Способ регулирования напряжения на трехфазной нагрузке

 

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при регулировании напряжения на нагревательных элементах электропечей сопротивления, Сущность изобретения: для регулирования напряжения на трехфазной нагрузке 7-9, первая группа выводов для подключения которой связана с выводами для подключения соотQА оо ветствующих фаз сети, а другая группа выводов через тиристорные ключи 1-6 фазной группы, имеющих общую точку соединения с нулевым выводом и связана с выводами соответствующих тиристорных ключей 10- 15 линейной группы, нагрузку 7-9 каждой фазы подключают тиристорными ключами 1-6 фазной группы к соответствующему фазному напряжению, а тиристорными ключами 10-15 линейной группы к соответствующему линейному напряжению . Меняют угол подключения нагрузки к фазному или линейному напряжениям. Тиристорные ключи 10-15 линейной группы подключают соответствующую нагрузку 7-9 к выводу для подключения предшествующей фазы сети. Регулирование осуществляют в два этапа. На первом этапе регулирования углы включения тиристорных ключей фазной группы сц, . отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих линейных напряжений . UAC - для тиристорных ключей фазы А, вс оо И ш М ;vj ;оо ;СО Ю iOJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s Н 02 М 5/257

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ъ (21) 4852772/07 (22) 24.07.90 (46) 30,11.92. Бюл. N 44 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) А.В.Кипенский и И.П.Архиереев (56) Карасев А.В. "Трехфазные трансформаторно-.тиристорные регуляторы переменного напряжения с импульсной и амплитудноимпульсной модуляцией. Автореферат канд. диссертации. Харьков, 1984, К 370600, кл, 6 05 F 3/00, 1967. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТРЕХФАЗНОЙ НАГРУЗКЕ (57) Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при регулировании напряжения на нагревательных элементах электропечей сопротивления, Сущность изобретения: для регулирования напряжения на трехфазной нагрузке 7-9, первая группа выводов для подключения которой связана с выводами для подключения соот„„ .ЫÄÄ 1778893 А1 ветствующих фаз сети. а другая группа выводов через тиристорные ключи 1-6 фазной группы, имеющих общую точку соединения с нулевым выводом и связана с выводами соответствующих тиристорных ключей 1015 линейной группы, нагрузку 7-9 каждой фазы подключают тиристорными ключами

1-6 фазной группы к соответствующему фазному напряжению, а тиристорными ключами 10-15 линейной группы к соответствующему линейному напряжению. Меняют угол подключения нагрузки к фазному или линейному напряжениям. Тиристорные ключи 10-15 линейной группы подключают соответствующую нагрузку 7-9 к выводу для подключения предшествующей фазы сети. Регулирование осуществляют в два этапа. На первом этапе регулирования углы включения тиристорных ключей фазной группы аф . отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих линейных напряжений. UA<: — для тиристорных ключей фазы А, 1778893

ЗО

Овд — для тиристорных ключей фазы В, неизменны и равны нулю, Углы включения тиристоров линейной группы an, отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих фазных напряжений, Uc — для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению Одс, UA — для тиристорных ключей, подключающих ьЛзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при регулировании напряжения на нагревательных элементах электропечей сопротивления.

Известны способы регулирования напряжения на трехфазной несекционированной нагрузке путем фазоступенчатого подключения нагрузки к отпайкам от первичных и вторичных обмоток трансформатора с помощью двух групп тиристорных кльочей (Карасев А.В. Трехфазные трансформаторно-тиристорные регуляторы переменного напря>кения с импульсной и

àMïëèòóäíîèмпульсHой модуляцией. Автореферат канд, диссертации, Харьков, 1984).

Недостатком таких способов является необходимость в отпайках от обмоток трансформатора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является избранный в качестве прототипа способ регулирования напряжения на трехфаэной нагрузке (А,с, Г1 370б00, Устройство для регулирования напряжения на трехфазной нагрузке/ Архиереев И.П, Опубл, 15.11.73, БИ

N 11), первая группа выводов для подключения которой связана с выводами для подключения соответствующих фаз сети, а другая группа выводов через тиристорные ключи фазной группы, имеющие общую точку соединения с нулевььм выводом сети и связана с выводами соответствующих тиристорных ключей линейной группы, flo которому нагрузку каждой фазы подключают тиристорными ключами фазной группы к нулевому выводу, прикладывая к ней соответствующее фазное напряжение, а тиристорными ключами линейной группы к выводам для подключения последующих фаз сети, прикладывая к ней соответствующее линейное напряжение, опережающее соответствующее фазное на 30 эл.град, При этом на первом этапе регулирования тиристорные ключи фазных групп включают в моменты перехода фазных напряжений через нулевые значения и изменяют углы нагрузку к напряжению Овд и Ов — для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению Осв, меняют в диапазоне

0...150 эл.град. На втором этапе регулирования тиристорные ключи линейной группы закрывают, а углы включения тиристорных ключей фазной группы меняют в диапазоне

0„.150 эл,град. 10 ил, включения тиристорных ключей линейных групп, а на втором этапе тиристорные ключи линейных групп закрывают и изменяют углы включения тиристорных ключей фазных групп, . Недостатком такого способа регулирования напряжения является скачкообраз ное увеличение напряжения на нагрузке при переходе от первого этапа регулирования ко второму, Это приводит к неоднозначности регулировочной характеристики и, следовательно, к неустойчивости работы регулятора напряжения.

Целью изобретения является улучшение регулировочной характеристики регулятора напряжения на трехфазной нагрузке и повышение устойчивости его работы.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе напряжения на трехфазной нагрузке, первая группа выводов для подключения которой связана с выводами для подключения соответствующих фаз сети, а другая группа выводов через тиристорные ключи фазной i р у п п ы, имеющие общую точку, соединена с нулевым выводом и связана с первыми выводами соответствующих тиристорных ключей линейной группы, последние подключают нагрузку к выводу для подключения предшествующей фазы сети, при этом регулирование осуществляют в два этапа, на первом этапе регулирования углы включения тиристорных ключей фазной группы аф отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих линейных напряжений, 0дс — для тиристорных ключей фазы А, Ugp, — для тиристорных ключей фазы В и Осв— для тиристорных ключей фазы С, неизменны и равны нулю, а у;лы включения тиристоров линейной группы ал, отсчитываемые от моментов прохождения через нуль соответствующих фазных напряжений, Uc — для тиристорных ключей. подключающих нагрузку к напряжению Одс, Од — для тиристорных

45 ключей, подключающих нагрузку к напряжению Uap u Ue — для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению

1778893

Осц, меняют в диапазоне 0...150 эл,град., на втором этапе регулирования тиристорные ключи линейной группы закрывают, а углы включения тиристорных ключей фазной группы меняют в диапазоне 0...150 эл.град.

Осуществление заявляемого способа регулирования напряжения поясняется с помощью устройства, представленного на чертежах. На фиг,1 приведена схема подключения тиристорных ключей, нагрузки и сети. На фиг.2 показана функциональная схема системы управления тиристорными ключами. На фиг.3 приведен пример схемной реализации распределителя управляющих импульсов для тиристорных ключей. На фиг.4 показаны кривые напряжений на нагрузке на первом этапе регулирования. На фиг.5 приведена регулировочная характеристика, На фиг,6 и 7 представлена блоксхема загрузки данных в систему управления, На фиг,8 и 9 показанные временные диаграммы работы устройства. На фиг,10 приведены временные диаграммы работы программируемого таймера в 5-м режиме — аппаратно-управляемый строб.

Тиристорные ключи 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 (фиг.1) фазной группы образуют общую точку, предназначенную для подключения последовательно включенной с ними трехфазной нагрузки 7, 8 и 9 к нулевой шине питающей сети и подаче на нее соответствующих фазных напряжений сети, тиристорные ключи 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15 линейной группы подключены одними выводами к общей точке соединения нагрузки и соответствующих тиристорных лучей фазной группы, а другими — к выводам для подключения соответствующих предшествующих фаз питающей сети.

Система управления (фиг.2) содер>кит микроЭВМ 16 с блоком ввода данных 17, два трехканальных программируемых таймера 18 и 19, имеющих с микроЭВМ 16 общую шинную организацию за счет подключения их входов ЗП и ЧТ к шине управления, входов ВМ, АРА1 к шине адреса и входом 0 -D7 к шине данных, Т вЂ” входы тактирования программируемых таймеров

18 и 19 подключены к выходу генератора тактовых импульсов микроЭВМ 16, входы управления Pig Р1, Р2 таймера 18 и входы управления Р, Р1, Р2 таймера 19 подключены соответственно к первым выходам каналов 20...25 блока синхронизации, ка>кдый из трех первых каналов блока синхронизации, например, канал 20, выполнен в виде ком50

40 паратора 26, выход которого через форми- 45 рователи 27 и 28 подключен ко входам логического элемента ИЛИ 29. выход логического элемента 29 является первым выходом канала 20, входом которого являются входы компаратора 26, подключенные к выводам а и с трансформатора 30, вход канала

21 подключен к выводам Ь и а трансформатора 30, а вход канала 22 подключен к выводам с и Ь трансформатора 30, каждый из трех вторых каналов блока синхронизации, например, канал 23, выполнен в виде компаратора 31, выход которого через формирователи 32 и 33 подключен ко входам логического элемента ИЛИ 34, выход логического элемента ИЛИ 34 является первым выходом канала 23, входом которого являются входы компаратора 31, подключенные к выводам О и С трансформатора 30, вход канала 24 подключен к выводам О и а трансформатора 30, вход канала 25 подключен к выводам О и Ь трансформатора 30, входные выводы которого А, В, С и О подключены к соответствующим входным выводам регулирующего органа, выходы Вых, Вь!х(, Выход таймера 18 и выходы Вьеф, Вых(и Вых2таймера

19 подключены через соответствующие формирователи 35„,40 к первой группе входов распределителя импульсов 41, ко второй группе входов которого подключены вторые выходы каналов 20...25 блока синхронизации, которыми являются выходы компараторов, выходы распределителя импульсов 41 через выходные каскады 42...47 подключены соответственно к управляющим электродам тиристоров 1...6 фазных групп, а через выходные каскады 48...53 — к управляющим электродам тиристоров

10.„15 линейных групп, кроме того специальный выход распределителя импульсов подключен ко входу запроса на прерывание микроЭВМ 16.

Расп редел ител ь им пул ьсо в 41 (фи r.3) содержит пары логических элементов И и

ЗАПРЕТ 54 и 55, 56 и 57, 58 и 59, 60 и 61, 62 и 63, 64 и 65, а также логический элемент

ИЛИ 66, первые входы каждой пары логических элементов И и ЗАПРЕТ объединены в общую точку с одним из шести входов логического элемента ИЛИ 66 и образует первую группу входов распределителя импульсов

41, вторую i руппу входов которого образуют объединенные попарно в общие точки вторые входы пар логических элементов, выход логического элемента ИЛИ 66 является специальным выходом распределителя импульсов 41.

Заявляемый способ реализуется в устройстве следующим образом. Система управления предусматривает два режима переключения тиристорных ключей. соответственно двум этапам регулирования напряжения. В первом режиме (фиг,4) угль.

1778893 где о>8 = 2 л/Tc .

Д N = Nl - Nl-1.

5Тс

Ип =

55 для второго режима

Nm/2кений (0дс для тиристорных ключей 1 и 2; 0вд для тиристорных 5 ключей 3 и 4; 0сп для тиристорных ключей

5 и 6) через нулевые значения в область положительных значений (фиг.8,а), неизменны и равны нулю, а регулируются углы включения ал тиристорных ключей линей- 10 ных групп, отсчитываемые от моментов про. хождения синусоид соответствующих фазных напря>кений (Uc для тиристорных ключей 10 и 11; UA для тиристорных ключей

12 и 13; 0в для тиристорных ключей 14 и 15) 15 через нулевые значения в область отрицательных значений (фиг.8,а), от нуля до 150 эл.град. В0 втором режиме регулируются углы включения (,, тиристорнгях ключей фазных групп от нуля до 150 эл.град, при закрытых тиристорных ключах линейных гругп. В первом режиме действующее напря>кение изменяется от 1,013 0п до 0.569

Un, а во втором — от 0,569 Up до нуля (фиг.5), где Ua — действующее значение линейного 25 напряжения питающей сети.

Благодаря применению распределителя импульсов 41 и соответствующему алгоритму работы микроЭВМ (фиг.б, 7), обеспечивающим поступление управляю- 30 щих импульсов только на тиристоры с положительными анодным напряжением, напряжение на нагрузке в каждой фазе во всем диапазоне, т,е. сначала на первом, а затем на втором этапах, регулируется зада- 35 нием одного цифрового сигнала, определяющего как режим работы устройства, так и величину соответствующих углов управления il.„èëè Яф . Цифровой сигнал задается числом в интервале от 1 до числа Nm, соот- 40 ветствующего сумме диапазонов изменения углов Лл и Яф, равной 300 эл.град. (фиг,5) и, следовательно, определяемого как где Т, — период напряжения питающей сети;

Т и — период так овых импульсов.

Числа Nm и Nm/2 вводятся предварительно в память микроЭВМ 16. При этом для первого режима

1 <: Ni <. Nm/2 и ал = Ni ТтиЖ: аф = (Ni — Nm/2) Тти Вс, Число Ni записывается в ячейку памяти

А микроЭВМ 16. Запись числа Nl может быть осуществлена при помощи блока ввода данных 17 или при помощи самой микроЭВМ

16, работающей в качестве регулятора при организации замкнутой системы авторегулирования, После выборки из ячейки А числа Ni в соответствии с алгоритмом (фиг.б) вычисляется контрольное число. где Ni-1 — предыдущее значение числа, выбранного из ячейки памяти А, после чего производится запись в память чисел hN u Ni.

Перезапись чисел в таймерах 18 и 19 происходит при условии Д N О, Рассмотрим работу устройства при условии Д N 0 в первом режиме (Ni < Nm/2).

Согласно алгоритму (фиг. 6, 7) во все каналы таймера j8 после записи управляющих слов (УС), определяющих режимы работы каналов, производится запись числа М1 равного единице, а во все каналы таймера 19, так же после записи УС, — числа Ni. Начало отсчета записанных в таймерах 18 и 19 чисел производится по сигналам от блока синхронизации, который работает следующим образом.

В компараторе 26 сравниваются два вторичных напряжения Ua u Uc (фиг.б,а) трансформатора 30, при этом выходное напряжение 026 компаратора 26 определяется следующим образом лог.I если Ua Ос, 026 = лог.О, если Ua < Uc.

Таким образом, напряжение на выходе компаратора 26 026= лог.1, если Uac 0 и

026 = лог.0, если Uac < 0(фиг.б,б). По фРонтУ напряжения U26 срабатывает формирователь 27 (фиг.8,в), а по срезу формирователя

28 (фиг.á,ã). В логическом элементе ИЛИ 29 происходит логическое суммирование сигналов 02т и 02я (фиг.8,д). Каналы 21 и 22 блока синхронизации работают аналогичным образом (фиг.8.е,ж).

В компараторе 31 вторичное напряжение Uc трансформатора 30, сравнивается с нулевым потенциалом, при этом выходное напряжение Оз1 компаратора 31 определяется согласно выражению !778893

10 лог.1. если U О;

0З1лог.О, если U > О.

Таким образом, напряжение на выходе компаратора 31 Ug> = лог,1, если Ос О и

0з1 = лог.О, если U > О (фиг.б,з). По фронту напряжения Ua< срабатывает формирователь 32 (фиг.8,и), а по срезу — формирователь

33 (фиг,8,к). B логическом элементе ИЛИ 34 происходит логическое суммирование сигналов Ugz и 0зз (фиг.8,л), Каналы 24 и 25 блока синхронизации работают аналогично каналу 23 (фиг.8,м,н).

С поступлением импульсов от блока синхронизации на входы РP, Р1, Р2 программируемых таймеров 18 и 19 в них начинается отсчет ранее записанных чисел.

Отсчет производи ся путем уменьшения записанного числа на единицу с приходом каждого тактового импульса, поступающего на Т вЂ” вход. А по окончании счета, когда содержимое канала таймера становится равным нулю, напряжение на выходе таймера из состояния логической единицы переходит в состояние логического нуля, Диаграммы работы таймера в режиме 5, выбранном для реализации данной системы управления, приведены на рис,10.

Поскольку в каналы таймера 18 было записано число M> = 1, то временная задержка формируемая этими каналами будет составлять Тт (фиг.9,а,б,в), т.е. практически угол ар =- О. В каналах таймера 19 временная задержка состоит N Tт (фиг.9,г,д,е). По срезам сигналов на выходах Выт, Вьи(и Вм 2 таймеров 18 и 19 формирователи 35...40 формируют импульсы, длительностью. необходимой для отпирания тиристорных ключей (фиг,9,ж-м), В распределителе импульсов 41 (фиг.3) происходит распределение импульсов управления по управляющим выводам тиристорных ключей фазных и линейных групп, таким образом, что импульс управления поступает только на тот тиристорный ключ, к аноду которого приложен положительный потенциал (фиг.9,н-ш), Осуществляется такой принцип распределения за счет сигналов, поступающих со вторых выходов каналов 20...25 блока синхронизации. Кроме того, в распределителе импульсов 41 происходит логическое суммирование импульсов управления в логическом элементе

ИЛИ: 6, результирующий сигнал с которого поступает на вход запроса на прерывание микроЭВМ 16. По этому сигналу микроЭВМ .16 в соответствии с алгоритмом (фиг.6,7) переходиг к началу программы, в результате чего производится выборка из ячейки А числа Ц. Если число М. со времени предыдущей выборки не изменило своего значения, то

5 AN =О, что приведет к сстанову выполнения программы, а в таймерах 18 и 19 будет производится отсчет ранее записанных чисел, С выхода распределителя импульсов 41 сигналы управления поступают на входы

10 выходных каскадов 42...53, при помощи которых осуществляется усилие сигналов управления по мощности, придание им оптимальной формы и обеспечение гальванической развязки тиристорных ключей и

15 системы управления. . Во втором режиме N; o N /2 и в каналы таймера 18 записывается число

М = Nt — N /2

20 а в каналы таймера 19 записывается число

Мз, на 5-10% больше числа (3/5) Nm, соответствующего половине периода сети, т.е.

Каналы таймера 18 буду формировать временные задержки, равные MzT-, а тиристоры фазных групп будут отпираться с

30 лом управления

Мз—

Яр = М2 Тти Ис

При загрузке в каналы таймера 19 числа

35 Мз, он должен был бы сформировать временные задержки

7 = Мз Тти = (0,525 ... 0,550) Тс, однако, поскольку сигналы от блока синхронизации поступают на управляющие входи таймера 19 через временные интервалы равные 0,5 Тс, изменений напряжений на выходах таймера 19 не будет. Это обьясня45 ется тем, что сигнал синхронизации проходит раньше, чем в канале заканчивается отсчет ранее записанного числа Мз, и отсчет записанного числа начинается сначала (фиг.10). Это значит, что во втором режимс тиристорные ключи линейных групп вообще не отпираются, а регулирование осуществляется только тиристорными ключами фазных групп.

Таким образом., при заявляемом способе регулирования напряжения на трехфазной нагрузке устраняется скачок напряжения на нагрузке .при переходе от первого этапа регулирования ко второму и, следовательно, достигается непрерывность

1778893

25

КЗ регулировочной характеристики, обеспечивающая устойчивость работы регулятора.

Формула изобретения

Способ регулирования напряжения на трехфазной нагрузке, первая группа выводов для падкл ачения которой связана с выводами для подключения соответствующих фаз сети, а другая группа выводов через тиристорные ключи фазной группы, имеющих общую точку соединена с нулевым выводом и связана с выводами соответствующих тиристорных ключей линейной группы, по которому нагрузку каждой фазы подключают тиристорными ключами фаэной группы к соответствующему фазному напряжению, а тиристорными ключами линейной группы к соответству ощему линейному напряжению, при этом меняют угол подKflþ eíèÿ нагрузки к фазному или линейному напряжениям, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью улучшения регулировочной характеристики и повышения устойчивости, тиристорные ключи линейной группы подключают соответствующую наt póçKó к выводу для подключения предшествующей фазы сети, при этом регулирование осуществляют в два этапа, на первом этапе регулирования углы включения тиристорных ключей фаэной группы аф, отсчитыва5 емые от моментов прохождения через нуль соответствующих линейных напряжения, ддс — для тиристорных ключей фазы А, UgA — для тиристорных ключей фазы В и Осев для тиристорных ключей фазы С, неиэмен10 ны и равны нулю, а углы включения тиристоров линейной группы ал, отсчитываемые ат моментов прохождения через нуль соответствующих фазных напряжений, Ог. — для тиристорных ключей, подключающих нагрузку

15 к напряжению UA(, UA — для тиристорных ключей, подключающих нагрузку к напряжению UBA u UB — для тиристорных ключей, подключа ощих нагрузку к напряжению

Оса, меняют в диапазоне 0...150 эл.град. на втором этапе регулирования тиристорных ключей линейной группы закрывают, а углы включения тиристорных ключей фазной группы меняют в диапазоне 0...150 эл,град, 1778893 ки

От

Om

Om ня

Om

Om

1778893 дааиса Ю

N dwzp18 UÑË0 pf7 (f баура/7) Раааа Ю

//7и//Ю0 f8

K2rro a

ЛР хапис Ю лайг Ю1Ó

УС Фа им

А7РОСб Ю

rvadarp 13

Ж/СЛО Фс ф амбал) ЛРп/и Ю лааЕЕа1

УС Л 63йУл(У

1778893

У

Лют Ю . / ® / / Л / 2 (1%7ЖУЛ) . geneva Ю

Юйй 1В

УС2ИОНОЛ

Ля рл d ааавер/г / /СЛ hg

Q ж .жаю) Фиг.7

38oUc Р лай гр 1У

УСФ гажаю

Л /ЮСО Р та& ЮЮ

УС /ж7ЯУлР

7ври Р д7айЯ 1Ю

ЮСЛ7/ у (Arg//am),7йУ ЫВ Ф аюажр18

УРБИ @

)778893

1778893

Фиг. 9

Bb)X.

Редактор

Заказ 4201 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Ьв.о а ии.g

Ю

01d.г 6 ив.о г и19.! р ииг е игв игв > вги

II "„ изэ м

Ьгц а за

Имп

Uyg

P и вс

%п в у и„ ивох

Ъц ивги

5З цу ис 70

Составитель И.Архиереев

Техред M.Моргентал Корректор 3;Салко