УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВО для ДИСКРЕТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Изобретение относится к электроэнергетическому оборудованию и может быть использовано для индивидуального регулирования напряжения на удаленных объектах и у ответственных потребителей, преимущественно, в горной промышленности. Для предприятий горной промышленности характерны колебания напряжения на удаленных потребителях в широких пределах, что обусловлено изменениями напряжения на главных понизительных подстанциях, сменным режимом работы предприятий и циклическими нагрузками горного производства. Наиболее перспективным способом индивидуального регулирования напряжения на удаленных и ответственных объектах является применение коммутируемых тиристорами вольтодобавочных трансформаторов (ВТ).
Устройство использует принцип продольного регулирования напряжения и содержит три однофазных ВТ, преобразователь, пороговое устройство, генераторы импульсов, тиристорные ключи. ВТ используются как в режиме вольтодобавки, так и в режиме вольтовычета. Регулирование напряжения во вторичной обмотке ступенчатое, тиристорные ключи включены в обмотку, управляющую распределением магнитного потока между стержнями трансформатора.
Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его надежности путем применения в качестве генераторов импульсов для управления тиристорами одинаковых генераторов с одним выходным импульсом за период синхронизирующей сети, причем число генераторов равно числу тиристоров. Каждый генератор содержит цепь разрешения и выходную цепь, гальванически изолированную, например, трансформатором, от схемы формирования импульса и от цепи разрешения, причем цепи
Н02М 5/257, 5/12
разрешения каждых двух генераторов, подключенных к тиристорам одного ключа, подключены своими цепями разрешения к выходу одной из логических схем исключающее ИЛИ.
К аналогам устройства относятся:
1.Авторское свидетельство N440654 KFi.GOSf 1/20;
2.Авторское свидетельство N696582 кл.О05Р 1/14.
В аналоге 1 приведено устройство для стабилизации переменного напряжения, содержащее п вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых шунтированы выключателями. Число витков вторичных обмоток относятся друг к другу, как числа в двоичном коде. Одновременно могут включаться несколько трансформаторов. Недостатком устройства является необходимость использования п отдельных трансформаторов, что увеличивает габариты и массу устройства.
В аналоге 2 приведен способ коммутации вольтодобавочных трансформаторов дискретного т-фазного трансформаторного тиристорного регу.г1ятора переменного напряжения. Способ переключения тиристорных ключей во вторичных обмотках вольтодобавочных трансформаторов предусматривает снятие импульсов с включенной группы тиристоров для устранения короткого замыкания силовых трансформаторов. Устройство содержит отдельную группу силовых трансформаторов и отдельную группу вольтодобавочных трансформаторов. Это усложняет конструкцию устройства и алгоритм управления схемой, что является недостатком устройства.
Наиболее близким по технической сущности к описываемому устройству является устройство приведенное в сб. Electric Machines and Power Systems, 16: 225-238, 1989. Устройство содержит многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с Ш-образным сердечником. На боковых стержнях трансформатора размещены две сетевые, две вольтодобавочные (вольтодобавочная и вольтовычета) и две обмотки управления. Обмотки
управления соединены последовательно. Пять пар отводов от контрольной обмотки шунтированы пятью ключами из встречно-параллельно включенных тиристоров. Регулирование напряжения осуществляется включением только одного из пяти ключей, причем оба тиристорных ключа включаются с нулевым углом управления и проводят ток в течение полного периода напряжения. Вольтодобавочные обмотки и обмотки управления включены таким образом, что последовательное и поочередное включение тиристорных ключей приводит к регулированию выходного напряжения от минимального (меньшего номинального) до максимального (большего номинального).
Включение выбранной группы тиристоров производится сигналом управления (широким импульсом или импульсным пакетом), длительность которого равна полупериоду питающей сети. Выбор тиристорного ключа производится пятью логическими схемами исключающее ИЛИ, подключенными к выходам пяти компараторов. На один общий вход компараторов подается напряжение из органа сравнения, на другие входы поступает напряжения уставок. При положительном напряжении на выходе одной (j-ой) из пяти логических схем включается цепь управляющих сигналов, поступающих к выбранному (j-му) тиристорному ключу. Переключение цепей управления ключами выполняется логическими схемами селектор И (AND Gates). Наличие селектора И и генераторов сигналов управления с длительностью сигнала, равном полупериоду сети, усложняет устройство и требует наличия мощных генераторов импульсов ввиду большой продолжительности сигналов управления. Подключение генератора к цепям управления тиристора должно осуществляться гальванически изолированными ключами, например, оптронными, рассчитанными на коммутацию тока до 0,6А в течение Юме (длительность полупериода при частоте сети
50Гц). Для коммутации цепи зшравления каждого тиристора требуется два ключа: в катодной цепи и в цепи управляющего электрода.
Целью изобретения является упрощение устройства и повыщение его надежности. Цель достигается тем, что аннулируется схема селектор И, а в качестве генераторов импульсов управления используются 2п генераторов малой мощности с одним импульсом за период питающей сети, где п число тиристорных ключей. Управление включением выбранной пары генераторов импульсов выполняется непосредственно выходным сигналом соответствующего исключающего ИЛИ. Маломощные импульсные генераторы могут быть выполнены в интегральном исполнения.
На фиг.1 приведена блок-схема включения вольтодобавочных трансформаторов в цепь трехфазной нагрузки.
На фиг.2 приведена схема соединения обмоток вольтодобавочного трансформатора и тиристорных ключей.
На фиг.З приведена блок-схема системы управления тиристорными ключами одного вольтодобавочного трансформатора.
На фиг. 4 приведена принципиальная схема одного канала системы управления.
На фиг.5 приведены диафаммы напряжений в системе управления.
Устройство содержит три вольтодобавочных трансформатора 1, выходные цепи которых подключены к трехфазной нагрузке 2. К цепям питания трансформаторов подключен измерительный преобразователь напряжения 3. Цепи выходного напряжения преобразователя 3 и датчиков напряжений уставок 4 подключены на входы блока сравнения - к компараторам 5. Выходные цепи компараторов 5 подключены к логической схеме 6, выходные цепи которой подключены на входы управления включением
импульсных генераторов 7. Выходные цепи генераторов 7 подключены к цепям управления тиристорных ключей 8.
Вольтодобавочный трансформатор 1 содержит Ш-образный сердечник с замкнутой магнитной цепью (фиг.2). Направление магнитных потоков в стержнях сердечника показано пунктиром. Две первичные обмотки 9, 10 имеют одинаковое количество витков и соединены последовательнопротивоположно. Обмотки 11, 12 соединены последовательно с нагрузкой 2 одной фазы с такой полярностью, что одна обмотка 11 работает в сторону повышения напряжения в нафузке 2, а вторая обмотка 12 - в сторону понижения. Управление магнитными потоками в обмотках 11,12 осуществляется коммутацией обмоток управления 13, 14. К отводам обмоток 13, 14 подключены одинаковые ключи 15...20, каждый из которых состоит из встречно-параллельно включенных тиристоров. Число витков обмоток 13 и 14 одинаково. Отводы от обмоток 13, 14 выполнены в зависимости от необходимой величины ступеней напряжения при дискретном регулировании напряжения в нагрузке 2. Входное переменное напряжение подключено к входным клеммам 21, 22.
Схема управления тиристорами каждой фазы устройства содержит п (например, 6) компараторов 23...28, логическую схему из п двухвходовых исключающих ИЛИ 29...34, 2п генераторов импульсов 35...46 (фиг.З). Выход каждого генератора подключен к цепям управления одного тиристора: генераторы 35, 36 подключены к тиристорному ключу 15, генераторы 37, 38 подключены к ключу 16 и т.д. На один общий вход компараторов 23...28 подключен выход преобразователя напряжения 3, на вторые входы компараторов подключены выходы датчиков 4 напряжения уставки с напряжениями U1...U6 (фиг.5). Входы схем 29...33 соединены каждый с выходами двух компараторов: входы схемы 29 подключены к выходам компараторов 23, 24, входы схемы 30 подключены к выходам компараторов
24, 25 и т.д. Вход схемы 34 подключен на выход компаратора 28. Выходы схем 29...34 подключены каждый к отпирающей цепи двух генераторов, управляющих одной из групп тиристоров: выход схемы 29 подключен к генераторам 35, 36 и т.д.
Устройство работает следующим образом. Включение тиристорных ключей приводит к шунтированию части обмоток управления 13, 14, к изменению магнитных потоков в стержнях трансформатора 1 и к изменению выходного напряжения. Включение ключа 20, шунтируюшего обмотку управления 13, приводит к максимальному понижению напряжения на нагрузке; включение ключа 15, шунтирующего обмотку управления 14, приводит к максимальному увеличению напряжения на нагрузке. Включение одного из промежуточных ключей 16...19 позволяет ступенчато регулировать напряжение на нагрузке между минимальным и максимальным уровнями.
Выходное напряжение преобразователя 3 поступает на вход всех компараторов 23...28. Напряжения сравнения (уставки) U1...U6 источников 4 отличаются друг от друга (см. фиг.5). Напряжение источника 4, подключенного к первому компаратору 23, имеет наименьшую величину, напряжения на выходах второго, третьего и т.д. источников 4 возрастают, напряжение шестого источника 4 имеет наибольшую величину U6. Когда напряжение на выходе преобразователя 3 превышает напряжение сравнения, напряжение на выходе компаратора скачком переходит в положительную зону (U23...U28, см. фиг.5). Нри указанном распределении уровней напряжений сравнения U1...U6 и при возрастании напряжения на выходе преобразователя 4 от нуля до максимальной величины, превышающей U6, один за другим переключаются компараторы 23...28. При этом на выходах схем 29...34 поочередно возникают положительные перепады напряжений U29...U34 и также поочередно включаются группы тиристоров 15...20.
Рассмотрим схему включения одной фуппы тиристоров (фиг.4), например, ключа 15. Включение тиристоров 47, 48 ключа 15 производится импульсами, поступающими из генераторов 35, 36, соответственно. Каждый генератор синхронизируется напряжениями U35, U36, синхронными с анодными напряжениями тиристоров 47, 48, соответственно. Генератор включает триггер Шмидта 49 и формирователь импульса (ждущий мультивибратор) 50, на выходе которого включен импульсный трансформатор 51. Схемы генераторов 35 и 36 одинаковы. На выходе генератора 35 формируется один импульс U51 за один период синхронизирующего напряжения U35 (см.фиг.5) в том случае , если выходное напряжение U29 схемы исключительное ИЛИ 29 положительное. Аналогично на выходе генератора 36 также формируется импульс в том случае, если выходное напряжение схемы 29 положительное. Импульс управления формируется, например, аналоговым таймером КР1006ВИ, при этом управление включением таймерами генераторов 35, 36 производится напряжением с выхода схемы 29, подключенной на вход разрешения Е таймеров генераторов 35, 36. Таким образом, при разрешающем положительном напряжении на выходе схемы 29, в цепи управления тиристоров 47, 48 поступают импульсы управления. Ширина импульсов управления  мкс.
Применение одинаковых импульсных генераторов с одним коротким (до 100 мкс) импульсом за период сети позволяет уменьшить мощность каждого генератора и выполнить каждый генератор или группу из нескольких генераторов в интегральном исполнении. Кроме того, исключается логический распределитель импульсов управления, распределяющий импульсы между двумя генераторами импульсов и двумя цепями управления. Учитывая, что логический распределитель должен гальванически изолировать импульсные генераторы и тиристоры, он должен быть выполнен на базе, например, тиристорных или транзисторных оптронов, число которых
вдвое превышает число тиристоров. Исключается также необходимость в использовании генератора с широким импульсом (или пакетом импульсов) на выходе, что дополнительно приводит к уменьшению мошности генераторов.
Возможно исполнение схемы генераторов импульсов, управляющих тиристорными ключами одного трансформатора, с использованием лишь двух синхронизирующих триггеров Шмидта. При этом на вход одного триггера подключен источник переменного напряжения одной фазы, а на вход другого триггера подключен источник переменного напряжения с фазой, сдвинутой на 180 электрических градусов относительно первого источника; половина ждущих мультивибраторов подключены на выход одного триггера Шмидта, а вторая половина - на выход другого триггера.