Устройство для регулирования переменного напряжения

сОюз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ц 5 6 1/30 ЗОБ РЕТ ОП Н ПАТЕНТУ неров комГОСУДАРСТВЕНОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Харьковский институт инжемунального строительства(73) Харьковский институт инженеров городского хозяйства(56) 1. Авторское свидетельство СССР ЬЬ 585487, кл. 6 05 Р 1/20, 1974.2, Авторское свидетельство СССР М 652542, кл. 6 05 Г 1/22, 1976.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Использование: в регуляторах переменного напряжения, исполнительный орган которых выполнен в виде вольтодобавочноЫ 2, 1820943 АЗ го трансформатора. Сущность изобретения: устройство содержит вольтодобавочный трансформатор 1 с первичной 2, вторичной 3 и вспомогательной 4 обмотками, первый 5, второй 6 и вспомогательный 7 тиристорные ключи, три синхронизирующих трансформатора 8, 19 и 27, блок 16 управления, два транзисторных ключа 23 и 24, два опорных диода 33 и 34, два токоограничивающих резистора 35 и 36, два защитных резистора 37 и 38, два защитных диода 39 и 40, два управляющих тиристора 12 и 13. В устройстве управление тиристорными ключами,организовано таим образом, что при плавном регулировании выходного напряжения перераспределение нагрузки между тиристорными ключами происходит под воздействием изменяющейся величины и фазы ЭДС обмоток трансформатора 1, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в регуляторах переменного напряжения, исполнительный орган которых выполнен в виде вольтодобавочного трансформатора.Цель изобретения состоит в повышении надежности устройства.Ка фиг. 1 приведена схема для регулирования переменного напряжения; на фиг.2 изображены цепи управления тиристорными ключами 5 и 7,Стабилизатор переменного напряжения содержит вольтодобавочный трансформатор 1 с первичной 2, вторичной 3 и вспомогательной 4 обмотками, управляемыми с помощью первого, второго и вспомогательного тиристорных ключей 5-7 соответственно. К вспомогательному тиристорному ключу 7 подключен третий синхронизирующий трансформатор 8, первичная обмотка 9 которого присоединена к выходам вспомогательной обмотки 4, а вторичные 10 и 11 - через управляемые тиристорные ключи 12, 13 соединены с управляющими электродами первого и второго вспомогательных тиристоров 14. 15. Управляющие электроды управляющих тиристорных ключей 12, 13 соединены с третьим и четвертым выходами блока управления 16, к которым присоединен первый генератор импульсов 45; выполненный из блокинггенератора и связанный с пороговым логическим элементом 41, выполненным на триггере, а также элементом сравнения 44 , на базе время задающей ВС-цепочки. Вход порогового логического элемента 41 соединен с вторым выходом блока управления 16. Вход элемента сравнения 44 связан с потенциометрическим задающим элементом 43 и измерительным элементом 42, выполненным на базе потенциометрического моста.Вход измерительного элемента 43 связан с первым и вторым выходными выводами блока управления 16, К тиристорам 17, 18 второго тиристорного ключа б присоединен второй синхронизирующий трансформатора 19, первичная обмотка 20 которого включена параллельно тиристорами 17, 18, а йторичные обмотки 21, 22 через коллекторно-эмиттерные переходы транзисторных ключей 23, 24 и защитные диоды 39, 40 подключены к управляющим электродам тиристоров 17, 18. В базовые, цепи транзисторных ключей 23, 24 включены вторичные обмотки 25, 26 первого синхронизи рующеготрансформатора 27, причем, к базе транзисторного ключа 23 присоединен конец первой вторичной обмотки 25 первого50 концом, обеспечивая подключение обмотки2 трансформатора 1 к выходным выводам. При этом обеспечивается передача части энергии из нагрузочной.цепи в питающую сеть и уменьшение напряжения на выходных выводах 29, 30 на величину ЭДС Е 3 вторичной обмотки 3 вольтодобавочного трансформатора 1, Момент включения первого и вспомогательного тиристорных ключей 5 и 7, соединенных, соответственно, с выводом первичной обмотки 2 трансформасинхрониэирующего трансформатора 27, а к базе транзисторного ключа 24 - начало второй вторичной обмотки 26 первого синхронизирующего трансформатора 27. Пер вичная обмотка 28 первогосинхронизирующего трансформатора 27 подключена к выходным зажимам 29, 30 устройства. Управляющие электроды тиристоров 31, 32 первого тиристорного ключа 5 10 присоединены к первому и второму выходам блока управления 16, к которым присоединен второй генератор импульсов 45, связанный с пороговым логическим элементом 41 и элементом сравнения 44. Опорные 15 диоды ЗЗ, 34 включены параллельно базоэмиттерным переходам транзисторных ключей 23, 24. Токоограничивающие резисторы 35, 36 включены последовательно с вторичными обмотками 25, 26 первого синхрони зирующего трансформатора 27 вбаза-эмиттерные цепи транзисторных ключей 23, 24, Защитный резистор 37 одним концом соединен с базой транзисторного ключа 23, а другим с анодом защитного ди ода 39 и концом первой вторичной обмотки21 второго синхронизирующего трансформатора 19, Катод защитного диода 39 соединен с управляющим электродом первого тиристора 17 второго тиристорного ключа 6.30 Защитный резистор 38 одним концом присоединен к базе транзисторного ключа 24, а другим - к аноду защитноо диода 40 и началу второй вторичной обмотки 22 второго синхронизирующего трансформатора 19, 35 . Катод защитного диода 40 присоединенк управляющему электроду второго тиристора 18 второго тиристора ключа 6.Регулирование напряжения на нагрузкепо данному способу осуществляется следу ющим образом.В начале каждого полупериода питающего напряжения в момент, когда ЭДС Е 2 первичной обмотки 2 трансформатора 1 больше напряжения сети Ос и имеет с ним 45 одинаковую полярность, т,е.Е 2 Освключается второй тиристорный ключ 6 вывода первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 1, являющегосяеетора 1, являющимся ее началом, и выводамивспомогательной обмотки 4, устанавливается логическим элементов 41 в зависимостиот величины напряжения сети Ос. При напряжении сети Ос. большем его номинального значения Он, т.е.Ос Он,логическим элементом 41 первый генераторимпульсов 45 блока управления 16 подключается к управляющим электродам управляющих тиристорных ключей 12; 13.При найряжении сети Ос меньшем егономинального значения т.е.Ос Онлогическим. элементом 41 второй генераторимпульсов 45 блока, управления 16 подключается к.управляющим электродам тиристоров 31, 32 первого тиристорного ключа 5.Угол включения тиристоров первого 5 и: вспомогательного 7 тиристорных ключей зависит от соотношения выходного напряжения Овцх и задающего Оввд,устанавливаемого с помощью задающего. элемента 43, При этом сигнал рассогласования, вырабатываемый элементом сравнения 44, подается на входы первого и второгогенераторов импульсов 45, которйе изменяют угол отпирания тиристоров первого ивсномогательного тиристорных ключей 5 и7 таким образом, чтобы сигнал рассогласования.стал равным нулю.При ОсОн второй генератор импульсов 45 сигналом рассогласования.с элементов сравнения 44 обрабатываетмаксимальный угол включения вспомогательного тиристорного ключа 7 равный 180эл,град и ток протекает только через второй. тиристорный ключ 6; обеспечивая снижениенапряжения на выходных выводах 29, 30 ипередачу части энергии, пропорциональнойвеличине ЭДС на выводах вторичной обмотки 3 Ев в питающую сеть, Кривая выходногонапряженйя на выводах 26, 30 имеет приэтом.синусоидную форму,При изменении напряжения сети Ос отего максимального значения Оснвкс до верхнего предела номинального значения Онв,т.е,ОсмаксОсОнввспомогательный тиристорный ключ 7 включается с углом сдвига переднего фронта управляющих импульсов от 0 до 180 эл.градзависящим от величины рассогласования параметров Овы и Отвд.В процессе открывания вспомогательного тиристорного ключа 7 ЭДС Е 2 первичной обмотки 2 трансформатора 1 уменьшается практически до нуля. При этом, в момент, когда ЭДС Е 2 становитсяменьшей напряжения сети, Ос, т.еЕ 2 Осток в первичной обмотке 2 трансформатора5 1 уменьшается до нуля.Ток в дополнительной обмотке 4 увеличивается до величины, определяемой значением намагничивающей силы вторичнойобмотки 3. Напряжение на выходных выво 10 дах 29, 30 при этом увеличивается до значения, равного напряжению на входныхвыходах. Кривая напряжения на выходных. выводах 29, 30 имеет при этом ступенчатосинусоидальную форму, обеспечивающую15 частичную передачу энергии в питающуюсеть. когда в течейие включенного состояния старого тиристорного ключа 6 энергияпередается в питающую сеть, а в течениевключенного состояния вспомогательного20 ключа 7 перераспределения энергии не происходит,При напряжении пигающей сети О 2, вдиапазоне от верхнего предела номинальнаго значения Онв до его нижнего предела25 Онн т.е. приОвн Ос-ф Оннситная рассогласования с элементом срав- нения 44 равен нулю,. угол включения вспомогательного тиристорного ключа 7 равен30 нулю и на интервале всего полупериода токпротекает только по вспомогательной обмотке 4. При жом ЭДС на зажимах первичной и вторичной обмоток 2 и 3трансформатора 1 равны нулю, т,е,35 Е 2 "О, ЕзОПоэтому, Е 2Ос и ток в первичной обмотке2 трансформатора 1 равен нулю. а напряжение на выходных выводах 29, 30 равно напряжению сети Ос и изменяется вместе с40 ним в пределах от Овн до Онн по величине,оставаясь синусоидальным по форме. Перераспределения энергии на интервале всегополупериода не происходит и вся энергия свходных выводов передается на выходныевывода 29, 30.45 При уменьшении напряжения сети Осдо величины, когдаОс Оннпороговый логический элемент 41 подключает второй генератор импульсов 45 к пер 50 вому тиристорному ключу 5. Первый тиристорный ключ 5 включается с регулируемым углом сдвига управляющих импульсов от 0 до 180 эл.град зависящим от рассогласования параметров Овнх и Оввд, С включением первого тиристорного ключа 5 в трансфбрматоре 1 изменяется направлениемагнитного потока в стали и. соответственно, фазы ЭДС Е 2, Е 4 на зажимах первичной и дополнительной обмоток, чем создаютсяусловия для запирания второго и вспомогательного тиристорных ключей 6, 7 и протекания тока только через первый тиристорный ключ 5, Дополнительное количество энергии передается при этом же питающей сети в нагрузочную, увеличивая напряжение на выходных выводах 29, 30 на величину ЭДС вторичной обмотки.Напряжение на выходных выводах 29, 30 имеет при этом ступенчато-синусоидальную форму, обеспечивающую частичную передачу энергии иэ питающей сети в нагрузочную, когда в течении включенного состояния вспомогательного тиристорного ключа 7 обмена энергией не происходит, а в течении включенного состояния первого тиристорного ключа 5 дополнительная часть энергии передается из питающей сети в нагрузочную,При минимальном значении напряжения сети, когдаОс = Осминугол включения первого тиристорного ключа 5 равен нулю и напряжение на выходных выводах 29, 30 по величине равно сумме напряжения сети Ос и ЭДС трансформатора Ез, будучи синусоидальным по форме, Энергия в течение всего полупериода передается из питающей сети в нагрузочную.Аналогично, при изменении напряжения сети Ос от его минимального значения Осмин до нижнего предела номинального значения Онн, т.е.ОннОсОсминвключается с углом включения а = 0 эл.град вспомогательный тиристорный ключ 7 и с регулируемым от 0 до 180 эл.град, углом включения первый тиристорный ключ 5, обеспечивая ступенчато-синусоидальную форму на выходных выводах 29, 30. При этом в диапазоне углов 0-180 эл.град ток через второй тиристорный ключ 6 не протекает в связи с тем, что ЭДС Е 2 вторичной обмотки 2 трансформатора 1 во всем диапазоне меньше напряжения сети Ос. На участке полупериода от 0 до а эл.град. ток протекает через вспомогательный тиристорный ключ 7, обеспечивая передачу всего количества энергии с входных выводов на выходные без ее дополнительного перераспределения, а также равенство напряжения на входных и выходных выводах. При этом величина ЭДС 2 на выводах первичной обмотки 2 трансформатора 11 равна нулю. Поэтому, ток через второй тиристорный ключ 6 не протекает. На участке полупериода от а до 180 эл.град, ток протекает только через первый тиристорный ключ 5, обеспечивая передачу дополнительного количест 55 вторичной ббмотки Ез =- О и напряжение на. выходных выводах равно напряжению на входных выводах. С включением вспомогательного тиристорного ключа 7 при значении ЭДС ЕзО, ток через второй 5 10 15 20 25 ЗО3540 4550 ва энергии с входных выводов на выходные и увеличение напряжения на выходных выводах.на величину ЭДС Ез вторичной обмотки 3 трансформатора 1. В связи с изменением фазы ЭДС Е 2 на выводах первичной обмотки 2 трансформатора 1 ток через второй и вспомогательный тиристорные ключи 6 и 7 в этом режиме не протекает.При изменении напряжения сети от нижнего предела Онн до верхнего предела номинального значения Овн, т,е,ОвнОс Оннугол включения первого тиристорного ключа 5 равен 180 эл.град., поэтому ток через управляемую им часть первичной обмотки трансформатора 1 не протекает. При значении угла включения тиристорного ключа 7 а= 0 эл,град, ток проходит через управляемую им вспомогательную обмотку, обеспечивая равенство нулю ЭДС на зажимах всех обмоток, а также равенство напряжения на входных и выходных выводах при синусоидальной его форме. Поскольку ЭДС Е 2 на зажимах первичной обмотки 2 меньше напряжения сети Ос, ток через второй тиристорный ключ 6 не протекает. При этом на интервале всего полупериода.вся энергия с входных выводов полностью передается на выходные выводы и дополнительного перераспределения энергии не происходит,При изменении напряжения сети Ос в пределах от верхнего предела номинального значения до его максимального значения, т,е,О. -.О.Овнугол включения вспомогательного тиристорного ключа 7 изменяется в пределах от 0 до 180 эл,град., обеспечивая ступенчатосинусоидальную форму кривой напряженияна выходных выводах 29, 30; а также передачу части электрической энергии из нагрузочной сети в питающую с последующим уменьшением напряжения на выходных выводах 29, 30 на величину ЭДС вторичной обмотки Ез. При этом, на участке полупериода от 0 до а эл.град. ток протекает через тиристорный ключ 6, обеспечивая передачу части энергии из нагрузочный части в питающую, и уменьшение напряжения на выходных выводах. На участке полупериода от адо 180 эл.град. работает вспомогательный тиристорный ключ 7, обеспечивая протекание тока в дополнительной обмотке. При этом обмен энергией не происходит, ЭДСтиристорный ключ 6 уменьшается до нуля.Ток через первый тиристорный ключ 5 непротекает, так как его угол включенияа - 180 эл,град,При напряжении сети Ос равным егомаксимальному значению Осмакс. т.е.Ос Осмаксугол включения вспомогательного тиристорного ключа 7 равен 180 эл.град, и ток.через него не протекает. В начале каждогополупериода питающего напряжения в момент, когда ОсЕ 2 включается второй тири сторный ключ 6, обеспечивая передачучасти энергии из нагрузочной цепи в питающую и уменьшение напряжения на выходных выводах 29, 30 на величину ЭДС Еэ присинусоидальной его форме,Таким образом, введение новых элементов и связей между элементами позво-,лило осуществить процесс регулированиянапряжения без применения дополнительных средств, путем соответствующей организации работы тиристорных ключей. Приэтом управление вспомогательным тиристорным ключом 7 дополнительной обмоткиосуществляется в функции ЭДС на зажимахвспомогательной обмотки 4, Е 4, напряжения сети Ос и заданного Оаад. Управлениетиристорами 17, 18 вывода первичной обмотки, являющегося ее концом, осуществляется в функции величины и фазы ЗДС Е 2 назажимах первичной обмотки. Управлениетиристорами 31, 32 вывода первичной обмотки, являющегося ее началом, осуществляется в функции напряжения сети Ос изадающего Озад. Это позволяет организовать работу ключей таким образом, что тиристорный ключ 6 вывода первичнойобмотки, являющегося ее концом, включается всегда в начале каждого полупериодапитающего напряжения. Вспомогательныйтиристорный ключ 7 дополнительной обмот-,ки 4 включается с регулируемым от 0 до180 эл.град. углом при изменении напряжеНИЯ СОТИ ОТ Осмакс ДО Овн. ПРИ ИЗМЕНОНИИнапряжения сети от Овн до Осмакс угол включения ключа вспомогательного 7 равен нулю, При изменении напряжения сети от Овндо Осмакс угол включения изменяется от Одо180 эл.град,Первый тиристорный ключ 5 выводапервичной обмотки 2, являющегося ее концом, включается с регулируемым углом от 0до 180 эл,груд. при изменении напряжениясети Ос в пределах от Онн до Осмин. Управление первым тиристорным ключом 5 вывода части первичной обмотки 2, являющейся ее концом, и вспомогательным тиристорным ключом 7 дополнительной Об. мотки 4 в функции напряжения осуществляется от блока управления 16, позволяющего выполнять плавно-ступенчатое регулирование напряжения в диапазоне от Омнн до 5 Омакс.Управление вторым тиристорным ключом 6 вывода первичной обмотки 2, являющв ося ее началом в функции величины ЭДС на зажимах обмотки позволяет исключить 10 применение дополнительного громоздкогоимпульсного трансформатора, что позволяет повысить надежность. Управление тиристорным ключом 7 вспомогательной обмотки, а также ключом 6 вывода первич ной обмотки, являющегося началом в функции фазы ЗДС позволяет организовать работу тиристорных ключей таким образом, что при плавном регулировании напряжения перераспределение нагрузки между ти ристорами происходит под воздействиемизменяющейся величины и фазы ЭДС обмоток. чем исключается возможность отключения тиристоров, вызванного изменением полярности напряжения на тиристорах.25 Формула изобретенияУстройство для регулирования переменного напряжения, содержащее вольтодобавочный трансформатор с первичной, вторичной и вспомогательной обмотками, 30 причем средняя точка первичной обмокисоединена с первым входным выводом, а конец первичной обмотки через первый тиристорный ключ - с вторым входным выводом, конец и начало вторичной обмотки 35 подключены соответственно к первомувходному и первому выходному выводам, второй тиристорный ключ, первым выводом соединенный с вторым входным выводом, подключенным к второму выходному выво ду, вспомогательный тиристорный ключ,первый вывод которого соединен с первым выводом вспомогательной обмотки вольтодобавочного трансформатора, блок управления с четырьмя выходами, первый вход 45 которого подключен к выходным выводам, апервый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами первого тиристорного ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 50 повышения надежности, в него введены дватранзисторных ключа, два опорных диода, два токоограничивающих резистора, два защитных диода, два защитных резистора, три синхронизирующих трансформатора и два 55 управляющих тиристора, а блок управленияснабжен вторым входом, соединенным с входными выводами, причем третий и четвертый выходы блока управления подключены к управляющим электродам соответственного первого и второго управ 1820943ляющих тиристоров, второй вывод второго защитных диодов соединены с управляютиристорного ключа соединен с началом щими электродами соответственно первого первичной обмотки вольтодобавочного ивтороготиристороввтороготиристорного трансформатора, а второй вывод вспомога-. ключа, коллекторы первого и второго трантельного тиристорного ключа подключен к 5 эисторных ключей подключены. соответствторому выводу вспомогательной обмотки венно к началу первой и к концу второй вольтодобавочного трансформатора, неча- вторичных обмоток второго синхронизируло и конец первичной обмотки первого ющеготрансформатора,первичнаяобмотка , синхронизирующего трансформатора сое- второго синхронизирующего трансформадинены соответственно с первым и вторым 10 тора включена параллельно. второму тири- выходными выводами, базы первого и вто- сторному ключу, причем ее начало роготранзисторныхключейподключенысо- соединено с началом первичной обмотки ответственно к катоду первого опорного вольтодобавочного трансформатора, а втодиода, к концу первой вторичной обмотки рые выводы первого и второго токоогранипервого синхронизирующего трансформа чивающих резисторов подключены тора, к первому выводу первого защитного" соответственно к началу первой и концувторезистора и к катоду второго опорного дио- рой вторичных обмоток. первого синхронида, к началу второй вторичной обмотки пер- зирующего трансформатора, катоды вого синхронизирующего трансформатора, первого и второго управляющих тиристоров к первому выводу второго защитного рези соединены с управляющими электродами стора, эмиттеры первого и второго транзи- .соответственно первого и второго вспомосторных ключей соединены соответственно гательных тиристоров вспомогательного тис анодом первого опорного диода, с первым ристорнога ключа, а аноды первого и выводом первого токоограничивающего ре- второго управляющих тиристоров подклюзистора, с катодом первого тиристора, кото чены соответственно к концу первой и начарыйиспользованвкачествепервоговывода лу второй вторичных обмоток третьего второго тиристорного ключа, и с.анодом вто- синхронизирующего трансформатора, начарого опорного диода, с первым выводом ло первой и конец второй вторичных обмовторого токоограничивающего резистора, с ток третьего синхронизирующего катодом второго тиристора, который ис трансформатора соединены с катодами сопользован в качестве второго вывода второ- ответственно первого и второго вспомогаго тиристорного ключа, вторые выводы .тельных.тиристоров, использованными в первого и второго защитных резисторов качестве соответственно второгои первого подключены. соответственно к аноду перво- выводов вспомогательного тиристорного гоэащитногодиода,кконцупервой вторич ключа, параллельно которому включена ной обмотки второго синхронизирующего первичная обмотка третьего синхронизирутрансформатора и к аноду второго защитно- ющего трансформатора, начало которой согодиода, к началу второй вторичной обмот- единено с первым выводом ки второго синхронизирующего. вспомогательной обмотки вольтодобавочтрансформатора, катоды первого и второго 40 ного трансформатора.1820943 оста витель Ф.Говоровхред М.Моргентал Редакт Корректо ка КНТ СССР при Производственно-издательский комби атент", г. Уж гарина. 10 л. аказ 2042 Тираж ВНИИПИ Государственного ком 113035, Мос