RU158346U1 - Устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора - Google Patents

Abstract

Устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора, содержащее преобразовательный трансформатор с ответвлением обмоток повышенного и пониженного выходного напряжения, два датчика напряжения, входы которых подсоединены к выводам источника переменного тока, цепи управления "выше" и "ниже", подключенные ко вторым входам соответственно первого и второго логических элементов 2И, выходы которых подключены соответственно к R- и S-входам триггера, отличающееся тем, что в устройство введены два логических элемента НЕ, два симистора, исполняющих роль ключей, две одновыводные согласующие цепи, причем выходы первого и второго датчиков напряжения подключены через соответственно первый и второй логические элементы НЕ к первым входам соответственно первого и второго логических элементов 2И, инверсный выход триггера через вторую одновыводную согласующую цепь соединен с управляющим электродом второго симистора, образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению обмотки повышенного выходного напряжения преобразовательного трансформатора, а прямой выход триггера через первую одновыводную согласующую цепь соединен с управляющим электродом первого симистора, образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению обмотки пониженного выходного напряжения преобразовательного трансформатора, условные аноды первого и второго симисторов подключены к первому выводу источника переменного тока, второй вывод которого соединен с основным выводом первичной обмотки преобразовательного трансформатора.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для регулирования напряжения под нагрузкой силовых и преобразовательных трансформаторов.

Уровень техники

Известно устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора, содержащее преобразовательный трансформатор с ответвлениями, последовательно с которыми включены тиристорные ключи, причем первый и второй тиристоры образуют ключ ответвления пониженного напряжения нагрузки, а третий и четвертый тиристоры - ключ ответвления повышенного напряжения, датчик напряжения, вход которого подсоединен к выводам питания, два логических элемента И, к первым входам которых присоединен выход датчика напряжения, а ко вторым - цепи управления «Выше» и «Ниже», триггер, входы которого соединены с выходами логических элементов И, а выходы - через согласующие цепи присоединены к цепям управления тиристоров ([1] - авторское свидетельство СССР №1003039, кл. G05F 1/20).

Недостатком устройства является низкая надежность устройства.

Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора содержащее преобразовательный трансформатор, два тиристорных ключа, систему управления тиристорными ключами, причем, преобразовательный трансформатор характеризуется наличием ответвления обмоток повышенного и пониженного выходного напряжения, последовательно с которыми включены тиристорные ключи, содержащие по два противопараллельно включенных тиристора, а питание трансформатора осуществляется от источника переменного тока.

Система управления тиристорными ключами содержит два датчика напряжения, подсоединенные к источнику питания, выходы датчиков напряжения соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены цепями управления “выше” и “ниже”, выходы логических элементов И соединены с входами триггера, выходы которого соединены через согласующие цепи с цепями управления тиристорных ключей, датчики напряжения выполнены на основе выпрямителя и нуль-органа и имеют выходные сигналы в виде прямоугольных импульсов ([2] - патент RU 2086073, МПК⁶ H02P 13/06, G05F 1/20).

Недостатком устройства является сложность и низкая надежность устройства.

Раскрытие полезной модели

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к снижению сложности и повышению надежности.

Технический результат достигается тем, что в устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора содержащее преобразовательный трансформатор с ответвлением обмоток повышенного и пониженного выходного напряжения, два датчика напряжения, входы которых подсоединены к выводам источника переменного тока, цепи управления «выше» и «ниже» подключенные ко вторым входам, соответственно, первого и второго логических элементов 2И, выходы которых подключены, соответственно, к R и S входам триггера, введены два логических элемента НЕ, два симистора, исполняющих роль ключей, две одновыводные согласующие цепи, причем выходы первого и второго датчиков напряжения подключены через, соответственно, первый и второй логические элементы НЕ к первым входам, соответственно, первого и второго логических элементов 2И, инверсный выход триггера, через вторую одновыводную согласующую цепь, соединен с управляющим электродом второго симистора образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению обмотки повышенного выходного напряжения преобразовательного трансформатора, а прямой выход триггера, через первую одновыводную согласующую цепь, соединен с управляющим электродом первого симистора образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению обмотки пониженного выходного напряжения преобразовательного трансформатора, условные аноды первого и второго симисторов подключены к первому выводу источника переменного тока, второй вывод которого, соединен с основным выводом первичной обмотки преобразовательного трансформатора.

Датчики напряжения выполнены на основе выпрямителя и нуль-органа и имеют выходные сигналы в виде прямоугольных импульсов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства.

На фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип работы схемы.

Осуществление полезной модели

Устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора содержит преобразовательный трансформатор 1 с ответвлением 2 обмотки повышенного выходного напряжения и ответвлением 3 обмотки пониженного выходного напряжения, симисторы 4 и 5 образующие ключи, датчики 6 и 7 напряжения, логические элементы НЕ 8 и 9, логические элементы 2И 10 и 11, RS-триггер 12, одновыводные согласующие цепи 13 и 14, цепи управления “выше” 15 и “ниже” 16, выводы 17 и 18 источника переменного тока, причем входы датчиков 6 и 7 напряжения подсоединены к выводам 17 и 18 источника переменного тока, а выходы, через логические элементы НЕ, соответственно, 8 и 9 - к первым входам логических элементов 2И, соответственно, 10 и 11, вторые входы которых подсоединены к цепям управления, соответственно, «выше» 15 и «ниже» 16, выходы логических элементов 2И 10 и 11 соединены, соответственно, с входами R и S триггера 12, инверсный выход которого, через одновыводную согласующую цепь 14, соединен с управляющим электродом симистора 5 образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению 2 обмотки повышенного выходного напряжения преобразовательного трансформатора 1, а прямой выход триггера 12, через одновыводную согласующую цепь 13, соединен с управляющим электродом симистора 4 образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению 3 обмотки пониженного выходного напряжения преобразовательного трансформатора 1, условные аноды симисторов 4 и 5 подключены к выводу 17 источника переменного тока, вывод 18, которого, соединен с основным выводом первичной обмотки преобразовательного трансформатора 1.

Датчики напряжения выполнены на основе выпрямителя и нуль-органа и имеют выходные сигналы в виде прямоугольных импульсов.

Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 2), на которых показаны:

а) напряжение u питающей сети (в другом масштабе напряжение на ступени регулировочной обмотки) и тока i обмотки трансформатора; токов i₂ и i₃ в симисторах при регулировании на повышение выходного напряжения;

б) выходное напряжение u₆ датчика 6 напряжения;

в) выходное напряжение u₇ логического элемента НЕ 8;

г) выходное напряжение u₈ датчика 7 напряжения;

д) выходное напряжение u₉ логического элемента НЕ 9;

е) коммутирующего (циркулирующего) тока при регулировании на понижение напряжения.

В основе принципа работы устройства лежит ряд условий: 1) коммутация обмоток преобразовательного трансформатора, при регулировании на повышение выходного напряжения трансформатора, осуществляется в моменты времени опережающие переход напряжения на ступени регулировочной обмотки через нулевое значение на угол β₁, выбранный таким образом, чтобы с момента завершения коммутации симисторов, образующих ключи, до нуля напряжения на ступени регулировочной обмотки оставался интервал не менее времени выключения симистора;

2) коммутация обмоток преобразовательного трансформатора, при регулировании на понижение выходного напряжения трансформатора, осуществляется в моменты времени опережающие переход напряжения на ступени регулировочной обмотки через нулевое значение на угол β₂, выбранный из условия допустимого тока в элементах конструкции, выражение (1):

где

- амплитуда коммутирующего (циркулирующего) тока в контуре коммутации;

- амплитуда напряжения на ступени регулировочной обмотки;

L - индуктивность контура коммутации;

ω - угловая частота напряжения питающей сети.

3) в целях обеспечения надежности работы устройства, токи в элементах конструкции не должны превышать, номинальных токов обмоток трансформатора, что практически достигается при β₂<β₁ так как индуктивность контура коммутации должна быть небольшой, чтобы не ухудшать энергические характеристики трансформатора.

Устройство работает следующим образом.

Датчики 6 и 7 напряжения выполнены на основе выпрямителя и нуль-органа, и имеют выходные сигналы в виде прямоугольных импульсов. Задний фронт этих сигналов опережает переход напряжения через нуль на угол β₁ и β₂, соответственно, датчиками 6 и 7 (фиг. 2, б, г). Углы β₁ и β₂ можно регулировать.

Работа устройства в режиме пониженного выходного напряжения обеспечивается «закрытым» симистором 5 и «открытым» сисмистором 4.

Работа устройства в режиме повышенного выходного напряжения обеспечивается «закрытым» симистором 4 и «открытым» сисмистором 5.

Симисторы 4 и 5 играют роль ключей, причем их состояние не меняется на всем межкоммутационном интервале.

Если работает симистор 4 образующий ключ, соединенный с ответвлением 3 пониженного выходного напряжения, то на управляющий электрод симистора 4, через одновыводную согласующую цепь 13, подается высокий потенциал с прямого выхода RS-триггера 12. Так как напряжение источника питания с выводами 17 и 18 подается на полное число витков обмотки, то на выходе трансформатора 1 будет пониженное напряжение.

Если, по условиям работы нагрузки, необходимо повысить выходное напряжение, то на второй вход логического элемента 2И 10, по цепи управления “выше” 15, подается сигнал высокого уровня, обеспечивающий трансляцию на вход R триггера 12, инвертированного логическим элементом НЕ 8 (фиг. 2, в), сигнала с выхода датчика 6 напряжения (фиг. 2, б).

По переднему фронту первого сигнала с логического элемента 2И 10 (заднему фронту первого сигнала с датчика 6 напряжения) в момент времени, опережающий нуль напряжения на угол β₁ триггер 12 опрокидывается. При этом снимается высокий потенциал с управляющего электрода симистора 4 и подается на управляющий электрод симистора 5, через одновыводную согласующую цепь 12. Начинается коммутация симисторов 4 и 5 образующих ключи, которая продолжается в течение интервала γ₁. Длительность коммутации зависит от напряжения на ступени регулировочной обмотки, заключенной между ответвлениями 2 и 3, тока i обмотки, индуктивности L контура коммутации.

За время коммутации, под действием напряжения ступени регулировочной обмотки, ток i₃ симистора 4 падает до нуля, а ток i₂ симистора 5 принимает значение тока обмотки трансформатора (фиг. 2, а). Токи i₂ и i₃ симисторов 4 и 5 во время коммутации не превышают амплитуду тока i первичной обмотки трансформатора.

С момента завершения коммутации до нуля напряжения должен оставаться угол не меньше, чем требуется для выключения симистора. Если упомянутый угол меньше, то образуется короткозамкнутый контур через симистор 5, вступивший в работу, и симистор 4, вышедший из работы, т.е. происходит срыв коммутации.

Если, по условиям работы нагрузки, необходимо понизить выходное напряжение, то на второй вход логического элемента 2И 11 по цепи управления “ниже” 16, подается сигнал высокого уровня, обеспечивающий трансляцию на вход S триггера 12, инвертированного логическим элементом НЕ 9 (фиг. 2, д), сигнала с выхода датчика 7 напряжения (фиг. 2, г).

По переднему фронту первого сигнала с логического элемента 2И 11 (заднему фронту первого сигнала с датчика 7 напряжения) в момент времени, опережающий нуль напряжения на угол β₂, триггер 12 опрокидывается. При этом снимается высокий потенциал с управляющего электрода симистора 5 и подается на управляющий электрод симистора 4 с одновыводной согласующей цепи 13. Начинается коммутация симисторов 4 и 5 образующих ключи, которая через интервал γ₂=2·β₂ завершается переходом тока первичной обмотки с ответвления 2 на ответвление 3.

Токи в элементах конструкции, при переключении ответвлений обмотки трансформатора, не превышают амплитуды номинальных токов обмоток.

Использование в предлагаемом устройстве двух симисторов, вместо четырех тиристоров в прототипе, и одновыводных согласующих цепей вместо двухвыводных, обеспечивает снижение сложности устройства.

Так как в прототипе выполнение каждого ключа предполагается на базе дискретных элементов - двух включенных противопараллельно тиристоров, как правило, изготовленных не в едином технологическом цикле и характеризуемых значительным разбросом параметров, в частности, временем включения, временем выключения, током удержания, а в предлагаемом устройстве функции каждого ключа выполняет единственный симистор, изготовленный в едином технологическом цикле, вероятность срыва коммутации в предлагаемом устройстве, при одних и тех же значениях β₁ и β₂, будет значительно меньше, чем в прототипе, то есть, имеет место повышение надежности функционирования устройства.

Claims (1)

1. Устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора, содержащее преобразовательный трансформатор с ответвлением обмоток повышенного и пониженного выходного напряжения, два датчика напряжения, входы которых подсоединены к выводам источника переменного тока, цепи управления "выше" и "ниже", подключенные ко вторым входам соответственно первого и второго логических элементов 2И, выходы которых подключены соответственно к R- и S-входам триггера, отличающееся тем, что в устройство введены два логических элемента НЕ, два симистора, исполняющих роль ключей, две одновыводные согласующие цепи, причем выходы первого и второго датчиков напряжения подключены через соответственно первый и второй логические элементы НЕ к первым входам соответственно первого и второго логических элементов 2И, инверсный выход триггера через вторую одновыводную согласующую цепь соединен с управляющим электродом второго симистора, образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению обмотки повышенного выходного напряжения преобразовательного трансформатора, а прямой выход триггера через первую одновыводную согласующую цепь соединен с управляющим электродом первого симистора, образующего ключ, условным катодом подключенный к ответвлению обмотки пониженного выходного напряжения преобразовательного трансформатора, условные аноды первого и второго симисторов подключены к первому выводу источника переменного тока, второй вывод которого соединен с основным выводом первичной обмотки преобразовательного трансформатора.

   

Images