Устройство для регулирования переменного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования в электрических распределительных сетях 0,4-10 кВ. Целью изобретения является улучшение формы выходного напряжения и повышение быстродействия. Выходное напряжение регулируют с помощью добавочной ЭДС. ВЕЛИЧИНА ЭДС регулируется путем изменения величины напряжения на конденсаторах 7 и 8. Заряд конденсаторов 7 и 8 от входного напряжения происходит через тиристоры 1 и 2, угол управления которых меняется автоматически с помощью блока 15 управления в зависимости от уровня выходного напряжения. Заряд конденсатора 7 и 8 осуществляется по колебательному закону с частотой собственных колебаний, большей частоты входного напряжения. Угол заряда конденсаторов 7 и 8 на первичную обмотку 9 вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) фиксирован. Частота тока колебательного разряда конденсаторов 7 и 8 равна частоте входного напряжения. Такой принцип регулирования позволяет исключить бестоковые паузы в первичной обмотке 9 ВДТ, что и обеспечивает улучшение формы выходного напряжения и повышение быстродействия устройства. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9) (1!!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4422298/24-07 (22) 10.05.88 (46) 07.07.90. Бюл. Р 25 (71) Псковский филиал Ленинградского политехническоro института им. М.И. Калинина (72) А.И. Маркевич, А.А. Иванов, В.А,Иванов и P.À.Ïîëÿíñêèé (53) 621.316.722.!(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 550743, кл. Н 02 M 5/12, G 05 F 1/22, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 1092648, кл. Н 02 J 3/12, Н 02 М 5/257, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования в электрических распределительных сетях 0,4-10 кВ. Целью изобретения является улучшение формы выходного напряжения и повышение быстродействия. Выходное напряже(g))g G 05 F 1/30 Н 02 Y 5/257

2 ние регулируют с помощью добавочной

ЭДС. Величина ЭДС регулируется путем изменения величины напряжения на конденсаторах 7 и 8. Заряд конденсаторов 7 и 8 от входного напряжения происходит через тиристоры и 2, угол управления которых меняется автоматически с помощью блоха 15 управления в зависимости от уровня выходного.напряжения. Заряд конденсаторов 7 и 8 осуществляется по колебательному закону с частотой собственчых колебаний, большей частоты входного напряжения. Угол заряда конденсаторов 7 и 8 на первичную обмотку 9 вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) фиксирован. Частота тока колебательного разряда конденсаторов 7 и 8 равна частоте входного напряжения. Такой принцип регулирования позволяет исключить бестоковые паузы в первичной обмотке 9 ВДТ, что и обеспечивает улучшение формы выходного напряжения и повышение быстродействия устройства. 3 ил, Ю

1576885

4Q, — 1

L — — — ----—

1 (2) ЗО

Jr./с

Выражая из (3)

40 в (2), получаем г 1

Я = — — (1к L Ñ (3) R и подставляя его (4) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения в электрических распределительных сетях

0,4-10 кВ.

Целью изобретения является улучшение формы выходного напряжения и повышение быстродействия.

На фиг.l представлена схема устройства для регулирования переменного напряжения; на фиг.2 — регулировочная характеристика устройства; на фиг.3 — временные диаграммы токов и напряжений на элементах схемы.

Устройство (фиг.l) содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 триггеры, первый 5 и второй 6 диоды, первый 7 и второй 8 конденсаторы, вольтодобавочныи трансформатор с первичной 9 и вторичной 10 обмотками, первый дроссель ll второй дроссель 12 с полуобмотками 13 и 14 и блок 15 управления.

Аноды тиристоров I и 2 объединены и через первый дроссель 11 соединены с первым входным выводом. Первая обкладка первого конденсатора 7 соеди-. нена 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 ?, анодом четвертого.тиристора 4 и катодом второго диода.6. Вторь|е 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

L дросселя 11 и емкость С конденсатора 7 (8) связаны между собой соотношением Данное,. соотношение получено с использованием выражений для частоты Я,< и добротности Я< колебательного кон.тура: где Я„ — угловая частота собственных колебаний зарядного контура; индуктивность зарядного контура;

С вЂ” емкость зарядного контура;

R . — активное сопротивление зарядного контура.

Из (4) находим L<

4 — 1

Ф

45 =4@CQ< (5)

Принимая во внимание, что частота свободных колебаний зарядного контура больше частоты входного напряжения (сети) f в и раз (Я = 2 и f

5О окончательно зависимость индуктивности L1 зарядного контура от величины емкости с конденсатора при заданной добротности Q зарядного контура име1 ет вид

55 4Q 1

163 f n Cg> (1) Через встречно-параллельно вклю ченные тиристоры 3 и 4 и диоды 5 и 6

5 1576885 6 происходят поочередные разряды конденсаторов 7 и 8 на первичную обмотку 9 вольтодобавочного трансформатора по колебательному закону. Встречно-параллельное включение тиристоров 3 и 4 и диодов 5 и 6 позволяет осуществить разряд каждого конденсатора 7 и 8 в течение одного периода, Индуктивности полуобмоток 13 и 14 дросселя 12 с учетом индуктивности первичной 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 индуктивность каждой полуобмотки дросселя 12 была связана с емкостью С каждого кснденсатора 7 и 8 соотношением

4ggr 4Ях г, Щ (6) с г где С - емкость конденсатора 7 (8);

Q — добротность разрядного контура1

f — частота входного напряжения (сети);

L2 — индуктивность полуобмотки второго дросселя 12.

Данное выражение получено аналогично выражению (1).

Начальная фаза колебательного разряда конденсаторов 7 и 8 определяется углами управления тиристоров 3 и 4. Углы управления выбираются в зависимости от уровня выходного напряжения, согласованы с углами управления тиристоров 1 и 2 и в дальнейшем остаются постоянными. Кроме этого, дроссель 12 с полуобмотками 13 и 14 служит для коммутации тиристора 3(4) и диода 6(5), На фиг.2 представлена зависимость ф

U„= f (d.) — напряжение на конденсаторе 7(8) от функции угла управления тиристора 1(2), выраженная в относительных единицах.

Ф Пст % U (О)

U U С ст 11 со ц с Ol лов, Выход фаэосдвигающего узла 22 соединен с входом формирователя 23 импульсов, к выходу которого подключен

5 вход коммутатора 24, управляющий вход которого соединен с выходом второго узла 19 сравнения. К выходу комгде U — наибольшее напряжение на конденсаторе 7(8) в момент первого перехода зарядного тока через нуль;

U — амплитуда входного напряжения; (О) — начальное напряжение на

С конденсаторе 7.(8) в нулевой момент времени.

В качестве примера на фиг.2 представлены зависимости при f<-- 400 Гц„

2 и начальном напряжении U«(0) с на конденсаторе 7 (8) больше и меньше нуля. При других добротностях контуФ ра Q1 и начальных напряжений U (О) на конденсаторе характер зависимости сохраняется, изменяется только уровень °

Из характеристик видно., что при о о

90 < Ф (180 напряжение на конденса" торе 7(8) изменяется от максимального значения 11,, „сдо нуля, Таким обрао эом, изменяя < в 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 уэмутатора 24 подключен вход второг

1576885 распределителя 21 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с входами соответственно третьего 29 и четвертого 30 усилительно-развязыва,. ющих узлов. Выходы усилительно-развязывающих узлов 27-30 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока 15 управления соединены с управляющиУ

1IU ми входами соответственно первого 1 второго 2, третьего 3 и четвертого 4 тиристоров.

Узел 16 согласования, который мо-жет быть выполнен на трансформаторе служит для согласования уровней напряжений между первичной сетью и входом ГПН 17 и входом фазосдвигающего узла 22. ГПН 17 преобразует синусоидальный сигнал в пилообразный длительностью, равной полупериоду входного напряжения. Фазссдвигающий узел 22 служит для создания необходимого фазового сдвига по отношению к входному напряжению. С выхода фазосдвигающего узла 22 сдвинутое пс фазе напряжение поступает на. формирователь 23 импульсов, где в момент перехода синусоиды через куль формируется управляющий импульс.

С выхода ГПИ 1? напряжение пилоV образной формы поступает на узел 18 сравнения, где оно сравнивается с измеренным выходным напряжением. В момент равенства пилообразного и измеренного напряжений узел 18 сравнения вырабатывает импульс. Узел 19 сравнения сравнивает измеренное напряжение с напряжением источника 26 опорного с напряжения. В момент равенства напряжений вырабатывается импульс, который выключает коммутатор 24, Последний служит для отключения àíàëà управления тиристорами 3 и 4. Датчик 25 напряжения преобразует выходное переменное напряжение в постоян45 ное.

Для распределения импульсов между усилительно-развяэывающими узлами

27-30 применяются два распределителя 20 и 21 импульсов. Усилительноразвязывающие узлы 27-30 формируют управляющие импульсы достаточной мощности

Устройство работает слецующим образом. 55

Пусть угол управления тиристо" ром 1 (2) равен 90 относительно начала первого (второго)положительнсго пслупериода входного напряжения, а угол управления тирнстором 3(4) равен 270 относительно начала первого (вторсго) положительного полупериода входного напряжения. На фиг.3 углу управления 90 соответствует момент времени t (t >), а углу управления

270 — t (t ). Параметры R L и С выбраны так, что частота зарядного контура равна 400 Гц, В момент времени t (фиг.-3,а) открывается тиристор 1 и конденсатор 7 через дроссель 11 начинает заряжаться дЬ значения напряжения, соответствующего данному углу управления по регулировочной характеристике (фиг.3), В момент времени t< (фиг.3,а) ток заряда конденсатора 7 спадает дс нуля и тиристср l закрывается.

В момент времени t> (фиг.2,а) открывается тиристср 2 и конденсатор 8 через дрсссель Il заряжается до значения напряжения, соответствующего данному углу управления пс регулировсчнсй характеристике (фиг.2). В момент времени t (фиг.З,а) ток заряда конденсатора 8 спадает до нуля и тиристор 2 закрывае-..ся. Такая последовательность заряда сохраняется и в дальнейшем.

После заряда конденсаторы поочередно и в той же последовательности разряжаются на первичную обмотку 9 вольтодобавсчного трансформатора, причем разряд каждого конденсатора длится в течение одного периода. Для этого первоначально в момент времени t открывается тиристор 3 и до момента времени э (фиг.З,в) через первичную обмотку трансформатора 9 протекает положительная пслуволна така от колебательного разряда конденсатора 7. К диоду 5 в это время приложено обратное напряжение и он находится в непроводящем состоянии.

Одновременно с открыванием тиристора 3 появлением тока через коммутирующий дроссель 12 в полуобмотке 14 со стороны пслуобмотки 13 индуктируется напряжение, запирающее диод 6 и поддерживающее на его аноде отрицательный потенциал по отношению к катоду.

Этим обеспечивается коммутация тиристора 3 и диода 6, что исключает броски уравнительного тока через них.

В момент времени t ток через тиристор 3 спадает дс нуля и сн закрывается. К этому же моменту времени поляр1576885 ность напряжения на конденса, оре 7 противоположна первоначальной,, при этом диод 5 смещается в прямом направлении, и с момента 1: до моме, — ;— та времени t > (фиг.3,в) через первич- ную обмотку 9 вольтодобавочного трансформатора протекает отрицател ная полуволна тока от колебательного разряда копденсатора 7. В момент времг10 ни с ок через диод 5 спадает до нуля, и на этом колебательный разряд конденсатора 7 в течение одного пер- ода заканчивается.

В этот же момент времени открыва15 ется тиристор 4 и с момента 6 до мо5 мента времени < (фиг.3,д) формируется положительная полуволна тока через первичную обмотку 9 вольтодобавочного трансфсрматора от колебательного разряда конденсатора 8. К диоду б

20 в это время приложено обратное напряжение и он находится В непроводящем состоянии. Одновременно с открыванием тиристора 4 и появлением тока че"рез коммутирующий дроссель !2 в полуобмотке 13 со стороны полуобмотки 14 индуктируется напряжение, эагирающее диод 5 и поддерживающее на его аноде отрицательный потенциал по от30 ношению к катоду. Этим оБеспечивается коммутация тиристора 4 и диода 5, что исключает броски уравнительного тока через н;=„x.

В момент времени t ток через с тиристор 4 спадает до нуля и он закрывается. С момента времени до момента времени (фиг.3,д) диоц 6 смещается в прямом направлении и формируется отрицательная полуволна тока через первичную обмотку 9 вольтодобавочного трансформатора от разряда конденсатора 8. На этом цикл разряда двух кондечсаторов заканчивается, и в дальнейшем процесс повторяется. В результате в первичной обмотке вольтодобавочного трансформа тора протекает нет рерывный переменный ток (фиг.3,е).

Лзменяя угол управления тиристорами 1 и 2 в соответствии с регулиро- 50 вочной характеристикой фиг,2, можно. менять уровень напряжения на конденсаторе 7(8), что в конечном итоге приводит к ре-улированию выходного напряжения. Регулирование напряже- . 5 ния на конденсаторе 7(8) при заряде с фиксированным углом разряда позвo- . ляет исключить бе токовые паузы в первичной обмотке 9 вольтодобавочно"п 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 врг гни, что и обеспечивает повышение быстродействия устройства.

Б трехфазпом исполнении с регулировачием по каждой фазе предлагаемое устрой-т-во мажпо использовать как симметрирующге., что существенно расширяет его функциональные возможности. ормула из обретения

Устройство 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 чиристора, 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 выво1 дом, блок угравления включает в себ узел согласования, генератор пилооб12

1576885 пряжения.

0

D, разного напряжения, два узла сравненИя, два распределителя ймпульсов„ фазосдвигающий узел, формирователь и пульсов, коммутатор, датчик напряжения, источник опорного напряжения .и четыре усилительно-развязывающих узла, причем к первому входу блока управления подключен вход узла согласОвания, выход которого соединен с вводами генератора пилообразного н апряжения и фазосдвигающего узла, к в(лходу генератора пилообразного нап яжения подключен первый вход первоrb узла сравнения, второй вход которого соединен с первым входом второrb узла сравнения и с выходом датчика напряжения, который входом подключен к второму входу блока управления, вторрй вход второго узла сравнения соединен с выходом источника опорного напряжения, выход первого узла срав-! нения соединен с входбм первого расцределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с входа-р5 м и соответственно первого и второго усилительно-развязывающих узлов, выход фаэосдвигающего узла соединен с входом формирователя импульсов, к выходу которогб подключен вход ком- ЗО мутатора, управляющий вход которого соединеи с выходом второго узла сравйения, а к выходу коммутатора подключен вход второго распределителя импульсов, первый и второй выходы кото-, рого соединены с входами соответствен"

„ 35 но третьего и четвертого усилительноразвязывающих узлов, выходы первогочетвертого 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 вольтодобавочноro трансформатора, причем индуктивности Е, и Е соответственно первого дросселя и каждой полуобмотки второго дросселя связаны с емкостью С каждого конденсатора соотношениями l

4g — 1

47 f III C 9 где Q u g — добротности зарядного и разрядного контуров;

f — частота входного нас пряжения;

n — число, показывающее во сколько раэ частота зарядного контура большечастоты входного на1576885

Тираж 658

Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор И.Горная

Заказ 1846

Составитель А.Волкова

Техред Л.Сердюкова Корректор Э.Лончакова