Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и элементы теории автоматического регулирования напряжения в тяговом электроснабжении. Учебное пособие
.pdf
матора всегда начинается при переходе тока через ноль, за счет чего
U
1
VS1
Т
VS2
U
2
ДТ
ДТ
ДН
СУ
А
Х
х
2
х
1
достигается плавность переключений.
Рис. 2.11. Принципиальная схема тиристорного РПН трансформатора
с зависимым от токов и напряжения способом переключения тиристоров
Такой способ подачи зависимой от токов и напряжения последовательности импульсов управления тиристорами исключает появление токов короткого замыкания в контуре коммутации и не допускает разрыва цепи тока нагрузки.
Рассмотренные устройства РПН трансформатора реализованы
в однофазном и могут быть реализованы в трехфазном исполнении.
В схемах тиристорных переключающих устройств, рассмотренных
в разделе 2.4.3, тиристорные РПН трансформаторов работают в «ключевом» режиме — тиристорный блок полностью открыт или закрыт.
Сигналы в электрических схемах (системах) могут быть непрерывными или дискретными и, соответственно этому, все системы
31
подразделяются на системы непрерывного действия и дискретно-
А
А
Т/2
1
у
2
t
го действия.
Преобразование непрерывного сигнала в дискретный называется квантованием сигнала. Существует два основных вида квантования: по уровню и по времени. В соответствии с видами квантования
системы дискретного действия делятся на три типа:
— амплитудные, при которых происходит изменение сигнала (например, выходной регулируемой величины) по уровню (амплитуде);
— импульсные, при которых происходит изменение сигнала по
времени;
— амплитудно-импульсные с изменением сигнала одновременно
по уровню и по времени.
На рис. 2.12 представлены формы сигналов «У» (выходной регулируемой величины), соответствующие трем типам САР.
а б в
у
А
2
t
Т
и
Т/ 2
у
А
2
А
1
Т
Т/2
и
t
Рис. 2.12. Формы сигналов выходной регулируемой величины
в амплитудных (а), импульсных (б) и амплитудно-импульсных (в)
САР: А — амплитуда, Т — время периода, Ти — время импульса
Вопрос плавности регулирования напряжения зависит от ряда условий и схем реализации.
При амплитудном регулировании напряжения трансформатора
плавность обеспечивается большим количеством регулировочных
отводов. Чем больше количество отводов — тем выше плавность регулирования. На практике выбирают рациональное сочетание между усложнением регулятора и требованиями нагрузки к напряжению
ступени регулирования (разнице напряжений между соседними регулировочными отводами трансформатора).
При импульсном регулировании изменяется соотношение длительностей работы регулятора напряжения. В этом случае для оценки плавности регулирования необходимо учитывать инерционность
(постоянную времени) нагрузки.
32
Для электрифицированных железных дорог наиболее приемлемым является амплитудно-импульсное регулирование, когда в нагрузку поступает постоянная составляющая на уровне напряжения
холостого хода U20, к которой добавляется импульсная составляющая,
например с уровнем 20 % от U
, за счет переключения двух регули-
20
ровочных отводов трансформатора на основной (рис. 2.13, а), на высокой (рис. 2.13, б) или на низкой (рис. 2.13, в) частотах.
При амплитудно-импульсном регулировании выходной сигнал
может быть разложен на непрерывную (заштрихована) и импульсную составляющие, представленные на рис 2.13.
а б в
U
1
U
2
х
3
U
имп
U
1
t
U
2
t
х
3
t
имп
U
t
U
1
t
U
2
t
х
3
t
U
имп
t
t
t
t
t
Рис. 2.13. Диаграммы первичного U1 и вторичного U2 напряжений
трансформатора, управляющий сигнал хз, импульсная составляющая
напряжения U
при импульсной модуляции на основной частоте (а),
имп
на высокой частоте (б) и на низкой частоте (в)
Для импульсной составляющей на низкой частоте (рис. 2.13, в)
характерны следующие положения:
1 — синусоида напряжения U2 не «режется»;
2 — синусоиды низкого и высокого напряжения U2 поступают
в нагрузку, чередуясь в течение периода регулирования Т
(рис. 2.14, а)
п
или периодами высокого напряжения Тв и периодами низкого напряжения Тн (рис. 2.14, б).
33
VS1
VS2
УР1
УР2
2
U
+
+
у
w
у
w
р
w
р
w
1
I
2
I
"
α
w
'
α
w
I
у1
I
р1
I
р2
I
у2
β
w
2
w
1
U
–
–
X
A
а
U
2
Т
н
Т
в
б
U
2
Т
п
Рис. 2.14. Диаграмма напряжения U2 при ШИМ:
— период регулирования; Тн и Тв — длительность периодов
Т
п
с амплитудой низкого и высокого напряжения
В схеме плавного бесконтактного регулирования напряжения
трансформатора (см. рис. 2.1, а) используются два управляемых реактора УР1 и УР2, рассчитанных на один диапазон регулирования с числом витков этого диапазона wα. Для снижения мощности реакторов
УР1 и УР2 в два раза или для увеличения диапазона регулирования
в два раза (при прежних мощностях управляемых реакторов) рассмотрим комбинированное плавно-ступенчатое РПН трансформатора
по схеме, представленной на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Схема комбинированного РПН трансформатора
34
При открытом тиристорном блоке VS1, полностью намагни-
()www
ααβ
ww
αβ
U
у
SAC2
LR
А
SAC1
КМ2
КМ1
LR
В С
R
-
-
+
+
VD
УР
VS 1
VS2
VS3
ченном реакторе УР1 (сопротивление Zр1 минимально) и размагниченном реакторе УР2 (сопротивление Zр2 максимально), включено
максимальное число первичной обмотки
'"
++
и вторичное
напряжение 2 равно минимальной величине. При намагничивании
реактора УР2 с одновременным размагничиванием УР1 напряжение
U2 повышается, и при полностью намагниченном реакторе УР2 и раз-
магниченном УР1 включено промежуточное число витков первичной
обмотки
+
, напряжение U
равно промежуточному значению.
2
"
На втором этапе регулирования сначала закрывается тиристорный
блок VS1, а затем открывается тиристорный блок VS2. Разрыва цепи
первичного тока I1 не происходит, так как сопротивление Zр2 реактора
УР2 равно минимальной величине (реактор намагничен). В дальнейшем происходит намагничивание реактора УР1 и размагничивание
реактора УР2. При конечных значениях сопротивлений (сопротивление Zр1 минимальное, Zр2 максимальное) включено минимальное
число витков w1β и напряжение U2 равно максимальной величине.
В конечном итоге имеем двухступенчатое РПН с плавным регулированием напряжения внутри ступени.
В схеме комбинированного плавно-ступенчатого РПН преобразовательного трансформатора (рис. 2.16) используется ступенчатое
контактное (рис. 2.16, а) или бесконтактное (рис. 2.16, б) регулирование РПН в цепи первичной обмотки трансформатора с ограниченным количеством ступеней (отводов) регулировочной обмотки.
а
б
Рис. 2.16. Принципиальная схема комбинированного РПН
преобразовательного агрегата
35
Внутри каждой ступени производится плавное регулирование напряжения с использованием управляемого трехфазного реактора УР,
включенного последовательно со вторичной обмоткой трансформатора или в цепи каждого плеча диодного моста. Применение схемы с
последовательным соединением УР обеспечивает как плавное регулирование напряжения и стабилизацию тока, так и ограничение тока
короткого замыкания до заданного значения (рис. 2.17).
На рис. 2.17 представлена зона регулирования напряжения преобразовательного агрегата с ограничением тока короткого замыкания.
U
2
I
2
Рис. 2.17. Внешняя характеристика трансформатора с комбинированным
плавно-ступенчатым РПН
Как отмечено в разделе 1.2.1, в основе регулирования напряжения с использованием вольтодобавочных трансформаторов лежит
способ введения дополнительной ЭДС в цепь питания нагрузки основной ЭДС.
На рис. 2.18 приведена схема включения регулируемого вольтодобавочного трансформатора к нерегулируемому трансформатору
с питанием первичных обмоток трансформаторов от сети.
На рис. 2.19 представлена схема питания тяговой нагрузки на
электрифицированных участках переменного тока от симметричной трехфазной питающей сети.
36
a б
1
w
1
'
'
'
'
I
I
1
U
1
ОТ
1
т
I
1
ВДТ
w
I
2
z
2
н
U
2
I
I
1
I
1
ВДТ
U
ОТ
1т
z
w
w
1
2
н
U
2
w
1
ВДТ
НР 1
w
2
УР 2
-
+
w
1
ВДТ
w
НР
2
VS1
УР2
Рис. 2.18. Принципиальная схема однофазного трансформатора
с вольтодобавочным регулируемым трансформатором с плавным
«реакторным» (а) и плавным комбинированным (б) регулированием
напряжения
А
В
в
а
1
2
3
С
с
4
5
6
Рис. 2.19. Схема питания контактной сети переменного тока
двухпутного участка:
1 — силовой трансформатор; 2 — вольтодобавочный трансформатор;
3 — устройство регулирования напряжения; 4 — контактная сеть;
5 — электровоз; 6 — тяговый рельс
37
При питании электровозов от левого фидера (фаза «а») и от правого фидера (фаза «с») обеспечивается двухфазный режим работы
силового трансформатора, который в зависимости от нагрузки фаз
«а» и «с» может быть несимметричным. Вторичная обмотка фазы «в»
всегда остается недогруженной на 68 %, создавая несимметрию токов и напряжений в питающей сети.
Для регулирования напряжения в контактной сети отдельно в левой и в правой зонах питания в цепь каждой фазы «а» и «с» силового трансформатора включается отдельная вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора. При этом возможно использование
двух (по одному на каждую фазу) вольтодобавочных трансформаторов или одного с двумя вторичными обмотками. Первичная обмотка
вольтодобавочных трансформаторов подключается к недогруженной
фазе «в» силового трансформатора, что ведет к снижению несимметрии тока и напряжения в питающей сети.
На рис. 2.19 показано использование одного вольтодобавочного трансформатора с двумя регулируемыми вторичными обмотками
с плавным (реакторным) или с плавным комбинированным устройством регулирования (УР) напряжения.
38
Во введении приведено понятие системы автоматизированного
и автоматического регулирования.
Система автоматического регулирования является частным случаем систем автоматического управления, поэтому рассмотрим пояснение основного принципа действия любой системы автоматического управления на примере автоматизированного (с участием
человека-оператора) регулирования температуры в электропечи для
закалки металла (рис. 3.1).
Для измерения температуры θ в печи устанавливается термопара, на выходе которой получают электрическое напряжение U, пропорциональное температуре θ.
Человек
Стрелка
прибора
(вход)
S
Реостат
φ
U
Рис. 3.1. Схема системы ручного регулирования
Термо-
пара
температуры электропечи
39
r
θ
(выход)
Электро-
печь для
закалки
металла
Шкала прибора, измеряющего напряжение U, проградуирована на
,
величину температуры θ в градусах. Человек-оператор по поддержанию температуры в печи, следя глазами за углом поворота φ стрелки
прибора, определяет значение температуры θ в печи. В зависимости
от того, в какую сторону температура отклонилась от требуемого значения, человек-оператор производит перемещение S движка реостата в соответствующую сторону, т. е. меняет сопротивление r в электрической цепи нагрева печи. При увеличении сопротивления r ток I
в цепи нагрева уменьшается и температура уменьшается. При уменьшении r ток I возрастает и температура увеличивается.
Так происходит ручное регулирование температуры в печи для
закалки металла.
Автоматическое регулирование этого процесса состоит в замене человека устройствами (механическими, электрическими, гидравлическими
и другими элементами), обеспечивающими исполнение функциональных задач, выполняемых человеком. В задачу человека входит перемещение движка реостата в зависимости от наблюдаемого им отклонения температуры от некоторого требуемого (заданного) ее значения θ
зад
Такой зависимостью является пропорциональность между перемещением ∆S движка реостата и величиной отклонения температуры ∆θ с учетом направления (знака) этого перемещения:
.
SK∆ = ∆θ
(3.1)
где К — коэффициент пропорциональности, определяющий количество сантиметров перемещения ∆S движка, приходящихся на каждый
градус отклонения температуры ∆θ и имеет размерность см/градус.
Графически зависимость (3.1) показана на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Зависимость величины перемещения ∆S движка реостата
∆S, см
α
0
от отклонения температуры ∆θ
40
∆θ, град.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]