SU851691A1

SU851691A1 - Ac voltage regulator

Info

Publication number: SU851691A1
Application number: SU782673632A
Authority: SU
Inventors: Александр Иванович Данилушкин; Лев Сергеевич Зимин; Эдгар Яковлевич Рапопорт; Леонид Васильевич Синдяков; Юрий Романович Ларин
Original assignee: Куйбышевский Политехнический Институт Им. B.B.Куйбышева
Priority date: 1978-10-17
Filing date: 1978-10-17
Publication date: 1981-07-30

Description

(54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(54) AC VOLTAGE REGULATOR

1one

Изобретение относитс к электротехнике, а более конкретно к устройствам дл регулировани напр жени потребителей переменного тока промышленной и повышенной частоты повышенной мош,ности.The invention relates to electrical engineering, and more specifically to devices for regulating the voltage of industrial consumers of alternating current and increased frequency of increased power.

Известны регул торы 1 и 2.Known regulators 1 and 2.

Однако они не позвол ют осуществл ть индивидуальное регулирование напр жени потребителей промышленной и повышенной частот в услови х изменени их параметров .However, they do not allow for individual regulation of the voltage of industrial and high-frequency consumers under conditions of changing their parameters.

Известен регул тор, который содержит группу встречно-параллельно соединенных тиристоров, дроссел дл выравнивани токов между параллельными ветв ми тиристоров и схему управлени , формирующую пакеты синусоид питающего напр жени , период которых посто нен, а длительность мен етс в зависимости от требуемого напр жени на нагрузке 3.A known regulator, which contains a group of anti-parallel connected thyristors, throttles for leveling the currents between parallel branches of thyristors and a control circuit that generates supply voltage sinusoid packets, the period of which is constant, and the duration varies depending on the required load voltage 3

Неравномерное распределение токов между параллельно включенными вентил ми в регул торе приводит к завышению мощностей примен емых вентилей и к необходимости примен ть выравнивающие, индуктивные делители тока, что приводит к увеличению массы и габаритов устройства и ухудшению его энергетических показателей. Кроме того, этот регул тор работоспособен только на промышленной частоте 50 Гц. Пчмене ние индуктивных делителей нагрузки с целью выравнивани токов через параллельно включенные тиристоры эффективно толькб при работе регул тора на низких частотах (пор дка 50 Гц), когда длительность установившегос режима работы тиристора, равна при число-импульсном регулировании полупериоду питающего нагрузку напр жени , значительно (на 1-2 пор дка) превышает длительность динамических режи10 мов работы тиристора (включение и выключение тиристора). При работе регул тора на повышенных частотах (500-10000Гц) длительность установившегос режима работы тиристора становитс соизмеримой с временем включени и выключени , поэтому при15 менение магнитных делителей нагрузки не обеспечивает равномерного распределени тока через согласно-параллельно включенные тиристоры, что ведет к неустойчивой работе регул тора и выходу из стро тиристо20 ров.The uneven distribution of currents between parallel-connected valves in the controller leads to an overestimation of the power of the valves used and to the need to use leveling, inductive current dividers, which leads to an increase in the mass and dimensions of the device and the deterioration of its energy performance. In addition, this controller is operational only at an industrial frequency of 50 Hz. Challenging inductive load dividers to equalize currents through parallel-connected thyristors is only effective when the controller is operated at low frequencies (about 50 Hz), when the duration of the steady state operation of the thyristor is equal when the number-pulse control half-period of the voltage supplying the load is significant ( 1-2 times longer than the duration of the dynamic modes of the thyristor (turning the thyristor on and off). When the controller operates at higher frequencies (500-10000 Hz), the duration of the steady-state operation of the thyristor becomes comparable with the on and off times, therefore, the use of magnetic load dividers does not ensure uniform current distribution across the parallel-connected thyristors, which leads to unstable operation of the regulator and exit thyristor ditch.

Известен также - регул тор, который при переменном индуктивноемкостном характере нагрузки ведет к неустойчивой работе. а при значительных сдвигах фазы тока нагрузки относительно напр жени - к невозможности нормальной работы, вследствие по влени одноволнового режима 4. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности регул тор, содержащий бивентиль на тиристорах и схему управлени , состо щую из источника питани , цепи обратной св зи, задатчика, логического блока, коммутационного и выходного блоков . Схема управлени формирует пакет однопол рных управл ющих импульсов с длительностью каждого импульса, равной половине периода питающего тиристоры напр жени повыщенной частоты, и щириной пакета, определ емой уровнем задающего сигнала в момент прохождени синусоиды питающеро нагрузку напр жени через ноль 5. Недостатком известного регул тора вл етс отсутствие устройств, обеспечивающих равномерную токовую нагрузку согласно-параллельно включенных тиристоров и их завышенна установленна мощность. Цель изобретени - снижение ма.ссы и габаритов регул тора, а также снижение потерь электроэнергии. Поставленна цель достигаетс тем, что регул тор содержащий две группы встречно-параллельно включенных тиристоров и схему управлени , состо щую из последовательно включенных задатчика, генератора пилообразного напр жени и блока разв зки каналов управлени тиристорами, подключенного к логическому блоку, ко входу которого подключен блок синхронизации, а к выходу - выходной блок формировани управл ющих импульсов введены два блока формировани сигналов управлени и два блока коммутации, формирующие пакет упр авл ющих импульсов, поочередно поступающих на согласно-параллельно включенные тиристоры с длительностью каждого импульса не более одного периода питающего нагрузку напр жени и щириной пакета, определ емой уровнем задающего сигнала, причем вход блока формировани сигналов управлени соединен с блоком синхронизации и блоком разв зки каналов управлени , а выход - с блоком коммутации, выход которого соединен с выходным блоком. Блок формировани сигналов управлени содержит два последовательно включенных триггера со счетным входом, образующих делитель частот на четыре, причем вход этого делител подключен через логический элемент НЕ и двухполупериодный выпр митель к блоку синхронизации, а пр мой и инверсный выходы - к блоку ком1 утации, содержащему триггер образованный четырьм логическими элементами 2И-НЕ, вход которого-подключен к блоку формировани сигналов управлени , а выход через элементы 2И-НЕ соединен со вхбдом блока выходного устройства. На фиг. 1 представлена электрическа схема предлагаемого регул тора; на фиг. 2временные диаграммы, по сн ющие его работу . Регул тор содержит источник 1 питани , задатчик 2; генератор 3 пилообразного напр жени , блок 4 разв зки каналов управлени тиристорами, два блока 5 и 6 формировани сигналов управлени , два блока 7 и 8 коммутации, два блока 9 и 10 формировани управл ющих импульсов, два блока 11 формировани синхронизирующих импульсов, бивентиль 12, состо щий из двух групп па-, раллельно-согласно соединенных тиристоров 13-16, соединенный последовательно с нагрузкой 17. Блок разв зки каналов управлени содержит логический элемент НЕ 18 выполн ющий функцию компаратора, к выходу которого подключены оптронные резисторы 19 и 20. Каждый из блоков формировани сигналов управлени cocfoит из двухполупериодного выпр мител 21, соединенного через логический элемент НЕ 22 с двум последовательно включенными триггерами 23 и 24, и двух логических элементов 2И-НЕ 25 и 26 передающих сигналы в блок коммутации. Каждый из блоков коммутации содержит триггер, образованный четырьм логическими элементами 2И-НЕ 27-30, к выходу которого подключены логические элементы 2И-НЕ 31 и 32. Каждый из блоков формировани управл ющих импульсов содержит по два логических элемента НЕ 33 и 34, подключенных к транзисторам 35 и 36. Рассмотрим работу регул тора с момента времени (фиг. 2). Все тиристоры бивентил закрыты, так как отсутствуют сигналы управлени . Логические элементы 25 и 26 и триггер 27-30 формируют сигнал управлени «1, синхронизированный передним фронтом с моментом прохождени через ноль напр жени в сети (и ы элементов 29 и 30). Триггер 24 формирует пр мой и инвертированный сигналы «1 длительностью, равной периоду сети Т (U|,элемента 24), синхронизированные сетевым напр жением. Логические элементы 2И-НЕ 31 и 32 передают сигналы с выходов триггера 25 и 27- 30 на элементы НЕ 33 и 34. Выходные сигналы элементов 33 и 34 усиливают транзисторы 35 и 36 и подают их на управл ющие электроды тиристоров 13 и 14 бивентил . Таким образом, на управл ющие электроды согласно-параллельно включенных тиристоров поочередно поступают импульсы длительностью t Т, при этом каждый импульс передним фронтом синхронизирован с моментом прохождени через ноль сетевого напр жени , а число имульсов определено величиной напр жени задатчика 2.Also known is the regulator, which, with a variable inductance-type nature of the load, leads to unstable operation. and with significant phase shifts of the load current relative to the voltage, to the impossibility of normal operation, due to the appearance of the single-wave mode 4. The regulator containing the biventil on the thyristors and the control circuit consisting of a power source, a reverse circuit zi, master, logical block, switching and output blocks. The control circuit forms a package of unipolar control pulses with a duration of each pulse equal to half the period of the thyristor supply voltage of the increased frequency, and the width of the packet determined by the level of the driving signal when the sinusoid passes through the voltage of zero across the voltage source. There is no device providing uniform current load of parallel-connected thyristors and their oversized installed power. The purpose of the invention is to reduce the weight and size of the regulator, as well as to reduce energy losses. The goal is achieved by the fact that the controller contains two groups of anti-parallel-connected thyristors and a control circuit consisting of a series-connected master, a saw-tooth voltage generator and a thyristor control channel decoupler connected to the logic unit, to the input of which the synchronization unit is connected , and to the output — an output unit for generating control pulses; two control signal generator units and two switching units are introduced, which form a package of control pulses, according to sequential incoming thyristors with parallel-connected with the duration of each pulse not more than one period of the voltage supplying the load and the width of the packet, determined by the level of the master signal, the input of the control signal generating unit is connected to the synchronization unit and the control output control unit, and the output is with the switching unit, the output of which is connected to the output unit. The control signal generating unit contains two consecutive triggers with a counting input, forming a frequency divider by four, the input of this divider is connected through a logic element NOT and a full-wave rectifier to the synchronization unit, and the direct and inverse outputs to the com- munication unit containing the trigger formed by the four logic elements 2I-NOT, whose input is connected to the control signal generating unit, and the output through the elements 2I-NOT is connected to the external unit of the output device. FIG. 1 shows the electrical scheme of the proposed controller; in fig. 2 time diagrams for his work. The regulator contains the power source 1, the setpoint 2; sawtooth generator 3, thyristor control channel decoupling unit 4, two control signal generating units 5 and 6, two switching units 7 and 8, two control impulse generating units 9 and 10, two clock generating units 11, bi-fan 12, consisting of two groups of parallel-, parallel-according to connected thyristors 13-16, connected in series with the load 17. The control junction box contains a logical element HE 18 that performs the function of a comparator, the output of which is connected to optronic resis tori 19 and 20. Each of the control signal generating units is co- opit of a full-wave rectifier 21 connected via an HE 22 logical element with two successively connected triggers 23 and 24, and two logic elements 2I-HE 25 and 26 transmitting signals to the switching unit. Each of the switching blocks contains a trigger formed by four logic elements 2I-NOT 27-30, the output of which is connected to logic elements 2I-NOT 31 and 32. Each of the blocks of formation of control pulses contains two logical elements HE 33 and 34 connected to transistors 35 and 36. Consider the operation of the controller from the point in time (Fig. 2). All thyvenor biventtils are closed, as there are no control signals. Logic elements 25 and 26 and trigger 27-30 form the control signal "1, synchronized by the leading edge with the moment of passing through the zero voltage in the network (and the elements of 29 and 30). The trigger 24 generates direct and inverted signals of "1 with the duration equal to the period of the network T (U |, element 24), synchronized by the network voltage. Logic elements 2I-NOT 31 and 32 transmit signals from the outputs of the trigger 25 and 27-30 to the elements NOT 33 and 34. The output signals of the elements 33 and 34 amplify the transistors 35 and 36 and feed them to the control electrodes of the thyristors 13 and 14 biventyl. Thus, the control electrodes of the parallel-connected thyristors alternately receive pulses of duration t T, with each pulse leading edge synchronized with the moment of passing through the zero of the mains voltage, and the number of pulses is determined by the value of the voltage of the setpoint 2.

Таким образом, при Т /2 подан сигнал управлени на тирнсторы 13 и 15, но включен один из них (тиристор 13), так как другой (тиристор 15) закрыт обратным напр жением сети. Считаем, что на аноде тиристора 13 положительный потенциал относительно катода.Thus, at T / 2, a control signal is applied to the thyristors 13 and 15, but one of them is turned on (thyristor 13), since the other (thyristor 15) is closed by reverse voltage. We believe that at the anode of the thyristor 13 is a positive potential relative to the cathode.

В интервал времени 2Т t Т подан сигнал управлени на тиристоры 14 и 16. Вентиль 16 открыт, а 14 закрыт обратным напр жением сети до момента t Т + , затем закрыт вентиль 16 и открыт 14, т.е. согласно-параллельно включенные тиристоры 13 и 14 провод т ток нагрузки поочередно , при этом период коммутации одного и того же тиристора составл ет 2Т.Коммутаци тиристоров 15 и 16 происходит аналогично.In the time interval 2T t T, a control signal is applied to thyristors 14 and 16. Valve 16 is open, 14 is closed by reverse voltage of the network until t T +, then valve 16 is closed and 14 is open, i.e. the parallel-connected thyristors 13 and 14 conduct the load current alternately, with the switching period of the same thyristor being 2T. The switching of the thyristors 15 and 16 is similar.

Как видно из диаграммы (фиг. 2) согласно-параллельно включенные тиристоры поочередно провод т ток в течение соответствующего полупериода питающего напр жени . В этом случае дл вс кой нагрузки средние значени токов за период коммутации 2Т через согласно-параллельно соединенные тиристоры равны.As can be seen from the diagram (Fig. 2), the thyristors in parallel-connected in turn alternately conduct the current during the corresponding half-period of the supply voltage. In this case, for a high load, the average values of the currents for the switching period of 2T through the parallel-connected thyristors are equal.

В случае применени большего (трех и более) количества согласно-параллельно включенных тиристоров бивентил необходимо изменить блок коммутации тиристоров, дополнив его счетчиком управл ющих импульсов .In the case of the use of a larger (three or more) number of parallel-connected thyristors, biventyl, it is necessary to change the switching unit of thyristors by adding it with a counter of control pulses.

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет уменьшить массу и габариты регул тора переменного напр жени благодар отсутствию индуктивных делителей тока и увеличить нагрузочную способность регул тора благодар равенству токов через согласно-параллельно включенные вентили без увеличени числа установленных тиристоров Например, в случае применени бивентил из двух групп согласно-параллельно включенных вентилей на промышленной частоте 50 Ги, масса и габариты регул тора снижаютс на 14%, а выходной ток увеличиваетс на 25- 30%.Thus, the proposed device allows reducing the weight and dimensions of the AC voltage regulator due to the absence of inductive current dividers and increasing the regulator's load capacity due to equal currents through parallel-connected valves without increasing the number of installed thyristors. For example, in the case of biventhil from two groups valves connected in parallel at the industrial frequency of 50 gi, the weight and dimensions of the regulator decrease by 14%, and the output current increases by 25-30%.

Claims

1. AC voltage regulator containing two groups of anti-parallel connected thyristors and a control circuit consisting of a series-connected generator, a sawtooth generator.

the voltage and the isolation unit of the thyristor control channels connected to the logic unit, the input of which is connected to the logic unit, the input of which is connected to the synchronization unit, and

output - a control pulse shaping unit, characterized in that, in order to improve the mass-dimensional and energy indices, two control signal generating units and two switching units are introduced into it, forming a control pulse packet that alternately arrives at parallel-connected thyristors with the duration of each pulse not more than one period of the voltage supplying the load and the width of the packet, determined by the level of the master signal,

5 wherein the input of the control signal generation unit is connected to the synchronization unit and the control channel isolation unit, and the output is connected to the switching unit, the output of which is connected to the formation unit. control pulses.

2. The controller according to claim 1, characterized in that the control signal generation unit contains two series-connected flip-flops with a counting input, forming a frequency divider by four, and

The 5 input of this divider is connected through the logical element NOT and the full-wave rectifier to the synchronization unit, the direct and inverse outputs to the switching unit containing the trigger formed

Q by four logic elements 2I-NOT, whose inputs are connected to the control signal generating unit, and the output is connected via logic elements 2I-NOT to the input of the control pulse forming unit.

5 Sources of information

taken into account in the examination

1. USSR author's certificate No. 123953, cl. H 02 M 5/28, 1960.

2. Japanese Patent No. 44-9937, cl. 58 H 1, 1969.

3. "Electrical industry Ser. “Electrotherms, vol. 4/123, 1973.

4.Uklein A.P. Investigation of a continuous induction furnace as an object of automatic control and some problems of synthesis of a temperature regulator. Cand. dis. Kuybishchevsky PTI, 1971, p. 88-100.

5. USSR author's certificate number 674001, cl. G 05 F 1/44, 1976.

o-cz} - f

M

Element

zz

J6 / X

Element

1PPPPPPPPPPP1 23

bsh

blind 24

% / lg

Element

L nWert

6bfX

Jienenm 75 W

lush

Malignant 25

out

Element 23

go

Шб1Х длемен)

P

33 35

Vet / x

element 3

36

mr

Element 15 IS

element

byk

13 14

(Rig.y.

P