CS229260B1 - Způsob regulace napětí odbočkových transformátorů, zejména pro napájení sklářských elektrických tavících pecí, pomocí tyristorových spínačů a zapojení k provádění způsobu - Google Patents

Abstract

Přepnutí odboček uvnitř časového, intervalu daného zvolenou konstantní opakovači periodou, která je nejméně dvojnásobkem periody napájecí sítě, se časově posune nejméně o jeden celý násobek pericdy napájecí sítě, přičemž v okamžiku přepnutí odboček prochází proud nulou. Odbočky (7, 8) primárního vinuti (5) odbočkového transformátoru (4) jsou ke zdroji (6) střídavého napětí připojeny přes dvojice antiparalelně zapojených tyristorů (11, 12) a (13, 14) a vedením (9) s měřicím transformátorem (10) proudu. Činnost dvojic antiparalelně zapojených tyristorů (11, 12) a (13, 14) je řízena elektronickým obvodem, který obsahuje: tvarovací obvod (15), generátor (16) zapalovacích impulsů, čítač (17) délky opakovači periody, čítač (18) časového posuvu, indikátor (19) průchodu proudu nulou, přepínač (20) zapalovacích impulsů, zpětnovazební převodník (21) a obvod (22) regulační odchylky.

Description

Vynález se týká způsobu regulace napětí odbočkových transformátorů, zejména pro napájení sklářských elektrických tavičích pecí pomocí tyristorových spínačů a zapojení k provádění způsobu.

Dosud se pro regulaci napětí transformátorů pomocí tyristorů používá fázově nebo cyklově řízených tyristorových spínačů.

Tyrlstorové fázově řízené spínače všeobecně vyhovují pro výkony nepřesahující 1 proč. zkratového výkoinu v daném místě připojení spínače. Je-li výkon řízený tyristorovým spínačem vyšší, jako např. v provozech s velkými elektrickými pecemi o příkonu přes 400 kW, mají tyristorové spínače nepříznivý zpětný vliv na síť, který se projevuje tím, že klesá účiník cos φ i pod 0,5 a silně se zkresluje průběh proudu. Již při zaregulování napětí na 50 °/o, klesá celkový účiník až na hodnotu 0,35 a fázové řízení je zdrojem vysokofrekvenčního rušení vlivem strmého nárůstu proudu při sepnutí tyristorů, které je prováděno silným zkreslením tvaru proudu, jak je popsáno v publikaci J. Heřmana „Fázově a cyklově řízené polovodičové spínače“ (vydalo SNTL 1977] na straně 71 až 74 a 298. Potlačení zpětného vlivu na síť u tyristorových zařízení pro vyšší výkony vyžaduje instalaci automatických kompenzačních filtrů, jak je uvedeno např. v publikaci V. Hrbka „Problémy výkonových elektronických systémů“ (vydalo SNTL 1980 J na str. 165 až 183. Tím se zvyšují investiční náklady a zvětšuje se zastavěný prostor výkonovou elektronikou zhruba na dvojnásobek.

U cyklově řízených tyristorových spínačů je vysokofrekvenční rušení zanedbatelné, avšak zátěž přes cyklově řízený spínač je připojena ke zdroji a odpojována na časové intervaly rovnající se násobku celých period střídavého průběhu, což má za následek negativní vliv na ustálený průběh zatížení, přičemž vznikají subharmonické kmity, které jsou příčinou i mechanických kmitů přenášejících se až do jádra transformátoru.

V přednášce R. W. Robertse a G. R. Halloryho na téma „Tyristorově řízený energetický zdroj o výkonu 4300 kW pro sklářskou vanu s kombinovaným otopem“, přednesené na Symposiu o automatické regulaci ve skle, konaném 25. až 28. září 1973 v Lafayette, Indiana, USA je uvedeno použití tyristorů v sekundárním obvodu. Tím je vysokofrekvenční rušení tlumeno, avšak tyristory musí být dimenzovány na podstatně vyšší proudy.

Zapojení tyristorů do sekundárního obvodu je popsáno rovněž v patentových spisech Francie č. 2 227 706, jehož předmětem je rozdělení topného proudu ve sklovině za účelem minimalizace nežádoucích únikových proudů mezi elektrodami, v pat. spise Francie Č. 2 288 064, jehož předmětem je zařízení k indikaci hrozících poruch elektrod i žárovzdorných stěn na základě sledování odporu, který se pří hrozící havárii zvětšuje a v autorském osvědčení SSSR číslo 681 005, týkajícím se regulace výkonu sklářské elektrické pece s regulátory napětí pomocí základních a doplňkových tyristorových regulátorů, kterými se vytváří na jednom páru elektrod vyšší napětí než na druhém páru tím, že tyristory jednoho páru jsou otevřeny déle než tyristory druhého páru během jedné půlperiody.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí způsobem regulace napětí odbočkových transformátorů, zejména pro napájení sklářských elektrických tavících pecí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že přepnutí odboček uvnitř časového intervalu daného zvolenou konstantní opakovači periodou, která je nejméně dvojnásobkem periody napájecí sítě, se časově posune nejméně o jeden celý násobek periody napájecí sítě, přičemž v okamžiku přepnutí odboček prochází proud nulou. Toho se docílí zapojením podle vynálezu, v němž dvě zvolené odbočky primárního vinutí odbočkového transformátoru jsou přes dvojice antiparalelně zapojených tyristorů připojených ke zdroji střídavého napětí a napojeny na vstup tvarovacího obvodu. Na výstup tvarovacího obvodu je připojen generátor zapalovacích impulsů, čítač délky opakovači periody a čítač časového posuvu, jejichž výstupy jsou napojeny na přepínač zapalovacích impulsů a jeho výstupy jsou připojeny na dvojice antiparalelně zapojených tyristorů. Na přepínač zapalovacích impulsů je připojen též indikátor průchodu proudu nulou napojený na měřící transformátor proudu zapojený do napájecího vedení a spojený přes zpětnovazební převodník, napojený též na jednu z odboček odbočkového transformátoru, s obvodem regulační odchylky, jehož výstup je napojen na čítač časového posuvu.

Tím, že tyristory jsou zapojeny na primární straně odbočkového transformátoru, se podstatně snižují proudy jimi spínané a tím též výkonová ztráta na tyristorech. Fázový posuv proudu je minimální, daný pouze indukčností odbočkového transformátoru při činné zátěži. Tyristory jsou sepnuty po celou dobu jedné půlperiody a tím se účiník blíží jedné a je konstantní, nevzniká strmý nárůst proudu a tím vysokofrekvenční rušení a není třeba používat automatických kompenzačních filtrů. Průběh zatížení proti cyklově řízeným tyristorům se podstatně zlepší, neboť nedochází k úplnému odpojení transformátoru na dobu několika period napájecí sítě, ale k přepnutí z jedné odbočky na druhou pomocí antiparalelně zapojených tyristorů. Tím se sníží amplituda subharmonických kmitů a omezí chvění transformátoru.

Příkladné provedení vynálezu je popsáno dále a schematicky znázorněno na připojených výkresech, z nichž představuje obr. 1 průběhy primárního napětí a proudu během regulace a obr. 2 blokové schéma zapojení.

Na obr. 1 je znázorněn průběh primárního napětí U[ a proudu i_b síťová perioda T_s, opakovači perioda T_o a časový posuv Tj během regulace, φ je fázový posuv způsobený indukčností transformátoru.

Sklářská taviči pec 1 (obr. Z) je vytápěna elektrodami 2 napojenými na sekundární vinutí 3 odbočkového transformátoru 4. Jeho primární vinutí 5 je připojeno ke zdroji 6 střídavého napětí přes dvojici odboček 7, 8 a přes napájecí vedení 9, v němž je zapojen měřicí transformátor 10 proudu, přičemž jedna odbočka 7 je připojena ke zdroji 6 střídavého napětí přes dvojici antiparalelně zapojených tyristorů 11, 12 a druhá odbočka 8 přes dvojici antiparalelně zapojených tyristorů 13, 14. Odbočky 7, 8 s dvojicemi antiparalelně zapojených tyristorů 11, 12 a 13, 14 a zdroj 6 střídavého napětí jsou napojeny na vstup tvarovacího obvodu 15. Na jeho výstup jsou připojeny generátor 16 zapalovacích impulsů, čítač 17 délky opakovači periody a čítač 18 časového posuvu. Na měřicí transformátor 10 proudu je napojen indikátor 19 průchodu proudu nulou, jehož výstup s výstupy z generátoru 16 zapalovacích impulsů, čítače 17 délky opakovači periody a čítače 18 časového posuvu jsou připojeny na přepínač 20 zapalovacích impulsů, jehož výstupy jsou spojeny s dvojicemi antiparalelně zapojených tyristorů 11, 12 a 13, 14. Na napájecí vedení 9, měřicí transformátor 10 proudu a odbočku 8 je připojen zpětnovazební převodník 21, jehož výstup je připojen na obvod 22 regulační odchylky, jehož výstup je napojen na čítač 18 časového posuvu. Na obr. 2 je pro jednoduchost znázorněno zapojení pro jednofázový zdroj 6 střídavého napětí, je možné obdobné provedení s připojením na třífázový zdroj napětí.

Zapojení funguje následovně: střídavé napětí Ui ze zdroje 6 střídavého napětí je tvarovacím obvodem 15 převedeno na vhodné napětí, kterým se synchronizuje činnost generátoru 18 zapalovacích impulsů, čítače 17 délky opakovači periody T_o a čítače 18 časového posuvu T). Časový posuv Ti se mění v závislosti na velikosti regulační odchylky vyhodnocené obvodem 22 regulační odchylky pomocí zpětnovazebního převodníku 21, který snímá napětí na odbočce 8 proti napájecímu vedení 9 a proud z měřicího transformátoru 10 proudu. Přepínač 20 zapalovacích impulsů střídavě přepíná generátor 16 zapolovacích impulsů na dvojice tyristorů 11, 12 a 13, 14 a tím se střídavě připojují odbočky 7 a 8 odbočkového transformátoru 4 ke zdroji 6 střídavého napětí. Např. na začátku opakovači periody T_o jsou zapalovací impulsy přepínačem 20 zapolovacích impulsů přivedeny na dvojice tyristorů 11, 12 a tím je odbočka 7 připojena ke zdroji 6 střídavého napětí. Čítač 18 časového posuvu Ti odměří čas Ti jako celý násobek síťové periody T_s a vyšle impuls. Se zpožděním φ způsobeným indukčností odbočkového transformátoru 4 vyšle též impuls indikátor 19 průchodu proudu nulou. Oba impulsy způsobí přepnutí přepínače 20 zapalovacích impulsů, takže zapalovací impulsy jsou odpojeny z dvojice tyristorů 11, 12 a připojeny na dvojici tyristorů 13, 14 a tím je ke zdroji 6 střídavého napětí místo odbočky 7, připojena odbočka 8 odbočkového transformátoru 4. Čítač 17 délky opakovači periody T_o odměří čas T_o jako celý násobek síťové periody T_s a vyšle impuls. Se zpožděním φ vyšle též impuls indikátor 19 průchodu proudu nulou. Oba impulsy způsobí přepnutí přepínače 20 zapalovacích impulsů do původního stavu, takže jsou zapalovací impulsy z dvojice tyristorů 13, 14 odpojeny a připojeny zpět na dvojici tyristorů 11, 12. Popsaný cyklus se stále opakuje. Změnou časového posuvu Ti se dosáhne změny průměrné hodnoty regulované veličiny. V uvedeném příkladu je regulovanou veličinou výkon.

Způsob a zapojení je určeno především pro regulaci sklářských tavičích pecí. Je možno jich však použít i k regulaci např. chladicích pecí nebo k regulaci ohřevu pomocí odporových článků.

Claims (2)

1. Způsob regulace napětí odbočkových transformátorů, zejména pro napájení sklářských elektrických tavících pecí, pomocí tyristorových spínačů, vyznačující se tím, že přepnutí odboček uvnitř časového intervalu daného zvolenou konstantní opakovači periodou, která je nejméně dvojnásobkem periody napájecí sítě, se časově posune nejméně o jeden celý násobek periody napájecí sítě, přičemž v okamžiku přepnutí odboček prochází proud nulou.

2. Zapojení k provádění způsobu podle bodu 1 vyznačené tím, že dvě zvolené odbočky (⁷, 8] primárního vinutí (3) odbočkovéYNALEZU ho transformátoru (4) jsou přes dvojice antiparalelně zapojených tyristorů (11, 12) a (13, 14) připojených ke zdroji (6) střídavého napětí a přes napájecí vedení (9) napojeny na vstup tvarovacího obvodu (15), na jehož výstup je připojen generátor (16) zapalovacích impulsů, čítač (17) délky opakovači periody a čítač (18) časového posuvu, jejichž výstupy jsou napojeny na přepínač (20) zapalovacích impulsů, jehož výstupy jsou připojeny na dvojice antiparalelně zapojených tyristorů (11, 12 a 13, 14), přičemž na přepínač (20) zapalovacích impulsů je připojen též indikátor (19) prů229260 chodu proudu nulou, napojený na měřicí transformátor (10] proudu zapojený do napájecího vedení (9) a spojený přes zpětnovazební převodník (21], napojený též na napájecí vedení (9J a na jednu (8) z odboček odbočkového transformátoru (4), s ob vodem (22) regulační odchylky, jehož vý stup je napojen na čítač (18) časového po suvu.