CC BY
27
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.391.019.51
Р. Ф. БУЛАТОВ, В. Е. БЫСТРИЦКИЙ, Ф. Н. ИСМАГИЛОВ УСТРОЙСТВО ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ИНДУКТИВНОСТИ
Обсуждаются вопросы технической реализации исполнительных элементов устройств симметрирования напряжений электромашинных генераторных агрегатов, выполненных на основе устройства плавного регулирования индуктивности дросселя с параллельно подключённым транзисторным ключом и системы управления им. Обосновывается возможность снижения массогабаритных показателей устройства, повышения его быстродействия и улучшения формы тока.
Ключевые слова: генераторный агрегат, система симметрирования напряжений, исполнительный элемент, регулируемая индуктивность.
Анализ тенденций развития автономных электроэнергетических систем (АвЭС) указывает на непрерывный рост требований к качеству вырабатываемой электроэнергии. Отмеченное обстоятельство выдвигает ряд новых задач, решение которых связано с совершенствованием пуско-регулирующей аппаратуры. Одной из таких задач может быть названо повышение качественных показателей функционирования систем симметрирования напряжений трёхфазных генераторных агрегатов, широко применяемых в АвЭС в качестве вторичных источников питания. Важнейшим элементом систем симметрирования напряжений являются исполнительные элементы подгрузочного типа, выполняемые, главным образом, на основе реактивных элементов: дросселей и конденсаторов. В большинстве случаев возникает необходимость применения дросселей с плавным изменением индуктивности.
Известны многочисленные технические решения для регулирования индуктивности дросселя. Основным недостатком известных аналогов является то обстоятельство, что индуктивность в них изменяется за счёт механического перемещения подвижных частей магнитопровода, что является серьёзным препятствием их применения в системах автоматического управления. Более эффективным способом изменения индуктивности следует считать электрический - путём изменения сигнала управления в виде напряжения или тока. В связи с этим следует принять во внимание дроссельный магнитный усилитель (МУ), который в некоторых литературных источниках, в том числе и в учебной литературе по теоретическим основам электротехники, считается регулируемой индуктивностью [1].
Недостатками дроссельных магнитных усилителей являются их повышенные массогабаритные показатели и искажения формы тока за счёт использования насыщения магнитного потока. Кроме
того, дроссельные магнитные усилители обладают низким быстродействием, что является ппепятст-- - *
вием их эффективного применения в системах автоматики.
Разработанное устройство плавного регулирования индуктивности выполняется как параллельное соединение нерегулируемого дросселя и транзисторного ключа в виде последовательно и встречно соединённых транзисторов с шунтирующими диодами и системы управления ключом, состоящей из датчика тока, двух блоков определения его знака, генератора линейно изменяющегося напряжения, блока формирования импульсов и двух логических элементов совпадения [2].
Особенностью является то, что выход датчика тока соединяется со входами блоков определения его знака, выходы которых соединены с первыми входами элементов совпадения, вторые входы последних соединены с выходом блока формирования импульсов, а выходы элементов совпадения со входами транзисторного ключа. Плавное изменение индуктивности осуществляется путём широтно-импульсного управления ключом переменного тока на основе транзисторов и диодов. На чертежах представлено:
на рис. 1 представлена схема устройства плавного регулирования индуктивности;
на рис. 2 - расчётная схема для анализа работы устройства плавного регулирования индуктивности;
на рис. 1 обозначено:
© Булатов Р. Ф., Быстрицкий В. Е., Исмагилов Ф. Н., 2012
1 - дроссель с постоянным значением индуктивности - нерегулируемый дроссель;
2 - датчик тока, протекающего через индуктивность и нагрузку;
3, 4 - транзисторы с шунтирующими диодами, включённые встречно-последовательно:
5,6- блоки определения знака тока, протекающего через индуктивность;
7 - блок формирования импульсов управления транзисторами, на первый вход которого подаётся напряжение генератора линейно изменяющегося напряжения, а на второй вход -напряжения управления иу;
8 - генератор линейно изменяющегося напряжения с периодом Тп переключения транзисторов;
9, 10 - логические элементы совпадения сигналов, выполняющие функции распределителей импульсов управления на транзисторы 3, 4.
Рис. 1.
о
Ь:
&
I *
........
XI
1ф
к?
Рис. 2.
¿V
Ян
Пояснить работу предлагаемого устройства можно с помощью расчётной схемы рис. 2, где Ьд -индуктивность, Ян - активное сопротивление нагрузки; Ьф - фильтрующая индуктивность, которая определяется индуктивностями цепей источника ЭДС ес или специально вводится для сглаживания тока нагрузки; К1 - рабочий ключ по схеме рис. 1, включение или выключение фильтрующей индуктивности Ьф
ЭДС источника питания определяется выражением
е-с (О = е. (в) = и, 0, (1)
у-« " • --• « ■« ГГ/\Г»Л /* ТГЛ г\т<-чт1Л >»г>» /<>»Т/-»ТТ¥ТП г» Л г» » 1ТГ*т* *Г Т О ТТ ( 1 I I 11ШТ1/Т1 П Т УППП V Г Т У ЛТ •
» До — :. I ^ — у вал НаСила ИоМопспий оч^лпшпт ич^ ^пптч.« пт^п ид,
В — (О С - угловая оценка текущего времени.
Ключ К1 коммутируется с частотой величина которой во много раз (на несколько порядков) превышает частоту питающего напряжения
Л »Л ■ (2)
Период переключения ключа К1 I п = 1//^ разделяется на два интервала: ¿„ - время замкнутого состояния и - время разомкнутого состояния
Т„ = 1а + 10. (3)
Относительная продолжительность включения у
Г = Т = Г7Г (4)
является регулирующим воздействием на изменение величины индуктивности//^
о< 1{у) < и.
При у = 1 ключ К1 замкнут на всём периоде Тй, ток в нагрузке определяется выражением
•* *
*Н1 (Ю 5=5 !гп1 0 = —(5)
При У ~ 0 ключ К1 разомкнут весь период Тп, ток в нагрузке определяется выражением
^ m
*}
n >■ 1
<Pm
m ax s >
где <p = arctg
a v ±*
!
ml =
ir '
m 2 - T
¿^тЛ 2
(7)
При промежуточных значениях 0< Y < 1 происходят следующие процессы.
В момент замыкания К1 на интервалах ток определяется выражением (5). В момент размыкания К1 характер тока нагрузки определяется решением уравнения
Um sin 6
— i и R и ~ L
•
л. J. Л
Vi V
(8)
которое имеет вид
i и <{&&<)
* Г г
I * Чг L
v т..- тг • £ <
Г
■-•m
t
f «
sm(B1 - <pmax) +
(9)
V
где A, - постоянная интегрирования, определяемая начальными условиями на каждом интервале t0l-;
т
1 - = — - постоянная времени.
Ru
» »
Компьютерное и натурное моделирование схемы рис.2 подтверждает возможность регулирования индуктивности с помощью ШИМ-управления ключом К1. Причём при наличии 1ф < О, \ ток в
нагрузке оказывается практически синусоидальным, а показателем регулирования индуктивности является плавное изменение фазы (р(у) тока ¡н от максимального значения (р,Г}ах до нуля.
Реализация устройства плавного регулирования индуктивности на основе ШИМ-регулирования ключа К1в схеме рис. 2 предлагается по схеме рис. 1, где функции ключа К1 выполняют транзисторы 3 и 4 с фильтрующими диодами, а выход датчика тока 2 соединён со входами блоков определения знака тока 5, 6, выходы которых соединены с первыми входами логических элементов совпадения сигналов 9, 10, вторые входы последних соединены с входом блока формирования импульсов управления транзисторами 7, а выходы логических элементов совпадения сигналов 9, 10 - со входом транзисторов 3,4 с шунтирующими диодами.
ля реализации рассмотренного устройства требуются только элементы, широко применяе-
д
мые, выпускаемые предприятиями электротехнической и электронной промышленности и доступные пользователям. В связи с этим устройство удовлетворяет требованиям практической осуществимости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Розенблат, М. А. Магнитные усилители / М. А. Розенблат. - М. : Советское радио, 1960.
2. Патент РФ 2275673, МПК 005Р 1/20. Устройство плавного регулирования индуктивности / М. А. Боровиков, В. Е. Быстрицкий, О. В. Милашкина (РФ). - 2005103994/09; заявл. 15.02.2005; опубл. 27.04.2006. - Бюл. №12.
Булатов Ренат Фаридович, аспирант кафедры «Электропривод и АПУ» энергетического факультета УлГТУ.
Быстрицкий Владимир Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и АПУ» УлГТУ.
Исмагилов Фарит Наилевич, студент энергетического факультета. кафедра «Электропривод и
апу» УлГТУ;
