Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU„„1388972 (58 4 H 02 M 5/257

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 4155432/24-07 (22) 02. t2.86 (46) 15.04.88. Бюл. № 14 (71) Горьковский политехнический институт им. А.А.Жданова и Производственное объединение "Уралэлектротяжмаш" им.В.И.Ленина (72) Б.Ю.Алтунин, А.А.Асабин, А.И.Чивенков и Л.А.Соловьев (53) 6 1.314.2 (088.8) (56) Патент Франции ¹ 2163916, кл..Н 02 P 13/00// Н 03 К 17/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 439794, кл. С 05 F 1/16, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 1003039, кл. G 05 F 1/20, 1983. (54) (57) 1. РЕГУЛИРУЕМЫЙ. ПРЕОБРАЗО-.

ВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий два двунаправленных тиристорных ключа, связанные первыми силовыми выводами через соот, ветствующие подвижные контакты коммутатора с выводами обмотки силового трансформатора, крайний вывод которого соединен с одним из выводов для подключения сети, другой вывод для подключения которой связан с вторыми силовыми выводами двунаправленных тиристорных ключей, индикатор .знака напряжения сети, входы которого соединены с выводами для подключения сети, блок синхронизации, включающий два логических элемента И и триггер выбора ключей, входы блока синхронизации соединены с выходом индикатора знака напряжения сети и с управляющими цепями "Выше", "Ниже", а выходы — с соответствующими формирователями управляющих импульсов двунаправленных тиристорных ключей, о т— л и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулиро-. вания, в него введены индикатор зна ка коммутирующего напряжения с выходами положительного и отрицательного знаков, входы которого подключены к первым выводам двунаправленных тиристорных ключей, индикатор совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений с выходами одноименных и разноименных знаков, входы которого соединены с выходами индикаторов знака напряжения сети и коммутирующего напряжения, a: выходы — с первыми входами логических элементов И блока синхронизации, кроме того, в блок синхронизации введен триггер перек.лючения команд, входы которого соединены с управляющими цепями "Выше", tf tl

Ниже, а выходы — с вторыми входами логических элементов И. первый логический элемент ИЛИ-НЕ, входы ко-: торого соединены с выходами индикатора знака напряжения сети, а выходы— со счетным входом триггера выбора.ключей, второй элемент ИЛИ-НЕ, входы которого соединены с выходами элементов И, а выход — с одним установочным входом триггера выбора ключей и через введенный элемент НŠ— с другим установочным входом этого триггера.

2. Преобразователь по п.t, о т— л и ч а ю шийся тем, что индикатор знака коммутирующего напряжения содержит трансформатор, выводы первичной обмотки которого формируют его входные выводы, диодные ограничители положительной и отрицательной полуволн коммутирующего напряжения, входы которых соединены с вторичной обмоткой трансформатора, последовательно! 1889!2 включенные транзисторные ключи и элементы НЕ, которые соединены с выходами диодных ограничителей и обраЗУЮТ ВЫХОДЫ ПОЛОЖИТ ЕЛЬHOI"Î И OTPH" цательного знаков индикатора знака коммутирующего напряжения.

3 ° Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что индикатор совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений содержит шесть элементов И-H.Е и триггер, причем входы первого элемента И-HH соединены с выходами положительных знаков индикатора, знака напряжения сети и индикатора знака коммутирующего напряжения, входы второго элемента

И-НŠ— с выходами отрицательных знаков индикатора знака напряжения сети и индикатора знака коммутирующего

Изобретение относ,ится к электротехнике и может быть использовано в устройствах регулирования напряжений силовых и преобразовательных трансформаторов под нагрузкой.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования.

На фиг,1 показана функциональная схема устройства; .на фиг,2 — временные диаграммы, поясняющие процесс переключения ответвлений.

Устройство (см.фиг.1) содержит двунаправленные тиристорные ключи

1 и 2 с силовыми выводами 3 и 4, которые посредством подвижных контактов 5 и 6 коммутатора с электромеханическим приводом 7 могут быть соединены с любыми двумя соседними выводами обмотки 8 Силового трансформатора, токоограничивающий реактор

9, индикатор 10 знака напряжения сети, индикатор 11 знака коммутирующего напряжения, индикатор 12 совпацения знаков коммутирующего и сетевого напряжений, блок 13 синхронизации, формирователи 14 и 15 управляющих импульсов двунаправленных ключей 1 и 2 соответгтвенно, При этом входы индикатора 10 соединены с выводами 16 и 17 питающей сети, а его выходы 18 и l9 соответственно

HpïðÿæåHHÿ, входы третьего элемента

И-НŠ— с выходами положительного знака индикатора напряжения сети и выходом Отрицательного знака индикатора коммутирующего напряжения, входы четвертого элемента И-НŠ— с выходами отрицательного знака индикатора напряжения сети и выходом положительного. знака индикатора коммутирующего напряжения, входы пятого элемента И-НŠ— с выходами первого и второго элементов, входы шестого элемента И-НŠ— с выходами третьего и четвертого элементов, а выходы пятого и шестого элементов с входами триггера, образующего взаимоинверсные выходы одноименных и разноименных знаков коммутирующего и сетевого напряжений. положительного и отрицательного знаков — с входами индикатора 12 совпадения.знаков коммутирующего и сетеI вого напряжений и блока 13 синхронизации. Входы индикатора 11 знака коммутирующего напряжения соединены с выводами 3 и 4 двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2, а его выходы 20 и 21 соответственно положительного и отрицательного знаков— с входами индикатора 12, Индикатор

12 имеет выходы 22 и 23 соответственно одноименных и разноименных знаков, которые соединены с входами блока .13, с другими входами которого соединены управляющие цепи 24 "Вышее" и 25 "Ниже.". Выходы блока 13 синхронизации соединены с входами формирователей 14 и 15.

Блок 13 синхронизации содержит два логических элемента И 26, 27, RS-триггер 28 переключения команд, логические элементы ИЛИ-HF. 29, 30, логический элемент НЕ 31 универсальный IK-триггер 32 выбора ключей, При этом первые входы логических элементов И 26, 27 соединены соответственно с выходами 22 и 23 индикатора 12, а их вторые входы — с прямым и инверсным выходами соответственно RS-триггера 28, установоч1388972 ные входы которого соединены с управляющими цепями 24 "Выше" и 25

tf 31

Ниже . Выходы логических элементов

И 26, 27 соединены с входами второ5 го логического элемента ИЛИ-НЕ 30, выход которого подключен к одному установочному входу IK-триггера 32

1и через логический элемент НЕ 31к второму его установочному входу.

Входы логического элемента ИЛИ-HE 29 соединены с выходами 18 и 19 индикатора 10, а его выход — со счетным входом триггера 32, прямой и инверсный выходы которого соединены соответ-15 ственно с формирователями 14 и 15 управляющих импульсов.

Индикатор 11 содержит трансформатор 33 с первичной и вторичной обмотками 34 и 35, диодные ограничители положительной и отрицательной полуволн коммутирующего напряжения, включающие соответственно стабилитроны

36 и 37, токоограничивающие резисторы 38 и 39, разделительные диоды 40 25 и 41, два транзисторных ключа, включающих соответственно транзисторы 42 и 43, резистор 44 в базовых и резисторы 45 и 46 в коллекторных цепях, два логических элемента HE 47, 48, выходы которых образуют соответственно выходы 20 положительного знака и 21 отрицательного знака индикатора

11. При этом первичная обмотка 34 трансформатора 33 соединена с силовыми выводами 3 и 4 тиристорных ключей

1 и 2, а вторичная обмотка подключена к входам диодных ограничителей, образованных точками соединений токоограничивающих резисторов 38, 39 и разделительных диодов 40, 41 соответ40 ственно. Выходы диодных ограничителей присоединены к базовым цепям транзисторов 42 и 43, а их коллекторные цепи соединены с входами логических элементов НЕ 47, 48, Индикатор 12 содержит шесть логических элементов И-НЕ 49-54 и RS-— триггер 55. При этом входы элемента

И-НЕ 49 соединены с выходами 18 и

20 положительных знаков индикаторов

10 и 11 соответственно, входы элемента И-НЕ 50 — с выходами 19 и 21 отрицательных знаков индикаторов 10 и 11 соответственно, входы элемента

И-НЕ 51 — с выходом 18 положительного знака индикатора 10 и выходом 21 отрицательного знака индикатора 11, входы элемента И-HE 52 — с выходом

19 отрицательного знака индикатора

10 и выходом 20 положительного знака индикатора 11, входы элемента И-HE

53 — с выходами элементов И-НЕ 49, 50, входы элемента И-HE 54 — с выходами элементов И-HE 5 1 и 52. Выходы элементов И-НЕ 53, 54 соединены с входами RS-триггера 55, образующего взаимоинверсные выходы 22 и 23 одноименных и разноименных знаков индикатора 12 совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений, На фиг.2 даны следующие диаграммы:

56 — напряжение питающей сети U, на выводах 16, 17 и коммутирующее напряжения U на силовых выводах 3, 4;

57, 58 — выходные сигналы положительного и отрицательного знаков индикатора 10; 59, 60 — выходные сигналы положительного и отрицательного знаков индикатора 11; 61, 62 — выходные сигналы элементов -HE 53 54 соответственно индикатора 12; 63, 64— выходные сигналы индикатора 12; 65, бб — команды "Выше" и "Ниже" по управляющим цепям 24 и 25 соответственно; 67, 68 — выходные сигналы логических элементов ИЛИ-НЕ 30 и НЕ 31 соответственно блока 13; 69 — выходной сигнал логического элемента

ИЛИ-НЕ 29 блока 13; 70, 71 — сигналы управления двунаправленными тиристорными ключами 1 и 2 соответственно с прямого и инверсного выходов триггера 32 выбора ключей; кроме того, — моменты времени поступления команд "Выше", "Ниже" по управляющим цепям 24 "Выше", и 25 "Ниже" соответственно; t, t — моменты времени. переключения управляющих импульсов тиристорных ключей 1 и 2 на повышение напряжения; t t — моменты времени начала переключения подвижных контактов 5 и 6 избирателя соответственно; t,,t — моменты времени окон" чания переключения подвижных контактов 5 и 6 избирателя соответственно; — моменты времени переключения управляющих импульсов тиристорных ключей 1 и 2 на понижение напряжения.

Предположим, что под действием команды "Ниже" по управляющей цепи

25 электромеханической привод 7 переводит его в начальное положение, при котором подвижные контакты 5 и 6 соединены с крайними верхними вывода! 1>189 2 и на выходе логическ.oro элемента

И-HE 53 формируется в каждом полупериоде напряжения сигнал "1", а на выходе логкческогб элемента И-НЕ 54— сигнал "0 . Указанные сигналы пос-55 ми обмотки 8. При данном положении избирателя тиристорный ключ 1 соединен с ответвлением пониженного напряжения, а тирксторный ключ 2 - с

1 ответвлением повышенного напряжен?ÿ, Коммутирующее напряженке П,, между силовыми выводами 3 и 4 совпадает па фазе с напряжением питающей сети

kJ в интервале времени (0-,). Инди — 10 катар 10, выполненный на основе выпрямителя и регулируемого нуль-органа с выходами 18,, 19 знаков положительной и отрицательной полуволн напряжения, имеет выходные сигналы в виде

Э прямоугольных импульсов, передний и задний фронты которых сдвинуты относительно моментов переходя напряжения через нулевые значения на время„ равное времени выключения тиркс- 20 торов при коммутации. Это время можно изменять, регулируя порог срабатывания нуль-органа индикатора 10. Индикатор 11 знака коммутирующего напряжения имеет выходные сигналы поло- 25 жительного и отрицательного знаков в виде прямоугольных. импульсов с длительностью, практически равной полупериоду питающего напряжения.

При каждом последующем фиксированном положении избирателя сигналы индикатора 1 1 сдвигаются по фазе на 180 относительно предыдущего положения, а в интервале переключения избирателя (ty t@9 tg tg) игналы Отсутст вуют, так как выводы обмотки 8 трансформатора отключаются подвижным контактом 5 или 6 от силового вывода 3 или 4 и снимаются в:ходные сигналы с индикатора 11.

4а

Сигналы положительных и отрицательных знаков индикаторов 10 и 11 с выходов 18, 19 и 20, 21 поступают на входы индикатора 12, включающего логические элементы И-НЕ 49,, 50, 53, 45 фиксирующие интервапы времени совпадения знаков указанных сигналов, логические элементы И-HE 51 52 54, фиксирующие интервапы времени несовпадения знаков указанных сигналов, с0 и КБ-триггер 55 с вы ходами 22 и 23.

В начальном положении сигналы как положительных, так к отрицательных знаков индикаторов 10 и 11 совпадают туцают на входы RS-òðè! гера 55. Выходной сигнал одноименных знаков индикатора 12 ранен "1", а инверсный ему -иг ла.-t разноименны : знаков равен

I1 3tt

Ь . RS--триггер 28 запоминает команду "Ниже", поступившую па цепи 25, и в начальном положенки электромеханического привода 7 формирует на прямом выходе сигнал "0", а на инверсном выходе — сигнал "1". Выходные сигналы RS-триггера 28 и индикатора !2 поступают на входы логических элементов И 26, 27, и в начальном положении электромеханического привода 7 сигналы на их выходах равны 0, а сигналы на выхода . логического элемента ИЛИ-НЕ 30, на. входы которого подаются входные сигналы логических элементов И 26, 27- равно "1" (интервал времени 0 — t„). Сигнал на выходе логического элемента 11Е 31, на вход которого подается выходной сигнал элемента ИЛИ-HE 30, равен "0" (интервал времени 0 — t „). Выходной сигнал логического элемента ИЛИ-НЕ

29, на входы которо.го подаются сигна- лы с выходов 18 и 19 индикатора 10, формируется в каждый переход питающего напряжения через нулевое значе= ние, и его передний и задний фронты сдвинуты относительно данного момента на время выключения двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2, При коммутации последних IK-триггер 32, на установочные входы которого подаются сигналы с выходов логических элементов ИЛИ-НЕ 30 и НЕ 31, а на счетный вход — сигнал с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29, обеспечивает запуск формирователя 14 управляющих импульсов и запирание формирователя 15 управляющих импульсов (интервал времени 0 — t...).

Рассмотрим процесс переключения ответвлений обмотки 8 грансформатора на повышение напряжения нагрузки.

Пусть в момент времени t, по управляющей цепи 24 "Выше" поступает команда Выше, При этом RS-триггер

28 переключается и формирует на прямом выходе сигнал "1", а на инверсном выходе — сигнал 0, вследствие чего сигналы на выходах логических элементов И 26, НЕ 31 равны 1", а на выходах логических элементов И 27, ИЛИ-HE 30 равны "0", Так как сигналы логических элементов ИЛИ-НЕ 30 к

HE 31 поступают на установочные вхо1 188972 ды (K-триггера 32 выбора ключей, он переключается по первому счетному импульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 перед переходом напряжения сети через нулевое значение, запирая формирователь 14 управляющих импульсов и отпирая формирователь

15 управляющих импульсов (момент времени t ). В процессе коммутации 10 двунаправленных тиристорных ключей

1 и 2 величина циркулирующего тока в положении мост" (при проводящем состоянии двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2) ограничивается . 15 сопротивлениями реактора 9 и частью обмотки 8. По окончании коммутации двунаправленный ключ 1 запирается и ток обмотки 8 проходит через двунаправленный тиристорный ключ 2, 20 соединенный подвижным контактом 6 с вторым выводом обмотки 8. Напряжение на нагрузке повышается пропорционально уменьшению числа витков между первыми двумя выводами обмот- 25 ки 8.

Команда Выше н в момент времени поступает также в схему управления электромеханическим приводом 7, однако ввиду era большой инерции 30 перемещение подвижного контакта 5 начинается значительно позже переключения двунаправленных тиристорных ключей 1 и 2 (момент времени фиг.2). В момент электромеханичес35 кий привод 7 переходит в новое фиксированное положение и обесточенный подвижный контакт 5 соединяет вывод

3 с третьим выводом обмотки 8. При этом двунаправленный тиристорный 40 ключ 1 включается в ответвление повышенного напряжения, а двунаправленный тиристорный ключ 2 — в ответвление пониженного напряжения сети, в связи с чем фазы коммутирующего напряжения 45

U и напряжения сети U (интервал времени t t8) сдвигаются на 180

Сдвигаются по фазе на 180 и сигналы с выходов 20, 21 индикатора 11 относительно сигналов с выходов 18, 19 индикатора 10 (интервал времени

), в связи с чем выходные сигналы элементов И-HE 53, 54 индикатора 12 равны соответственно "0" и "1", а сигналы с выходов 22, 23 переключают- ся на противоположные, Эти сигналы, поступая на входы логических элементов И 26, 27, переключают их в состояние "0". Следовательно выходной сигнал логического эле. мнта ИЛИ-fll . 30 принимает значение "1" (момент времени,), а логического элемента НЕ 31значение "0", Переключение IK-триггера 32 происходит по первому счетному импульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 перед переходом напряжения сети через нулевое значение (момент времени t ), при этом управляющие импульсы снимаются с двунаправленного тиристорного ключа 2 и подаются на двунаправленный тиристорный ключ 1. В процессе коммутации двунаправленный тиристорный ключ 2 запирается, а двунаправленный ключ отпирается, соединяя подвижный контакт 5 электромеханического привода

7 с третьим выводом обмотки 8. Напряжение на нагрузке повышается пропорционально уменьшению числа витков обмотки 8, а обесточенный подвижный контакт 6 подготавливается к дальнейшему перемещению. Если команда

Вышеп продолжает действовать, то выполняется дальнейшее перемещение электромеханическим приводом 7 его обесточенного подвижного контакта и соответствующее переключение двунаправленных ключей 1 и 2 при фиксированном положении избираT åëÿ. При снятии команды нВыше электромеханический привод 7 останавливается в фиксированном положении.

Рассмотрим процесс переключения выводов обмотки 8 на понижение напряжения нагрузки. В исходном положении подвижный контакт 5 соединен с третьим выводом обмотки 8, двунаправленный ключ 1 отперт, а двунаправленный тиристорный ключ 2 заперт. Пусть в момент времени t < по управляющей цепи 25 поступает команда "Ниже", RS-триггер 28 блока 13 переключается и формирует на прямом выходе сигнал

"0", а на инверсном выходе — сигнал

If fl

1, которые поступают на вторые входы логических элементов И 26, 27 соответственно. На первые входы логических элементов И 26, 27 поступают сигналы "0" и "1" соответственно с выходов 22 и 23 индикатора 12 совпадения знаков коммутирующего и сетевого напряжений (интервал времени

t<- ). При этом выходные сигналы логических элементов И 26, 27 равны

"0" и "1" соответственно, логического элемента ИЛИ-НЕ 30 — "0", логического элемента НЕ 31 — "1" (момент времени

1388972

t<), Так как последние два сигнала подаются на установочные входы IKтриггера 32 выбора ключей, он переключается перед первым переходом через нулевое значение напряжения сети по синхроимпульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 (момент времени С,). При этом запирается формирователь 14 и запускается формиро- 10 ватель 15 (момент времени t,). По окончании коммутации двунаправленный тиристорный ключ 1 запирается и разрывает ток через псдвижный контакт

5, а двунаправленный тиристорный ключ 15

2 отпирается, соединяя подвижный контакт 6 с вторым BbIElopoM o MoT H 8 трансформатора. Напряжение на нагрузке понижается пропорционально увеличению числа витков на величину одной 20 ступени обмотки 8. Команда "Ниже" в момент времени С, поступает также в схему управления электромеханическим приводом 7 избирателя, который начинает перемещать обесточенный под- 25 вижный контакт 5 в первое положение, В момент времени t электромеханический привод 7 возвращается в начальное фиксированное положение, при этом тиристорный ключ 1 включается в от- 30 ветвление пониженного напряжения„ а тиристорный ключ 2 — в ответвление повышенного напряжения. В этом поло1

1 жении избирателя сигналы коммутирующего напряжения и напряжения сети совпадают по фазе, выходные сигналы

59, 60 и 63, 64 индикаторов 11 и 12 (фиг.2) принимают начальные значения выходные сигналы логических элементов И 26, 27 равны "0", выходной сигнал логического элемента ИЛИ-HE

30 — "1", логического элемента НЕ

31 — "0". IK — триггер 32 выбора ключей переключается перед первым переходом через нулевое значение напряжения сети по синхроимпульсу с выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 29 (момент времени t „ ). При этом запирается формирователь 15 управляющих импульсов двунаправленного тиристорного ключа 2 и запускается формирователь 14 (момент времени t „ ). По окончании коммутации двунаправленный тиристорный ключ 2 запирается, двунаправленный.тиристорный ключ 1 соединяет подвижный контакт 5 с первым выводом обмотки 8. Напряжение на нагрузке понижается пропорционально увеличению числа витков на величину ступени обмотки 8 трансформатора.

Общий диапазон регулирования напряжения задается числом выводов обмотки трансформатора 8, а точность регулирования — величиной напряжения одной ступени.

1388972

1388972

Редактор И.Рыбченко

Техред М.Моргентал.Корректор С.Шекмар

Заказ 955 Тираж 665 Подписное

ВНКП1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4