CS229260B1

CS229260B1 - A method for controlling the voltage of tap transformers, in particular for supplying glass electric melting furnaces, by means of thyristor switches and wiring to perform the method

Info

Publication number: CS229260B1
Application number: CS676982A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Startl; Miroslav Ing Marek; Jiri Kostal
Original assignee: Jan Ing Startl; Miroslav Ing Marek; Jiri Kostal
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1982-09-22
Publication date: 1984-06-18

Abstract

Přepnutí odboček uvnitř časového, intervalu daného zvolenou konstantní opakovači periodou, která je nejméně dvojnásobkem periody napájecí sítě, se časově posune nejméně o jeden celý násobek pericdy napájecí sítě, přičemž v okamžiku přepnutí odboček prochází proud nulou. Odbočky (7, 8) primárního vinuti (5) odbočkového transformátoru (4) jsou ke zdroji (6) střídavého napětí připojeny přes dvojice antiparalelně zapojených tyristorů (11, 12) a (13, 14) a vedením (9) s měřicím transformátorem (10) proudu. Činnost dvojic antiparalelně zapojených tyristorů (11, 12) a (13, 14) je řízena elektronickým obvodem, který obsahuje: tvarovací obvod (15), generátor (16) zapalovacích impulsů, čítač (17) délky opakovači periody, čítač (18) časového posuvu, indikátor (19) průchodu proudu nulou, přepínač (20) zapalovacích impulsů, zpětnovazební převodník (21) a obvod (22) regulační odchylky.The switching of the taps within the time interval given by the selected constant repetition period, which is at least twice the period of the power supply network, is shifted in time by at least one whole multiple of the power supply network period, and at the moment of switching the taps the current passes through zero. The taps (7, 8) of the primary winding (5) of the tap transformer (4) are connected to the AC voltage source (6) via pairs of antiparallel thyristors (11, 12) and (13, 14) and a line (9) with a current measuring transformer (10). The operation of pairs of antiparallel thyristors (11, 12) and (13, 14) is controlled by an electronic circuit that includes: a shaping circuit (15), a generator (16) of ignition pulses, a counter (17) of the repetition period length, a counter (18) of the time shift, an indicator (19) of the current passing through zero, a switch (20) of ignition pulses, a feedback converter (21) and a circuit (22) of the regulation deviation.

Description

Vynález se týká způsobu regulace napětí odbočkových transformátorů, zejména pro napájení sklářských elektrických tavičích pecí pomocí tyristorových spínačů a zapojení k provádění způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for regulating the voltage of tap transformers, in particular for feeding glass melting furnaces by means of thyristor switches and for connection to the method.

Dosud se pro regulaci napětí transformátorů pomocí tyristorů používá fázově nebo cyklově řízených tyristorových spínačů.Until now, phase or cyclically controlled thyristor switches have been used to control the voltage of transformers by means of thyristors.

Tyrlstorové fázově řízené spínače všeobecně vyhovují pro výkony nepřesahující 1 proč. zkratového výkoinu v daném místě připojení spínače. Je-li výkon řízený tyristorovým spínačem vyšší, jako např. v provozech s velkými elektrickými pecemi o příkonu přes 400 kW, mají tyristorové spínače nepříznivý zpětný vliv na síť, který se projevuje tím, že klesá účiník cos φ i pod 0,5 a silně se zkresluje průběh proudu. Již při zaregulování napětí na 50 °/o, klesá celkový účiník až na hodnotu 0,35 a fázové řízení je zdrojem vysokofrekvenčního rušení vlivem strmého nárůstu proudu při sepnutí tyristorů, které je prováděno silným zkreslením tvaru proudu, jak je popsáno v publikaci J. Heřmana „Fázově a cyklově řízené polovodičové spínače“ (vydalo SNTL 1977] na straně 71 až 74 a 298. Potlačení zpětného vlivu na síť u tyristorových zařízení pro vyšší výkony vyžaduje instalaci automatických kompenzačních filtrů, jak je uvedeno např. v publikaci V. Hrbka „Problémy výkonových elektronických systémů“ (vydalo SNTL 1980 J na str. 165 až 183. Tím se zvyšují investiční náklady a zvětšuje se zastavěný prostor výkonovou elektronikou zhruba na dvojnásobek.In general, thyristor phase-controlled switches are suitable for outputs not exceeding 1 why. short-circuit power at the switch connection point. If the output controlled by the thyristor switch is higher, such as in plants with large electric furnaces with a power input of more than 400 kW, the thyristor switches have a negative feedback effect on the network, resulting in a cos φ power factor of less than 0.5 and strongly. current distortion. Even when the voltage is adjusted to 50 ° / o, the total power factor drops to 0.35 and the phase control is a source of high-frequency disturbance due to the steep current increase when the thyristors are switched, which is caused by severe current shape distortion as described in J. Heřman "Phase and Cycle Controlled Semiconductor Switches" (published by SNTL 1977) on pages 71 to 74 and 298. Suppressing network feedback on thyristor devices for higher power requires the installation of automatic compensation filters, as outlined in V. Hrbek's "Problems" of electronic power systems ”(published by SNTL 1980 J on pages 165 to 183. This increases investment costs and increases the built-up space by power electronics roughly double.

U cyklově řízených tyristorových spínačů je vysokofrekvenční rušení zanedbatelné, avšak zátěž přes cyklově řízený spínač je připojena ke zdroji a odpojována na časové intervaly rovnající se násobku celých period střídavého průběhu, což má za následek negativní vliv na ustálený průběh zatížení, přičemž vznikají subharmonické kmity, které jsou příčinou i mechanických kmitů přenášejících se až do jádra transformátoru.For cyclically controlled thyristor switches, the high frequency interference is negligible, but the load through the cyclically controlled switch is connected to the power supply and disconnected for time intervals equal to multiple of the entire alternating periods, resulting in a negative effect on steady state load. they are also the cause of the mechanical oscillations transmitted to the transformer core.

V přednášce R. W. Robertse a G. R. Halloryho na téma „Tyristorově řízený energetický zdroj o výkonu 4300 kW pro sklářskou vanu s kombinovaným otopem“, přednesené na Symposiu o automatické regulaci ve skle, konaném 25. až 28. září 1973 v Lafayette, Indiana, USA je uvedeno použití tyristorů v sekundárním obvodu. Tím je vysokofrekvenční rušení tlumeno, avšak tyristory musí být dimenzovány na podstatně vyšší proudy.In a lecture by RW Roberts and GR Hallory on the "Thyristor-controlled 4300 kW Power Source for Combined Heating Glass Bath" presented at the Symposium on Automatic Regulation in Glass held on September 25-28, 1973 in Lafayette, Indiana, USA, stated the use of thyristors in the secondary circuit. This reduces the high-frequency disturbance, but the thyristors must be rated for considerably higher currents.

Zapojení tyristorů do sekundárního obvodu je popsáno rovněž v patentových spisech Francie č. 2 227 706, jehož předmětem je rozdělení topného proudu ve sklovině za účelem minimalizace nežádoucích únikových proudů mezi elektrodami, v pat. spise Francie Č. 2 288 064, jehož předmětem je zařízení k indikaci hrozících poruch elektrod i žárovzdorných stěn na základě sledování odporu, který se pří hrozící havárii zvětšuje a v autorském osvědčení SSSR číslo 681 005, týkajícím se regulace výkonu sklářské elektrické pece s regulátory napětí pomocí základních a doplňkových tyristorových regulátorů, kterými se vytváří na jednom páru elektrod vyšší napětí než na druhém páru tím, že tyristory jednoho páru jsou otevřeny déle než tyristory druhého páru během jedné půlperiody.The connection of the thyristors to the secondary circuit is also described in French Patent Specification No. 2,227,706, the object of which is to distribute the heating current in the glass to minimize undesirable leakage currents between the electrodes, in U.S. Pat. No. 2 288 064, the subject of which is a device for indicating the imminent failure of electrodes and refractory walls based on the monitoring of resistance that is increasing in the event of an imminent accident and in the USSR copyright certificate number 681 005 concerning the regulation of the glass furnace with voltage regulators by means of basic and supplementary thyristor regulators, which generate a higher voltage on one pair of electrodes than on the other pair by opening the thyristors of one pair longer than the thyristors of the other pair in one half period.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí způsobem regulace napětí odbočkových transformátorů, zejména pro napájení sklářských elektrických tavících pecí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že přepnutí odboček uvnitř časového intervalu daného zvolenou konstantní opakovači periodou, která je nejméně dvojnásobkem periody napájecí sítě, se časově posune nejméně o jeden celý násobek periody napájecí sítě, přičemž v okamžiku přepnutí odboček prochází proud nulou. Toho se docílí zapojením podle vynálezu, v němž dvě zvolené odbočky primárního vinutí odbočkového transformátoru jsou přes dvojice antiparalelně zapojených tyristorů připojených ke zdroji střídavého napětí a napojeny na vstup tvarovacího obvodu. Na výstup tvarovacího obvodu je připojen generátor zapalovacích impulsů, čítač délky opakovači periody a čítač časového posuvu, jejichž výstupy jsou napojeny na přepínač zapalovacích impulsů a jeho výstupy jsou připojeny na dvojice antiparalelně zapojených tyristorů. Na přepínač zapalovacích impulsů je připojen též indikátor průchodu proudu nulou napojený na měřící transformátor proudu zapojený do napájecího vedení a spojený přes zpětnovazební převodník, napojený též na jednu z odboček odbočkového transformátoru, s obvodem regulační odchylky, jehož výstup je napojen na čítač časového posuvu.These disadvantages are eliminated or substantially reduced by the method of regulating the voltage of the tap transformers, in particular for feeding the glass electric melting furnaces according to the invention, characterized in that switching taps within a time interval given by a selected constant repeating period time shifts by at least one full multiple of the supply network period, with current passing at zero when taps are switched. This is achieved by a circuit according to the invention, wherein the two selected taps of the primary winding of the tap transformer are connected via a pair of antiparallel connected thyristors connected to an AC power source and connected to the input of the forming circuit. An ignition pulse generator, a repetition period length counter, and a time shift counter are connected to the output of the forming circuit, the outputs of which are connected to the ignition pulse switch and its outputs are connected to pairs of antiparallel connected thyristors. The ignition current switch is also connected to the ignition pulse switch connected to a current measuring transformer connected to the supply line and connected via a feedback converter, also connected to one of the taps of the tap transformer, with a control deviation circuit whose output is connected to a time shift counter.

Tím, že tyristory jsou zapojeny na primární straně odbočkového transformátoru, se podstatně snižují proudy jimi spínané a tím též výkonová ztráta na tyristorech. Fázový posuv proudu je minimální, daný pouze indukčností odbočkového transformátoru při činné zátěži. Tyristory jsou sepnuty po celou dobu jedné půlperiody a tím se účiník blíží jedné a je konstantní, nevzniká strmý nárůst proudu a tím vysokofrekvenční rušení a není třeba používat automatických kompenzačních filtrů. Průběh zatížení proti cyklově řízeným tyristorům se podstatně zlepší, neboť nedochází k úplnému odpojení transformátoru na dobu několika period napájecí sítě, ale k přepnutí z jedné odbočky na druhou pomocí antiparalelně zapojených tyristorů. Tím se sníží amplituda subharmonických kmitů a omezí chvění transformátoru.The fact that the thyristors are connected on the primary side of the tap-off transformer significantly reduces the currents switched by them and thus also the power loss on the thyristors. The phase shift of the current is minimal, given only by the inductance of the on-load tap-off transformer. The thyristors are switched on for the whole period of one half period and thus the power factor is close to one and is constant, there is no steep current increase and thus high frequency interference and there is no need to use automatic compensation filters. The load behavior against the cyclically controlled thyristors is significantly improved, since the transformer is not completely disconnected for several periods of the supply network, but is switched from one tap to the other by means of antiparallel connected thyristors. This reduces the amplitude of the subharmonic oscillations and reduces the transformer vibration.

Příkladné provedení vynálezu je popsáno dále a schematicky znázorněno na připojených výkresech, z nichž představuje obr. 1 průběhy primárního napětí a proudu během regulace a obr. 2 blokové schéma zapojení.An exemplary embodiment of the invention is described below and schematically shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows the primary voltage and current waveforms during control and Fig. 2 shows a block diagram.

Na obr. 1 je znázorněn průběh primárního napětí U[ a proudu i_b síťová perioda T_s, opakovači perioda T_o a časový posuv Tj během regulace, φ je fázový posuv způsobený indukčností transformátoru.1 shows the course of the primary voltage U [a] of the current i _{b, the} network period T _s , the repetition period T _o and the time shift Tj during regulation, φ is the phase shift caused by the inductance of the transformer.

Sklářská taviči pec 1 (obr. Z) je vytápěna elektrodami 2 napojenými na sekundární vinutí 3 odbočkového transformátoru 4. Jeho primární vinutí 5 je připojeno ke zdroji 6 střídavého napětí přes dvojici odboček 7, 8 a přes napájecí vedení 9, v němž je zapojen měřicí transformátor 10 proudu, přičemž jedna odbočka 7 je připojena ke zdroji 6 střídavého napětí přes dvojici antiparalelně zapojených tyristorů 11, 12 a druhá odbočka 8 přes dvojici antiparalelně zapojených tyristorů 13, 14. Odbočky 7, 8 s dvojicemi antiparalelně zapojených tyristorů 11, 12 a 13, 14 a zdroj 6 střídavého napětí jsou napojeny na vstup tvarovacího obvodu 15. Na jeho výstup jsou připojeny generátor 16 zapalovacích impulsů, čítač 17 délky opakovači periody a čítač 18 časového posuvu. Na měřicí transformátor 10 proudu je napojen indikátor 19 průchodu proudu nulou, jehož výstup s výstupy z generátoru 16 zapalovacích impulsů, čítače 17 délky opakovači periody a čítače 18 časového posuvu jsou připojeny na přepínač 20 zapalovacích impulsů, jehož výstupy jsou spojeny s dvojicemi antiparalelně zapojených tyristorů 11, 12 a 13, 14. Na napájecí vedení 9, měřicí transformátor 10 proudu a odbočku 8 je připojen zpětnovazební převodník 21, jehož výstup je připojen na obvod 22 regulační odchylky, jehož výstup je napojen na čítač 18 časového posuvu. Na obr. 2 je pro jednoduchost znázorněno zapojení pro jednofázový zdroj 6 střídavého napětí, je možné obdobné provedení s připojením na třífázový zdroj napětí.The glass melting furnace 1 (Fig. Z) is heated by electrodes 2 connected to the secondary winding 3 of the tap transformer 4. Its primary winding 5 is connected to an AC power supply 6 via a pair of taps 7, 8 and a supply line 9 in which the measuring a current transformer 10, wherein one tap 7 is connected to an AC power source 6 via a pair of antiparallel connected thyristors 11, 12 and a second tap 8 via a pair of antiparallel connected thyristors 13, 14. Taps 7, 8 with pairs of antiparallel connected thyristors 11, 12 and 13 14, 14 and the AC power source 6 are connected to the input of the shaping circuit 15. The ignition pulse generator 16, the repetition period length counter 17, and the time shift counter 18 are connected to its output. A current-crossing indicator 19 is connected to the current transformer 10, the output of which is output from the ignition pulse generator 16, the repetition period counter 17 and the time shift counter 18 are connected to a ignition pulse switch 20 whose outputs are connected to pairs of antiparallel connected thyristors. 11, 12 and 13, 14. A feedback converter 21 is connected to the power supply line 9, the current transformer 10 and the tap 8, the output of which is connected to a control deviation circuit 22, the output of which is connected to a time shift counter 18. For simplicity, FIG. 2 shows the connection for a single-phase AC power supply 6, a similar design with a three-phase power supply is possible.

Zapojení funguje následovně: střídavé napětí Ui ze zdroje 6 střídavého napětí je tvarovacím obvodem 15 převedeno na vhodné napětí, kterým se synchronizuje činnost generátoru 18 zapalovacích impulsů, čítače 17 délky opakovači periody T_o a čítače 18 časového posuvu T). Časový posuv Ti se mění v závislosti na velikosti regulační odchylky vyhodnocené obvodem 22 regulační odchylky pomocí zpětnovazebního převodníku 21, který snímá napětí na odbočce 8 proti napájecímu vedení 9 a proud z měřicího transformátoru 10 proudu. Přepínač 20 zapalovacích impulsů střídavě přepíná generátor 16 zapolovacích impulsů na dvojice tyristorů 11, 12 a 13, 14 a tím se střídavě připojují odbočky 7 a 8 odbočkového transformátoru 4 ke zdroji 6 střídavého napětí. Např. na začátku opakovači periody T_o jsou zapalovací impulsy přepínačem 20 zapolovacích impulsů přivedeny na dvojice tyristorů 11, 12 a tím je odbočka 7 připojena ke zdroji 6 střídavého napětí. Čítač 18 časového posuvu Ti odměří čas Ti jako celý násobek síťové periody T_s a vyšle impuls. Se zpožděním φ způsobeným indukčností odbočkového transformátoru 4 vyšle též impuls indikátor 19 průchodu proudu nulou. Oba impulsy způsobí přepnutí přepínače 20 zapalovacích impulsů, takže zapalovací impulsy jsou odpojeny z dvojice tyristorů 11, 12 a připojeny na dvojici tyristorů 13, 14 a tím je ke zdroji 6 střídavého napětí místo odbočky 7, připojena odbočka 8 odbočkového transformátoru 4. Čítač 17 délky opakovači periody T_oodměří čas T_o jako celý násobek síťové periody T_s a vyšle impuls. Se zpožděním φ vyšle též impuls indikátor 19 průchodu proudu nulou. Oba impulsy způsobí přepnutí přepínače 20 zapalovacích impulsů do původního stavu, takže jsou zapalovací impulsy z dvojice tyristorů 13, 14 odpojeny a připojeny zpět na dvojici tyristorů 11, 12. Popsaný cyklus se stále opakuje. Změnou časového posuvu Ti se dosáhne změny průměrné hodnoty regulované veličiny. V uvedeném příkladu je regulovanou veličinou výkon.Circuit functions as follows: AC voltage source 6 Ui AC voltage shaping circuit 15 is converted to a suitable voltage, which synchronizes operation of the ignition pulse generator 18, a counter 17 the length of the repetition period T _of the counter 18 and the time offset T). The time shift T 1 varies depending on the magnitude of the control deviation evaluated by the control deviation circuit 22 by means of a feedback converter 21 which senses the voltage at the tap 8 against the supply line 9 and the current from the current transformer 10. The ignition pulse switch 20 alternately switches the ignition pulse generator 16 to pairs of thyristors 11, 12 and 13, 14, thereby connecting taps 7 and 8 of tap transformer 4 alternately to an AC power source 6. E.g. at the beginning of the repetition period T _of the pulses, the ignition switch 20 zapolovacích pulse applied to the pair of thyristors 11, 12 and thus turning 7 6 connected to the source of alternating voltage. Time shift counter T 1 measures the time T 1 as a whole multiple of the network period T _s and sends a pulse. With a delay φ caused by the inductance of the on-load transformer 4, the pulse indicator 19 also transmits a zero current. Both pulses cause the ignition pulse switch 20 to be switched so that the ignition pulses are disconnected from the pair of thyristors 11, 12 and connected to the pair of thyristors 13, 14, thereby connecting the tap 8 of the tap transformer 4 to the AC power supply. the repeating period T _o measures the time T _o as a whole multiple of the network period T _s and sends a pulse. With a delay φ, the pulse indicator 19 also sends a zero current. Both pulses cause the ignition pulse switch 20 to return to its original state, so that the ignition pulses from the pair of thyristors 13, 14 are disconnected and connected back to the pair of thyristors 11, 12. The cycle described is still repeated. By changing the time shift Ti, the average value of the controlled variable is changed. In the example, the controlled variable is power.

Způsob a zapojení je určeno především pro regulaci sklářských tavičích pecí. Je možno jich však použít i k regulaci např. chladicích pecí nebo k regulaci ohřevu pomocí odporových článků.The method and connection is primarily intended for the regulation of glass melting furnaces. However, they can also be used to control, for example, cooling furnaces or to control heating by means of resistive elements.

Claims

Method for controlling the voltage of tap-off transformers, in particular for feeding glass melting furnaces, by means of thyristor switches, characterized in that the switching of taps within a time interval given by a selected constant repeating period which is at least twice the period of the supply network is shifted by at least one the whole multiple of the period of the supply network, with current passing at zero when the taps are switched.

Connection for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the two selected taps ( ⁷ , 8) of the primary winding (3) of the tapping transformer (4) are connected via pairs of antiparallel connected thyristors (11, 12) and (13, 14) connected. connected to the AC power supply (6) and via the supply line (9) to the input of the shaping circuit (15), to the output of which the ignition pulse generator (16), repeating period length counter (17) and time shift counter (18) are connected; the outputs of which are connected to an ignition pulse switch (20), the outputs of which are connected to pairs of antiparallel-connected thyristors (11, 12 and 13, 14), the zero-current indicator (19) of current229260 being connected to the ignition pulse switch (20). , connected to a current measuring transformer (10) connected to the supply line (9) and connected via a feedback converter (21), also connected to the supply line (9J and and one (8) of the tap-off transformer taps (4), with a control deviation circuit (22), the output of which is connected to a counter (18) of the time after the slide.