Устройство для управления тиристорным регулятором переменного напряжения с трансформаторной нагрузкой

(19) 11 46 511 1 Н 0 25 ТЕНИ ДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ иГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГНИТ СССР ОПИСАНИЕ(71) Чувашский государственный ун верситет им. И.Н.Ульянова (72) А.В,Абрамов(56) Авторское свидетельство СССР И 877784, кл. Н 02 М 5/527, 1978.Авторское. свидетельство СССР 11 1224926, кл. Н 02 М 5/22, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИС-. ТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ НАГРУЗКОЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения и мощности электрических печей сопротивления и дпя модуляции мощности .в установках электрошлакового переплава малой емкости, включаемых в сеть через трансформатор с помощью встречно-параллельно соединенных тирпсторов. Цель изобретения состоит в повышении надежности регулятора за счеисключения бросков тока намагничивания трансформатора при периодическойвключении. Устройство содержит блокФазирования 7, к которому подключеныдатчик 1 фазы напряжения, блок совпадения 5 и триггер 6. Выход датчика1 фазы напряжения через генератор 2напряжения ступенчатой формы и черезпороговый элемент 3 и блок сравнения4 подключен соответственно к триггеру 6 и блоку совпадения. 5, Выход блока фазирования подключен к управляемому генератору высокочастотных импульсов, За счет включения сердечникатрансформатора в моменты времени, соответствующие фазе сетевого напряжения 90 эл. град, и 270 эл. градвыбросы тока намагничивания отсутствуют, 4 щИзобретение относится к электро технике, в частности к регулированиюнапряжения и мощности электрическихпечей сопротивления, включаемых в5сеть через трансформатор с помощьюв стр ечно" пар аллел ьных со единенныхтирис торов,Целью изобретения является повышение надежности регулятора за счетисключения бросков тока намагничива"ния при периодическом включении.На Аиг, 1 приведена Функциональная схема .предлагаемого устройстварегулирования; на Аиг. 2 - принци" 15пиальная схема блока Фазирования;на Аиг. 3 и 4 - временные диаграммы,Устройство управления содержитдатчик 1 фазы напряжения, вырабатывающий прямоугольные импульсы, передние Фронты которых соответствуют положительному и отрицательному переходу сетевого напряжения через нуль,. и короткие импульсы в моменты ,времени, соответствующие Фазе сетевого 25напряжения 90 и 270 эл. град., гене ратор 2 напряжения ступенчатой формы, пороговый элемент 3, элемент 4сравнения, блок 5 совпадения, триггер 6, блок 7 Фазирования управля, емый генератор 8 высокочастотных им"пульсов и усилитель 9 импульсовЭлектрическая схема блока 7 Аазирования имеет четырехвходовые элементы 4 И-НЕ 10-12, трехвходовые элементы ЗИ-НЕ 13 и 14, триггеры 15-19,элементы НЕ 20-22, формирователи 23"26 импульсов по Фронту входного сигнала, двухвходовые элементы 27-29 иэлементы 2 ИЛИ 30, 40На представленных диаграммах напряжения (фиг, 3 и 4) напряжения наэлементах схемы имеют индекс этогоэлемента, так 11 - напряжение на эпементе 16, 45С первого выхода датчика 1 фазынапряжения прямоугольные импульсы,передний фронт которых соответствуетотрицательному переходу сетевогонапряжения через нуль, поступают навход генератора 2 напряжения ступенчатой формы, синхронизируя его счастотой питающей сети, и третийвход блока 7 Фазнрования, С выходагенератора 2 напряжения ступенчатойформы напряжение поступает на входпорогового элемента 3 и на один издвух входов элемента 4 сравнения,на другой вход которого поступает напряжение задания, С выхода элемента4 сравнения сигнал поступает на одиниз двух входов блока 5 совпадения,второй вход которой совместно с вторым входом блока 7 Аазирования подключены к второму выходу датчика 1Фазы напряжения. Сигнал с выходаблока 5 совпадения поступает на четвертый вход блока 7 фазирования и одиниз двух входов триггера 6, на второйвход которого поступает сигнал с выхода порогового элемента 3, выходтриггера 6 подключен к пятому входублокаФазирования, первый и шестойвходы которого соединены соответственно с четвертым и третьим входамидатчика 1 Аазы напряжения, а выходуправляет работой генератора 8 высокочастотных импульсов, с выхода которого импульсы поступают на входусилителя 9 импульсов,Устройство управления работаетследующим образом,Лопустим, что в момент времени(см. Фиг. 4) срабатывает пороговый элемент 3 и устанавливает триггер 6 в единичное состояние, которыйразрешает работу усилителя 9 импульсов, Блок 7 Фаэирования выдает этотсигнал в момент прихода короткогоимпульса с третьего выхода датчика 1фазы напряжения (момент 1 ), соответствующего Аазе сетевого напряжения 270 эл, град, При равенстве ступенчатого напряжения и напряжения задания (момент) срабатывает эле,мент 4 сравнения и прямоугольный импульс, передний Фронт которого соответствует положительному переходу сетевого напряжения через нуль, с второго выхода датчика 1 Фазы напряжения через блок 5 совпадения проходитна вход установки нуля триггера 6 ина второй вход блока 7 Аазирования.Триггер 6 устанавливается в нулевоесостояние и запрещает работу управляемого генератора 8 высокочастотныхимпульсов, с выхода которого импульсы не поступают на вход усилителя 9импульсов (момент С).В момент времени 1 на вход блока 7.Аазированияпоступает импульс с Фазовым углом270 эл, град. и на выходе появляетсякратковременный сигнал, разрешающийработу усилителя 9 импульсов,В момент времени С на выходетриггера 6 появляется сигнал, разрешающий работу усилителя 9 импульсов,з 14а на выходе блока 7 фазирования этотсигнал появляется в момент временипри поступлении импульса с четвертого выхода датчика 1 фазы напряжения с Аазовым углом 90 эл. град.В момент времени С триггер 6 ус 8танавливается в нулевое состояние,запрещая работу усилителя 9 импульсов, а на выходе блока 7 фазированияэтот сигнал появляется после приходаимпульса с Аазовым углом 270 эл,град.с третьего выхода датчика 1 фазы напряжения (момент). После приходаочередного оимпульса с фазовым углом 90 эл.град, (момент С .) на выходе блока 7 фазирования появляетсякратковременный сигнал, разрешающий .работу усилителя 9 импульсов,Таким образом, блок 7 фазированияформирует угол задержки момента вклЮчения усилителя 9 импульсов в первом периоде каждого интервала включенного состояния поочередно величи,ной 90 и 270 эл,град, (моменты йС, ), а после окончания интервала,включенного состояния кратковременно повторно включает усилитель 9 им.пульсов с задержкой момента повторного включения на 90 эл. град. относительно последнего момента переходанапряжения питающей сети через нуль. на интервале включенного состояния(моменты й, 1, 1 ).Схема фазирования работает следующим образом,Предположим, что в момент, времени(см. фиг. 4 и 5). пороговый элемент 3 устанавливает триггер 6 в единичное состояние, с выхода которого .уровень "1" поступает на третий входпервого элемента 4 И-НЕ 10 ина вторыевходы второго элемента 4 И-НЕ 1 ипервого элемента 2 И-НЕ 27, В моментс приходом импульса с фазовымуглом 270 эл. град. одновременно навсех входах первого элемента 4 И-НЕ10 устанавливается высокий логичес"кий уровень, Короткий импульс с выхода первого элемента 4 И-НЕ 10 (О, нафиг. 4) устанавливает первый триггер15 в нулевое состояниеПри этом навыходе элемента 2 ИЛИ 30 появляетсяуровень "1 разрешающий работу усилителя 9 импульсов с фазовым углом270 эл. град, При равенстве напряжения ступенчатой формы инапряжениязадания Б (см. Аиг. 4) срабатываетэлемент 4 сравнения и прямоугольный 62431импульс с второго выхода датчика 1Аазы напряжения через блок 5 совпадения устанавливает триггер б в нулевое состояние а первый триггер 15Фв единичное состояние (момент 9) .по "ледний запрещает работу усилцтеля9 импульсов. Одновременно с этим короткий импульс с выхода первого фор О мирователя 23 импульсов по фронтувходного сигнала устанавливает второй триггер 16 в единичное состояние,В момент времени С одновременно навсех входах первого элемента ЗИ-НЕ 15 13 устанавливается уровень "1", поступающий с первого и третьего выходовдатчика 1 Аазы напряжения и с выходавторого триггера 16, На выходе первого элемента ЗИ-НЕ 13 появляется 20 уровень 0, который поступает навход второго формирователя 24 импульсов по фронту входного сигналаи на первый вход второго элемента2 И-НЕ 28, на второй вход которого 25 поступает высокий логический уровеньс выхода первого триггера 15, Сигналс выхода второго элемента 2 И-НЕ 28поступает на первый вход элемента2 ИЛИ 30, с выхода которого высокий 30 логический уровень разрешает работуусилителя 9 импульсов с фазовым углом 270 эл. град, В момент й первыйэлемент ЗИ-НЕ 13 закрывается уровнем"О", поступающим е первого и третьего ВыхОДОВ Датчика 1 фазы напряжения, и на его выходе устанавливается уровень ."1". При этом сигнал с выхода элемента 2 ИЛИ 30 запрещает работу усилителя 9 импульсов, а второй 40 формирователь 24 импульсов по Аронтувходного сигнала своим коротким импульсом возвращает второй и третийтриггеры 16 и 17 в нулевое состояние.45 В момент 1 пороговый элемент 3устанавливает триггер 6 в единичноетсостояние, а в момент С уровень устанавливается одновременно на всехвходах второго элемента 4 И-НЕ 11, 50 поступающий с второго и четвертоговыходов датчика 1 фазы напряжения, свыхода триггера 6 и с инверсного выхода третьего триггера 17, На выходевторого элемента 4 И-НЕ 11 появляется 56 короткий импульс, который инвертируется вторым элементом НЕ 21, устанавливает пятый триггер 19 в нулевоесостояние. Сигнал с выхода пятоготриггера 19 поступает на четвертый5 14 вход третьего элемента 4 И-НЕ 12 и на первый вход третьего элемента 2 И-НЕ 29, на второй вход которого поступает высокий логический уровень с выхода третьего элемента 4 И-НЕ 12, Сигнал с выхода третьего элемента 2 И-НЕ 28 поступает на второй вход элемента 2 ИЛИ ЗО, с выхода которого высокий логический уровень разрешает работуусилителя 9 импульсов с фаэовым углом,90 эл. град. В моментпервый эле-мент 2 И-НЕ 27 закрывается уровнем, ,поступающим с выхода триггера б и на его выходе устанавливается уровень , "1", а третий формирователь 25 им, пульсов по фронту входного сигналаустанавливает четвертый триггер 18 вединичное состояние, с выхода которого высокий логический уровень по ступает на третий вход второго элемента ЗИ-НЕ 14 и третьего элемента , ;4 И-НЕ 12В моментвысокий логический уровень устанавливается одно временно на всех входах второго элемента ЗИ-НЕ 14, поступающий с первого и третьего выходов датчика 1 фазы напряжения и с выхода четвертого триггера 18. На выходе второго элемента ЗИ"НЕ 14 появляется короткий импульс, который после инвертирования третьим элементом НЕ 22 устанавливает пятый триггер 19 в единичное состояние, С выхода пятого триггера19 высокий логический уровень по" ступает на четвертый вход третьего элемента 4 И-НЕ 12 и на первый вход третьего элемента 2 И-НЕ 29, с выхода которого уровень "0" поступает на второй вход элемента 2 ИЛИ 30, который запрещает работу усилителя 9 импульсов. В момент времени С одно" временно на всех входах третьего элемента 4 И-НЕ 12 устанавливается высокий логический уровень, поступающий с второго и четвертого выходов датчика 1 фазы напряжения, с выхода четвертого и пятого триггеров 18 и 19. На выходе третьего элемента 4 И-НЕ 12 появляется уровень0", который поступает на второй вход третьего элемента 2 И-НЕ 29, с выхода которого высокий логический уровень поступаетна второй вход элемента 2 ИЛИ 30, который разрешает работу усилителя 9 б 2431 6датчика 1 фазы напряжения и на еговыходе устанавливается уровеньЭлемент 2 ИЛИ 30 запрещает работу5усилителя импульсов 9., а четвертыйформирователь 2 б импульсов по фронтувходного сигнала коротким импульсомустанавливает четвертый триггер 18в нулевое состояние, а третий триг 10 гер 17 - в единичное состояние,Следующий цикл работы регулятораначинается с фазовым углом270 эл.град,)5 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 импульсов с фазовым углом 90 эл,град.В моменттретий элемент 4 И-НЕ 12закрывается уровнем "0", поступаю"щим с второго и четвертого выходов Использование нового узла - блока фазирования позволяет повысить надежность и энергетические показатели по сравнению с известным устройством, поскольку при включении трансформаторной нагрузки возникают выбросы тока намагничивания, которые могут вызывать ошибочные срабатывания систем защиты, приводить к повышенному нагреву трансформатора снижать коэффициент мощности питающей сети. Формула изо брет ения Устройство для управления тиристорным регулятором переменного напряжения с трансформаторной нагрузкой, содержащее датчик фазы напряжения с первым и вторым выходами коротких импульсов в моменты времени, соответствующие фазе сетевого напряжения 90 и 270 эл. град генератор напряжения ступенчатой формы, один из выходов которого подключен к входу порогового элемента, а другой выход - к одному из входов элемента сравнения, другой вход которого предназначен дпя подключения сигнала задания, триггер, один из входов которого подключен к выходу порогового элемента, а другой вход - к выходу бло" ка совпадения, один вход которого сое. динен с выходом блока сравнения, усилитель импульсов вход которого связан с выходом управляемого генератора высокочастотных импульсов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности регулятора эа счет исключения бросков тока намагничивания трансформатора при периодическом включении, датчик фазы напряжения снабжен третьим и четвертым выходами прямоугольных импульсов, передние фронты которых соответствуют положительному и отрицательному переходам сетевого напряжения черезнуль, и введен блок фазироваиия,первый, второй, третий и шестой входы которого подключены к первому,третьему, четвертому и второму входам датчика фазы напряжения, четвертый вход подключен к выходу блокасовпадения, пятый вход - к выходутриггера, выход - к входу управляемо Ого генератора высокочастотных импульсов, вход генератора напряжения ступенчатой формы и другой вход блокасовпадения подключены соответственнок четвертому и третьему выходам датчика фазы напряжения, при этом блокфазирования содержит пять В.-триггеров три элемента 4 И-НЕ, два элемента ЗИ-НЕ, три элемента 2 И-НЕ, триэлемента НЕ, четыре формирователя пофронту входного сигнала и элемент2 ИЛИ Я-вход первого КЯ-триггера, тривхода первого элемента 4 И-НЕ, каждыйиз первых двух входов которого соединен с одним из входов первого и 25второго элементов ЗИ-НЕ, третий входс одним из входов второго элемента4 И-НЕ и первого элемента 2 И-НЕ и двавхода второго элемента 4 И-НЕ, каждыйиз которых соединен с одним из входов третьего элемента 4 И-НЕ и явпяется четвертым, третьим, шестым,пятым, первым и вторым входами блока;Фазирования, выход первого элемента.4 И-НЕ через первый элемент НЕ подклю- Зчен к К-входу первого К-триггера,выход которого подключен к первомувходу второго элемента 2 И-НЕ, выходкоторого подключен к первому входуэлемента 2 ИЛИ и через пеРвый форми ррователь, импульсов по Фронту входно 1462431 8го сигнала подключен к КЯ-входу второго КЯ-триггера, второй вход второго элемента 2 И-НЕ, подключен к выходу первого элемента ЗИ-НЕ и к входувторого формирователя импульсов пофронту входного сигнала, выход которого подключен к К-входу второго итретьего КЯ-триггеров, выход второгоКЯ-триггера подключен к третьемувходу первого элемента 33-НЕ, неинверсный выход третьего КЯ-триггераподключен к четвертому входу первогоэлемента 4 И-НЕ, а инверсный выход -к четвертому входу второго элемента4 И-НЕ и к второму входу первогоэлемента 2 И-НЕ, выход которого черезтретий формирователь импульсов поФронту входного сигнала подключен кЯ-входу четвертого КЯ-триггера, выход которого подключен к третьемувходу третьего элемента 4 И-НЕ и вто"рого элемента ЗИ-НЕ, выход которогочерез третий элемент НЕ подключен кЯ-входу пятого КЯ-триггера, К-входкоторого через второй элемент НЕ подключен к выходу второго элемента4 И-НЕ, выход пятого КЯ-триггера подключен к одному из входов третьегоэлемента 2 И-НЕ и к четвертому входутретьего элемента 4 И-НЕ, выход которого подключен к второму входу третьего элемента 2 И-НЕ и через четвертый формирователь импульсов поФронту входного сигнала подключен кКЯ-входу третьего КЯ-триггера и кК-входу четвертого КЯ-триггера, вы-ход третьего элемента 2 И-НЕ подключен к второму входу элемента2 ИЛИ, выход которого является выходом блока фазирования.1;62431 С. 111 екмар оррек к б ное тини при ГКНТ4/5 ног103 5 комитета помосква, Жроизнодстненно-издательский комаинат "Патент город, ул, Гагарин Со едактор О.Спесивьг Теаказ 732/"311 КЯЫ Государств фЦГ. Фавитель О,Парфеноваед И. Ходанцч Подп изобретениям и от Раушская на 5.,