Патент ссср 403006

 

О П И С А Н И Е 403006

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски)

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

М. Кл. H 02р 13/16

G 05f 1 i20

Заявлено 17.Ч.1971 (№ 1659892/24-7) с присоединением заявки № 1659891i24-7

Приоритет

Опубликовано 19.Х.1973. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 1.II.1974

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий

УДК 621;316.722(088.8) 1 1 (Г1 Т

I Ы

М. В. Гельман и С. П. Лохов

Челябинский политехнический институт имени Ленинского Комсомола-==-=:=Авторы изобретения

Заявитель

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах широтно-импульсного регулирования, в частности в регуляторах печей сопротивления; включаемых в сеть через печной трансформатор.

Известен способ управления тиристорным регулятором, включенным в первичную цепь силового трансформатора, с использованием широтно-импульсного регулирования с целым числом периодов питающего напряжения на интервале включенного состояния и с задержкой момента включения одного тиристора по отношению к моменту перехода через нуль в заданном направлении напряжения сети только в первом полупериоде каждого интервала включенного состояния. Недостатком такого способа является появление выбросов тока намагничивания при определенных значениях скважности регулирования, когда время между предыдущим выключением и последующим включением мало, при изменениях характера нагрузки и снижения

coscp нагрузки ниже 0,5 — 0,7 (в зависимости от материала сердечника), а также при изменениях параметров трансформатора, например, когда регулятор переключают на другой трансформатор (в период настройки).

Предлагаемый способ позволяет улучшить энергетические показатели регулятора. Это достигается тем, что угол задержки момента включения тиристора в первом периоде каждого интервала включенного состояния изменяют.

s Кроме того, сначала измеряют вольт-секундный интеграл напряжения, приложенного к первичной обмотке трансформатора в конце предыдущего интервала проводимости от момента последнего перехода напряжения

10 сети через нуль до начала следующего интервала включенного состояния, а затем включают регулятор в момент, когда вольтсекундный интеграл напряжения на тиристоре от момента перехода через нуль в том же

15 направлении сравняется с измеренным вольтсекундным интегралом.

На фиг. 1 дана схема силовой части импульсного регулятора на первичной стороне трансформатора, поясняющая описываемый

20 способ; на фиг. 2 — диаграммы при активной нагрузке: а — напряжения U сети, б — напряжения U,ð на первичной стороне силового трансформатора, в — индукции сердечника силового трансформатора, г — тока намагни2S чивания силового трансформатора, д — тока нагрузки, е — тока t< резисторов, ж— напряжения U„, на тиристорах, з — измеряемого вольт-секундного интеграла напряжения на первичной стороне трансформатора, 30 и измеряемого вольт-секундного интеграла

403006 напряжения сети, к — измеряемого вольт-секундного интеграла напряжения на тиристорах, л — перемагничивания силового трансформатора от момента t1 до начала новой пачки импульсов; на фиг. 3, а — л — то же, при активно-индуктивной нагрузке; на фиг.

4 — принципиальная электрическая схема регулятора управляемого по описываемому способу:

Силовая часть импульсного регулятора на первичной стороне трансформатора (фиг. 1) содержит два встречно-параллельно включенных тиристора 1 и 2, периодически подключающих первичную обмотку силового трансформатора 3 к сети переменного напряжения.

Первым в начале каждой пачки импульсов включается тиристор 2, последним в конце каждой пачки импульсов отключается тиристор 1, что обеспечивает четное число полупсриодов тока в каждой пачке импульсов.

Все последующие включения тиристоров 1 и

2 (кроме первого включения тиристора 2) осуществляются при переходах тока тиристоров через нуль.

Если первое включение тиристорного ключа при импульсном регулировании производить с определенной задержкой (фиг. 2б и

Зб) по отношению к моменту перехода чсрез нуль в заданном направлении (от минуса к плюсу) напряжения сети или напряжения тиристоров, то выбросов тока намагничивания не наблюдается (фиг. 2г и Зг). 3а время от момента включения с некоторой задержкой —, где а — угол включения, со — круговая к частота, до момента — персхода через нуль напряжения на первичной стороне трансформатора величина индукции изменяется пропорционально приложенному вольт-секундному интегралу от — В„,. до +В„, (В„, — величина остаточной индукции).

В с + У sin 10t й: B„ó+ а ш

+ " .(1+ cos а) 1м

W.S. где U„— амплитуда напряжения сети;

В „ — амплитуда индукции сердечника к концу первого полупериода;

W — число витков первичной обмотки;

S — сечение сердечника; (t) — круговая частота.

BhlopocbI ток11 ням ягничивя11И51 H(появ ля1отся тогда, когдя м11ксимялыlое 311ачение индукции В м к концу первого полупериода включения точно совпадает с максимальной индукцией В„в установившемся режиме, В„=-, "; (2) 4

Отклонение в ту или другую сторону приводит к выбросам тока намагничивания в первом или втором полупериоде.

Величина остаточной индукции может быть определена через вольт-секундный интеграл

I1 напряжения U,1, на первичной стороне силового трансформатора от момента 4 до момента t1,+— (о

10 а

t4+—

1: j Uy dt

I1

„, = — „+

5 W (4) 15

Величину а задержки первого включения определяют из равенства интеграла 11 вольтсекундному интегралу I2 напряжения сети от момента 4 перехода через нуль в заданном направлении этого напряжения до момента

i<+ — включения тиристорного ключа

1,+.

25 1: 1 U„.sin t dt = (1 cos) „(5) 13 е,11 0) cosа = 1 — - = 1 —— (б) 1м

Зо

Г1одставив в выражение (1) выражения (2, 4 и 6), получают

В = — В м — +, +

X 1+1 — =„

1 яким образом, предлагаемый способ уп40 равления обеспечивает первое включение тнристорного ключа без выбросов тока намагничивания и каких-либо ограничений со стороны нагрузки, трансформатора и длитсльности процессов.

45 Так как к началу каждой пачки импульсов остаточное напряжение на первичной стороне трансформатора незначительно, то моменты отсчета и вольт-секундные интегралы можно снимать не только с напряжения сети, но и

50 с напряжения на тиристорах, что позволяет упростить техническую реализацию способа.

11Я фиг. 2, и, к заметно некоторое расхождение моментов равенства сравниваемых интегралов, а на фиг. 3, и, к незаметно.

Величина В„,. остаточной индукции трансформатора определяется как коэффициентом прямоугольности материала сердечника, так и процессом разрядки запасенной в трансформаторе и его активно-индуктивной нагрузке

60 электромагнитной энергии. В зависимости от параметров схемы и времени процесса разряда запасенной энергии значения остаточной индукции сердечника к началу следующей пачки импульсов могут быть различны65 ми. Если активно-индуктивная нагрузка си403006 лового трансформатора имеет достаточно высокий коэффициент сдвига (1 ) cos тр„„р )

80 .> — 1, то в момент отключения тиристорноВм

ro ключа фазовая точка на диаграммах перемагничивания (фиг. 2, л) находится в третьем квадранте. В следующих за отключением процессах разрядки запасенной электромагнитной энергии фазовая точка движется к точкс — В((на оси ординат. Если времени выключенного состояния тиристоров достаточно для полного окончания процессов разрядки запасенной энергии, то остаточная индукция В„, в сердечнике силового трансформатора принимает значение В(1 независимо от коэффициента сдвига нагрузки в достаточно широком диапазоне его изменения.

Если коэффициент сдвига не выходит за допустимые пределы, но время разрядки мало, то значение остаточной индукции к началу следующей пачки импульсов превышает значение В(1 (фиг. 2, в, л). Если же коэффициент сдвига выходит за допустимые пределы (преобладает индуктивная составляющая тока), то остаточная индукция к началу следующей пачки импульсов меньше значения

Во (фиг. 3, в, л). При подключении регулятора к новому трансформатору величина Во может быть неизвестна. В таких случаях целесообразно использовать предлагаемый способ.

Регулятор (фиг, 4) состоит из двух встречно включенных тиристоров 1 и 2, последовательно с которыми в цепь с трансформатором

3 включен насыщающийся трансформатор 4.

Вторичная обмотка трансформатора 4 подсоединена к управляющему электроду — тиристора 1, зашунтированному диодом 5. Система управления и формирования импульсов тиристора 2, управляющий электрод которого также зашунтирован диодом 6, выполнена в виде насыщающегося дросселя 7 с прямоугольной петлей гистерезиса, подключенного одним концом к управляютцему электроду тиристора 2, а другим через балластное сопротивление 8 к выводу обмотки трансформатора 3, непосредственно связанному с сетью, н дополнительного тиристора 9, соединяющего анод тиристора 2 с точкой соедттттеттття дросселя и сопротттвлеттття. Тиристор 9 Вт лто1(ается через нуль в том жс направлении сравняется

50 с 13 ъ (е р е 1! 11!.(м В О, т ь! - се ну и д(1 11! м и !(Те Г р а л О .1 (.

ЗО

40 через управляемый ключ 10 импульсами с синхронизированного с сетью (или с напряжением на тиристорах) генератора ll импульсов.

Если необходимо полностью ликвидировать провалы в напряжении нагрузки, то в схему регулятора может быть включен еще один насыщающийся трансформатор 12, вторичная обмотка которого через управляемый ключ

13. включающийся синхронно с ключом 10, подключстта к управляющему электроду тиристора 2.

Первьгм в начале каждой пачки импульсов всегда включается тиристор 2. По прекращении тока через тиристор 2 с насьпцающегося трансформатора 4 на управляющий электрод тиристора 1 поступает включающий его импульс, поэтому тиристор 1 всегда включается вслед за тиристором 2.

Предмет изобпстения

1. Способ управления тиристорным регулятором, включенным в первичную цепь силового трансформатора, с использованием широтно-импульсного регулирования с целым числом периодов питающего напряжения на интервале включенного состояния и с задержкой момента включения одного тиристора по отношению к моменту перехода через нуль в заданном направлении напряжения сети только в первом полупериоде каждого интервала включенного состояния, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей регулятора, угол задержки момента включения тиристора в первом полупериоде каждого интервала включенного состояния изменяют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сначала измеряют вольт-секундный интеграл напряжения, приложенного к первичной обмотке трансформатора в конце предыдущего интервала проводимости от момента последнего перехода напряжения сети через нуль до начала следующего интервала включенного состояния, а затем включают регулятор в момент. когда вольт-секундный интеграл напряжения на тнристоре от момента перехода