Регуляторы переменного напряжения. Однофазные регуляторы. Питание высоковольтного фильтра газоочистки. Регуляторы для печей сопротивления

Регуляторы переменного напряжения

1.  Однофазные регуляторы.

При необходимости регулирования переменного напряжения в сильноточных цепях не рекомендуется применение традиционных реостатов и автотрансформаторов по следующим причинам:

1) большие потери мощности на регулирующих элементах,

2) малый диапазон регулирования,

3)  плохие массогабаритные показатели,

4)  трудность автоматизации.

В последние годы широко применяются однофазные или трехфазные регуляторы переменного тока (РПТ) на силовых бесконтактных ключах (СБК). Их выходное напряжение может регулироваться вниз от величины входного напряжения сети промышленной частоты. Такие устройства наиболее часто используются в следующих установках:

а) электротермические и электроиндукционные - печи сопротивления, сварочные агрегаты б) осветительные - системы освещения больших помещений, аэродромные регуляторы посадочных огней в) высоковольтные - статические фильтры для очистки дымовых газов г) установки электропривода - регуляторы частоты вращения асинхронных двигателей.

В качестве СБК применяются, как правило, встречно-параллельно включенные тиристоры ( VS1  и  VS2  на рис.1), силовые транзисторы, либо - вместо двух тиристоров - симистор.

Тиристоры включаются поочередно, с фазовым сдвигом 180⁰. Форма протекающего в них тока зависит от вида нагрузки и от условий подачи импульсов на управляющие электроды. Для защиты СБК от перенапряжений при выключении и от бросков тока при подключении нагрузки используются быстродействующие предохранители F и включаемые параллельно вентилям R-С цепочки. Величина емкости обычно С=0,1-2 мкФ. При больших токах и повышенной частоте сети выбирается меньшее значение емкости.

Применение бесконтактных ключей вместо электромеханических контактных устройств повышает надежность и долговечность установок, обеспечивает возможность регулирования выходных параметров по заданному закону.

II. Методы регулирования напряжения.

Выходное напряжение РПН обычно регулируется одним из импульсных методов (ИМ), когда тиристоры работают в режиме "включено-выключено":

1. Высокочастотный ИМ. Частота выходного напряжения больше удвоенной частоты питающей сети:

Отличается высоким быстродействием, но требует специальных коммутирующих устройств для выключения тиристоров, а также искажает форму напряжения на выходе, из-за чего применяется редко. Форма напряжений на входе и выходе показана на рис.2.

2. ИМ основной частоты, который чаще называют импульсно-фаэовым методом:. Регулирование осуществляется путем изменения формы кривой выходного напряжения с помощью увеличения угла управления α. При этом кривая на выходе все больше отличается от синусоиды по мере снижения действующего значения U_вых.

На рис.3 показаны временные диаграммы U_вых, I_вых для чисто активной и чисто индуктивной нагрузок. При активной нагрузке (рис. За) ток I_выхсовпадает по фазе с U_вых, начинаясь в момент подачи очередного управляющего импульса (угол α) и заканчиваясь при переходе напряжения сети через нуль. Регулирование возможно при .

При чисто индуктивной нагрузке (рис.36) длительность импульса тока λ_а вдвое больше, так как ток снижается до нуля лишь в момент равенства положительной и отрицательной вольт-секундных площадок в кривой U_вых. Если при этом , то ток i_вых становится непрерывным. Таким образом, регулирование возможно при .

Выбор тиристоров производится по среднему значения анодного тока I_т.ср и амплитуде обратного напряжения U_обр.т:

1) - где I₀ – действующее значение тока при α=0⁰

2) , где U_с- действующее значение напряжения сети.

Если вместо тиристоров используется симистор, то среднее значение тока через симистор

Действующее (не среднее!) значение тока через тиристор  необходимо знать для выбора предохранителей F. Параметры R-C цепочки определяются по формулам:

где I_обр.т., U_обр.т. – амплитуда обратного тока и обратного напряжения,

f_c – частота питающей сети.

3  Метод низкой частоты (Пакетно-импульсный метод)

Сущность этого метода заключается в том, что тиристоры проводят ток в течение определенного числа периодов питающего напряжения А (А-натуральное число) из выбранного количества периодов N, составляющих цикл работы регулятора (рис.4).

В течение числа периодов (N - А) тиристоры заперты. При этом выходная мощность регулируется ступенчато, с дискретностью I/N. Однако дискретность будет малозаметна при большом , а также при N=const, если на выходе регулятора подключена нагрузка, имеющая инерционный характер (печи сопротивления, лампы накаливания и т.д.), когда постоянная времени нагрузки много больше цикла регулирования N.

Средняя мощность выходной нагрузки :

Выбор тиристоров определяется теми же формулами, что и при импульсно-фазовом методе регулирования.

Пакетно-импульсный метод является предпочтительным, поскольку:

1. Не искажается синусоидальная форма U_вых, I_вых. Тем самым влияет регулирования на коэффициент мощности и КПД нагрузки практически отсутствует.

2. Сводится к минимуму высокочастотные помехи при включении СБК, так как включение происходит при U_c=0 (см. рис.4)

3. Возможно использование цифровых систем управления, что создает предпосылки полной автоматизации техпроцесса при помощи ЭВМ (рис.5).

недостаток метода является прерывистость передачи в нагрузку, что обусловлено дискретностью управления.

III. Применение регуляторов

1. Питание посадочных осветительных огней на аэродромах.

По навигационно-техническим требованиям силу света посадочных огней нужно согласовывать с погодными условиями. В то же время сила света не должна меняться при колебаниях напряжения сети, а также при выходе из строя отдельных ламп.