Устройство управления тиристорным регулятором вольтодобавочного напряжения

Решение 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, содержащего 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 работоспособности регулятора.
Наиболее близким к техническому решению по технической сущности является устройство управления тиристорным регулятором напряжения, содержащим тиристорные коммутаторы переменного тока высшей и низшей ступени регулирования, формирователь синхроимпульсов, независимое и зависимое фазосмещающие устройства. Для уменьшения выходного напряжения в первую очередь с помощью независимого фазосмещающего устройства увеличивают угол переключения на повышение напряжения от 0 до π при значении угла переключения на понижение напряжения, равном π. В этом случае выполняется эффективное регулирование напряжения в интервалах совпадения знаков напряжения и тока. Во вторую очередь с помощью зависимого фазосмещающего устройства уменьшают значение угла переключения на понижение напряжения от π до 0 при значении угла переключения на повышение напряжения, равном π. В этом случае выполняется эффективное регулирование напряжения в интервалах несовпадения знаков напряжения и тока. Увеличение выходного напряжения регулятора выполняется в обратной последовательности. При таком двухзонном поочередном регулировании диапазон изменения выходного напряжения независимо от характера нагрузки определяется напряжением регулировочной обмотки трансформатора. Для реализации устройства управления не требуется применения датчика тока нагрузки. Следовательно, регулировочные свойства сохраняются и в режиме холостого хода трансформатора (патент на полезную модель RU №88486 U1 МПК H02P 13/06 (2006/01), опубл. 10.11.2009, бюл. №31).
Недостатком данного устройства управления является низкое быстродействие и нелинейность регулировочной характеристики тиристорного регулятора напряжения. Это обусловлено тем, что напряжение регулируется таким образом, что при переходе с одной ступени регулирования на другую необходимо плавно последовательно пройти все промежуточные углы регулирования, при этом закон регулирования является нелинейным.
Решаемая задача - повышение качества электроэнергии.
Технический результат - повышение быстродействия и линеаризация регулировочной характеристики тиристорного регулятора напряжения.
Этот технический результат достигается тем, что устройство управления тиристорным регулятором вольтодобавочного напряжения, содержащее формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с питающей сетью, а выходы - с двумя входами независимого фазосмещающего устройства, состоящего из генератора пилообразного напряжения и компаратора, выход которого соединен с входом формирователя импульсов управления тиристорами высшей ступени регулирования, а входы элементов «И» которого подключены к выходу зависимого фазосмещающего устройства, содержащего компаратор, инверсный вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения независимого фазосмещающего устройства, дополнено запоминающим устройством для дискретных значений углов регулирования и блоком мультиплексора, выходы которых соединены со входами компаратора независимого фазосмещающего устройства и компаратора зависимого фазосмещающего устройства, из схемы которого исключен инвертирующий усилитель. Быстродействие и линеаризация достигается за счет того, что нелинейная регулировочная характеристика тиристорного регулятора вольтодобавочного напряжения делится на n равные ступени, величина которых определяется требуемой точностью регулирования, формируя при этом n равные уровни напряжения, которым соответствуют углы управления α, количество которых составляет n. При переключении с одного уровня напряжения на другой отсутствует необходимость плавного последовательного прохождения всех промежуточных углов регулирования. При этом регулирование осуществляется дискретно равными ступенями по линейному закону.
Функциональная схема устройства управления регулятором вольтодобавочного напряжения трансформатора показана на фиг. 1. Она включает силовую часть тиристорного регулятора и систему управления. Силовая часть 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.
Система управления содержит:
- формирователь синхроимпульсов 9, соединенный входом с питающей сетью и состоящий из датчика 10 нулевых значений напряжения и RS-триггера 11;
- независимое фазосмещающее устройство (НФСУ) 12, два входа которого соединены с выходами датчика 10 формирователя синхроимпульсов 9, и содержащее генератор пилообразного напряжения (ГПН) 13 с компаратором 14;
- зависимое фазосмещающее устройство (ЗФСУ) 15, содержащее компаратор 16, инверсный вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 13 независимого фазосмещающего устройства 12;
- формирователь импульсов 17 управления тиристорами высшей ступени регулирования, выполненный на двух логических элементах «И-НЕ» 18, 19 и двух элементах «И» 20, 21, объединенные входы которых соединены с выходом компаратора 16 ЗФСУ;
- инверторы 22, 23 для формирования импульсов управления тиристорами низшей ступени регулирования;
- запоминающее устройство для дискретных углов регулирования 24;
- мультиплексор 25, два выхода которого соединены с входами компаратора 14 НФСУ 12 и компаратора 16 ЗФСУ 15.
1
2
1
2
в
2
1
н
1
2
Рассмотрим работу устройства управления в режимах уменьшения и увеличения величины выходного напряжения регулятора (фиг. 2). Исходно задается требуемый номер режима N, в зависимости от которого на выходе мультиплексора формируется строго определенная комбинация углов переключения α и α, определяющие уровень напряжения на выходе тиристорного регулятора вольтодобавочного напряжения. При увеличении дискретным способом значения угла α от 0° до 180° и α=180°=const, на выходе мультиплексора происходит формирование сигнала α, который поступает на вход компаратора НФСУ, что приводит к уменьшению величины выходного напряжения путем регулирования напряжения в интервалах совпадения знаков тока и напряжения нагрузки. При уменьшении дискретным способом значения угла α от 180° до 0° и α=180°=const, на выходе мультиплексора происходит формирование сигнала α, который поступает на вход компаратора ЗФСУ. Это приводит к дальнейшему уменьшению величины выходного напряжения путем регулирования напряжения в интервалах несовпадения знаков тока и напряжения нагрузки. Для повышения величины выходного напряжения регулятора изменение углов переключения α и α производится в обратной последовательности.
1
2
Быстродействие регулятора достигается за счет дискретного способа изменения номера режима, что позволяет задавать требуемую комбинацию углов переключения α и α, минуя промежуточные режимы. Кроме того, при переключении между соседними уровнями напряжения происходит изменение выходного напряжения на величину одной ступени регулирования, которая выбирается с учетом требуемой точности регулирования. Это позволяет линеаризовать регулировочную характеристику тиристорного регулятора вольтодобавочного напряжения.
Сравнение заявленной полезной модели с прототипом позволило установить, что оно отличается от последнего исключением инвертирующего усилителя из схемы зависимого фазосмещающего устройства, а также наличием запоминающего устройства для дискретных значений углов регулирования и блока мультиплексора взамен источника напряжения управления, а, следовательно, соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявленной полезной модели с другими известными решениями в данной области техники показало, что идентичные признаки, отличающие заявленную полезную модель от прототипа, обеспечивают получение нового технического результата, и поэтому это техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Применение заявленного полезной модели 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».