Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения

-аФ л,а-ьэсц-"ф: (11) ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Соииалистических Республик(45) Дата опубликования описания 02.10.79(72) Авторы изобр етени Ю. М, Лебеде. Ко 71) Заявите Научно-исследовательскии институт автоматики и электромеханики при Томском институте втоматизироваииых систем управления и радиоэлектроник(54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО Н ЖЕНИЯ Изобретение относит ке, а именно к регулят переменных напряжений пользовано для регулир ции и симметрирования жения на различных пот ческой энергии. я к электротехни орам многофазных и может быть ис ования, стабилиза рехфазного напря ребителях электриИзвестны устройства регулирования трехфазного переменного напряжения, содержащие регулирующий орган и блок управления 11 - 3. Известно, например, устройство регулирования, представляющее собой классическое решение задачи. В нем трехфазный регулятор переменного напряжения выполнен в виде трех однофазных - каждый со своим блоком управления, включающим в себя широтно-импульсный модулятор, схему сравнения, инерционный измерительный орган и источник задающего напряжения. Основной недостаток устройствасложность блока управления, что усложняет все устройство регулирования, увеличивает его стоимость, а также снижает надежность в работе, Кроме того, симметрировапие выходных фазных напряжений ., такой системе затруднено из-за инерционности их контроля, а из-за сдвига основной гармоники тока ухудшается коэффициент мощности ."тройства в целом. Этп недостатки характерны для большинства применяемых в настоящее время систем регулирования многофазных напряжений.5 Перечисленные недостатки частично устраняются системой регулирования трехфазного переменного напряжения в устройстве 13 которое реализует способ 4 раздельного (зонного) регулирования и симметрированкя многофазных напряжений. Это устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому. Оно осуществляет зонное регулирование многофазных напряжений по разомкнутому циклу и содержит регулирующий орган и блок управления, состоящпц из синхронизатора, вхо.дом подключенного ко входу регулирующсго органа, а выходом - ко входу пересчет.ной схемы к тактовому входу широтно-им О пульсного модулятора, выправляющий входкоторого подключен и источнику задающихнапряжений.Достоинство этого устройства - простота блока управления, достигнутая вследствие реализации способа раздельного (зонрегулпровапкя и спмметрпрованнямногофазпых напряжений. Однако введение в него измерительного органа и схемы сп,":вн,нкя, олин пз входов которой подключен к источнику задающего напряжения, авыход - к управляющему входу широтно- импульсного модулятора, т. е, построения замкнутой системы автоматического регулирования, наталкивается на существенные трудности, Раздельное (зонное) регулирование многофазных напряжений требует быстрой передачи информации о выходных напряжениях на вход блока управления, Голько в этом случае возможно регулирование одного из фазных напряжений в его собственной зоне, При использовании же традиционных измерительных органов (например, КС-фильтров) вследствие инерционности процесса передачи информации о выходных напряжениях, регулирование может произойти не в требуемой, а в смежной с ней зоне. Способ зонного регулирования многофазных напряжений не реализуется, так как невозможно одним управляющим воздействием достичь эффекта независимого регулирования напрякений всех трех фаз. Таким образом, функциональные возможности известного устройства регулирования трехфазного переменного напряжения оказываются ограниченными.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известной системы регулирования трехфазного переменного напряжения за счет повышения быстродействия контроля выходных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что измерительный орган выполнен в виде шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения, подключенных измерительными входами попарно в противофазе к выходным обмоткам трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к выходу регулирующего органа выходы упомянутых схем выделения среднего значения через селектор подсоединены к другому входу схемы сравнения, а их управляюшие входы и цепи управления ключевых элементов селектора подключены к выходам пересчетной схемы. Каждая быстродействующая схема выделения среднего значения напряжения состоит из однополупериодного выпрямителя, соединенного со входом интегратора с памятью, выход которого подключен ко входу согласующего узла и зашунтирован параллельным ключом с формирователем импульсов в цепи его управления, причем измерительный вход образован входом однополупериодного выпрямителя, управляющий вход - входом формирователя импульсов, а выход - выходом согласующего узла, При регулировании на повышенной частоте тактовый вход широтно-импульсного модулятора подсоединен к выходу задающего генератора.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства регулирования трехфазного переменного напряжения; на фиг. 2 - 4 - временные диаграммы напряженийиллюстрирующие его работу б 1 О 15 20 25 зо г п 5 50 55 60 65 при регулировании трехфазных напряжений с утроенной частотой сети регулятором, выполненным, например, по вольтодобавочной схеме.Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения содержит регулирующий орган 1, к выходу которого подсоединена нагрузка 2 (она может включать в себя и фильтр). К выходу регулирующего органа 1 также подключены соединенные в зв зду первичные обмотки 3, 4, 5 трехфазного группового трансформатора б, Его выходные (вторичные) обмотки 7 - 12 подсоединены попарно в противофазе к измерительным входам шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения 13 - 18. Каждая из этих схем состоит из однополуперлодного выпрямителя 19 (его вход образует измерительный вход схемы), подключенного выходом к интегратору с памятью 20. Выход интегратора 20 зашунтирован параллельным ключом 21 и соединен со входом согласующего узла 22. В цепи управления ключа 21 установлен формирователь импульсов 23, вход которого образует управляющий вход схемы выделения среднего значения напряжения.Выходы схем выделения среднего значения напряжения 13 - 18 через селектор 24 подключены к одному из входов схемы сравнения 25. Ее другой вход соединен с выходом источника задающего напряжения 26, а выход - с управляющим входом широтно-импульсного модулятора 27, выходом подключенного к цепям управления ключевых элементов регулирующего органа 1. Цепи управления ключевых элементов селектора 24, а также управляющие входы схсм выделения среднего значения напрякения 13 - 18, т. е, входы формирователей импульсов 23 соединены с выходами пересчстной схемы 28, Ее вход подключен к выходу синхронизатора 29, входом подсоединенного к питающей трехфазной сети,При регулировании входного напряжения с утроенной частотой сети тактовый вход широтно-импульсного модулятора 27 подключен к выходу синхронизатора 29, а при регулировании на повышенной частоте - к выходу высокочастотного задающего генератора 30,Предлагаемое устройство регулирования работает следующим образом,Фазные напряжения питающей сети 31, 32, 33 (фиг. 2) поступают на вход синхронизатора 29 и при их переходе через нуль на выходе синхронизатора 29 выделяется последовательность мгновенных импульсов напряжения 34, частота которых в шесть раз превышает частоту сети. Эти импульсы подаются на вход пересчетной схемы 28 и на ее выходах вырабатываются прямоугольные импульсы напряжений 35 - 40. Они сдвинуты относительно друг друга на 60 эл. град. и соответствуют каждой из трех временных зон регулирования напряжений 31, 32, ЗЗ. Эти импульсы поступают в цепи управления ключевых элементов селектора и на входы формирователеи 23 (управляющие входы) схем выделения среднего значения напряжения 13 - 18. Дифференцируясь, например по переднему фронту напряжения 35 - 40 преобразуются на выходах формирователей 23 в кратковременные импульсы напряжений 41 - 46, которые подаются В цепи управления параллельных ключей 21 и замыкают их на время своей длительности,Параллельно с подачей на вход синхронизатора 29 напряжения 31, 32, 33 приклз дыва)отся по входу регулирующего органа 1 и, в соответствии с заданным коэффициентом несимметрии, регулируются соответствующим образом и преобразуются в на пряжения 47, 48, 49 (фиг. 3). На фиг.,. пунктиром показаны верхняя и нижняя границы регулирования напряжений 31, 32, 33 регулирующим органом 1, выполненным, например, по вольтодобавочной схеме.Выходные напряжения 47, 48, 49 регулирующего органа 1 одновременно прикладываются к нагрузке 2 и первичным обмоткам 3, 4, 5 трансформатора 6, передаваясь при этом через его вторичные обмотки 7 - 12 на измерительные входы схем выделения среднего значения напряжения 13 - 18. Поскольку эти схемы подключены попарно в противофазе к выходным обмоткам трансформатора 6, а также из-за наличия на пх измерительных входах выпрямителей 19, интеграторы с памятью 20 поочередно преобразуют каждую полуволну выходных фазных напряжений 47, 48, 49 в напряжения 50 - 55 (фиг. 3, 4). По окончании процесса интегрирования величина этих напряжений будет равнат. е. пропорциональна среднему значению контролируемого фазного напряжения. Этп П.1 пр 51 жен 1 я зяпомина 1 отся на Время каждо.10 го последующего полупериода напряжешгй47, 48, 49 (горизонтальные участки кривых 50 - 55), Перед началом очередного интегрирования с выходов формирователей 23 в цепи управления параллельных ключей5 21 подают импульсы напряжения 41 - 46, замыкающие эти ключи на время своей длительности, 1-1 апряжения 50 - 55 становя)ся равпымп нулю, причем напряжения 50, 51 обнуляются соответственно импульсами 41.20 44, напряжения 52, 53 - импульсами 43, 45,а напряжения 54, 55 - импульсами 42, 46,11 ряз)сугольпые импульсы напряжений35 - 40, поступаю)цпе с выходов пересчетеой схю 1 ь 1 38 В цепи упраВленпя кл 1 очеВых25 элементов селектора 24, поочередно замыка:от пх па время своей длительности. Селектор 24 подключает к одному из Входо) схемы сравнения 25 выходы схем выделения среднего значения напряжения 13 - 18, и на этот Вход в соответствующие моменты Времени поступают напряжения 50 - 55 на,интервале их запоминания.Управление ключевыми элементами селектора 24 осуществляется таким образом, что при пх замыкашш импульсами 39, 36 па вход схемы сравнения 25 подаются напряжения 50, 51, прп замыкании импульсами 35, 38 - напряжения 52, 53, прп замыкании импульсами 37, 40 - напряже 40 нпя 54, 55 (фиг. 4). В результате этогоформируется сигнал обратной связи 56. Он сравнивается с задающим напряжением 57, поступающим на другой вход схемы сравнения 25 с выхода источника 26, и полу 45 чяю цпйся в процессе сравнения сигналошибки 58 является исходной информацией(2) для управления регулирующим органом 1.Процесс регулирования входных напряжений 31, 32, 33 осуществляется следующим образом(3) Сигнал ошибки 58 поступает на вход ши.ротно-импульсного модулятора 27, которьп"; применительно к управлению узкодиапазоп ным регулирующим органом может быт).выполнен в виде фазосдвигающего устрой.ства (ФСУ) с регулируемым углом задерж (4) ки и опережения.Такое ФСУ генерирует два пилообразных напряжения, одно из которых 59, яв ляется спадающим, а другое 60 - нарастающим. Периодичность этих напряжений задается синхроимпульсами 34, подаваемы(5) ми с выхода синхронизатора 29 на тактовыйвход широтно-импульсного модулятора 27.9 В результате сравнения напряжений 50, 60510 15 20 25 Зо 35 40 Таким образом, предлагаемое устройство регулирования трехфазного переменного напряжения позволяет осуществлять зонное регулирование, симметрирование выходных фазных напряжений. При этом величина последних стабилизируется по их среднему значению. Это существенно расширяет функциональные возможности известной системы регулирования при сохранении всех ее положительных качеств. Такого эффекта удается достичь только при использовании в качестве измерительного органа быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения и селектопа наА пряжении. Поименение инерционных измерительных устройств не позволяет реализовать способ раздельного (зонного) регулированпя многофазных напряжений. 45 50 55 Формула изобретения 1. Устройство регулирования трехфазного переменного напряжения, содержащее регулирующий и измерительный органы, источник задающего напряжения, подключенный к одному из входов схемы сравнения, и блок управления, состоящий из синхронизатора, входом подсоединенного ко входу регулирующего органа, а выходом - ко с сигналом ошибки б 8 на выходе широтно- импульсного модулятора 27 возникают импульсы управления б 1 регулирующим органом 1. Заштрихованный импульс б 1 соответствует переводу регулирующего органа 1 в режим вольтоотбавки, а незаштрихованный - в режим вольтодобавки, Режиму неискаженной передачи напряжений 31, 32, 33 соответствует сравнение напряжения 58 с напряжениями 59, бО в точке их пересечения. При подаче напряжений б 1 в цепи управления ключевыми элементами регулиоуюшего органа 1 напряжения 31, 32, 33 преобразуются в симметричные напряжения 47, 48, 49 (в допуске определяемые заданным коэффициентом несимметрии),При регулировании напряжений 31, 32, 33 на повышенной частоте схема, изображенная на фиг. 1, работает аналогично, Однако в этом случае синхронизация широтно-нмпульсного модулятора 27 с моментами перехода входных фазных напряжений через нуль не является обязательной и тактовый вход ШИМа подключается к выходу высокочастотного задающего генератора 30,входу пересчетной схемы и тактовому входу широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого подключен к схеме сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повышения быстродейстьия контроля выходных напряжений, измерительный орган выполнен в виде шести быстродействующих схем выделения среднего значения напряжения, подключенных измерительными входами попарно в противофазе к выходным обмоткам трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к выходу регулирующего органа, выходы упомянутых схем выделения среднего значения через селектор подсоединены к другому входу схемы сравнения, а их управляющие входы и цепи управления ключевых элементов селектора подключены к выходу пересчетной схемы.2. Устройство по п. 1, отл ич аю ще еся тем, что каждая быстродействующая схема выделения среднего значения напряжения состоит из однополупериодного выпрямителя, соединенного со входом интегратора с памятью, выход которого подключен ко входу согласующего узла и зашунтирован параллельным ключом с формирователем импульсов в цепи его управления, причем измерительный вход образован входом однополупериодного выпрямителя, управляющий вход - входном формирователя импульсов, а выход - выходом согласующего узла.3, Устройство по и. 1, отл ич аю ще ес я тем, что при регулировании на повышенной частоте тактовый вход широтно-импульсного модулятора подсоединен к выходу задающего генератора,Источники информации, принятые во внимание прои экспертизе:1, Окунь С. С. и др. Трансформаторные и трансформаторно-тиристорные регуляторы - стабилизаторы переменного напряжения. М., Энергия, 1969, с. 153 - 166, рпс, 4 - 9, 4 - 13.2, Устройства электропитания мощных р"диосистем. Под ред. Ткачева А. А., М., Эпергия, 1972, с. 17 - 40, рис. 1 - 7, 1 - 13, 1 - 14, 1 - 18, 1 - 19,3. Авторское свидетельство СССР Ъо 382216, кл, Н 02 Р 13/04, 05,05,71.4, Авторское свидетельство СССР М 383036, кл, 6 05 Р 3/00, 23.03.71.68890 Составитель Г. Мыцык Техред Н. Строганова Редактор В. Левитов Корректор И. Симкина Заказ 858/1073 Изд.544 Тираж 1015 ПодписноеНПОПоиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тип. Харьк. фил. вред. Патент