Регулятор переменного напряжения
AC VOLTAGE REGULATOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано как для регулирования напряжения в электрических сетях, так и для ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях.
Известен регулятор переменного напряжения - А.С. №2621621 Российской Федерации В.Н. Крысанов, Ю.В. Шарапов; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет". - №2014145372; Заяв. 11.11.2014, содержащий основной и вольтодобавочный трансформатор, тиристорные ключи, а также фазочувствительный блок и блок сравнения, выходы которых связаны между собой и с соответствующими тиристорными ключами, обеспечивающий уменьшение асимметрии выходного напряжения при помощи вспомогательного логического элемента «И» и нуль-органа, вход которого подключен параллельно выходу измерительного трансформатора напряжения, а его выход через элемент задержки соединен с одним из входов вспомогательного логического элемента «И», второй вход которого соединен непосредственно с выходом блока сравнения, а его выход - с входом усилителя блока сравнения.
Недостатком такого устройства является отсутствие возможности работы в дополнительном режиме ограничения тока короткого замыкания в электрических сетях.
Изобретение направлено на получение нового качества, а именно, дополнительного режима ограничения тока короткого замыкания в электрических сетях.
Указанный технический результат достигается за счет использования в регуляторе управляемого автотрансформатора, работающего как в режиме регулируемой вольтодобавки (основной режим), так и в дополнительном «дроссельном» режиме (с разомкнутой вторичной обмоткой вольтодобавочного трансформатора).
Это достигается введением в цепь управления тиристорными ключами перед входом усилителя дополнительных элементов «И» 25, 26, один из входов которых подключен к дополнительному входу 27, переводящему регулятор в режим ограничения токов короткого замыкания, через логический элемент «НЕ» 28.
Регулятор состоит из основного трансформатора 1; вольтодобавочного трансформатора 2; двух блоков тиристорных ключей 3 и 4; фазочувствительного блока 5, выполненного в виде измерительных трансформаторов 6 и 7, нуль-органов 8 и 9; логического элемента «И» 10; блока сравнения 11, выполненного в виде нуль-органа 12, логических элементов «ИЛИ» 13 и «И» 14, 25, усилителя 15, выход которого соединен с управляющими электродами тиристорного ключа 3; элемента задержки 16, вход которого подключен к измерительному трансформатору напряжения 18 через вспомогательный нуль-орган 19; усилителя 17, выход которого соединен с управляющими электродами второго блока тиристорных ключей 4; измерительного трансформатора напряжения 18; вспомогательного нуль-органа 19, вход которого подключен параллельно выходу измерительного трансформатора напряжения 18, а его выход через элемент задержки 16 соединен с одними из входов вспомогательного логического элемента «И» 20, второй вход которого соединен непосредственно с выходом блока сравнения 11, а его выход через элемент «И» 26, второй вход которого соединен со входом элемента «И» 25 и с дополнительным входом 27 через логический элемент «НЕ» 28 - с управляющими электродами второго блока тиристорных ключей 4 через усилитель 17, логический элемент «И» 23, один из входов которого соединен с выходом блока сравнения 11 через логический элемент «НЕ» 21, а второй вход логического элемента «И» 23 через элемент задержки 22 и вспомогательный нуль-орган 19 подключен параллельно выходу измерительного трансформатора напряжения 18, выход логического элемента «И» 23 соединен со входом вспомогательного логического элемента «ИЛИ» 24, второй вход которого непосредственно соединен с выходом фазочувствительного блока 5, а выход вспомогательного логического элемента «ИЛИ» 24 через дополнительный элемент «И», второй вход которого соединен с дополнительным входом 27 через логический элемент «НЕ» 28, соединен с усилителем 15 и с управляющими электродами тиристорного ключа 3. Техническая сущность изобретения поясняется на чертеже.
Устройство работает следующим образом: в момент времени, когда подается питающее напряжение на основной трансформатор 1, появляется напряжение на тиристорах 3 и 4, которое подается через измерительные трансформаторы 6 и 7 и нуль-органы 8 и 9 на два входа логического элемента «И» 10 фазочувствительного блока 5, а через измерительный трансформатор напряжения 18 и нуль-орган 12 на вход логического элемента «И» 14 блока сравнения 11 и элемент задержки 16 через вспомогательный нуль-орган 19.
Сформированный сигнал с выхода фазочувствительного блока 5 одновременно через вспомогательный элемент «ИЛИ» 24 подается на вход усилителя 15, который отрабатывает сигнал на своем выходе при наличии сигнала разрешения, формирующегося через логический элемент «НЕ» 28 при отсутствии сигнала о коротком замыкании от входа 27, на элементе «И» 25, и на вход логического элемента «ИЛИ» 13, в результате чего на выходе блока сравнения 11 появляется напряжение, которое сохраняется до момента прохождения сети через нулевое значение.
С выхода блока сравнения 11 сигнал подается на один из входов вспомогательного элемента «И» 20, на другой вход которого поступает сигнал с выхода элемента задержки 16, который запускается в момент прохождения напряжения через нулевое значение.
Далее по сигналу, появившемуся на выходе усилителя 15, при наличии сигнала, формирующегося через логический элемент «НЕ» 28 при отсутствии сигнала о коротком замыкании от входа 27, открывается параллельный тиристорный ключ 3, что приводит к снятию сигнала на выходе фазочувствительного блока 5.
В свою очередь, в соответствии с заданным углом регулирования, на выходе элемента задержки 16 вырабатывается импульс, который через вспомогательный логический элемент «И» 20 и усилитель 17 подается на тиристорный ключ 4, в случае присутствия сигнала разрешения, формирующегося через логический элемент «НЕ» 28 при отсутствии сигнала о коротком замыкании от входа 27. В данном (основном) режиме осуществляется регулирования значения выходного напряжения автотрансформатора.
Включение тиристорного ключа 4 приводит к выключению тиристорного ключа 3, так как последний оказывается под обратным напряжением, т.е. введением вольтодобавочной ЭДС от первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 2 в цепь питания основного трансформатора 1.
Открытие тиристорного ключа 4 приводит к снятию напряжения на выходе вспомогательного нуль-органа 19 и появлению его на выходе нуль-органа 8.
Такое состояние схемы сохраняется до момента времени, когда напряжение сети проходит через нулевое значение, и кратковременно вследствие этого исчезает напряжение на выходах нуль-органа 12 и вспомогательного нуль-органа 19, что приводит к снятию сигнала о выходе элемента задержки 16 и выходе блока сравнения 11.
При этом состояние тиристорных ключей 3 и 4 не изменяется, тиристорный ключ 3 закрыт, а тиристорный ключ 4 проводит ток до момента времени, когда ток нагрузки проходит через нулевое значение, после чего происходит естественное выключение тиристорного ключа 4 и появление напряжения на выходе вспомогательного нуль-органа 19.
Таким образом, возможно осуществить ввод вольтодобавочной ЭДС в течение времени от момента прохождения тока через нулевое значение до момента прохождения напряжения через нуль.
Для осуществления ввода вольтодобавочной ЭДС в течение времени от момента прохождения напряжения через нулевое значение до момента прохождения тока через нуль необходимо управлять моментом включения параллельного тиристорного ключа 3, что осуществляется с помощью элемента задержки 22, логического элемента «И» 23, логического элемента «НЕ» 21, вспомогательного логического элемента «ИЛИ» 24.
Логический элемент «НЕ» 21 осуществляет инвертирование сигнала с выхода блока сравнения 11, создавая тем самым на выходе логического элемента «И» 23 условие для прохождения управляющего сигнала с выхода элемента задержки 22 на вход вспомогательного логического элемента «ИЛИ» 24 и далее на вход усилителя 15 только в течение времени от момента прохождения напряжения через нулевое значение до момента прохождения тока через нуль.
Подача сигнала с выхода вспомогательного нуль-органа 19 обеспечивает запуск элемента задержки 22 и последующее снятие сигнала с его выхода в моменты прохождения напряжения сети через нулевое значение.
В случае подачи сигнала с выхода элемента задержки 22 в течение времени от момента прохождения тока через нулевое значение до момента прохождения напряжения через нуль, прохождение сигнала на вспомогательный логический элемент «ИЛИ» 24 блокируется отсутствием разрешающего сигнала на выходе логического элемента «НЕ» 21.
В случае подачи сигнала с выхода элемента задержки 22 в течение времени от момента прохождения напряжения через нулевое значение до момента прохождения тока через нуль осуществляется включение тиристорного ключа 3.
Включение тиристорного ключа 3 приводит к выключению тиристорного ключа 4, так как последний оказывается под обратным напряжением.
Такое состояние схемы сохраняется до момента времени, когда ток проходит через нулевое значение. В этот момент происходит естественное выключение параллельного ключа 3 и появление напряжения на выходе нуль-органа 9 фазочувствительного блока 5.
В основном режиме (регулирования напряжения) процессы протекают аналогично описанным выше.
В дополнительном режиме (в случае, когда в электрической сети происходит короткое замыкание) появляется сигнал на входе 27. Проходя через логический элемент «НЕ» 28, сигнал не приходит на элементы «И» 25 и 26, и сигналы управления не поступают на усилители 15, 17, что приводит к отключению управляющей обмотки вольтодобавочного трансформатора от третичной обмотки основного трансформатора. В таком режиме вольтодобавочный трансформатор будет работать как дроссель (его индуктивное сопротивление резко возрастет, при этом ток короткого замыкания, протекающий через основной и вольтодобавочный трансформаторы, значительно снизится).