SU1758801A1 - Устройство дл регулировани переменного тока - Google Patents

Abstract

Использование, изобретенье относитс  к электротехнике Сущность изобретени : устройство дл  регулиоовани  переменного тока содержит входной дроссель 1, два дополнительных , идентичных по параметрам дроссел  2, 3 и два встречно включенных тиристора 4,5с блоком 6 их симметричного импульсно-фазового управлени , обмотка входного дроссел  1 включена последовательно между первой клеммой питающей однофазной сети переменного тока и общей точкой соединени  разноименных силовых электродов тиристоров 4, 5 Первые выводы обмоток дополнительных дросселей 2, 3 св заны с другими разноименными силовыми электродами тиристоров 4, 5, а их вторые выводы подключены к второй клемме питающей сети. Новым в устройстве  вл етс  то, что входной дроссель 1 имеет общий симметричный Ш-образный трехстержневой магнитолровод 7с замыкающим  рмом 8, на среднем стержне 9 которого расположена обмотка общего входного дроссел  1, а на боковых стержн х 9, 10 размещены обмотки дополнительных дросселей 2, 3. Обмотка входного дроссел  1 включена магнитно-согласно относительно обмоток дополнительных дросселей 2, 3, подключенных между собой магнитно-встречно. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 08 хг At (Л 4 ел 00 00 о й/г/

Description

Изобретение относитс  к области электротехники и может быть использовано в различных устройствах переменного тока дл  улучшени  их энергетических или регулировочных характеристик.

Известны различные устройства дл  регулировани  переменного тока, в том числе индуктивно-тиристорные регул торы реактивного тока, содержащие встречно-параллельно соединенные тиристоры и входной дроссель. Меньший уровень гармонических составл ющих тока обеспечивает включение в анодные цепи встречно-параллельно св занных тиристоров двух идентичных по параметрам дросселей, образующих совместно с блоком симметричного фазоимпульс- ного управлени  тиристорами регул тор индуктивного тока с разделенными реакторами .

Из известных устройств индуктивно-ти- ристорных регул торов реактивного тока наиболее близким по предназначению и обеспечивающим практически синусоидальную форму тока  вл етс  выбранное в качестве прототипа устройство регул тора индуктивного тока.

Устройство-прототип содержит входной дроссель, два идентичных по параметрам дополнительных дроссел  и два встречно включенных тиристора с блоком симметричного импульсно-фазового управлени , причем обмотка входного дроссел  включена последовательно между первым выводом дл  подключени  сети и общей точкой соединени  разноименных силовых выводов тиристоров, каждый из первых выводов обмоток дополнительных дросселей св зан с другими разноименными силовыми выводами тиристоров, а их вторые выводы подключены к второму выводу дл  подключени  сети. При этом в статическом установившемс  режиме работы и при относительно малых величинах углов отпирани 

тиристоров () интервалы проводимости обоих тиристоров взаимно перекрываютс  благодар  эффекту зат гивани  спада тока включенными в анодные цепи тиристоров упом нутых обмоток дополнительных дросселей. Вследствие этого потребл емый устройством ток имеет непрерывный (безразрывный) характер и практически синусоидальную форму кривой благодар  подавлению высших гармонических его составл ющих фильтрующими действием индуктивности обмотки входного дроссел .

Недостатками устройства-прототипа  вл ютс  сложность конструкции и повышенные массогабзриты трех дросселей, которые , будучи св занными лишь электрически упом нутой схемой соединени  их обмоток , имеют каждый свой автономный магнитопровод, имеющий при наиболее оптимальной стержневой конструкции исполнени  по две катушки, расположенные на боковых спинках магнитопровода и образующие при их согласно параллельном или последовательном соединении соответствующую обмотку дроссел .

Цель изобретени  - упрощение конструкции и улучшение массогабаритов дросселей устройства дл  регулировани  переменного тока.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  регулировани  переменного тока, содержащем входной дроссель, два идентичных по параметрам дополнительных дроссел  и два встречно включенных

тиристора с блоком симметричного импульсно-фазового управлени , обмотка входного дроссел  включена последовательно между первым выводом дл  подключени  сети и общей точкой соединени  разноименных силовых выводов тиристоров, каж- дый из первых выводов обмоток дополнительных дросселей св зан с другими разноименными силовыми выводами тиристоров , а их вторые выводы подключены

к второму выводу дл  подключени  сети, при этом дроссели выполнены на общем симметричном Ш-образном трехстержне- вом магнитопроводе с замыкающим  рмом, на среднем стержне которого расположена

обмотка входного дроссел , а на боковых стержн х размещены обмотки дополнительных дросселей, обмотка входного дроссел  включена согласно относительно обмоток дополнительных дросселей, включенных встречно между собой. Причем, в практически важном случае: при равенстве величин поперечных сечений  рма и стержней магнитопровода, его параметры и обмоточные данные дросселей св заны между

собой соотношением

Wi /.12 AI -Hi

W2 (3) fi2 Д (3) + l2 (3)

где Wi - число витков обмотки входного дроссел ;

W2(3) число витков обмотки дополнительного дроссел ;

2 относительна  магнитна  проница- емость материала магнитопровода;

AI и И - размер воздушного зазора и средн   длина участка магнитопровода потока обмотки входного дроссел ;

Аг(з) и l2(3) размер воздушного зазора и средн   длина участка магнитопровода потока обмотки дополнительного дроссел .

На фиг 1 показана принципиальна  электрическа  схема устройства дл  регулировани  переменного тока: на фиг.2 - временные графики изменени  напр жени  и тока на его элементах.

Устройство дл  регулировани  переменного тока содержит входной дроссель 1. два идентичных по параметрам дополнительных дроссел  2, 3 и два встречно включенных тиристора 4 и 5 с блоком 6 их симметричного импульсно-фазового управлени . Обмотка входного дроссел  1 включена последовательно между первым выводом (А) дл  подключени  однофазной сети переменного тока и общей точкой соединени  разноименных силовых выводов тиристоров 4 и 5. Каждый из первых выводов обмоток дополнительных дросселей 2 и 3 св зан с другими разноименными силовыми выводами тиристоров 4 и 5, а их вторые выводы подключены к второму выводу (В) дл  подключени  сети.

Дроссели 1, 2, 3 устройства конструктивно совмещены на общем симметричном Ш-образном трехстержневом магнитопро- воде 7 с замыкающим  рмом 8. на среднем стержне 9 которого расположена обмотка входного дроссел  1. а на боковых стержн х 10 и 11 размещены соответственно обмотки дополнительных дросселей 2 и 3. При этом, как показано на фиг.1, направление намотки обмоток дросселей обеспечивает согласное подключение обмотки входного дроссел  1 относительно обмоток дополнительных дросселей 2 и 3, включенных между собой встречно.

Блок 6 импульсно-фазового управлени  св зан двум  выходными, гальванически разв занными цеп ми 12 и 13 с управл ющими электродами тиристоров 4 и 5, обеспечива  их поочередное симметричное Отпирание подачей управл ющих импульсов в каждом полупериоде напр жени  питающей сети. Две входные цепи 14 и 15 блока 6 подключены соответственно к выходу устройства задани  16,например,потен- циометрического типа, и к выходу датчика 17 обратной св зи по току, выполненному, например, в видетрансформатора переменного тока с выходным выпр мителем.

Дл  сохранени  работоспособности устройства в широком диапазоне регулировани  выходного тока его дроссели 1, 2, 3 имеют каждый на своем участке воздушный (немагнитный) зазор (18, 19. 20 на фиг.1), чем обеспечиваетс  стабильность величин

индуктивностей и взаимных индукти но- стей обмоток дросселей, При этом, ввиду необходимости идентичности парг i irijr дополнительных дросселей 2 и 3, числа oinков их обмоток равны (W2 Л/з -- W2ij)). как и одинаковы размеры их воздушных зазоров 18 и 20 на боковых стержн х Ю и 11 магнитопровода 7. т.е. Д2 АЗ - АЗ (з). а также равны величины средней длины участка магнитопровода г з 12(3) потоков дросселей 2 и 3, проход щих соответственно по боковым стержн м 10 или 11 и по части замыкающего  рма 8 до участка разветвлени  магнитопровода 7, выполн емого симметричным. Соответственно, общий входной дроссель 1 устройства, по обмотке которого протекают попеременно или одновременно токи обмоток дополнительных дросселей 2 и 3, имеет меньшее чиспо витков (Wi Л/2(з)) с большим сечением обмоточного провода и меньшую среднюю длину (И) участка своего магнитопровода с воздушным зазором 19 размером AI .определ емую прот женностью среднего стержн 

g общего магнитопровода 7 устройства.

Попарное и согласное включение обмоток дополнительных дросселей 2 и 3 относи- тельно обмотки общего дроссел  1, характеризующеес  одинаковыми величинами взаимных индуктивностей Mi-2 М t-з. приводит к полезному увеличению общей индуктивности устройства, позвол   уменьшить его массогабариты. Одновременно благодар  взаимно-встречному включению

обмоток дополнительных дросселей 2 и 3 между собой, характеризующемус  величиной взаимной индуктивности Ма-з, в устройстве реализуетс  условие относительной автономности работы дросселей 2 и 3. если

за счет рационального выбора параметров обеспечить равенство

(Мь2 Mi-з) М2-з,

(1),

при выполнении которого взаимно компенсируютс  упом нутые согласные и встречные электромагнитные св зи между обмотками дросселей 1, 2, 3.

Это соответствуют сохранению качестВа работы устройства в форме обеспечени  квазисинусоидальной формы кривой выходного тока устройства и, как показывает анализ работы устройства по известным правилам теории линейных магнитных цепей , сводитс  дл  практически важного случа  использовани  типового трехфазного исполнени  магнитопровода 7 с равными величинами поперечных сечений его  рма 8

и стержней 9-10-11 к выполнению конструктивного соотношени 

Wi

ftr Ai +h

W2 (3) fir Дф) + 12(3)

(2)

где ,и - относительна  магнитна  проницаемость материала Ш-образного магнито- провода 7 и его замыкающего  рма 8.

Статический установившийс  режим работы устройства, соответствующий непрерывному характеру его выходного тока с практически синусоидальной формой кривой , иллюстрируетс  временными графиками (фиг.), где последовательно показаны: а) изменение синусоидального напр жени  питающей сети идв( импульсы отпирающего напр жени , подаваемые поочередно по выходным цеп м 12 и 13 блока 6 импульсно-фазового управлени  на тиристоры 4-5; б) изменени  напр жени  U2(t) и тока i2(t) обмотки первого дополнительного дроссел  2, подключаемого тиристором 4: в) изменени  напр жени  1)з(т.) и тока ia(t) обмотки второго дополнительного дроссел  3, подключаемого тиристором 5; г) изменение тока h(t) в обмотке общего входного дроссел  1 устройства: д) изменение напр жени  Ui(t) на обмотке входного дроссел  1 устройства.

При этом на начальном интервале положительной по пол рности полуволны напр жени  UAB (w t) питающей сети в устройстве по последовательно соединенным обмоткам входного дроссел  1 и второго дополнительного дроссел  3 и через ранее открытый на предшествующем интервале тиристор 5 протекает ток и з условной отрицательной пол рности, спадающий до нул  к моменту ол /3 , например , ft 120°, под вли нием положительной по пол рности полуволны сетевого напр жени , стрем щегос  закрыть тиристор 5. Напр жение L)2(t) на обмотке первого дополнительного дроссел  2, отключенного закрытым тиристором 4, близко к нулю ввиду взаимной компенсации двух ЭДС взаимной индукции, наведенных на этой обмотке 2 соответственно от согласно св занной обмотки входного дроссел  1 и от встречно св занной обмотки второго дополнительного дроссел  3, обтекаемых их общим током И з.

Затем при подаче отпирающего импульса управлени  на тиристор 4 в момент at - а , например, при а 60°, обмотка первого дополнительного дроссел  2 подключаетс  через тиристор 4 параллельно к обмотке второго дополнительного дроссел 

3 с ее все еще открытым тиристором 5, что приводит к скачкообразному увеличению напр жени  Ui(t) на обмотке общего входного дроссел  1 (фиг.2д) и увеличению скорости изменени  токов h(t) и i3(t), вызванному возрастанием тока i(t) условной положительной пол рности через цепь подключаемой обмотки первого дополнительного дроссел  2 (фиг.26). При этом на

интервале a. «tit (3 одновременной проводимости обоих тиристоров 4 и 5 входной ток h(t) устройства определ етс  в соответствии с первым законом Кирхгофа, алгебраической суммой токов обмоток до5 полнительных дросселей 2 и 3 и ввиду их различных пол рностей переходит через нулевое значение, измен   знак, в момент

90С

an

2

что соответствует известной специфике работы устройства, предназначенного дл  регулировани  величины реактивного (индуктивного -по характеру используемых элементов) переменного тока ii(t), имеющего при этом

практически синусоидальную форму (фиг.2г).

Далее,наинтервале

/ ш t (ж + а), , когда тиристор 5 устройства закрыт, последовательно соединенными через тиристор 4 оказываютс  обмотки входного дроссел  1 и первого дополнительного дроссел  2, общий ток и (т.) ia(t) достигает максимальной амплитуды Ьт, положительной пол рности при

ал л 180° , а затем начинает снижатьс  по примерно синусоидальному закону под вли нием отрицательной по пол рности полуволны напр жени  UAB(wt) питающей однофазной сети (фиг.2а,б). При этом величина напр жени  Кз(т-) на обмотке второго дополнительного дроссел  3, отключенной закрытым тиристором 5, близка к нулю ввиду аналогичной взаимной компенсации двух ЭДС взаимной индукции, наводимых на

этой обмотке соответственно от согласно св занной обмотки входного дроссел  1 йот встречно св занной обмотки первого дополнительного дроссел  2, обтекаемых их общим током H(t) J2(t).

Наконец, с момента ои(  + а), равного, например, 240° (фиг.2а), когда с блока управлени  6 по его выходной цепи 13 на управл ющий электрод тиристора 5 симметрично поступает отпирающий импульс,

описанные на интервале 0 an (л + а) процессы изменени  напр жений и токов зеркально повтор ютс  на последующем интервале (тг + а) ап 2 п. т.е. до начала следующего полного периода напр жени  питающей сети, но применительно к теперь провод щей цепи обмотки входного дроссел  1 и второго дополнительного дроссел  2, св занных открытым тиристором 5; причем тиристор 4 запираетс , отключа  цепь обмотки первого дополнительного дроссел  2, в момент перехода тока l2(t) этой обмотки через нуль, т.е. при w t (  +/J) .

Таким образом, устройство (фиг. 1) работает как индуктивно-тиристорный регул тор реактивного тока, причем при углах фазоим- пульсного управлени  0 а 90° тиристорами обеспечиваетс  режим непрерывного тока с практически синусоидальной его формой . При этом благодар  наличию в устройстве датчика тока 17, включенного в цепь обмотки общего входного дроссел  1 и подающего сигнал отрицательной обратной св зи на второй вход 15 блока 6 импульсно- фазового управлени  тиристорами 4 и 5, реализуетс  режим стабилизации величины выходного тока устройства, устанавливаемого задатчиком 16; причем компенсируютс , например, колебани  величины напр жени  питающей однофазной сети или отклонени  его частоты от номинального уровн .

Положительный эффект, создаваемый при использовании устройства дл  регулировани  переменного тока, например, в стабилизаторах коэффициента мощности различных преобразорательных установок, определ етс  упрощением конструкции и улучшением массогабаритных показателей дросселей устройства, конструктивно совмещенных на общем Ш-образном трех- стержневом магнитопроводе с полезным использованием эффекта взаимной индукции между электромагнитносв занными обмотками дросселей устройства.

Claims (2)

1. Устройство дл  регулировани  переменного тока, содержащее входной дроссель , два идентичных по параметрам дополнительных дроссел  и два встречно

включенных тиристора с блоком симметричного импульсно-фазового управлени , обмотка входного дроссел  включена последовательно между первым выводом

дл  подключени  сети и общей точкой соединени  разноименных силовых выводов тиристоров, каждый из первых выводов обмоток дополнительных дросселей св заны с другими разноименными силовыми выводами тиристоров, а их вторые выводы подключены к второму выводу дл  подключени  сети, отличающеес  тем, что. с целью упрощени  конструкции и улучшени  массо- габаритных свойств дросселей, дроссели

выполнены на общем симметричном Ш-образном трехстержневом магнитопроводе с замыкающим  рмом, на среднем стержне которого расположена обмотка введенного дроссел , а на боковых стержн х размещены обмотки дополнительных дросселей, при этом обмотка входного дроссел  включена согласно относительно обмоток дополнительных дросселей, включенных встречно между собой.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что при равенстве величин поперечных сечений  рма и стержней магнитопро- вода его параметры и обмоточные данные дросселей св заны между собой соотношением

Wi fi2 Ai -H1 Л/2(з) цг А2 (з) + 12 (з)

где Wi - число витков обмотки входного дроссел ;

W2(3) - число витков обмотки дополнительного дроссел ;

J&i относительна  магнитна  проница- емость материала магнитопровода;

Дч и - размер воздушного зазора и средн   длина участка магнитопровода потока обмотки входного дроссел ;

Аг (з) и 12(3) - размер воздушного зазора и средн   длина участка магнитопровода

потока обмотки дополнительного дроссел .

О

Фиг.г

0)t