Регулятор переменного напряжения

Авторы патента:

ДАНИЛУШКИН АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

ЗИМИН ЛЕВ СЕРГЕЕВИЧ

РАПОПОРТ ЭДГАР ЯКОВЛЕВИЧ

СИНДЯКОВ ЛЕОНИД ВАСИЛЬЕВИЧ

ЛАРИН ЮРИЙ РОМАНОВИЧ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнл

Рес ублнк

О П И С А H И Е „й)851691

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-вувЂ” (22) Заявлено 17.10.78 (21) 2673632/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) ПриоритетвЂ” (51) М. Кл.

Н 02 М 5/257//

G 05 F 1/44

Гесударстаеииый кпмитет

CCCP

Опубликовано 30.07.81. Бюллетень № 28

Дата опубликования. описания 05.08.81 (53) УДК 621.316. .722 (088.8) по делам иэааретеиий и еткрытий

А. И. Данилушкин, Л. С. Зимин, Э. Я. Рапопорт, Л. В. Синдяков и Ю. P Ларин! : ) (72) Авторы изобретения е

Куйбышевский политехнический институт им. В. B. Kyut>i*rTu -вЂ” (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устройствам для регулирования напряжения потребителей переменного тока промышленной и повышенной частоты повышенной мощности.

Известны регуляторы (1) и (2) .

Однако они не позволяют осуществлять индивидуальное регулирование напряжения потребителей промышленной и повышенной частот в условиях изменения их параметров.

Известен регулятор, который содержит группу встречно-параллельно соединенных тиристоров, дросселя для выравнивания токов между параллельными ветвями тиристоров и схему управления, формирующую пакеты синусоид питающего напряжения, период которых постоянен, а длительность меняется в зависимости от требуемого напряжения на нагрузке (3).

Неравномерное распределение токов между параллельно включенными вентилями в регуляторе приводит к завышению мощностей применяемых вентилей и к необходимости применять выравнивающие, индуктивные делители тока, что приводит к увеличению массы и габаритов устройства и ухудшению его энергетических показателей. Кро2 ме того, этот регулятор работоспособен только на промышленной частоте 50 Гц. Пчмене ние индуктивных делителей нагрузки с целью выравнивания токов через параллельно включенные тиристоры эффективно только при работе регулятора на низких частотах (порядка 50 Гц), когда длительность установившегося режима работы тиристора, равная при число-импульсном регулировании полупериоду питающего нагрузку напряжения, значительно (на 1 вЂ” 2 порядка) превышает длительность динамических режимов работы тиристора (включение и выключение тиристора). При работе регулятора на повышенных частотах (500 вЂ” 10000 Гц) длительность установившегося режима работы тиристора становится соизмеримой с време1 нем включения и выключения, поэтому применение магнитных делителей нагрузки не обеспечивает равномерного распределения тока через согласно-параллельно включенные тиристоры, что ведет к неустойчивой работе регулятора и выходу из строя тиристо26 ров.

Известен также. регулятор, который при переменном индуктивноемкостном характере нагрузки ведет к неустойчивой работе, 851691 зо

35 а при значительных сдвигах фазы тока нагрузки относительно напряжения вЂ” к невозможности нормальной работы, вследствие появления одноволнового режима (4) .

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности регулятор, содержащий бивентиль на тиристорах и схему управления, состоящую из источника питания, цепи обратной связи, задатчика, логического блока, коммутационного и выходного блоков. Схема управления формирует пакет однополярных управляющих импульсов с длительностью каждого импульса, равной половине периода питающего тиристоры напряжения повышенной частоты, и шириной пакета, определяемой уровнем задающего сигнала в момент прохождения синусоиды питающего нагрузку напряжения через ноль (5) .

Недостатком известного регулятора является отсутствие устройств, обеспечивающих равномерную токовую нагрузку согласно-параллельно включенных тиристоров и их завышенная установленная мощность.

Цель изобретения.вЂ” снижение массы и габаритов регулятора, а также снижение потерь электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор содержащий две группы встречно-параллельно включенных тиристоров и схему управления, состоящую из последовательно включенных задатчика, генератора пилообразного напряжения и блока развязки каналов управления тиристорами, подключенного к логическому блоку, ко входу которого подключен блок синхронизации, а к выходу вЂ” выходной блок формирования управляющих импульсов введены два блока формирования сигналов управления и два блока коммутации, формирующие пакет упрйвляющих импульсов, поочередно поступающих на согласно-параллельно включенные тиристоры с длительностью каждого импульса не более одного периода питающего нагрузку напряжения и шириной пакета, определяемой уровнем задающего сигнала, причем вход блока формирования сигналов управления соединен с блоком синхронизации и блоком развязки каналов управления, а выход вЂ” с блоком коммутации, выход которого соединен с выходным блоком.

Блок формирования сигналов управления содержит два последовательно включенных триггера со счетным входом, образующих делитель частот на четыре, причем вход этого делителя подключен через логический элемент НЕ и двухполупериодный выпрямитель к блоку синхронизации, а прямой и инверсный выходы вЂ” к блоку коммутации, содержащему триггер образованный четырьмя логическими элементами 2И вЂ” НЕ, вход которого.подключен к блоку формирования сигналов управления, а выход через элементы

2И вЂ” НЕ соединен со входом блока выходного. устройства.

15 го

На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2временные диаграммы, поясняющие его работу.

Регулятор содержит источник 1 питания, задатчик 2; генератор 3 пилообразного напряжения, блок 4 развязки каналов управления тиристорами, два блока 5 и 6 формирования сигналов управления, два блока 7 и 8 коммутации, два блока 9 и 10 формирования управляющих импульсов, два блока 11 формирования синхронизирующих импульсов, бивентиль 12, состоящий из двух групп параллельно-согласно соединенных тиристоров

13 вЂ” 16, соединенный последовательно с нагрузкой 17.

Блок развязки каналов управления содержит логический элемент НЕ 18 выполняющий функцию компаратора, к выходу которого подключены оптронные резисторы 19 и 20.

Каждый из блоков формирования сигналов управления состоит из двухполупериодного выпрямителя 21, соединенного через логический элемент НЕ 22 с двумя последовательно включенными триггерами 23 и 24, и двух логических элементов 2И вЂ” НЕ 25 и

26 передающих сигналы в блок коммутации.

Каждый из блоков коммутации содержит триггер, образованный четырьмя логическими элементами 2И вЂ” НЕ 27 вЂ” 30, к выходу которого подключены логические элементы 2И вЂ” НЕ 31 и 32.

Каждый из блоков формирования управляющих импульсов содержит по два логических элемента НЕ 33 и 34, подключенных к транзисторам 35 и 36.

Рассмотрим работу регулятора с момента времени (фиг. 2).

Все тиристоры бивентиля закрыты, так как отсутствуют сигналы управления, Логические элементы 25 и 26 и триггер 27 вЂ” 30 формируют сигнал управления «l», синхронизированный передним фронтом с моментом прохождения через ноль напряжения в сети (Увы,„элементов 29 и 30).

Триггер 24 формирует прямой и инвертированный сигналы «1» длительностью, равной периоду сети Т (U,, элемента 24), синхронизированные сетевйм напряжением.

Логические элементы 2И вЂ” НЕ 31 и 32 передают сигналы с выходов триггера 25 и 27вЂ”

30 на элементы НЕ 33 и 34. Выходные сигналы элементов 33 и 34 усиливают транзисторы 35 и 36 и подают их на управляющие электроды тиристоров 13 и 14 бивентиля. Таким образом, на управляющие электроды согласно-параллельно включенных тиристоров поочередно поступают импульсы длительностью t = Т, при этом каждый импульс передним фронтом синхронизирован с моментом прохождения через ноль сетевого напряжения, а число имульсов определено величиной напряжения задатчика 2.

85169

Таким образом, при Т >t >P/2 подан сигнал управления на тиристоры 13 и 15, но включен один из них (тиристор 13), так как другой (тиристор 15) закрыт обратным напряжением сети. Считаем, что на аноде тиристора 13 положительный потенциал относительно катода.

В интервал времени 2Т ;ф Т подан сигнал управления на тиристоры 14 и 16.

Вентиль 16 открыт, а 14 закрыт обратным напряжением сети до момента t = Т + вЂ” Т, 4 затем закрыт вентиль 16 и открыт 14, т.е: 10 согласно-параллельно включенные тиристоры 13 и 14 проводят ток нагрузки поочередно, при этом период коммутации одного и того же тиристора составляет 2Т. Коммутация тиристоров 15 и 16 происходит аналогично.

Как видно из диаграммы (фиг. 2) согласно-параллельно включенные тиристоры поочередно проводят ток в течение соответствующего полупериода питающего напряжения. В этом случае для всякой нагрузки средние значения токов за период коммутации 20

2Т через согласно-параллельно соединенные тиристоры равны.

В случае применения большего (трех и более) количества согласно-параллельно включенных тиристоров бивентиля необходимо изменить блок коммутации тиристоров, дополнив его счетчиком управляющих импульсов.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет уменьшить массу и габариты регулятора переменного напряжения благодаря отсутствию индуктивных делителей тока и увеличить нагрузочную способность регулятора благодаря равенству токов через согласно-параллельно включенные вентили без увеличения числа установленных тиристоров

Например, в. случае применения бивентиля з из двух групп согласно-параллельно включенных вентилей на промышленной частоте 50Т», масса и габариты регулятора снижаются на

14О/О, а выходной ток увеличивается на 25вЂ”

300/,.

Формула изобретения

1. Регулятор переменного напряжения, содержащий две группы встречно-параллель- 4« но включенных тиристоров и схему управления, состоящую из последовательно включенных задатчика, генератора пилообразного, 1

6 напряжения и блока развязки каналов управления тиристорами, подключенного к логическому блоку, ко входу которого подключенного к логическому блоку, ко входу которого подключен блок синхронизации, а к выходу вЂ” блок формирования управляющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных и энергетических показателей, в него введены два блока формирования сигналов управления и два блока коммутации, формирующие пакет управляющих импульсов, поочередно поступающих на согласно-параллельно включенные тиристоры с длительностью каждого импульса не более одного периода питающего нагрузку напряжения и шириной пакета, определяемой уровнем задающего сигнала, причем вход блока формирования сигналов управления соединен с блоком синхронизации и блоком развязки каналов управления, а выход вЂ” с блоком коммутации, выход которого соединен с блоком формирования .управляющих импульсов.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования сигналлов управления содержит два последовательно включенных триггера со счетным входом, образующих делитель частоты на четыре, причем вход этого делителя подключен через логический элемент НЕ и двухполупериодный выпрямитель к блоку синхронизации, прямой и инверсный выходы вЂ” к блоку коммутации, содержащему триггер, образованный четырьмя логическими элементами 2И вЂ” НЕ, входы которого подключены к блоку формирования сигналов управления, а выход через логические элементы 2И вЂ” НЕ соединен со входом блока формирования управляющих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 123953, кл. Н 02 М 5/28, 1960.

2. Патент Японии № 44 вЂ” 9937, кл. 58 Н 1, 1969.

3. «Электротехническая промышленность

Сер. «Электротермия», вып. 4/123, 1973.

4. Уклеин А. П. Исследование проходной индукционной печи как объекта автоматического управления и некоторые вопросы синтеза регулятора температуры. Канд. дис. Куйбышевского ПТИ, 1971, с. 88 вЂ” 100.

5. Авторское свидетельство СССР № 674001, кл. G 05 F 1/44, 1976.

851б91

ЗЛЕГ ЕИ

3лмеи г

9лтеи

ap8epm

Яюмюч

ЛЮБИ

Я5

ЗпВЯИ

30 . ЪВЕИЕИ

ХУ злепен