Устройство для регулирования переменного напряжения

Номер патента: 1576885

Авторы: Иванов, Маркевич, Полянский

ZIP архив

Текст

(4) Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля регулирования напряжения в электрических распределительных сетях0,4-10 кВ.Целью изобретения является улучшение формы выходного напряжения иповышение быстродействия,На фиг.1 представлена схема устройства для регулирования переменного напряжения; на фиг.2 - регулировочная характеристика устройства; нафиг.3 - временные диаграммы токов инапряжений на элементах схемы,Устройство (фиг.) содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 триггеры, первый 5 и второй 6диоды, первый 7 и второй 8 конденсаторы, вольтодобавочный трансформаторс первичной 9 и вторичной 10 обмотками, первый дроссель 11, второйдроссель 12 с полуобмотками 13 и 14и блок 15 управления. Аноды тиристоров 1 и 2 объединены и через первый дроссель 11 соединены с первым входным выводом, Первая обкладка первого конденсатора 7 соединена с катодом первого тиристора 1, анодом третьего тиристора 3 и като- ,дом первого диода 5, Первая обкладка второго конденсатора 8 соединена с катодом второго тиристора 2, анодом четвертого.тиристора 4 и катодом второго диода.6. Вторье обкладки конденсаторов 7 и 8 объединены и подключены к второму входному выводу. Вторичная обмотка 10 вольтодобавочного трансформатора включена между первыми входным и выходным выводами, первичная обмотка первым выводом подключена к второму выходному выводу, соединенному с вторым входным выводом а вторым выводом подключены к среднему выводу второго дросселя 12. Крайние выводы дросселя 12 подключены соответственно к попарно объединенным катоду третьего тиристора 3, аноду первого диода 5 и катоду четвертого тиристора 4, аноду второго диода 6. Тиристоры 1 и 2 служат для заряда конденсаторов 7 и 8 от входного напряжения в положительные полупериоды через дроссель 11, при этом первый тиристор 1 открывается в первый положительный полупериод, а второй 2 - во второй положительный полупериод и т,д,Угол управления каждого из этих тиристоров может меняться автоматически, в соответствии с регулировочной характеристикой, представленной на фиг,2, от 0 до 180 относительно начала положительных полупериодов входного напряжения с помощью блока 15 управления в зависимости от уровня выходного напряжения,Дроссель 11 и конденсаторы 7 и 8 образуют два колебательных контура. Для того, чтобы заряд проходил по колебательному закону, индуктивность/Ь, дросселя 11 и емкость С конденсатора 7 (8) связаны между собой соотношениемк Данное,. соотношение получено с использованием выражений для частоты Я, и добротности Я колебательного кон.тура: где Я - угловая частота собственныхколебаний зарядного контура; индуктивность зарядного контура;С - емкость зарядного контура; К . - активное сопротивление зарядного контура. Из (4) находим Ь4, - 1Ф45 Ь=4 цСЦг(5)Принимая во внимание, что частотасвободных колебаний зарядного контура больше частоты входного напряжения (сети) Е в и раз (Я = 2 и Е и), 50 окончательно зависимость индуктивности Ь 1 зарядного контура от величиныемкости с конденсатора при заданнойдобротности 1 зарядного контура имеет вид55 4 Я, -11 163 Кап гСЦг5 1576885 6происходят поочередные разряды конденсаторов 7 и 8 на первичную обмотку 9вольтодобавочного трансформатора поколебательному закону. Встречно-параллельное включение тиристоров 3 и 4 идиодов 5 и 6 позволяет осуществитьразряд каждого конденсатора 7 и 8в течение одного периода,Индуктивности полуобмоток 13 и 14дросселя 12 с учетом индуктивностипервичной цепи трансформатора и емкости конденсаторов 7 и 8 выбраны так,что частота тока кдлебательного разряда равна частоте входного напряжения (сети). Для выполнения этого условия необходимо, чтобы индуктивностькаждой полуобмотки дросселя 12 быласвязана с емкостью С каждого кснденсатора 7 и 8 соотношением4 г47 гЕ СЯ(6)с ггде С - емкость конденсатора 7 (8);Ог - добротность разрядного контура 1Й - частота входного напряжения(сети);2 - индуктивность полуобмоткивторого дросселя 12.Данное выражение получено аналогично выражению (1),Начальная фаза колебательного разряда конденсаторов 7 и 8 определяется углами управления тиристоров 3и 4. Углы управления выбираются взависимости от уровня выходного напряжения, согласованы с углами управления тиристоров 1 и 2 и в дальнейшем остаются постоянными. Кроме этого, дроссель 12 с полуобмотками 13и 14 служит для коммутации тиристора 3(4) и диода 6(5),На фиг.2 представлена зависимость4П = Е(Ы,) - напряжение на конденсаторе 7(8) от функции угла управления тиристора 1(2), выраженная в относительных единицах.ф Пот % П (0)П П СП11е О 55 где П и, - наибольшее напряжение наконденсаторе 7(8) в мо"мент первого переходазарядного тока через нуль;П- амплитуда входного напряжения;П (О) - начальное напряжение наСконденсаторе 7(8) в нулевой момент времени. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В качестве примера на фиг,2 представлены зависимости при Г= 400 Гц2 и начальном напряжении П(0)с на конденсаторе 7(8) больше и меньше нуля. При других добротностях контуФ ра Я и начальных напряжений П (О) на конденсаторе характер зависимости сохраняется, изменяется только уровеньИз характеристик видно., что прио о90Ф ( 180 напряжение на конденса" торе 7(8) изменяется от максимального значения П цсдо нуля, Таким обрао эом, изменяяв диапазоне 90-180 ., моЖно регулировать уровень напряжения на конденсаторе 7(8) и тем самым осуществлять регулирование величины вольтодобавочной ЭДС, формируемой на обмотках вольтодобавочного трансформатора.Блок 15 управления (фиг.1) содержит узел 16 согласования, генератор 17 пилообразного напряжения (ГПН), два узла 18 и 19 сравнения, два распределителя 20 и 21 импульсов, фазосдвигающий узел 22, формирователь 23 импульсов, коммутатор 24, датчик 25 напряжения, источник 26 опорного напряжения и четыре усилительно-развязывающих узла 27-30.К первому входу блока 15 управления, соединенному с входными выводами, подключен вход узла 16 согласования, выход которого соединен с входами ГПН 17 и фазосдвигающего узла 22. К выходу ГПН 7 подключен первый вход первого узла 18 сравнения, второй вход которого соединен с первым входом второго узла 19 сравнения и с выходом датчика 25 напряжения. Вход последнего подключен к второму входу блока 15 управления, соединенному с выходными выводами. Второй вход второго узла 19 сравнения соединен с выходом источника 26 опорного напряжения. Выход первого узла 18 сравнения соединен с входом первого распределителя 20 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с входами соответственно первого 27 и второго 28 усилительно-раэвяэывающйх уэлов, Выход фаэосдвигающего узла 22 соединен с входом формирователя 23 импульсов, к выходу которого подключенвход коммутатора 24, управляющийвход которого соединен с выходом второго узла 19 сравнения. К выходу коммутатора 24 подключен вход второграспределителя 21 импульсов, первыйи второй выходы которого соединены свходами соответственно третьего 29и четвертого 30 усилительно-развязывающих узлов. Выходы усилительно-развязывающих узлов 27-30 подключенысоответственно к первому, второму,третьему и четвертому выходам блока 15управления соединены с управляющиФ10ми входами соответственно первого 1,второго 2, третьего Э и четвертого 4тиристоров,Узел 16 согласования, который мо":.жет быть выполнен на трансформатореслужит для согласования уровнейнапряжений между первичной сетью ивходом ГПН 17 и входом фазосдвигающего узла 22. ГПН 17 преобразует синусоидальный сигнал в пилообразный длительностью, равной полупериоду входного напряжения. Фазосдвигающийузел 22 служит для создания необходимого фазового сдвига по отношению квходному напряжению, С выхода фазосдвигающего узла 22 сдвинутое по Фазенапряжение поступает на. Формирователь 23 импульсов, где в момент перехода синусоиды через куль Формируется управляющий импульс.ЗОС выхода ГПИ 1 напряжение пилообразной формы поступает на узел 18сравнения, где оно сравнивается сизмеренным выходным напряжением. Вмомент равенства пилообразного и измеренного напряжений узел 18 сравнениявырабатывает импульс. Узел 19 сравнения сравнивает измеренное напряжениес напряжением источника 26 опорногонапряжения. В момент равенства напряжений вырабатывается импульс, ко 4 Оторый выключает коммутатор 24, Последний служит для отключения канала управления тиристорами 3 и 4. Датчик 25 напряжения преобразует выход 45ное переменное напряжение в постоянное,Для распределения импульсов междуусилительно-развяэывающими узлами27-30 применяются два распределителя 20 и 21 импульсов. Усилительноразвязывающие узлы 27-30 Формируютуправляющие импульсы достаточной мощностиУстройство работает слецующим образом.Пусть угол управления тиристо"ром 1 (2) равен 90 относительноначала первого (второго)положительного полупериода входного напряжения,а угол управления тирнстором 3(4) равен 270 относительно начала первого(второго) положительного полупериодавходного напряжения. На Фиг.З углууправления 90 соответствует моментвремени Го(1 ), а углу управления270 - й а( ) . Параметры К, Е и Свыбраны так, что частота зарядногоконтура равна 400 Гц,В момент времени(фиг,.З,а) открывается тиристор 1 и конденсатор 7через дроссель 11 начинает заряжаться дЬ значения напряжения, соответствующего данному углу управленияпо регулировочной характеристике(фиг.З), В момент времени(фиг,З,а)ток заряда конденсатора 7 спадаетдо нуля и тиристор 1 закрывается,В момент времени з (фиг.2,а) открывается тиристор 2 и конденсатор 8 через дроссель 11 заряжается до значения напряжения, соответствующего данному углу управления по регулировочной характеристике (Фиг,2). В моментвремени г. (фиг.З,а) ток заряда конденсатора 8 спадает до нуля и тиристор 2 закрывается. Такая последовательность заряда сохраняется и вдальнейшем.После заряда конденсаторы поочередно и в той же последовательностиразряжаются на первичную обмотку 9вольтодобавочного трансформатора,причем разряд каждого конденсаторадлится в течение одного периода. Дляэтого первоначально в момент времени г открывается тиристор 3 и домомента времени сэ (фиг.З,в) черезпервичную обмотку трансформатора 9протекает положительная полуволнатака от колебательного разряда конденсатора 7. К диоду 5 в это времяприложено обратное напряжение и оннаходится в непроводящем состоянии.Одновременно с открыванием тиристора Э, появлением тока через коммутирующий дроссель 12 в полуобмотке 14со стороны полуобмотки 13 индуктируется напряжение, запирающее диод 6 иподдерживающее на его аноде отрицательный потенциал по отношению к катоду.Этим обеспечивается коммутация тиристора 3 и диода 6, что исключаетброски уравнительного тока через них.В момент времени з ток через тиристор 3 спадает до нуля и он закрывается. К этому же моменту времени поляр 157 о 885ность напряжения на конденсаторе 7противоположна первоначальной приэтом диод 5 смещается в прямом направлении, и с момента 1: до момента времени,фиг.З,в) через первичную обмотку 9 вольтодобавочногс трансформатора поотекагт отрицател наяполуволна тока от колебательного разряда конденсатора 7, В момент времг 10ни с ток через диод 5 спадает до ну-ля, и на этом колебательный разрядконденсатора 7 в течение одного пер.ода заканчивается.В этот же момент времени открыва 15ется тиристор 4 и с момента е до мо 5мента времени г. (фиг.З,д) формируется положительная полуволна тока черезпервичную обмотку 9 вольтодобавсчноготрансформатора от колебательногоразряда конденсатора 8. К диоду б20в это время приложено обратное напряжене и сн находится в непрсводящемсостоянии. Одновременно с открыванием тиристора 4 и появлением тока че".реэ коммутирующий дроссель 2 в полуобмотке 13 со стороны полуобмотки 14индуктируется напряжение, эагирающее диод 5 и поддерживающее на. егоаноде отрицательный потенциал по от 30ношению к катоду, Этим обеспечиваетсякоммутация тиристора 4 и диода 5,что исключает броски уравнительноготока через ннх.В момент времени г. ток черезЗстиристср 4 спадает до нуля и он закрывается. С момента временидо момента времени(фиг.З,д) диоц 6 смещается в прямом направлениии формируется отрицательная полуволна тока через первичную обмотку 9вольтодобавочного трансформатора отразряда конденсатора 8, На этомцикл разряда двух кондечсаторов заканчивается, и в дальнейшем процесс повторяется. В результате в первичнойобмотке вольтодобавочного трансформатора протекает непрерывный переменныйток (Фиг.З,е),Изменяя угол управления тиристорами 1 и 2 в соответствии с регулировочной характеристикой фиг,2, можно.менять уровень напряжения на конденсаторе 7(8), что в конечном итогеприводит к регулированию выходногонапряжения. Регулирование напряже- . 15ния на конденсаторе 78) при зарядес Фиксированным углом разряда позгс- .ляет исключить бетоковые паузы в первичной обмотке 9 вольтодобавочного трансфогматора. Форма выходного напряжения блчзка к синусоидальной во всем диапазоне регулирования.Отсутствие бестоковых пауз в первичной обмотке 9 вольтодобавочного трансформатора приводит к тому, что при изменениях углов управления тиристорами 1 и 2 соответствующие измерения фазы тока в первичной обмотке 9 зольтодобавочного трансформатора происходят беэ запаздывания по врггни, что и обеспечивает повышение быстродействия устройства,Б трехфазпом исполнении с регулирсвачием по каждой фазе предлагаемое устройство мсжпо использовать как симметрирующге что существенно расширяет его функциональные возможносФормула из обре тенияУстройство для регулирования переменного напряжения, содержащее вольтодобавочнкй трансформатор, вторичная обмотка которого включена между первыми входчым и выходным выводами, а первичная обмотка первым выводом соединена с вторым выходным выводом, первый и второй тиристоры, аноды которых объединены, первый конденсатор, первая оокладка которого соединена с катодом первого иристора, анодом третьего тиристора и катодом первого диода, второй конденсатор, первая обкладка котооого соединена с катодом второго тиристора, анодом четвертого тиристора и катодом второго диода, вторые обкладки конденсаторов объединены и подключены к второму входному гыводу, соединенному с вторым выходным выводом, катоды третьего и четвертого тиристоров соединены с анодами соответственно первого и второго диодов, блок управления, первый вход которого подключен к входным выводам, второй вход - к выходным выводам, а первый - четвертый выходы - к угравляющим входам соответственно первого-четвертого тиристоров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения Формы выходного напряжения и повышения быстродействия, в него введены два дросселя, второй из которых выполчен со средним выво. дом, блок угравления включает в себ узел согласования, генератор пилооб 1576885 12разного напряжения, два узла сравненйя, два распределителя ймпульсовфазосдвигающий узел, формировательипульсов, коммутатор, датчик напряжения, источник опорного напряжения,и четыре усилительно-развязывающиху 1 ла, причем кпервому входу блокауправления подключен вход узла согласОвания, выход которого соединен сводами генератора пилообразногонапряжения и фазосдвигающего узла, квлходу генератора пилообразного напяжения подключен первый вход первогЬ узла сравнения, второй вход которого соединен с первым входом второго узла сравнения и с выходом датчиканапряжения, который входом подключенк второму входу блока управления, вторй вход второго узла сравнения соединен с выходом источника опорногонапряжения, выход первого узла сравнения соединен с входбм первого распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с входа-р 5Ми соответственно первого и второгоусилительно-развязывающих узлов,выход фаэосдвигающего узла соединена входом формирователя импульсов,к выходу которогб подключен вход ком- ЗОмутатора, управляющий вход которогосоединеи с выходом второго узла сравнения, а к выходу коммутатора подключен вход второго распределителя импульсов, первый и второй выходы кото-,рого соединены с входами соответствен"35но третьего и четвертого усилительноразвязывающих узлов, выходы первого- четвертого усилительно-развязывающих узлов подключены соответственно к первому"четвертому выходам блока управления, при этом первый дроссель включен между первым входным выводом и объединенными анодами первого и вто рого тиристоров, второй дроссель крайними выводами подключен соответственно к попарно объединенным катоду третьего тиристора, аноду первого диода и катоду четвертого тиристора, аноду второго диода, а средним выводом - к второму выводу первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, причем индуктивности Е и Е соответственно первого дросселя и каждой полуобмотки второго дросселя связаны с емкостью С каждого конденсатора соотношениями24 Я - 14 фйфп"С Я, ф4 Я - 1 47 йС Я где Ци Я- добротност зарядногои разрядного контуров;й - частота входного наспряжения;и - число, показывающее восколько раэ частота зарядного контура большечастоты входного напряжения,1576885 г Составитель А.Волковатор И.Горная Техред Л.Сердюкова Корректор Э.Лончакова ираж 6 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина аказ 1846НИИПИ Госуд твенного комитет 113035, Москва

Смотреть

Заявка

4422298, 10.05.1988

ПСКОВСКИЙ ФИЛИАЛ ЛЕНИНГРАДСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. М. И. КАЛИНИНА

МАРКЕВИЧ АНАТОЛИЙ ИВАНОВИЧ, ИВАНОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ, ИВАНОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ, ПОЛЯНСКИЙ РОМАН АЛЕКСЕЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G05F 1/30, H02M 5/257

Метки: переменного

Опубликовано: 07.07.1990

Код ссылки

<a href="https://patents.su/7-1576885-ustrojjstvo-dlya-regulirovaniya-peremennogo-napryazheniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для регулирования переменного напряжения</a>

Похожие патенты