СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
METHOD FOR CONTROL OF TRANSFORMER VOLTAGE THYRISTOR CONTROLLER

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования или стабилизации напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов, в частности для питания индивидуальных потребителей в сетях с нестабильными параметрами.
Известен способ двухзонного управления регулятором напряжения трансформатора, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, подключенные к регулировочным отводам обмотки трансформатора, в котором регулирование напряжения выполняется путем импульсно-фазового управления тиристорами в соответствии со знаками тока и напряжения (патент США № 3619765, кл. 324-43.5, опубл. 1971). При этом переключения на повышение напряжения выполняются в интервалах совпадения знаков тока и напряжения, а переключения на понижение напряжения выполняются в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения.
Недостатком данного способа является низкая надежность при работе трансформатора на холостом ходу или на многофазный выпрямитель. В режиме холостого хода нагрузочная составляющая тока тиристоров равна нулю. При работе на многофазный выпрямитель, потребляемый из сети ток имеет прерывистую форму и точное определение знака тока также представляет существенные трудности, обусловленные ограниченной чувствительностью датчика тока нагрузки. Это приводит к нарушению алгоритма формирования импульсов управления тиристорами и нарушению работоспособности регулятора.
K
в
в
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления регулятором напряжения трансформатора, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступеней регулирования, выполненные в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы, опережающие по фазе момент перехода сетевого напряжения через нуль на угол θ, необходимый для нормальной коммутации тиристорных ключей, и, осуществляя фазовую задержку относительно синхроимпульсов, регулируют угол переключения на повышение αнапряжения. Переключения на понижение напряжения выполняют в моменты формирования синхроимпульсов. Причем сигналы управления тиристорами высшей ступени формируют в соответствии со знаком сетевого напряжения на интервалах между моментом переключения α одного полупериода и синхроимпульсом следующего полупериода, а сигналы управления тиристорами низшей ступени - инверсные сигналам управления тиристорами высшей ступени (авторское свидетельство СССР № 1132336, МКИ Н02Р 13/06, опубл. 30.12.83 г.).
в
н
в
Недостатком данного способа является сокращение диапазона регулирования при активно-индуктивной, активно-емкостной и рекуперативной нагрузках, а также на холостом ходу трансформатора. Это обусловлено тем, что регулирование выходного напряжения выполняется только изменением угла переключения на повышение напряжения в пределах 0≤α≤π, а значение угла переключения на понижение напряжения во всем диапазоне неизменно и равно α=π. Такое регулирование эффективно только в зонах совпадения знаков напряжения и тока и рекомендуется при работе на активную или выпрямительную нагрузки. Следует отметить, что регулирование напряжения в зонах несовпадения знаков напряжения и тока путем изменения угла α невозможно. Поэтому при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения. При рекуперативной нагрузке регулирование напряжения невозможно ввиду отсутствия интервалов совпадения знаков тока и напряжения.
Решаемая задача - повышение показателей качества электроэнергии.
Технический результат - расширение диапазона регулирования при активно-индуктивной, активно-емкостной и рекуперативной нагрузках, а также на холостом ходу трансформатора.
в
н
в
н
в
н
н
в
Этот технический результат достигается тем, что в способе управления тиристорным регулятором напряжения трансформатора, заключающемся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют синхроимпульсы, опережающие момент перехода сетевого напряжения через нуль, и, осуществляя фазовую задержку относительно синхроимпульсов, регулируют углы переключения на повышение α и понижение α напряжения, причем импульсы управления тиристорами высшей ступени формируют в соответствии со знаком сетевого напряжения на интервале между моментом, определяемым углом α, и моментом, определяемым углом α следующего полупериода, а импульсы управления тиристорами низшей ступени - инверсные импульсам управления тиристорами высшей ступени, регулирование напряжения выполняют поочередно в зонах совпадения и зонах несовпадения напряжения и тока, причем понижение напряжения выполняют в первую очередь в зонах совпадения знаков тока и напряжения сети путем увеличения угла переключения α от 0 до π при неизменном значении α=π и во вторую очередь в зонах несовпадения знаков тока и напряжения сети путем уменьшения угла переключения α от π до 0 при неизменном значении α=π, а повышение напряжения выполняют в обратной последовательности.
в
Данная последовательность изменения углов переключения обусловлена тем, что регулирование напряжения нагрузки изменением угла переключения на повышение напряжения α эффективно только в зонах совпадения знаков напряжения и тока сети. Регулирование напряжения в зонах несовпадения знаков напряжения и тока по данному методу невозможно. Поэтому при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения. При рекуперативной нагрузке регулирование напряжения невозможно ввиду отсутствия интервалов совпадения знаков тока и напряжения. Расширение диапазона регулирования при указанных нагрузках до уровня напряжения регулировочной обмотки трансформатора возможно путем изменения величины угла регулирования на понижение напряжения. При таком двухзонном поочередном регулировании диапазон изменения выходного напряжения независимо от характера нагрузки определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора. Для реализации данного способа регулирования не требуется применения датчика тока нагрузки. Следовательно, регулировочные свойства сохраняются и в режиме холостого хода трансформатора.
На фиг.1 показана силовая схема устройства регулирования напряжения. Она содержит:
- тиристорный коммутатор переменного тока низшей ступени регулирования, выполненный из двух встречно-параллельно включенных тиристоров 1 и 2;
- тиристорный коммутатор высшей ступени регулирования, выполненный на тиристорах 3 и 4;
- автотрансформатор 5 с регулировочной 6 и сетевой 7 обмотками;
- нагрузку 8;
- систему управления 9, синхронизированную напряжением сети и предназначенную для формирования сигналов управления тиристорами.
Алгоритм формирования сигналов управления тиристорами и диаграммы изменения напряжений и токов при активной, активно-индуктивной, активно-емкостной и рекуперативной нагрузках в режиме понижения напряжения показаны на фиг.2 и 3. Диаграммы, представленные на фиг.2, иллюстрируют реализацию способа при регулировании в зонах совпадения знаков напряжения и тока сети путем увеличения угла регулирования на повышение напряжения. Диаграммы, представленные на фиг.3, иллюстрируют реализацию способа при регулировании в зонах несовпадения знаков напряжения и тока сети путем уменьшения угла регулирования на понижение напряжения.
На фиг.1-3 приняты следующие обозначения:
c
u - напряжение сети;
cт
u - напряжение ступени регулировочной обмотки трансформатора;
н
u - напряжение нагрузки;
y
U - напряжение управления;
c
i - нагрузочная составляющая тока сети;
V1, V2, V3, V4 - сигналы управления тиристорами 1, 2, 3, 4 соответственно;
в
α - угол переключения на повышение напряжения;
н
α - угол переключения на понижение напряжения;
к
θ - угол опережения момента перехода напряжения сети через нулевое значение;
н
φ - фазовый угол нагрузки.
Пример осуществления способа в режиме понижения напряжения на нагрузке.
c
к
y
в
н
в
н
н
в
в
н
Система управления 9 (фиг.1) по сигналу u формирует синхроимпульсы, опережающие момент перехода сетевого напряжения через нуль на угол θ. Величина угла опережения выбирается из условия нормального завершения процессов коммутации тиристоров регулятора. В зависимости от величины напряжения управления U выполняется фазовая задержка относительно синхроимпульсов и регулировка углов переключения на повышение α и понижение α напряжения. В первую очередь производится увеличение угла переключения α от 0 до π при неизменном значении α=π. Во вторую очередь производится уменьшение угла переключения α от π до 0 при неизменном значении α=π. В обоих случаях сигналы управления тиристорами 3 и 4 высшей ступени напряжения формируют в соответствии со знаком напряжения сети между моментом переключения α одного полупериода и моментом переключения αследующего полупериода. Сигналы управления тиристорами 1 и 2 низшей ступени во всех режимах - инверсные сигналам управления тиристорами 3 и 4 соответственно.
в
н
н
к
в
Рассмотрим реализацию способа в режиме увеличения угла переключения на повышение напряжения. Алгоритм формирования сигналов управления тиристорами показан на фиг.2(а). За начало отсчета времени принят момент формирования синхроимпульса, опережающего нулевое значение напряжения сети при его переходе из области отрицательных значений в область положительных значений. Сигнал управления V3 тиристором 3 высшей ступени (фиг.1) в данном режиме формируют, начиная с момента переключения на повышение напряжения α при положительном знаке напряжения сети и до момента переключения на понижение напряжения θ=π+α следующего полупериода. В данном режиме значение α=π и момент переключения на понижение напряжения совпадает с моментом формирования синхроимпульса, то есть опережает момент перехода напряжения сети через нуль на угол θ. Сигнал управления V4 тиристором 4 высшей ступени формируют, начиная с момента переключения α при отрицательном знаке напряжения сети и до синхроимпульса полупериода положительных значений. Сигнал управления V1 тиристора 1 низшей ступени - инверсный сигналу V3, а сигнал управления тиристора V2 - инверсный сигналу V4. Данный алгоритм управления тиристорами сохраняется независимо от параметров нагрузки и ничем не отличается от описанного в прототипе. Далее рассмотрим работу регулятора при различных параметрах нагрузки.
н
c
н
c
в
н
c
ст
н
н
c
в
в
н
c
cт
н
c
u
Диаграммы изменения напряжения u и тока i при активной нагрузке приведены на фиг.2(б). В начале полупериода положительных значений напряжения сети сигналы управления подаются на тиристоры 1 и 4. Наличие управляющих сигналов одновременно на тиристорах двух направлений исключает перенапряжения, вызванные резкой сменой знака тока нагрузки. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 высшей ступени выключен и находится в "дежурном" режиме поскольку может оперативно включиться при изменении полярности тока. Напряжение нагрузки на интервале включенного состояния тиристора 1 равно напряжению сети u=u. Переключение на повышение напряжения выполняется в момент времени, определяемый углом α, путем перевода сигналов управления с тиристора 1 на тиристор 3. Под действием напряжения регулировочной обмотки 6 (фиг.1) тиристор 3 включается и возникает коммутирующий ток. Он протекает согласно направлению проводимости тиристора 3 и встречно току нагрузки тиристора 1. Коммутирующий ток ограничивается малым сопротивлением короткого замыкания регулировочной ступени и быстро достигает значения тока нагрузки. При этом условии суммарный ток тиристора 1 становится равным нулю и он выключается. Нагрузочная составляющая тока сети далее протекает через тиристор 3 высшей ступени, а тиристор 4 продолжает работать в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки при этом равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u=u+u. Переключение на понижение напряжения выполняется в момент времени, определяемый углом α=π перед сменой знака напряжения сети. Для этого переводят сигнал управления с тиристора 4 на тиристор 2 низшей ступени. Тиристор 2 включается, поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки 6. В результате образуется контур коммутации и возникает ток, протекающий через тиристоры 2 и 3. После смены полярности напряжения коммутирующий ток и ток нагрузки меняют направление и их суммарный ток, протекающий через тиристор 3, снижается до нулевого значения. В результате тиристор 3 выключается и запирается обратным напряжением регулировочной обмотки. Нагрузочная составляющая тока сети далее протекает через тиристор 2, а тиристор 3 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение на нагрузке становится равным напряжению сети u=u. Переключение на повышение напряжения при отрицательном знаке напряжения сети выполняется в момент времени θ=π+α в результате перевода сигналов управления с тиристора 2 на тиристор 4. Их коммутация производится контурным током регулировочной обмотки 6 аналогично коммутации тиристоров 1 и 3 в положительном полупериоде. Переключение на понижение напряжения выполняется также под действием коммутирующего тока регулировочной обмотки в момент времени θ=2π в результате перевода сигналов управления с тиристора 3 на тиристор 1. Изменяя значение угла регулирования α от 0 до π, можно плавно снижать напряжение на нагрузке от u=u+ до u=u. Таким образом, диапазон регулирования при активной нагрузке определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.
н
c
н
н
c
ст
н
н
c
в
н
н
в
н
в
к
в
к
в
н
Диаграммы изменения напряжения u и тока i при активно-индуктивной нагрузке приведены на фиг.2(в). В интервале времени от θ=0 до θ=φ нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. При отрицательном знаке ток сети протекает через тиристор 4 высшей ступени, а тиристор 1 находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u=u+u. При смене знака тока нагрузки в момент времени θ=φ тиристор 4 выключается, переходя в "дежурный" режим, и включается тиристор 1. Напряжение нагрузки становится равным напряжению сети u=u. В момент времени θ=α производится перевод тока нагрузки с тиристора 1 на тиристор 3. Коммутация выполняется контурным током ступени аналогично описанному ранее для случая активной нагрузки. После завершения коммутации напряжение нагрузки увеличивается на величину напряжения регулировочной ступени. В момент времени, определяемый углом переключения α=π, сигналы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2. Последний включается и образуется контур протекания коммутирующего тока через тиристоры 2 и 3. После смены полярности напряжения сети направление тока нагрузки не меняется, а коммутирующий ток снижается до нуля и тиристор 2 выключается. Тиристор 3 удерживается во включенном состоянии, поскольку направление его проводимости соответствует направлению протекания тока нагрузки. Выключение тиристора 3 происходит при очередной смене знака тока нагрузки в момент времени θ=π+φ. При этом ток нагрузки переходит на тиристор 2 и напряжение нагрузки становится равным напряжению сети. Переключение на повышение напряжения нагрузки происходит в момент времени θ=π+α аналогично, описанному выше для активной нагрузки. Переключение на понижение напряжения в момент времени θ=2π с невозможно так как тиристор 1 выключается после смены полярности напряжения при переходе коммутирующего тока через нулевое значение, а тиристор 4 удерживается во включенном состоянии током нагрузки. Следует отметить, что при активно-индуктивной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на повышение напряжения реализуется только в интервалах совпадения знаков тока и напряжения (φ<α<π+θ). Изменение величины угла α в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения (θ<α<φ) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода повышенного напряжения. Таким образом, при активно-индуктивной нагрузке сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения.
н
c
н
н
c
в
н
c
ст
н
н
в
н
к
в
н
в
н
в
к
Диаграммы изменения напряжения и и тока i при активно-емкостной нагрузке приведены на фиг.2(г). В интервале времени от θ=0 до θ=φ нагрузочная составляющая тока сети имеет положительные значения. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно напряжению сети u=u. В регулируемый момент времени θ=α контурным током регулировочной ступени выполняется перевод тока нагрузки с тиристора 1 на тиристор 3. После завершения коммутации напряжение нагрузки увеличивается на величину напряжения регулировочной ступени u=u+u. При смене знака тока нагрузки в момент времени θ=φ тиристор 3 выключается, переходя в "дежурный" режим, и включается тиристор 4. Напряжения нагрузки остается на прежнем уровне. В момент времени, определяемый углом переключения θ=α=π:, сигналы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2. Последний включается и образуется контур протекания коммутирующего тока через тиристоры 2 и 4. Он протекает согласно направлению проводимости тиристора 2 и встречно току нагрузки тиристора 4. Коммутирующий ток ограничивается малым сопротивлением короткого замыкания регулировочной ступени и быстро достигает значения тока нагрузки. При этом условии суммарный ток тиристора 4 становится равным нулю и он выключается. Коммутирующий ток далее протекает через тиристоры 2 и 3. После смены полярности напряжения сети направление тока нагрузки не меняется, а коммутирующий ток снижается до нуля и тиристор 3 выключается, оставаясь работать в "дежурном" режиме. Тиристор 2 удерживается во включенном состоянии током нагрузки. Напряжение нагрузки равно напряжению сети. Выключение тиристора 2 происходит или в регулируемый момент времени θ=π+α коммутирующим током ступени, или при очередной смене знака тока нагрузки в момент времени θ=π+φ. В первом случае ток нагрузки переходит на тиристор 4. Во втором случае ток нагрузки переходит на тиристор 3. В обоих случаях напряжение нагрузки повышается на величину напряжения регулировочной ступени. Переключение на понижение напряжения производится в момент времени θ=2π в результате выключения тиристора 3 контурным током ступени. Коммутация выполняется аналогично выключению тиристора 4 в предыдущем полупериоде. Следует отметить, что при активно-емкостной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на повышение напряжения также реализуется только в интервалах совпадения знаков тока и напряжения (θ<α<φ). Изменение величины угла α в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения (φ<α<π+θ) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода повышенного напряжения. Таким образом, при активно-емкостной нагрузке также сокращается диапазон регулирования на величину, пропорциональную длительности интервалов несовпадения знаков тока и напряжения.
н
c
в
н
c
ст
в
н
к
в
в
в
Диаграммы изменения напряжения u и тока i при рекуперативной нагрузке приведены на фиг.2(д). В интервале времени от θ=0 до θ=α нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. Данное направление протекания тока нагрузки обеспечивает тиристор 4, а тиристор 1 выключен и находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u=u+u. В момент времени θ=α управляющие сигналы переводятся с тиристора 1 на тиристор 3. Коммутация указанных вентилей невозможна, поскольку тиристор 3 заперт обратным напряжением, равным падению напряжения на тиристоре 4, и не может включиться. Напряжение нагрузки остается равным уровню повышенного напряжения. В момент времени θ=α=π импульсы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2 и контурным током ступени выполняется перевод тока нагрузки на тиристор 2 отвода пониженного напряжения. В момент времени θ=π+θ ток нагрузки меняет полярность. При этом тиристор 2 выключается и вступает в работу тиристор 3 отвода повышенного напряжения. Напряжение нагрузки снова становится равным сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки. В регулируемый момент времени θ=π+αследующего полупериода управляющие сигналы с "дежурного" тиристора 2 переводятся на тиристор 4. Последний включиться не может, поскольку он заперт обратным напряжением, равным падению напряжения на тиристоре 3. Напряжение нагрузки остается равным напряжению отвода повышенного напряжения. Таким образом, при рекуперативной нагрузке изменение величины угла переключения на повышение напряжения α не влияет на величину напряжения нагрузки. Это делает невозможным регулирование напряжения нагрузки путем изменения величины α.
в
н
в
к
н
Рассмотрим реализацию способа в режиме уменьшения угла переключения на понижение напряжения. Алгоритм формирования сигналов управления тиристорами показан на фиг.3(а). Аналогично фиг.2 за начало отсчета времени принят момент формирования синхроимпульса, опережающего нулевое значение напряжения сети при его переходе из области отрицательных значений в область положительных значений. Сигнал управления V3 тиристором 3 высшей ступени (фиг.1) в данном режиме формируют, начиная с момента переключения на повышение напряжения α при положительном знаке напряжения сети и до момента переключения на понижение напряжения θ=π+α следующего полупериода. В данном режиме значение α=π и момент переключения на повышение напряжения совпадает с моментом формирования синхроимпульса, то есть опережает момент перехода напряжения сети через нуль на угол θ. Сигнал управления V4 тиристором 4 высшей ступени формируют, начиная с синхроимпульса полупериода отрицательных значений и до момента переключения α полупериода положительных значений напряжения сети. Сигнал управления V1 тиристора 1 низшей ступени - инверсный сигналу V3, а сигнал управления тиристора V2 - инверсный сигналу V4. Данный алгоритм управления тиристорами сохраняется независимо от параметров нагрузки. Далее рассмотрим работу регулятора при различных параметрах нагрузки.
н
c
н
c
н
в
к
н
н
Диаграммы изменения напряжения u и тока i при активной нагрузке приведены на фиг.3(б). В начале полупериода положительных значений напряжения сети сигналы управления подаются на тиристоры 1 и 4. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 высшей ступени выключен и находится в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки на интервале включенного состояния тиристора 1 равно напряжению сети u=u. В регулируемый момент времени θ=α импульсы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2. Коммутация указанных вентилей невозможна, поскольку тиристор 4 выключен, а тиристор 2 заперт обратным напряжением, равным падению напряжения на тиристоре 1, и не может включиться. Напряжение нагрузки остается равным напряжению сети. В момент времени θ=α=π импульсы управления переводят с тиристора 1 на тиристор 3. Тиристор 3 включается поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки 6. В результате образуется контур коммутации и возникает ток, протекающий через тиристоры 1 и 3. Коммутирующий ток протекает согласно направлению проводимости тиристора 3 и встречно току нагрузки тиристора 1. Последний выключается при достижении коммутирующим током значения тока нагрузки. Далее суммарный ток отвода пониженного напряжения протекает через тиристор 2. После смены полярности напряжения сети в момент времени θ=π+θ коммутирующий ток и ток нагрузки меняют направление. В результате тиристор 3 выключается и запирается обратным напряжением регулировочной обмотки. Нагрузочная составляющая тока сети далее протекает через тиристор 2, а тиристор 3 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение на нагрузке остается равным напряжению сети. Коммутационные процессы в следующем полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Напряжение нагрузки в течение всего периода изменения напряжения сети независимо от значения угла αостается равным напряжению отвода пониженного напряжения. Таким образом, при активной нагрузке изменение величины угла переключения на понижение напряжения αне влияет на величину напряжения нагрузки. Это объясняется невозможностью выполнения переключений на понижение напряжения в интервалах совпадения знаков тока и напряжения сети.
н
c
н
н
c
ст
н
н
H
c
в
н
c
ст
н
к
н
н
н
н
н
к
Диаграммы изменения напряжения u и тока i при активно-индуктивной нагрузке приведены на фиг.3(в). В интервале времени от θ=0 до θ=α нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. При отрицательном знаке ток сети протекает через тиристор 4 высшей ступени, а тиристор 1 работает в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u=u+u. В регулируемый момент времени θ=α импульсы управления переводятся с тиристора 4 на тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Последний включается и образуется контур протекания коммутирующего тока через тиристоры 2 и 4. Коммутирующий ток протекает согласно направлению проводимости тиристора 2 и встречно току нагрузки тиристора 4. Последний выключается при достижении коммутирующим током значения тока нагрузки и запирается обратным напряжением регулировочной обмотки. Далее ток нагрузки протекает через тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Напряжение нагрузки становится равным напряжению сети. При смене знака тока нагрузки в момент времени θ=φ тиристор 2 выключается, переходя в "дежурный" режим, и включается тиристор 1. Напряжение нагрузки остается равным напряжению сети u=u. В результате перевода импульсов управления в момент времени θ=α=π ток нагрузки переходит с тиристора 1 на тиристор отвода повышенного напряжения 3. Коммутация выполняется контурным током ступени в интервале совпадения знаков напряжения и тока сети и протекает аналогично описанному ранее для случая активной нагрузки. После завершения коммутации напряжение нагрузки увеличивается на величину напряжения регулировочной ступени u=u+u. Данный уровень напряжения нагрузки сохраняется до переключения на понижение напряжения в момент времени θ=π+α следующего полупериода. Коммутационные процессы в данном полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Следует отметить, что при активно-индуктивной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на понижение напряжения реализуется только в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения сети (θ<α<φ). Изменение величины угла α в интервалах совпадения знаков тока и напряжения сети (φ<α<π+θ) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода пониженного напряжения. Из сопоставления диаграмм напряжения активно-индуктивной нагрузки, показанных на фиг.2(в) и фиг.3(в) следует, что сокращения диапазона при поочередном регулировании не происходит. Диапазон регулирования напряжения нагрузки определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.
н
c
к
н
н
C
ст
н
н
c
в
н
C
ст
н
н
C
cт
н
c
u
Диаграммы изменения напряжения u и тока i при рекуперативной нагрузке приведены на фиг.3(г). В интервале времени от θ=θ до θ=α нагрузочная составляющая тока сети имеет отрицательные значения. При отрицательном знаке ток сети протекает через тиристор 4 высшей ступени, а тиристор 1 работает в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно сумме напряжения сети и напряжения регулировочной обмотки u=u+u. В регулируемый момент времени θ=α выполняется переключение на понижение напряжения. Коммутация тиристоров выполняется аналогично описанному для случая активно-индуктивной нагрузки. По завершении коммутации ток нагрузки протекает через тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Напряжение нагрузки становится равным напряжению сети u=u. В момент времени θ=α=π с импульсы управления переводят с тиристора 1 на тиристор 3. Последний включается, поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки. В результате через тиристоры 2 и 3 протекает контурный ток ступени. При смене полярности напряжения сети контурный ток ступени и ток нагрузки меняют знак и тиристор 2 выключается. Тиристор 3 удерживается во включенном состоянии током нагрузки, а тиристор 2 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение нагрузки возрастает на величину напряжения регулировочной обмотки u=u+u. Коммутационные процессы в следующем полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Следует отметить, что при рекуперативной нагрузке реализуется эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на понижение напряжения. Изменяя значение угла регулирования α от π до 0 можно плавно снижать напряжение на нагрузке от u=u+ до u=u. Следовательно, диапазон регулирования при рекуперативной нагрузке определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.
н
c
к
н
н
c
н
н
C
ст
н
н
C
в
н
н
к
н
к
н
н
Диаграммы формирования сигналов управления тиристорами, а также диаграммы напряжения u и тока i при активно-емкостной нагрузке приведены на фиг.3(д). В интервале времени от θ=θ до θ=φ нагрузочная составляющая тока сети имеет положительные значения. При положительном знаке ток сети протекает через тиристор 1 низшей ступени, а тиристор 4 работает в "дежурном" режиме. Напряжение нагрузки равно напряжению сети u=u. В момент времени θ=φ ток нагрузки меняет полярность и далее протекает через тиристор 4, а тиристор 1 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение нагрузки возрастает на величину напряжения регулировочной обмотки u=u+u. В регулируемый момент времени θ=α выполняется переключение на понижение напряжения. Коммутация тиристоров выполняется аналогично описанному для случаев активно-индуктивной и рекуперативной нагрузок. По завершении коммутации ток нагрузки протекает через тиристор 2 отвода пониженного напряжения. Напряжение нагрузки вновь становится равным напряжению сети u=u. В момент времени θ=α=π импульсы управления переводят с тиристора 1 на тиристор 3. Последний включается поскольку находится под действием прямого напряжения регулировочной обмотки. В результате через тиристоры 2 и 3 протекает контурный ток ступени. При смене полярности напряжения сети контурный ток ступени меняет знак и тиристор 3 выключается. Тиристор 2 удерживается во включенном состоянии током нагрузки, а тиристор 3 переходит в "дежурный" режим работы. Напряжение нагрузки остается равным напряжению сети. Коммутационные процессы в следующем полупериоде напряжения сети аналогичны процессам полупериода положительных значений. Отличие заключается в том, что в них принимают участие тиристоры, обеспечивающие противоположное направление протекания тока. Следует отметить, что при активно-емкостной нагрузке эффективное регулирование напряжения путем изменения угла переключения на понижение напряжения реализуется только в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения сети (φ<α<π+θ). Изменение величины угла α в интервалах совпадения знаков тока и напряжения сети (θ<α<φ) не приводит к изменению величины напряжения нагрузки. Это обусловлено тем, что в течение указанных интервалов во включенном состоянии находятся тиристоры отвода пониженного напряжения. Из сопоставления диаграмм напряжения активно-емкостной нагрузки, показанных на фиг.2(г) и фиг.3(д) следует, что сокращения диапазона при поочередном регулировании не происходит. Диапазон регулирования напряжения нагрузки определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора.
Сравнение заявленного изобретения с прототипом позволило установить, что оно отличается от последнего возможностью регулирования напряжения в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения нагрузки и, следовательно, соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявленного изобретения с другими известными решениями в данной области техники показало, что идентичные признаки по признакам, отличающим заявленное изобретение от прототипа, обеспечивает получение нового технического результата, заключающегося в расширении диапазона регулирования до величины напряжения регулировочной ступени, и поэтому оно соответствует критерию "изобретательский уровень".
Применение заявленного изобретения в энергетике для регулирования или стабилизации напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов, в частности для питания индивидуальных потребителей в сетях с нестабильными параметрами обеспечивает соответствие критерию "промышленная применимость".