Устройство для регулирования мощности @ -фазной активной двухсекционной нагрузки

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования мощности нагревательных элементов электропечей. Цель изобретения - повышение коэффициента мощности и понижение уровня высших гармоник в питающей сети. Подключение каждой из нагрузок 1, 2 к сети происходит при включении коммутаторов 5, 6. Система 7 управления обеспечивает работу схемы в двух режимах. В первом режиме включение коммутатора 6 происходит раньше выключения коммутатора 5 и на выходе формируются двухуровневые ступенчатые кривые фазных токов. Во втором режиме фазные входные токи и его коэффициент мощности изменяются, как при широтно-импульсном регулировании одиночного преобразователя, за счет чего достигается поставленная цель. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 5/257

ГОСУДАP СТ B Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4643288/24-07 (22) 26.01.89 (46) 30,12.90. Бюл. N.. 48 (71) Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина (72) И,П.Архиереев и А.В,Кипенский (53) 621.314.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 964612, кл. G 05 F 1/66, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

МОЩНОСТИ m-ФАЗНОЙ АКТИВНОЙ

ДВУХСЕКЦИОННОЙ НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования мощности нагреватель„„БЦ „„1617570 А1 ных элементов электропечей. Цель изобретения — повышение коэффициента мощности и понижение уровня высших гармоник в питающей сети. Подключение каждои из нагрузок 1, 2 к сети происходит при включении коммутаторов 5, 6, Система 7 управления обеспечивает работу схемы в двух режимах, В первом режиме включение коммутатора 6 происходит раньше выключения коммутатора 5 и на выходе формируются двухуровневые ступенчатые кривые фазных токов. Во втором режиме фазные входные токи и его коэффициент мощности изменяются, как при широтно-импульсном регулировании одиночного преобразователя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1617570

20

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано дпя регулирования мощности нагревательных элементов электропечей, Цель изобретения — повышение коэффициента мощности и понижение уровня высших гармоник тока в питающей сети.

На фиг,1 приведена функциональная схема устройства дпя случая m=3; нэ фиг,2— диаграммы работы устройства для случая

m=3, а число импульсов за период питающего напряжения М=-3 (в общем случае N=-hm, где h = 1,2,3 и т.д).

Устройство для регулирования мощности содержит две секции трехфазной активной нагрузки 1 и 2, первые входы которых подключены к шинам питающей сети, à ВТорые — v. входам силовь.х блоков 3 и:1 с vot1мутаторами 5 и 6 в диагоналях постоянного тока, а также систему 7 управления с блоком

8 синхронизации с сетью, включающим трансформатор 9. детекторы 10-12 пересечения нулевого уровня, формирователи 13—

15 импульс

ИЛИ 18 и И 20 обьединены в общую точку и являются первым входом блока 17 сброса, вторые входы этих логических элементов также объединены в общую точку и являются вторым входом блока 17 сброса, выход логического элемента ИЛИ 18 подключен к первому входу логического элемента И 21 и к T-входу триггера 22, выход которого подключен к второму входу логического элемента И 21, выходы логических элементов И

20 и 21 подключены к входам логического элемента ИЛИ 19, выход которого является выходом блока сброса 17, третьим входом которого является R-вход триггера 22. В состав системы 7 управления входят также выходные каскады 23 и 24, включающие формирователи 25 — 28 импульсов и импульсные усилители 29-32, причем входы формирователей 26 и 27 являются первыми входами выходных каскадов, вторыв и Вхр дами которых являются входы формирователей 25 и 28, выходы формирователей 25 и

26 через импульсные усилители 29 и 30 подключены K управляющему электроду коммутатора 5, выходы формирователей 27 и 28 через импульсные усилители 31 и 32 подключены к управляющему электроду коммутатора 6, Система 7 управления снабжена также генератором 33 тактовых импульсов, RS-триггером 34, счетчиками 35 и 36, блоками 37 и 38 cðÿâíåíèÿ и задатчиком 39, выход генератора 33 подключен к входу "+1" счетчика 35 и к входу "-1" счетчика 36, входы "-1" счетчика 35 и "+1" счетчика 36 объединены в общуlo точку и подключены к выходу триггера 34, выход АО-An счетчика 35 подключен к входу АО-An блока 37 сравнения, выход BO-Вп счетчика 36 подключен к входу

ВО-Вп блока 38 сравнения, входы СО-Сп блоков сравнения подключены к задатчику 40, выход блока 37 сравнения подключен к первым входам блока 17 сброса и выходного каскада 23, выход блока 38 сравнения подключен к второму входу блока 17 сброса и к первому входу выходного каскада 24, вторые входы выходных каскадов 23 и 24 объединены в общую точку с третьим входом блока 17 сброса и с S-входом триггера 34 и подключены к выходу блока 8 синхронизации с сетью, выход блока 17 сброса подключены к R-входам триггера 34 и счетчиков 35 и 36, На фиг,2 изображено: диаграмма 40— напряжение сети U; диаграммы 41-43 — выходные напряжения детекторов 10 — 12 U>p, U< i, 0 2, диаграммы 44-46 — выходные сигналы U>g — 0 5 формирователей 13 — 15; диаграмма 47 — импульсы 0и на выходе логического элемента ИЛИ 16; диаграмма

48- напряжение Uq4 нэ выходе RS-триггера

34; диаграммы 49, 50 - сигналы 0зт, 0за на выходах блоков 37,38 сравнения; диаграммы

51, 52 — сигналы 0рз, 0 4 в выходных каскадах 23, 24; диаграммы 53 -55 -- токи 1,а, 1О, 1> первой и второй секций и суммарный в нагрузке фазы а дпя разных режимов работы; диаграмма 56 — H"-MF:,ëåíèå кода чисел А и В на выходах счетчиков 35, 36.

Устройство работает следующим образом.

В течение временных интервалов, когда фазные напряжения, поступающие на входы детекторов 10 — 12 через трансформатор

9,больше нуля, выходные напряжения U)p, U>> и U>z детекторов 10-12 соответствуют уровню "1". По фронтам этих сигналов сра батывают формирователи 13 — 15, выходные сигналы KQTopblx 013, 014 и 015 суммируются в логическом элементе ИЛИ 16, импульсы

U>g на выходе которого следуют с периодом

Тс 1 3 где T; — период напряжения питающей сети, и определяют частоту широтно-импульсной модуляции, По сигналу 015 триггеры 22 и 34

1617570 переходят в исходное состояние, при котором их выходные напряжения соответствуют уровню "1", по этому же сигналу срабатывают формирователи 25 и 28, в результате чего в выходном каскаде 23 5 формируется выходной сигнал Огз положительной полярности на включение коммутатора 5, а в выходном каскаде 24 — выходной сигнал Ог4 отрицательной полярности на выключение коммутатора 6. При включении 10 коммутатора 5 в нагрузке 1 начинает протекать ток, (кривая тока I< в нагрузке 1 для фазы э).

Наличие на выходе триггера 34 уровня

"1", поступающего на вход "-1" счетчика 35 15 и вход "+1" счетчика 36, разрешает работу этих счетчиков, выходные коды чисел А и В которых соответствовали в исходном состоянии нулю. Коды чисел А и В являются опорными кодами для управления коммута- 20 торами 5 и 6 соответственно. Счетчики 35 и

36 работают по замкнутому циклу, и с приходом первого импульса от генератора 33 тактовых импульсов код числа А на выходе счетчика 35 станет соответствовать едини- 25 це, а код числа В на выходе счетчика 36— своему максимальному значению, числу

К вЂ” 1, где КС=2" — коэффициент счета, а и— разрядность счетчиков. В общем случае выражения для чисел А и В в функции количе- ЗО ства поступивших на тактовые входы счетчиков импульсов можно представить в виде:

А0) =J;

В()) = Кс-J, 35 где J — количество импульсов, поступивших на тактовые входы.

При этом частота генератора 33 тактовых импульсов выбирается из условия

NKс 3Кс 40 зз =

Тс Тс

Диаграммы 56 изменения чисел А и В показа н ы на фи г,2.

В блоках сравнения 37 и 38 происходит сравнение кода чисел А и В с кодом числа С, 45 задаваемым эадатчиком 39 и являющимся управляющим кодом для регулирования мощности нагрузки путем изменения моментов включения коммутатора 6 и выключения коммутатора 5. Связь выходных сигналов Оз7 и Озв блоков 37 и 38 сравнения с их входными сигналами описывается выражениями:

О, если А )С;

Оз7= 1,еслиА =С; 55

О, если А (С;

О,если В )С;

1, если В =С;

О, если В <С.

Изменение числа С производят в зависимости от необходимого текущего значен 1я лощности нагрузки Р, причем максимальному значению СМВКс соответст вует максимальное значение мощности, а

Суит минимальное. Таким образом, изменение числа С позволяет регулировать мощность практически во всем диапазоне от максимального значения Рилакс = 6U /R, Где г

U — действующее значение фазного напряжения сети, R — сопротивление секции нагрузки, до нуля.

В зависимости от текущего значения числа С имеют место два режима работы устройства. В первом режиме CMawc> С >

> 0,5Кс и первым от начала периода модуляции значения числа С достигает число В, а затем число А, Во втором режиме

0,5 Kc> C>CM tl и первым от начала периода модуляции значения числа С достигает число А, а вторым число В, А так как

В „,=А „, и В „,=А, =-О,т.е, А )}+В9-К,,то при C=0,5 К числа А и В одновременно становятся равными числу С.

На тактах, когда В=С или А=С, на выходе блоков сравнения 38 или 37 формируются сигналы Озв или Оз7,соответствующие "1", по которым соответственно включается коммутатор 6 и выключается коммутатор 5.

Сигналы Озв и 037 используются также для осуществления сброса счетчиков 36 и 35, для чего они подаются на входы блока 17 сброса, который выполнен таким образом, что из двух поступающих на его первые два входа импульсов Оз7 и Озв на выход проходит только один, последний.

Реализуется данныий принцип следующим образом.

В исходном состоянии выходное напряжение Огг триггера 22 соответствует уровню

"1", однако с приходом первого из импульсов Озт и Озв, который поступает íà его

Т-вход через логический элемент ИЛИ 18, триггер 22 изменяет свое состояние и его выходное напряжение Огг становится равным нулю. Присутствие "О" на входе логического элемента И 21 запрещает прохождение через него первого импульса.

С приходом второго из импульсов Оз7 или

Озв триггер 22 возвращается в исходное состояние, на его выходе устанавливается "1" и второй импульс проходит на выход блока

17 сброса. В том случае, когда все числа оказались равны A=B=C и импульсы Оз7 и

UjII на входы блока сброса 17 проходят одновременно, на выходе логического элемента И 20 формируется сигнал, который и проходит на выход блока 17 сброса, По сигналу с выхода блока сброса на выходах

RS-триггера 34 и счетчиков 35 и 36 устанав1617570

55 ливаются нулевые значения, что необходимо для подготовки этих элементов к работе в следующем периоде модуляции.

Процессы на фиг.2 соответствуют первому режиму. На такте равенства В=С на выходе блока 38 сравнения формируется сигнал Оза, по которому срабатывает формирователь 27, и в выходном каскаде 24 формируется сигнал 024 положительной полярности на включение коммутатора 6. При включении последнего в нагрузке 2 начинает протекать ток, кривая которого Io для фазы а показана на фиг,2, Далее значения числа С достигает число А и на такте равенства А=С на выходе блока 37 сравнения формируется сигнал Озт, по которому срабатывает формирователь 26, и в выходном каскаде 23 формируется сигнал Uzz отрицательной полярности на выключение коммутатора 5. При выключении коммутаторов 5 ток,, в нагрузке 1 становится равным нулю и сохраняет нулевое значение до окончания данного периода модуляции. А так как коммутатор 6 остается включенным, в нагрузке

2 продолжает протекать ток 4 (фиг.2), Таким образом, в первом режиме включение коммутатора 6 происходи раньше выключения коммутатора 5, и на входе устройства формируются двухуровневые ступенчатые кривые фазных токов, благодаря чему повышается коэффициент мощности устройства.

Во втором режиме фазные входные токи устройства и его коэффициент мощности изменяются, как при широтно-импульсном регулировании одиночного преобразователя.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования мощности m ôàçíoé активной двухсекционной нагрузки, первые выводы для подключения которой соединены с соответствующими выводами для подключения сети, содержащее два силовых блока в виде m-фазного диодного выпрямителя и систему управления, отл и ча юще ес я тем, что, с целью повышения коэффициента мощности и понижения уровня высших гармоник тока в питающей сети, вторые выводы для подключения m-фазных активных нагрузок подключены к соответствующим выводам переменного тока соответствующего m-фазного диодного выпрямителя, диагонали постоянного тока m-фазных диодных выпрямителей зашунтированы введенными

35 коммутаторами, а система управления содержит блок синхронизации с сетью, блок сброса, два выходных каскада, генератор тактовых импульсов, RS-триггер, два счетчика, два блока сравнения и задатчик, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу на увеличение счета первого счетчика и тактовому входу на уменьшение счета второго счетчика, выход

RS-триггера подключен к тактовому входу на уменьшение счета первого счетчика и к тактовому входу на увеличение счета второго счетчика. кроме того, блок сброса выполнен в виде двух логических элементов ИЛИ, двух логических элементов И и триггера, причем первые входы первых логических элементов ИЛИ и И объединены в общую точку и являются первым входом блока сброса, вторые входы этих логических элементов также обьединены в общую точку и являются вторым входом блока сброса, выход первого логического элемента ИЛИ подключен к первому входу второго логического элемента И и Т-входу триггера блока сброса, выход которого подключен к второму входу второго логического элемента И, выходы логических элементов И подключены к входам второго логического элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока сброса, R-вход триггера сброса является третьим входом блока сброса, 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок синхронизации с сетью выполнен в виде m-фазного трансформатора, m детекторав пересечения нулевого уровня и формирователей импульсов и одного логического элемента ИЛИ, причем каждый вход логического элемента ИЛИ через формирователь импульсов и детектор пересечения нулевого уровня подключен к одному из выходов трансформатора, входы которого являются m-фазным входом, а выход логического элемента — однофазным выходом блока синхронизации с сетью.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что выходные каскады выполнены в виде формирователей импульсов и импульсных усилителей, причем вход первого формирователя импульсов каждого выходного каскада является его первым входом, вход второго формирователя импульсов каждого выходного каскада — его вторым входом, выход каждого формирователя импульсов через импульсный усилитель подключен к управляющему электроду соответствующего коммутатора.

41

4Г аи

44 и

45 И д и я "

Фд

Я

Ср

Составитель И.Головинова

Редактор М.Келемеш Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4125 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101