го плеча и третий - с управляющим р-и-переходом тиристора 5-го плеча,50Блок 18 управления мостовой преобразователей схемы (фиг,2) содержит гибридные интегральные микросхемы формирователей 20 и 21, обеспечивающие формирование и усиление управляю )5 щих импульсов, узел синхронизации на транзисторе 30, узел суммирования входных сигналов управления, смещения, ограничения на транзисторе 31. 53 4Генератор 16 периодических сигналов выполнен на двух транзисторах 32 и 33. Питание генератора 16 и блока 18 управления осуществляется от источников П, 13, 11Исполнительный элемент 19 состоит из выпрямительного моста 34, ключевых элементов, выполненных на оптотиристорах 22-24, и накопительного конденсатора 29. С помощью резисторов 27 и 28 ограничивается фазовоеположение импульсов управления, а следовательно, и уровень выходногонапряжения регулятора мощности. Ограничение Фазового угла производится при шунтировании резисторов оптотиристорами 22 и 23. С помощью светодиодов 25 и 26 осуществляется сигнализация аварийной работы регулятора мощности, которая вызвана сгоранием активных элементов. Оптотиристор 24 используется как ключевой элемент для разрядки накопительного конденсатора 29 на катушку расцепителя автомата 7,Способ заключается в том, что приподаче питающего напряжения П, П , 11, на активные элементы 9 -9, 1 О, - 10, 11 - 11в процессе регулирования мощности постоянно контролируют симметрию фаз питающего напряженияотносительно нулевого провода. В случае появления асимметрии напряжений,что может произойти при обрыве активных элементов или при пробое изоляции токоведущих цепей, выделяют сигнал, воздействуя которым на блок управления ограничивают напряжение на активных элементах до номинального значения, В том случае, когда ограничить это напряжение не удается (например, при пробое изоляции),аварийным сигналом производят отключение автомата 7 питающей сети. В случае, когда угол регулирования тирис торных плеч 1, 3, 5 мостового преобразователя приближается к О, асимметрия напряжений уменьшается и становится недостаточной для срабатывания герконного реле 12, Чтобы увеличить асимметрию напряжений во всем диапазоне работы мостовой преобразовательной схемы (плечи 1-5) производится периодическое смещение управляющих импульсов на очень короткий промежуток (порядка 360 эл.град.) в область максимального угла управления НВ этом случае чувствительность защиты значительно возрастает и она остается работоспособной но всем диапазоне и при всех режимах работы мостовой преобразовательной схемь Цикличность смещения импульсов характеризуется тепловой инерционностью активных элементов и определяется по формуле10 п цвремя цикла (цикличность),15с;время паузы, с;действительный ток, А;.номинальный ток, А,где Сц -и 1 1 н Устройство работает следующим образом. Работа устройства в статике и динамике при нормальных режимах аналогична. В этих режимах магнитный поток магнитопровода герконного реле 21 равен нулю, поскольку токи фаз, проходящие через магнитопровод, скомпенсированы. На выходе емкостного делителя (конденсаторы 13-15) отсутствует напряжение относительно нулевого провода вследствие симметрии входного напряжения на делителе. Напряжение, подводимое через автО- мат 7, поступает через активные элементы (ТЭНы) 9, -9, 10 - 10, 11 - 11 25 на вход полууправляемой мостовой преобразовательной схемы, состоящей из плеч 1-6, Выход постоянного тока моста закорочен, что обеспечивается цепью тока через ТЭНы, Регулирование 30 мощности осуществляется путем изменения угла управления тиристоров от блока 18 управления, который с .помощью интегральных микросхем формирователей 20 и 21 формирует управляющие импульсы, синхронизируемые с сетью через узел синхронизации, выполненный из транзистора 30. Изменение угла управления осуществляется сигналом задатчика 17 температуры, подаваемым 40 на базу суммирующего транзистора 31, Задатчик 17 температуры может быть выполнен по любой из известных схем. Суммирующий транзистор 31 производит суммирование сигналов задания, смеще ния и ограничения минимального угла управления. В случае возникновения аномальныхусловий устройство работает следующим образом,При появлении анарийной ситуации,например, сгорании одного ТЭНа изчисла параллельных в фазе на выходемоста 34 исполнительного элемента 19появляется сигнал, обусловленный разбалансом напряжения емкостного делителя 13-15. Этот сигнал, воздействуяна оптрон 22, включает последний,шунтируя при этом резистор 27, чтообеспечивает первую ступень ограничения минимального угла управления,а следовательно, ограничение выходного напряжения на ТЭНах, Светодиод 24сигнализирует о сгорании одного ТЭНан фазе.В случае сгорания двух ТЭНов изчисла параллельных в одной фазе,сигнал разбаланса увеличивается, чтоприводит к срабатыванию оптрона 23,который, шунтируя резистор 28, обеспечивает вторую ступень ограниченияминимального угла управления, а следовательно, и выходного напряженияна нагрузке. Светодиод 26 сигнализирует о сгорании двух ТЭНов в фазе,При сгорании третьего ТЕНа изчисла параллельных, принацлежащиходной фазе, сигнал рассогласованияувеличивается еще более, вызываясрабатывание оптрона 24, которыйподключает накопительный конденсатор29 к катушке расцепителя Я автоматического выключателя 7, При этом происходит отключение автомата 7 силоного питающего напряжения.Число ступеней ограничения минимального угла управления и момент отключения автомата в каждом конкретном случае могут быть выбраны, исходя из технико-экономического обоснования. В общем случае число этих ступеней определяется числом параллельно включенных ТЕНов в фазе и требованиями эксплуатации.Наличие замыкания токонедущих частей установки на землю" (в сетях с заземленной нейтралью) приводит к частичной потере управляемости мостовой преобразовательной схемы, что является недопустимым по условиям эксплуатации. 1(онтроль замыкания токоведущих частей на "землю" осуществляется с помощью герконного реле 12. При замыкании одной из фаз на "землю" в магнитопроноде герконного реле 12 по4353 цессе эксплуатации.Работа устройства в различных аварийных режимах поясняется на приведенных диаграммах. На фиг.З приведе на диаграмма замыкания Фазы 11 на корпус при угле управления Ы = О эл.гра Предположим, что в моментпроисходит замыкание на корпус катода вентиля плеча 4. Разбаланс напряжения на нагрузке равен О. В момент времени происходит циклическое смещение управляющих импульсов в Ывызывая запирание преобразователя, Однако через фазу А протекает ток, который создает поток в магнитопроводе герконного реле 12 и вызывает его замыкание,д Таким образом, при упрощении схемного решения обеспечивается увеличение ресурса работы электрокалорифера 35 при одновременном повышении надежности его работы, Это позволяет получить значительный экономический эИект за счет увеличения срока службы активных элементов (ТЕНов) и исключения 10 коммутационной аппаратуры регулирования, имеющей ограниченное число коммутаций из состава электрокалорифера,является нескомпенсиронанная составляющая магнитного потока, которая приводит к срабатыванию геркона,Замыкая свой контакт, геркон подключает накопительный конденсатор 29 к катушке расцепителя 8 автомата 7, Последний отключается, Однако, при угле управления мостовой преобразовательной схемы, близком к нулю, указанная схема обладает малой чувствительностью, поскольку при полном открытии вентилей моста магнитный поток в магнитопроводе герконного реле12 оказывается скомпенсированным.Дляисключения этого влияния в устройствепредусмотрен генератор 1 б периодических сигналов, который осуществляеткратковременное смещение управляющихимпульсов в точку Ы, где сигналрассогласования оказывается наибольшим, Частота следования этих импульсов определяется из указанной формулы, Данный узел позволяет контролировать не только глухое замыкание на"землю" токоведущих частей установки,но и снижение уровня изоляции в про 8На Фиг.4 приведена диаграмма напряжений на Фазах нагрузки при замыкании фазы Б на корпус и угле управления преобразователя 120 эл.град,В момент Т происходит замыкание на1корпус катода вентиля плеча 4. Возникает разбаланс напряжения дБ (заштрихованные площадки), который можетбыть недостаточен для срабатывания10 герконного реле 12. Увеличение сигнала происходит при циклическом смещении управляющих импульсов в Ым, вмоментНа фиг.5 приведена диаграмма на 15 пряжений на нагрузке при исчезновении напряжения на фазе А при120 эл,град, При обрыве фазы А илиисчезновении напряжения возникаетразбаланс дБ относительно нулевого20 провода, который воздействует на входвыпрямительного моста 34,На фиг,б приведена диаграмма напряжений на нагрузке при обрыве одного активного элемента в фазе А при120 эл,град. В момент времени Спроисходит обрыв активного элементав Фазе, что приводит к перераспределению напряжения на фазах и появлению напряжения разбаланса йБ относи 0 тельно нулевого провода.1334353 Редактор И.Кас КорректорА. ЗимокоДид Заказ 4531 Тираж 659 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб д, Подписное город, ул. Проектная,Производственно-полиграфическое предприятие