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

 

1 . Способ управления мощностью трехфазной электрокалориферной установки , выполненной на параллельных нагревательных элементах с питанием от управляемого статического преобразователя , при котором измеряют температуру и сравнивают ее с уставкой и в случае отклонения температуры от уставки воздействуют ка изменение подводимого напряжения посредством управляемого статического преобразователя , о тличающийся тем, что, с пелью повышения надежности и улучшения ресурса работы, постоянно контролируют симметрию фазных напряжений и состояние изоляции токоведущих частей относительно нулевого провода питаю01;ей сети между активной нагрузкой и статическим преобразователем , причем при возникновении асимметрии фазных напряжений формируют сигнал, которым ограничивают угол регулирования статического преобразователя так, чтобы действующие значения напряжений на активных элементах нагрузки не превьш1али их номинальных значений, а при превьшшнии их или при нарутпении изоляции формируют импульс аварийного отключения нагрузки, при этом периодически сдвигают управляющие импульсы статического преобразователя в область о макс с цикличностью , определяемой из выражения tn t - ф J-I1 1 макс (С (Л где t - время цикла (цикличность),с; tn - время паузы, с; I - действительное значение фазного тока. А; Гц - номинальный фазный ток. А; максимальный угол управления статического преобразователя, эл. град. 00 СО 4 СХ) сл 2. Устройство для управления мощностью трехфазной электрокалориферной установки, выполненной на параллельных нагревательных элементах с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где t

Н

Маке

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3473757/24-07 (22) 19.08,8? (46) 30.08.87, Бюл. М 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электро— приводу в промьппленности, сельском хозяйстве и на транспорте (72) К.В. Корнеев, Л.И. Коньш ев, В.Ф.Егоркин,Л.М.Пивоваров и В.И,Демиденко (53) 621.316.727(088.8) (56) Проспект ВДНХ СССР Электронагрев в сельском хозяйстве. Информэлектро

Т-17441, 1978.

Коган" Н.Б. и др. Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства. M.: Энергия, 1980.

Разработка устройств управления и регулирования для электротермических изделий сельскохозяйственного назначения на базе тиристорных преобразователей. Техпроект ОЛА 085.674. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ

ТРЕХФАЭНОЙ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРНОЙ УСТАНОВКИ, ВЫПОЛНЕННОЙ НА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ

НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ С ПИТАНИЕМ

ОТ УПРАВЛЯЕМОГО СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩГСТВЛЕНИЯ (57)1. Способ управления мощностью трехфазной электрокалориферной установки, выполненной на параллельных нагревательных элементах с питанием от управляемого статического преобразователя, при котором измеряют температуру и сравнивают ее с уставкой и в случае отклонения температуры от уставки воздействуют на изменение

ÄÄSUÄÄ 1334353 А1 (51) 4 Н 02 P 13/00, Н О? Н 3/16, 7/08 подводимого напряжения посредством управляемого статического преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения ресурса работы, постоянно контролируют симметрию фазных напряжений и состояние изоляции токоведу— щих частей относительно нулевого провода питающей сети между активной нагрузкой и статическим преобразователем, причем при возникновении асимметрии фазных напряжений формируют сигнал, которым ограничивают угол регулирования статического преобразователя так, чтобы действующие значения напряжений на активных элементах нагрузки не превышали их номинальных значений, а при превьш ении их или при нарушении изоляции формируют импульс аварийного отключения нагрузки, при этом периодически сдвигают управляющие импульсы статического преобразователя в область Ыща„с с цикличностью, определяемой из выражения

tr1

U, (У) время цикла (цикличность),с; время паузы, с; действительное значение фаэного тока, А; номинальный фазный ток, А; максимальный угол управления статического преобразователя эл. град.

2. Устройство для управления мощностью трехфазной электрокалорифер— ной установки, выполненной на параллельных нагревательных элементах с

1334353 питанием от статического преобразователя, выполненного в виде трехфазного вентильного моста, содержащее блок управления, вход которого связан с эадатчиком температуры, а выход — с управляющими р-п-переходами силовых тиристоров 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 ресурса работы, оно дополнительно снабжено узлом контроля симметрии фазных напря жений, узлом состояния изоляции токоведупщх частей относительно нулевого провода питающей сети и генератором периодических сигналов, причем узел контроля симметрии фазных напряжений содержит емкостной делитель, одни обкладки конденсаторов которого подключены к соответствующим фазным проводам в точках соединения активной

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении мощностью активной нагрузки статического преобразователя.

Цель 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 o(> 0 эл.град; на фиг.4 — диаграмма напряжений на фазах нагрузки при замыкании фазы А на корпус и угле управления

120 эл.град; на фиг.5 — диаграмма напряжений на нагрузке при исчезновении напряжения на фазе А при o(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

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 соединен с входами фаэосмещающих устройств блока управления, выполненных на управляемых мультивибраторах, выходы фазосмещающих устройств соединены с соответствующими управляющими р-п-переходами силовых тиристоров преобразователя.

8, активные элементы 9„ -9„, 10, -10„, 11„ — 11„ в фазах питающего напряжения, герконное реле, содержащее герконный контакт и магнитопровод 12, конденсаторы 13-15 емкостного делителя, генератор 16 периодических сигналов, задатчик 17 температуры, подключенный к блоку 18 управления, к которому подключен исполнительный элемент 19.

Блок 18 управления содержит гибридные интегральные схемы фазосмещающих устройств 20,и 21, тиристорные оптроны 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.

11д, 11, И вЂ” напряжения питания фаэ А, В, С (фаэные значения); U н„, U „ — напряжения на нагрузке в фазах А, В, С, 4U — напряжение раэбаланса; t, — момент начала ав арийной ситуации; tg — момент циклическо13343 го смещения управляющих импульсов;

Ы вЂ” угол управления; o(Ä « — максимальный угол управления, соответствующий полному запиранию преобразователя; UÄ â€ .напряжение питания, +15 В;

Uz — напряжение питания, +25 В; Ug напряжение питания, -15 В; U„ — напряжение синхронизации, 20 В.

Статический преобразователь выполнен в виде трехфазного тиристорно †- lð 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-ro плеча, фазы С вЂ” к аноду тиристора 5-го плеча и катоду диода

2-го плеча, при этом катод тиристора

5-го плеча и анод диода 2-ro 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- Зр 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, 4р первый вход которого соединен с выходом генератора 16 периодических сигналов. Первый выход блока 18 управления соединен с управляющим р-ипереходом тиристора 1-ro плеча преобразователя, второй выход — с управляющим р-п-переходом тиристора

3-ro плеча и третий — с управляющим р-и-переходом тиристора 5-ro плеча, 50

Блок 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 4

Генератор 16 периодических сигналов выполнен на двух транзисторах 32 и

33. Питание генератора 16 и блока 18 управления осуществляется от источников 11, U», 11

Исполнительный элемент 19 состоит из выпрямительногo моста 34, ключевых элементов, выполненных на оптотиристорах 22-24, и накопительного конденсатора 29. С помощью резисторов 27 и 28 ограничивается фазовое положение импульсов управления, а следовательно, и уровень выходного напряжения 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 при подаче питающего напряжения U, U, U на активные элементы 9„ -9„ 10,—

10„, 11„ — 11 „ в процессе регулирования мощности постоянно контролируют симметрию фаз питающего напряжения относительно 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 Н„„„,, I 334353

В этом случае чувствительность защиты значительно возрастает и она остается работоспособной но всем диапазоне и при всех режимах работы мостовой преобразовательной схемы, Цикличность смещения импульсов ха— рактеризуется тепловой инерционностью активных элементов и определяется по формуле

10 время цикла (цикличность), 15 с; время паузы, с; действительный ток, А;. номинальный ток, А. где tц—

П

У

I н

Устройство работает следующим об- 20 разом.

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 автомат 7, поступает через активные элементы (ТЭНы) 9 9п 10 10 11 11п 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 упранляющие 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- 45 ния и ограничения минимального угла управления.

В случае возникновения аномальных условий устройство работает следующим образом.

При появлении анарийной ситуации, например, сгорании одного ТЭНа из числа параллельных в фазе на выходе моста 34 исполнительного элемента 19 появляется сигнал, обусловленный разбалансом напряжения емкостного делителя 13-15. Этот сигнал, воздействуя на оптрон 22, включает последний, шунтируя при этом резистор 27, что обеспечивает первую ступень ограничения минимального угла управления, а следовательно, ограничение выходного напряжения на ТЭНах. Светодиод 24 сигнализирует о сгорании одного ТЭНа н фазе.

В случае сгорания двух ТЭНов из числа параллельных в одной фазе, сигнал разбаланса увеличивается, что приводит к срабатыванию оптрона 23, который, шунтируя резистор 28, обеспечивает вторую ступень ограничения минимального угла управления, а следовательно, и выходного напряжения на нагрузке. Светодиод 26 сигнализирует о сгорании двух ТЭНов в фазе, При сгорании третьего ТЕНа из числа параллельных, принацлежащих одной фазе, сигнал рассогласования увеличинается еще более, вызывая срабатывание оптрона 24, который подключает накопительный конденсатор

29 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. Контроль 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.3 приведе- 3 на диаграмма замыкания фазы U> на корпус при угле управления a> = 0 эл.гра

Предположим, что в момент t„ происходит замыкание на корпус катода вентиля плеча 4. Разбаланс напряжения на нагрузке равен О. В момент времени происходит циклическое смещение управляющих импульсов в u „ „ âûçûâàÿ 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 эИ ект за счет увеличения срока службы активных элементов (ТЕНов) и исключения коммутационной аппаратуры регулирования, имеющей ограниченное число коммутаций из состава электрокалорифера. является Hpñêîìïåíñèðoíàííàÿ 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 реле

12 оказывается скомпенсированным.Для исключения этого влияния в устройстве предусмотрен генератор 1б периодических сигналов, который осуществляет кратковременное смещение управляющих импульсов в точку Ы„ „, где сигнал рассогласования 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 про8

На фиг.4 приведена диаграмма напряжений на фазах нагрузки при замыкании фазы Б„ на корпус и угле управления преобразователя 120 эл.град, В момент t происходит замыкание на

1 корпус катода вентиля плеча 4. Возникает разбаланс напряжения dU (заштрихованные площадки), который может быть недостаточен для срабатывания

10 герконного реле 12. Увеличение сигнала происходит при циклическом смещении управляющих импульсов в c(ù„, в момент

На фиг.5 приведена диаграмма на15 пряжений на нагрузке при.исчезновении напряжения на фазе А при

120 эл.град. При обрыве фазы А или исчезновении напряжения возникает разбаланс лБ относительно нулевого

20 провода, который воздействует на вход выпрямительного моста 34.

На фиг,б приведена диаграмма напряжений на нагрузке при обрыве одного активного элемента в фазе А при

120 эл.град. В момент времени t„ происходит обрыв активного элемента в фазе, что приводит к перераспределению напряжения на фазах и появлению напряжения разбаланса йБ относи0 тельно нулевого провода.

Ъ ис

l334353

1334353 фиа

Редактор И.Касарда

Техред М.Дидык

КорректорА. Зимокосов

Заказ 4531

Тираж 659 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4