Регулятор переменного тока ,вптбл <f^,^f• vfr"^?^?я s:i«ainyi

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 433460 (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 29,09 «69(21Д363038/24-7 с присоединением заявкИ(367396/2ф-7 (32) Приоритет—

Опубликовано 25,06,74 Бюллетень № 23 (51) М. Кл.

Гвсудерственный неинтет. Севвтв Министров СССР вв лепак ыиевретений н етирытнй

Д УД1 6ИЛ6 °, 722 (088 ° 8) Дата опуоликования описания 05,07«74 (72) Авторы изобретения

Е.Г. Захарова и Н.В. Захаров

Горьковский политехнический инститУт им. А.А«Жданова (71) Заявитель рП7Б

ФвйА " - - йй (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к эле- 1 ктрическим регуляторам напряжения и может быть использовано в тех электрических установках,ще требуется плавное бесконтактное и быстродействующее регулирование выходного напряжения или тока.

Известны регуляторы переменного тока последовательного типа, регулирующий элемент которых выполнен на мостовом магнитном усилителе.

Такие регуляторы характеризуются тем,что переходный процесс в силовой цепи и изменении сигнала равления (тока подматничивания) значительно затянут. Даже при преобладании активного сопротивления в цепи управления при скачкообразном изменении сигнала управления переходный процесс в цепи нагрузки длится в течение

5-ХО периодов питающего напряжения. Небольшое быстродействие та кого усилителя ограничивает обла- I сть его применения.в результате

IVего появляется необходимость прй менения менее простых,но более быстродействухщих схем регуляторов другого типа.

6 Цель изобретения — создание простого и надежного быстродействующего магнитно=тиристорного усилителя с ре лируемым коэффициентом обратной связи. Результи1о рующее запаздывание, такого регулятора при управлении с помощью угла открытия тиристора не превышает половины периода питающего напряжения как при увеличении,так

I5 и при уменьшении сигнала управления«

Кроме того, целью изобретения является значительное упрощение схемы, уменьшение веса и габаритов

2о егулятора вследствие. совмещения рабочих обмоток и обмоток обратной связи, отсутствие обмотки, смещения, минимальное число полупроводниковых вентилей и большой ав )коэффициент усиления. .!

Это достигается благодаря

433460

3 включению в цепь обратной связи мостового магнитного усилителя управляемого активного сопротивления,например симметричного тиристора Изменяя угол открытия тиристора,включенного в цепь обратной связи с помощью специального блока управления, можно менять величину тока обратной связи, коэффициент усиления усилителя и, следовательно, величину тока нагрузки

Для согласования и развязки напряжений сети и потребителя и увеличения диапазона регулирования регулятор снабжен дополнительным трансформаторным элементом, например понижающим, первичная обмотка которого соединена последовательно с мостом регулирующего элемента, причем магнитные системы регулйрующего и трансформаторного элементов индуктивно связаны между собой.

Цепь подмагничивания выполнена в виде источника переменного тока, например трансформатора с повышенным рассеянием, включенным последовательно с двусторонним вентилем,а для использования регулятора в многофазной системе каждая фаза системы содержит регулирующий орган, цепи подмагничивания которых соединены последовательно и подключены к единому источнику питания,а цепи управления двусторонними вентилями подключены к многофазному блоку управления.

На фиг. Х показана принципиальная электрическая схема магнитно=тиристорного регулятора напряжения с регулируемой обратной связью; на фиг. 2 — схема однофазного регулятора напряжения трансформаторного типа; на фиг.

3 — схема магнитно=тирйсторного регулятора напряжения с самовозбуждением; на фиг. 4 — схема трехфазного регулятора.

Однофазный регулятор (усилитель)магнитно=тиристорного типа (см. фиг Х) представляет собой управляемый дроссель насыщения, выполненный, например,на двух магнитопроводах М, и 1И обычного типа. каждый сердеч ик дросселя имеет два комплекта обмоток - обмотки управления W и рабочих

4 обмоток wp причем рабочая оомот° ° эцзделена на две равные части (/2). Все четыре рабочих обмотки соединены в мостовую схему,к

5 Одной из диагоналей которой последовательно с наГрузкой Zqпод ключается питающее напряжение U, к другой - симметричный тиристор

Т. Для работы регулятора в режи д ме положительной обратной связи достаточно применения обычного тиристора. Жристор запускается с помощью специальной схемы управления БУ,например импульсно=фазовой Если число витков Обмоток магнитопроводов одинаково и сердечники идентичны,то на диагонали моста,где включен тиристор,будет отсутствовать напряжение основной

2о частоты (частоты сети). К этой же диагонали моста или к отдельным обмоткам управления усилителя,соединенным так,что в них не наводится э.д.с. основной частоты,чеи рез фильт йробку (z простейшем случае дроссель Ь ) подключается источник постояннОГО тока 1„ у . ToK управления I ц служит только для возбу@дения усилителя и величина зо его составляет всего 3-4 . от номинального рабочего тока усилитеЛЯе

При отсутствии возбуждения магнитопроводов током I ретуляЗ5 тор представляет собой обычный неуправляемый дроссель=индуктивность,включенную последовательно с нагрузкой в цепь переменного тока, По нагрузке протекает пере4О менный ток,определяемый входным напряжением и полным сопротивлением цепи переменного тока, При наличии возбуждения магнитопроводов постоянным полем (ток l не

45 равен О) регулятор представляет собой обычныи управляемый дроссел насыщения. Величина тока,протекающего по Йагрузке,зависит при прочих равных условиях только от

5о величины тока управления. Одновременно при возбуждении усилителя на диагонали моста,где подключен тиристор,появляется напряжение двойной частоты,так же как, и на обмотке управленйя W . Дроссель препятствует протеканию токов двойной частоты через источник постоянного тока.

При наличии сигнала на уп433460

5 равляющем электроде тиристора последний открывается,что приводит к однополупериодноыу выпрямленив напряжения двойной частоты.

Выпрямленный ток,протекая по двум параллельным контурам рабочих обмоток,(сплошные линии на фиг.Х} создает дополнительное подмагничивание сердечников постоянным полем. Величина этого тока обратной связи прямо пропорциональна среднему значению тока нагрузки.

В зависимости от угла открытия тиристора величина тока обратной связи и,следовательно, тока нагрузки может регулироваться. При изменении угла открытия тиристора от 0 до Х80О основной частоты ток нагрузки изменяется от минимально го до максимального. Дополнительно регулирование выходного напряжения может происходить (при одном и том же угле управления) при изменении тока подмагничивания.

Предлагаемый усилитель может работать как в области положительной обратной связи (направление поля обратной связи совпадает с направлением поля возбуждения),так и в области отрицательной обратной связи, когда направление полей противоположно. В первом случае уегулятор представляет собой источник напряжения,во втором — источник тока. Так как цепь управления обычно служит только для возбуждения регулятора, габаритная мощность дросселя в цепи управления незначительна. Вес дросселя не превышает 3-5j веса активных материалов регулятора.

Быстродействие предлагаемого регулятора происходит следующим образом. При снятии сигнала управления и закрытии тиристора после перехода напряжения двойной частоты через 0 (см. фиг. l) в предлагаемом регуляторе отсутствует короткозамкнутый контур силовой цепи,что уменьшает время переходного процесса до полупериода питающего напряжения.

Магнитопровод однофазного регулятора напряжения трансформаторного типа (см. фиг. 2) состоит из трех сердечников любого типа: броневого стержневого или то ального. при этом Один из них главный (ман итопровод МЗ),a два других - добавочные (магнйтные шунты

М4 и щб), В ряде случаев рациональнее всего применение четырехстержневого плоскопараллельного сочлененного махнитопровода Часд ти первичной обмотки W< расположены на всех сердечниках магнитопровода, вторичная - Wq только на главном магнитопроводе М3. Обмотки W и W мо быть соединены

1о и по автотранс рматорной схеме.

Части первично обмотки w„,расположенные на шунтах М4 и М5,разделены на две равные части и соединены таким образом,что образуют

ы мостовую схему,к одной из диагоналей которой подключается управляемый специальной схемой управлении тиристор Т. На вспомогательных сердечниках расположены также

20 обмотки управления W>,coåäèíåísûå таким образом, чтобы в цепи возбуждения (управления) не наводились токи основной частоты. Цепь юзбуждения через фильтр L подключена;

25 к источнику постоянного тока U<

При подключении первичной обмотки, к сети переменного тока величина переменных потоков каждого магнитопровода будет зависеть от сече- . но ния магнитопровода и числа витков соответствующей обмотки. Величина выходного напряжения Uz (напряжение на обмотке% ) таким образом будет определятся числом витков ж этой обмотки и потоком основной частоты главного магнитопровода.

При наличии возбуждения магнитопроводов полем основной частоты и полем обмотки возбуждения на диа4о гонали тиристора появляется наыряжение основной частоты. Если тиристор открыт,по обмоткам М/, протекает однополупериодный ток двойной частоты, вызывающий подмагничи45 вание шунтов. Изменяя угол открытия тиристора можно в широких пределах менять степень насыщения добавочных матнитопроводов,что вызывает изменение величины йеременщ ного магнитного потока главного магнитопровода,а значит и выходное напряжение регулятора. Предлагаемый рбйулятор обладает меньшим расходом активных материалов

s5 (так как не имеет специальной обмотки обратной связи как и обмотки смещения),чем подмагничиваемые регуляторы обычного типа или блок дроссель-трансформатор с раздельными магнитопроводами. Но главное

7 преимущество такого регулятораего высокое быстродействие,объясняющееся тем,что при измвнении величины сигйала,поступающего на тиристор,он уже в последующий полупериод напряжения изменяет величину выпрямленного тока,а значит и степень намагничивания добавочных магнитопроводов.

На фиг. 3 приведена другая схема магнитотиристорного регулятора напряжения — схема с самовозбуждением. Для упрощения схемы и уменьшения веса активных материалов регулятора система возбуждения изменена. Последовательно с тиристором в диагональ моста рабочих обмоток включен вспомогательный источник питания переменного тока, например понижающий трансформатор То с большим реактивным сопротивлением. При подключении первичной обмотки трансформатора к сети в диагонали мсста,т.е. цепи обратной связи появляется небольшое напряжение основной частоты. При подаче сигнала на открытие тиристора происходит выпрямление этого напряжения.

Под действием выпрямленного тока, протекающего по обмоткам усилителя,появляется напряжение двойной частоты, значительно большее по величине. Таким образом происходит возбуждение регулятора.

Дальнейшая работа регулятора аналогична работе уже описанного усилителя. Такое возбуждение можно получить при подключении обмотки у регулятора к сети переменного тока. Естественно,что отсутствие обмоток управленйяМl и дросселя=фильтра i упрощает схему по сравнению с описанной.

На фиг. 4 приведена схема трехфазного быстродействующего регулятора. Схема представляет собой соединение в звезду (или треугольник) трех однофазн х реГуляторов,описанных выше. Обмотки управления (возбуждения) W соединяются последовательно,что униП

8 чтожает гармоники двойной частоты на выходе атой цепи, значит дроссель фильтра отсутствует,в результате чего упрощается схема регуля5 тора.Три тиристора управляются ,т азным блоком формирования управляющих импульсов (БУТ) .

Х. Регулятор переменного тока последовательного типа,регулирующий элемент которого вйполнен

i5 аа мостовом магнитном усилителе с цепью подмагничивания,отличающийся тем,что,с целью повышения быстродействия и надежности, умень-. шения веса и габаритов,в одйу из

2о диагоналей моста включен двусторонний вентиль, например симистор, соединенный с блоком управления.

2. Регулятор по и. Х,отличающийся тем, что,с целью согласоz5,вания и развязкй напряжений сети и потребителя и увеличения диапазона регулирования, регулятор снабжен дополнительным трансформаторным элементом, например понижающим,первичная обмотка которого соедйнена последовательно с мостом регулирующего элемента, причем магнитные системы регулирующего и трансформаторного элементов индуктифно связаны меЗДу сОбОЙ.

4. Регулятор по п. Х,отличающийся тем,что цепь подмагничивания выполнена в виде источника переменного тока, например транс4о форматора с повышенным рассеянием, включенным последовательно с дву. сторонним вентилем.

4. Регулятор по и. I,oòëè÷àющийся тем,что,с целью исйользо-.

45 вания Регулятора в многойазной системе,каждая фаза системы содержит рогулирукщий Орган,цепи подмагничивания которых соодйноны последовательно и подключены к единому источник питания,а пепи упРавлония двусторонними вентилями подключены к многофазному блоку управле ния ° риоритет по п.2 исчислять с I7.I0.69