Патент ссср 373710

 

3737IO

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

") Зависимое от авт. свидетельства М-Заявлено 24.Vf f 1.1970 (№ 1474082/24-7) с присоединением заявки № 1474077/24-7

Приоритет ——

Опублнковано 12.fll.1973. Бюллет-.нь J¹ 14

Дата опубликовапи» описан»» 16.X.1973

М.Кл. С 05f 1/38

Государстееииый комитет

Соеета Мииистрае СССР, Ао делам изобретеиий и открытий

А втор изобретелия

Л. Ф. Алексеев

Заявитель

РЕГУЛЯТОР ПEPEMEHHOГО НАПРЯЖЕНИЯ напряжением тиристора.

Обмотки обратной связи дроссельных магнитных усилителей регуляторов, включаемых в каждую фазу, соединены по схеме «звезда; > и включены на разностпое напряжение однофазных выпрямителей, питаемых соответст вующими выходными напряжениями, что позволяет использовать регулятор в трехфазной системе регулирования.

10 На фиг. 1 дана принципиальна» схема описываемого регулятора; на фиг. 2- — схема однотактпого магнитно-тпристорного ключа; иа фиг. 3 — осциллограммы напряжений к схеме на фиг. 2; на фиг. 4 — схема ключа со смс15 щением; на фиг.. 5 — осциллограммы напр» женпй к схеме на фиг. 4; па фиг. 6 и 7 — схемы включения смещения, два варианта; на фиг. 8 — принципиальная схема регулятора с обратной связью; на фиг. 9 — то же, с самона20 сыщением; на фиг. 10 и 11 — принципиальные схемы трехфазных регуляторов; на фиг. 12— принципиальная схема выравнивания выходных напряжений для трехфазного регуля roра.

25 Регулятор (см. фиг. 1) состоит из встрсчно-параллельно соединенных тиристоров 1 и

2 и дроссельного магнитного усилителя, рабочие обмотки 3 и 4 которого включены между анодами и управляющими электродами

Зо тиристоров, соответственно. Между катодами

Известны регуляторы переменного напряжения на первичной стороне питающего трансформатора нагрузки, содержащие встречно-параллельно соединенные тпристоры в качестве регулирующих элементов и дроссельный магнитный усилитель в качестве управляющего элемента. Однако такие регу ляторы нс находят широкого применения изза структурной неустойчивости, обусловленной интегральным процессом накопления небаланса (постоянной составляющей) напряжения на трансформаторе нагрузки, вызванного несимметрией регулятора или питаюгцей сетью, что приводит к его насыщению вплоть до короткого замыкания питающей сети че рез регулятор и первичную обмотку насыщенного трансформатора.

Для обеспечения структурной устойчивости в предлагаемом регуляторе каждая рабочая обмотка дроссельного магнитного усилителя включена между анодом и управляющим электродом соответствующего из встречно-параллельно соединенных тиристоров.

Между катодом и управляющим электродом каждого из тиристоров включена параллель ная цепочка, состоящая из линейного дросселя и сопротивления, например нелинейного, а в цепь управляющего электрода каждого тиристора введен источник переменного напряжения смещения в противофазе с анодным

УД 1; 621.316.?22 (088.8) 373? I0 и управляющими электродами тирнсторов включены параллельно соединенные сопротивления 5 и 6 и линейные дроссели 7 и 8. В цепи управляющих электродов тиристоров последовательно включены источники 9 и 10 переменного напряжения смещения.

Тиристор 1 и рабочая обмотка > (см. фиг.

2) образуют магнитно-тиристорный ключ. В положительный полупериод питающее напряжение U (см. фиг 3) приложено к рабочей обмотке >. Начальная составляющая напряжения U>. управления определяется нам агничивающим током обмотки, который протекает по параллельно соединенным сопротивлению 5 и цепи управляющий электродкатод тиристора, и недостаточна для его отпирания. После насыщения усилителя ток в цепи обмотки 8 начинает резко нарастать, напряжение У» увеличивается до напряжения отпирания, тиристор отпирается и своей цепью анод-катод шунтирует рабочую обмотку усилителя. Напряжение на усилителе спадает до падения напряжения на открытом тиристоре, и на управляющем электроде тиристора устанавливается положительное напряжение, которое определяется анодным током.

При переходе на отрицательную полуволну питающего напряжения U тиристор 1 запирается и происходит обратное перемагничиванис сердечника усилителя. Сопротивление 5 при этом шунтирует запертый управляющий переход тиристора, обеспечивая нормальное перемагничивание усилителя. В положительном полупериоде сопротивление 5 уменьшает начальную составляющую напряжения управления от намагничивающего тока. В оощем случае сопротивление 5 может быть нелинейным (диод) .

Благодаря релейному действию схемы регулятора обеспечивается надежное отпирание тирпсторов независимо от разброса параметров управления, а мощность управления сводится к предельно минимальной.

Однако двухтактпая схема регулятора не обеспечивает работы на индуктивную нагрузку (трансформатор) при токе, меньшем тока удержания тиристора, а также на индуктивную нагрузку за выпрямителем. Характеристика управления рсгулятора (зависимость напря>кения на выходе от тока управления) имеет релсйный начальный участок в области углов управления а = 170 — 180, что связано с изменением формы импульса управления. Кроме того, схема обладает остаточной несимметрисй из-за разброса параметров тиристоров и цепей рабочих обмоток усилителя в области насыщения несмотря на то, что средние за период значения напряжений на обмотках усилителя теоретически равны нулю. Эта несимметрия определяется разностью длительностей фронтов импульсов управления.

Работа на индуктивную нагрузку и устранение релсйпости обеспечивается включс )

)о

5О

>0 ()О нпсм в цепь управляющего электрода регулирующего тиристора источника 9 переменного напряжения U- смещения в противофазе с питающим на пря>кением Un (см. фиг. 4 и 5). В положительном полупериоде сетевого напряжения начальная часть импульса управления смещается в отрицательную область (и отсекается диодом схемы смещения), а отпирание становится более четким за счет перевода момента отпирания на более высокую и крутую часть импульса тока насыщения усилителя. В отрицательном полупериоде сетевого напряжения смещение меняет знак и поддер>кивает тиристор в открытом состоянии в прямом направлении независимо от величины анодного тока. При переходе от положительного полупериода к отрицательному благодаря индуктивпости обмотки 3 усилителя спад тока управления затягивается, затем включается смещение, так что ток управления не спадает до нуля. Таким образом надежно обеспечивается диодное состояние тиристора во всем интервале проводимости, обусловленном нагрузкой. Недостатком схемы смещения является увеличение (в определенных допустимых пределах) обратного тока утечки тиристора и потерь при отрицательном анодном напряжении и положительном токе смещения.

Вторичная обмотка 11 трансформатора источника смещения, питаемого от той же сети, может быть включена непосредственно в цепь управляющего электрода (см. фиг. 6), а также последовательно с сопротивлением 5 (см. фиг. 7), при этом напряжение смещения вычитается из анодного. Диод 12 отсекает отрицательную часть импульса управления, При выполнении схемы должно соблюдаться условие противофазности напряжения смещения и анодного напряжения, поскольку при фазовом сдвиге меньше 180 происходит неуправляемое отпирание тиристора смещением в конце полуволны анодного напряжения, т. е. неполное закрытиерегулятора. При фазовом сдвиге более 180 тиристор отпирается смещением в начале полуволны анодного напряжения, т. е. имеет место неуправляемое полное открытие регулятора. Потери в тиристоре можно несколько уменьшить, если использовать вместо синусоидального напряжения смещения напряжение, близкое к прямоугольному, для чего трансформатор смещения включают в сеть через амплитудный ограничитель на кремниевых стабилитронах и гасящее сопротивление.

Прн введении смещения релейность на характеристике управления регулятора полностью устраняется.

Структурная неустойчивость системы первичного регулирования определяется несимметрисй собственно регулятора, поскольку система сеть-трансформатор структурно устойчива: благодаря нелинейности характеристики намагничивания трансформатора постоянная составляющая магнитного потока, 373710

;.возникающая в перехадных режимах, сводится к нулю за определенное число циклов перемагничивания с частотой сети.

Для уменьшения несимметрии (небаланса) в регулятор введена инерционная статическая система выравнивания, образованная шунтированием цепей нагрузки усилителя линейными дросселями 7 и 8. Система выравнивания (см. фиг. 1) по своему дйствию аналогична схеме (см. фиг. 8) отрицательной .обратной связи по напряжению небаланса регулятора, для выполнения которой необходимы второй комплект рабочих обмоток 18 и

14 усилителя и те же линейные дроссели 7 и .8. Среднее за период напряжение небаланса определяется разностью постоянных составляющих напряжений управления тиристоров

1 и 2, поскольку. среднее за период значение напряжения на обмотках 8 и 4 усилителя равно нулю. Шунтирующие дроссели уменьшают указанные постоянные составляющие до величины, определяемой соотношением активного сопротивления дросселя и эквивалентного сопротивления управления (определяемого по вольт-амперпой характеристике управляющего перехода, шунтированного сопротивлением 5).

Дополнительное выравнивание несимметрии в схеме регулятора достигается согласованием вольт-амперных характеристик цепей управления. Напряжения отпирания тиристоров выравнивают включением последовательно в цепь управляющего электрода нескольких диодов 12 (см. фиг. 6) в качестве стабилитронов, а токи управления — подрегулировкой сопротивлений 5 и б.

Для повышения коэффициента усиления регулятора управляющий магнитный усилитель может быть выполнен по схеме с самонасыщением (см. фиг. 9), для чего последовательно с рабочими обмотками усилителя включают диоды 15 и 16, а смещение выполняют с трансформаторами 11 и 17 и диодами

12 и 18. Выравнивание напряжений отпирания осуществляется сопротивлениями 5 и б, выравнивание токов управления обеспечивается относительно малой величиной сопротивлений 5 и б по сравнению с сопротивлением управляющего перехода.

Предлагаемая схема первичного регулятора проста, обсспечивает высокую симметрию регулируемого напряжения и тем самым устойчивую работу систем первичного регулирования. Схема по"-воляст широко использовать для регуляторов на стандартные напряжения сети 127, 220 и 380 в серийные промышленные магнитные усилители, что особенно важно для успешного внедрения регуляторов.

Трехфазный регулятор (см. фиг, 10 и 11) выполнен на базе описываемого однофазного и допускает любой из вариантов включения фазных регуляторов 19 — 21: на фазном напряжении (см. фиг. 11) при соединении трансформатора нагрузки 22 по схемам

:35

«0

«звезда с нулем — звезда» и «звезда-звезда» (см. фиг. 10), «звезда с нулем †треугольн» и «звезда — треугольник», а также на линейном напряжении при соединении трансформатора посхемам«звезда — звезда», и «звезда— треугольник». При этом обеспечивается надежная работа на активно-индуктивную нагрузку на переменном и выпрямленном токе (трехфазный выпрямитель на вторичной стороне трансформатора).

Для устранения несимметрии выходных напряжений, вызванной неодинаковыми характеристиками управления фазных регуляторов, в трехфазном регуляторе выполнена схема выравнивания выходных напряжений (см. фиг. 12). Схема содержит выпрямители

28 — 25 с балластными сопротивлениями

26 — 28, которые через разделительные трансформаторы 29 — 81 включены параллельно первичным обмоткам трансформатора нагрузки, и обмотки 82 — 84 обратной связи фазных магнитных усилителей, соединенные в

«звезду» и включенные через фильтровые дроссели 85 — 87 на разностное напряжение выпрямителей, также соединенных в «звезду». Схема выравнивания является статической системой взаимной обратной связи фазных регуляторов по разности средних значений выходных напряжений: если одно из выходных напряжений увеличивается, то обратная связь запирает регулятор этой фазы и отпирает регуляторы двух других фаз.

Схема выравнивания может быть переключена на выравнивание падений напряжения на регуляторах. При этом трансформаторы

29 — 81 подключают параллельно регуляторам 19 — 21 и обмотки 82 — 84 включают обратной полярностью.

Предмет изобретения

1. Регулятор переменного напряжения на первичой стороне питающего трансформатор а нагрузки, содержащий встречно-пар аллельно соединенные тиристоры в качестве регулирующих элементов и дроссельный магнитный усилитель в качестве управляющего элемента, от.гичаюигийся тем, что с целью обсспечения структурной устойчивости регулятора, каждая рабочая обмотка дроссельного магнитного усилителя включена между анодом и управляющим электродом соответствующего из встречно-параллельносоединенных тиристоров, причем между катодом и управляющим электродом каждого из тиристоров включена параллельная цепочка, состоящая из линейного дросселя и сопротивления, например нелинейного, а в цепь управляющего электрода каждого тиристора введен источник переменного напряжения смещения в противофазе с анодным напряжением тиристора.

2. Peryëÿòîð по и. 1, отличающийся тем, что, с целью использования его в трехфазной системс регулирования, обмотки обратной

373710

Фиг. г

Фиг. 2

Фиг. .

Фиг. 5

Фи2. 7

- иг. b

Фг1Р

Составитель В. Круглова

Фиг V

35 Ю

Фиг 72 связи дроссельных магнитных усилителей регуляторов, вкючаемых в каждую фазу, соединены по схеме «звезда» и включены на разпостное напряжение однофазных выпрямителей, питаемых соответствуюн1ими выходными напри>кениями.

Редактор А. Пейсоченко Тех рсд Л. Грачева

Корректоры О Тюрина и В. Жолудева

Заказ 2513 Изд. ¹ 1292 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Государствспног о комитета

Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

Москва. Ж-35, Раушская наб.. д 4/5

Обл. тип, Костромско|о управления издательств. полигра(пи и книжной торговли