Регулятор переменного напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

5. Кацман, М. М. Справочник по электрическим машинам : учеб. пособие / М. М. Кацман. -М. : Издательский центр «Академия», 2005. -480 с.

6. Предремонтные инструментальные испытания частотно-регулируемых электроприводов // Отчет по результатам научно-исследовательских работ, ЯХТИ (КГТУ). - Нижнекамск, 2007-2008.

Тумаева Елена Викторовна, кандидат технических наук, доцент цикла «Автоматизирован-

ный электропривод и промышленная электроника» НХТИ, Нижнекамск.

Горбачевский Николай Иванович, кандидат технических наук, доцент, заведующий циклом «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника» НХТРІ.

Гаврилов Евгений Николаевич, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлІТУ.

Ганиев Ришат Наильевич, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ.

УДК 681.527.7

В. И. ДОМАНОВ, А. В. ДОМАНОВ, И. Ю. МУЛЛИН РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Рассматриваются вопросы теории и построения регуляторов переменного напряэ/сения. Приводятся расчётные соотношения и результаты эксперимента, показывающие преимущества регулятора на основе широтно-импульсного преобразователя.

Ключевые слова: регулятор переменного напряжения, силовой ключ, фильтр, широтно-импульсный регулятор.

При проектировании высокоэффективных регуляторов переменного напряжения (PH) для устройств управления различными активноиндуктивными нагрузками возникает необходимость выбора из большого числа существующих решений варианта, обеспечивающего наиболее высокие технико-экономические показатели. Объектами управления могут быть однофазные

и трёхфазные трансформаторы, асинхронные двигатели и др. При этом выбор может быть между фазовым управлением (тиристорный регулятор напряжения) и широтно-импульсным управлением (ШИП).

Свойства этих вариантов формирования выходного напряжения рассматриваются относительно различных параметров управления.

Рис. 1. Амплитудный спектр фазового управления ^ис- Амплитудный спектр широтно-

импульсного управления

© В. И. Доманов, А. В. Доманов, И. Ю. Муллин, 2009

В первом - это угол включения тиристора а, а во втором - коэффициент заполнения импульса Э. Однако желательно при принятии решения характеристики устройств рассматривать относительно общего параметра. При формировании сигнала управления тиристором момент включения может быть задан в результате сравнения опорного пилообразного напряжения иоп с напряжением управления 11у.

Сравнение этих двух способов регулирования напряжения по изменению спектрального состава при изменении коэффициента регулирования Кр от 0 до 1 приведено в работе [ 1 ].

Форма выходного напряжения при фазовом управлении удовлетворяет условию Г(х) =-Дх+р) и на основном периоде описывается следующей функцией:

/(*)=

О, X є (0, (1 - Кр)я)

БІП X, х є ((1 - К )к, к)

Эту функцию можно разложить в ряд Фурье на гармонические составляющие с коэффициентами, которые определяются по формулам

тс

2

тс

1-соб( 1— д)тс К 1-соб( 1+д)тсК

1-4

1+Ч

■4^1

Ъ. =

1

п

1

к

$т2лКп

лК+--------р-

р 2

5Іп(1 - д)лКв Бт(1 + д)лК

1-д

1 + 9

.9*1,

где Т=2р; 4= 1,3... 2п~!

Зависимости амплитуд гармоник для фазового управления находятся в соответствии с выражением

а для широтно-импульсного управления в соответствии с известным соотношением

4

7Щ

ґщ к Л

ТКр

V

/

Результаты представлены на рис. 1 и рис. 2.

Применение в качестве регулирующего параметра коэффициента регулирования позволяет сравнить между собой изменения спектрального состава при различных формах опорного напряжения.

Анализ графиков (рис.1, 2) показывает, что:

- амплитуда гармоник в ШИП приблизительно в 42 раза выше, чем в ТРИ;

- в ШИП минимум суммы амплитуд высших

гармоник достигается при Кр 1/72. при

этом У |=1,15;

- в ТРН минимум суммы амплитуд высших

гармоник достигается при Кр~ 1, при эт

ом

У і=1.

Необходимо учитывать, что при фазовом управлении частота первой гармоники составляет 50 Гц, а при ШИП она гораздо выше - 1-10 кГц. Поэтому для фильтрации (сглаживания) высших гармоник в ШИП можно использовать фильтры с меньшими весогабаритными показателями.

В процессе исследований был разработан и изготовлен регулятор переменного напряжения на базе ШИП для управления работой однофазного трансформатора (рис. 3).

Входное переменное напряжение поступает на выпрямительный мост (3), в диагонали которого включен транзистор (4), работающий в ШИМ-режиме. В зависимости от коэффициента заполнения изменяется уровень действующего значения напряжения, поступающего на первичную обмотку трансформатора (1). Для сглаживания высших гармоник, связанных с работой

Рис. 3. Регулятор переменного напряжения

ШИП, между диодным мостом и обмоткой трансформатора установлен фильтр (2). На транзистор поступают сигналы от системы управления, состоящей из драйвера (6) с функцией защиты по току и ШИМ-контроллера (7) с встроенным регулятором. В цепи обратной связи установлена схема гальванического разделения (8) и фильтр (9) цепи обратной связи. Введение обратной связи по напряжению позволяет сделать выходные характеристики трансформатора более жёсткими. Экспериментальные выходные характеристики приведены на рис. 4, 5.

ки регулятора без включения обратной связи:

1 -трансформатор без блока регулирования;

2 - трансформатор с блоком регулирования и

КР = 1;

3 - трансформатор с блоком регулирования и

Кр = 0,75;

4 - трансформатор с блоком регулирования и

Кр = 0,5;

5 - трансформатор с блоком регулирования и

Кр = 0,25.

На рис. 4 приведены выходные характеристи-

Рис. 4. Выходные характеристики системы регулирования с отключённой обратной связью

Рис. 5. Выходные характеристики системы регулирования

с включённой обратной связью

На рис. 5 приведены выходные характеристики регулятора с включённой обратной связью, нумерация графиков соответствует данным на рис. 4.

Сравнение с работой автотрансформатора показывает следующие преимущества

рассматриваемой схемы:

- нет гальванической связи первичной и вторичной обмоток;

- отсутствуют скользящие контакты, что повышает надёжность схемы;

- возможно получить жёсткость выходной характеристики выше естественной;

- имеется защита по току;

- аналогичная схема может быть использована для управления трёхфазным трансформатором.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аверин, С. В. Сравнение способов регулирования переменного напряжения с помощью коэффициента регулирования / С. В. Аверин, Ю. Г. Следков // Практическая силовая электроника. - 2002. - №8. - С. 27.

Домапов Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет статьи и доклады по вопросам повышения качества автоматизированных электроприводов. Автор 7 изобретений.

Домапов Андрей Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет статьи и доклады по исследованию вентильных двигателей и оптимальному управлению.

Муллии Игорь Юрьевич, студент 5 курса кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» энергетического факультета УлГТУ. Имеет публикацию и доклады на студенческих конференциях по вопросам электромехан ики.