Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное

 

ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий трехфазный автотрансформатор , фазные обмотки которого выполнены с отводами, управляемые двунаправленные ключи, каждый из кото рых включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора, и две группы выводов для пофазного подключения нагрузки,.первая группа из которых подключена к выводам для подключения питающей сети, при этом две фазные обмотки междуфазного автотрансформатора соединены последовательно, а их общая точка и свободные концы соединены с второй группой указанных выводов, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, третья обмотка междуфазного автотрансформатора соединена с расположенными симметрично относительно общей точки отводами этих обмоток, а все осталь ные отводы соединены с общей точкой обмоток смежных фаз через упомя тутые полностью управляемые двунаправленные ключи. О5 со о ;о О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А

3(5И Н 02 М 5 257

» j

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3525653/24-07 (22) 23.12.82 (46) 23.01. 84. Бюл. Р 3 (72) В.В. Сарв, И.Э. Ранне, Ю.Э. Сооярв и А.-М. Техвер (71) Институт термофизики и электрофизики АН Эстонской CCP (53) 621.316.722(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 941964, кл. 0 05 F 1/24, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР ,по заявке Р 3412883/24-07, кл. G 05 F 1/24, 1982. (54)(57) ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, . содержащий трехфазный автотрансформатор, фазные обмотки которого выполнены с отводами, управляемые двунаправленные ключи, каждый из кото- рых включен между соответствующей .парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора, и две группы выводов для пофазного подключения нагрузки,.первая группа из которых подключена к выводам для подключения питающей сети, при этом две фазные обмотки междуфазного автотрансформатора соединены последовательно, а их общая точка и свободные концы соединены с второй группой указанных выводов, о т л и ч а я щ И и с я тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, третья обмотка междуфазного автотрансформатора соединена с расположенными симметрично QTHocHTPJlbHD общей точки отводами этих обмоток, а все осталь ные отводы соединены с общей точкой обмоток смежных фаз через помянутые полностью управляемые двунаправленные ключи.

1069096.которого выполнены с отводами, управляемые двунаправленные ключи, каждый из которых включен между соответствующей парой выводов смежных фазовых обмоток антотрансформатора, и две группы выводов для пофаэного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к выводам для подключения питающей сети, при этом дне фазные обмотки соединены последовательно, а их общая точка и свободные концы соединены с перной группой указанных ныводов f2)

Недостатками преобразователя яв30

35.ляются относительно большое количест 4О .во отводов антотрансформатора, относительно большое напряжение между отдельными ключами, а также увеличенная типовая мощность автотрансформаторов. Большое количество отводов обмотки автотрансформатора

45 вызвано тем, что и общем случае каж- . дый двунаправленный ключ соединяется между отдельной парой отводов.

Относительно большое напряжение между отдельными ключами (в том числе и между управляющими электродами ключей, что уменьшает надежность работы ) вызвано тем, что максимальная разница потенциалов отводов приближается к линейному напряжению питания. Увеличенная типовая мощность автотрансформатора объясняется низким коэффициентом искажения тока в обмотках автотрансформатора.

SS

Цель изобретения — упрощение, по- 60 вышение надежности и улучшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем что в трехфаэном цреобразонателе переменного напряжения в пере65

" Изобретение относится к электротехнике„ в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в регулируемых источниках питания с близкой к синусоидальной формой кривой тока нагрузки.

Известны устройства для регулирования трехфазного напряжения, содержащие трехфазный автотрансформатор, обмотки которого соединены в треугольник, и управляемые двунаправленные ключи, соединенные с выводами для пофазного подключения нагрузки и разных обмоток автотрансформатора (11 .

Однако устройства не позволяют и спол ь з он ат ь ав т отр ан сформатор н качестве согласующего элемента и, соответственно требуют подбора управляемых ключей в соответствии с величиной питающего напряжения.

Наиболее близким к изобретению является трехфазный преобразователь переменного напряжения н переменное, содержащий трехфазный междуфаэный 25 автотрансформатор, фазные обмотки менное, содержащем трехфазный между-. фаэный автотрансформатор, фаэные обмотки которого выполнены с отводами, упранляемые двунаправленные ключи, каждый иэ которых включен между соответствующей парой выводов смежных фаз ных обмоток автотрансформатора, и дне группы выводов для пофазного подключения нагрузки, перная группа из которых подключена к выводам для подключения питающей сети, при этом дне фазные обмотки соединены последовательно, а их общая точка и снободные концы роединены с первой группой указанных выводов, третья обмотка междуфазного автотрансформатора соединена с расположенными симметрично относительно общей точки отводами этих обмоток, а все остальные отводы соединены с общей точкой обмоток смежных фаз через упомянутые полностью управляемые двунаправленные ключи.

Такое соединение обмоток автотрансформатора позволяет для подклю. чения двух или нескольких управляемых ключей испольэовать общую точку и один иэ отводов каждой из упомянутых двух смежных фазных обмоток, что уменьшает требуемое количество отводов и тем самым упрощает схему, а также уменьшить разницу потенциалов между выводами для подключения ключей, что повышает надежность работы схемы. Кроме того, улучшает коэффициент искажения тока н обмотках, что обуславливает умеиьшение типовой мощности антотрансформатора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — векторные диаграммы напряжений для разомкнутого состояния всех ключей (а - напряжений тиристоров и напряжений на обмотках междуфаэного автотрансформатора, б " симметричной системы напряжений на тиристорах); на фиг. 3 — временные диаграмма, поясняющие принцип работы устройства при 12-пульсном режиме работы и заданной очередности замыкания упранляеьых ключей.

Устройство (фиг. 1) содержит трехфазную нагрузку 1, ключевой коммутатор 2, междуфазный автотрансформатор 3, фазные обмотки которого выполнены с отвддами, группу выводов 4 — 6, подключенную к общей точке и свободным концам двух фазных обмоток, соединенных последовательно, и группу выводов 7 — 9 для пофаэного подключения нагрузки

1 к выводам трехфазного источника питания. Фаэные обмотки имеют отводы 10 — 17 (в общем случае - +2) отнодов, где Ф вЂ” пульсность схе1069096

40 ьу). К отводам 10 и 17 двух фазных обмоток, соединенных последовательно с общим выводом 5, подключены крайние выводы третьей фаэной обмотки. В результате этого третья фаэная Обмртка и секции двух других 5 фазных обмоток между выводами 5 10 и 17 образуют треугольник с вершинами 5,10 и 17.

Ключевой коммутатор 2 состоит иэ тиристоров 18 — 29 (в обшем случае >0 из YA тиристоров), соединенных во встречно-параллельные пары, составляющие двунаправленные управляеьые

:ключи.Через эти ключи выводы 11 †16 соединены с выводами 5,10 и 17 упо- 15 мянутого треугольника соединения обмоток, причем общий вывод любой пары обмоток подключены через соответствующие двунаправленные ключи ко всем необщим выводам третьей 20 фаэной обмотки (например, выводы

15 и 16 одной обмотки через тиристорные пары 26, 27 и 28, 29 подключены к общему выводу 10 двух остальHbIx o6MoToK) . Управляюшие электроды всех тиристоров 18 — 29 подключены к блоку управления.

Устройство для регулирования трехфазного напряжения работает следуюшим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находится один тиристор ключевого коммутатора 2 и соответственно через этот тиристор например тирнстор 23, потенциалы двух выводов 5 и 13 разных фазных Ç5 обмоток уравниваются. Так как эти фаэные обмотки имеют и общий вывод

10, то части двух фазных обмоток от соединенных между собой выводов

5 и 13 до общего вывода 10 этих обмоток оказываются соединенными параллельно. Соответственно напряжения на параллельно соединенных частях обмоток являются равными, а напряжения фазных обмоток — взаимо- 45 зависящими, причем отношение напряжений фазных обмоток определяется отношением относительных чисел витков параллельно соединенных частей фазных обмоток. Так как секции двух фазных обмоток между выводами 5,10 и 17 вместе с третьей фазной обмоткой образуют треугольник, сумма напряжений которого равна нулю, то определенное отношение между. двумя фазными напряжениями междуфазного автотрансформатора опре деляет и относительную величину напряжения третьей фазной обмотки.

Таким образом, выбором отношения относительных чисел витков частей 60 обмотки, соединяеьых параллельно при помоши тиристоров 18 — 29, можно влиять на отношение как фаэ,ных, так и линейных напряжений меж дуфазного автотрансформатора 3, а 65 следовательно и на отношение фазных напряжений нагрузки 1. Изменяя в течение каждого периода питания отношения фазных напряжений междуфазного автотрансформатора 3 и нагрузки 1 с определенной последовательностью, можно приблизить форму фазных напряжений, а следовательно и фазных токов нагрузки к синусоидаль>. ным. Регулирование величины токов и напряжений нагрузки достигается, как и в известных схемах фазового регулирования, изменением сдвига фазы включения тиристоров относительно напряжения питания.

В 12-пульсной схеме (фиг. 1) весь период питания распределяется на двенадцати равных интервалах, соответствующих замкнутому состоянию двенадцами разных тиристоров 18-29, включающихся в последовательности 18-20-25-23-26-28-19-21-24-22-27-29-18

Из векторных диаграмм напряжений (фиг. 2), где 18 — 29, напряжение на тиристорах соответственно 18 — 29> а выводы 4 — 17 соответствуют выводам автотрансформатора 3, видно, что последовательность включения тиристоров совпадает с последовательностью напряжений на тиристорах в разомкнутом состоянии всех тиристоров (напряжение на тириСторе принято положительным, когда потенциал анода выше потенциала катода).

Так как при одновременном изменении полярности всех токов отношения токов не изменяются, то при наличии двенадцати тиристоров и соответственно шести двунаправленных ключей имеется 6 различных отношений фаэных токов, соответствуюших соединению шести определенных пар выводов автотрансформатора.

Порядок формирования выходного напряжения на нагрузке 1 при

i12-пульсном режиме работы и заданной последовательности замыкания тиристоров 18 — 29 показан на фиг. 3, где Up, — напряжение питания тока А;

U l>, — напряжение активной нагрузки в фазе А, U — 0ti — шесть потенциально возможных напряжений нагрузки 1, соответствующих замыканию шести различных двунаправленных ключей коммутатора 2 при оптимальном отношении чисел витков

"10-11 11-5 ®5-15 %16-17 >10-13 10-13 — — » 3

10-5 10 5 5-1t Vl5-it > >10-it yl

=0,268

Ч>10 1t чае 15 о

»е 10-5 it-15 5-it М1Ь-it 10-13 " 10.1t

1 14-1у — число витков между соответствующими выводами автотрансформатора, обеспечивающем исключение из токов и напряжений нагрузки 1 высших гарI моник ниже одиннадцатой.

1069096

Кривые U p и ц <с напряжений нагрузки фаэ В и С аналогичны кривой U gg напряжения нагрузки фазы А.

При увеличении числа rrap выводов соединяемых через ключи, .а соответственно и частоты переключений, ступенчатое.изменение отношений фазных токов приближается все более к случаю с неискаженными синусоидными токами.

Положительными свойствами предлагаемого устройства для регулирования трехфазного напряжения по сравнению с известным являются упрощение в результате того, что уменьшается число отводов и соответст- 15 венно число обмоток междуфазного автотрансформатора, повышение надежности работы ключей в результате уменьшения разницы потенциалов между отдельными ключами, в том числе между управляющими электродами управляемых ключей, а также улучшение массогабаритных показателей междуфазного автотрансформатора в связи с уменьшением его типовой мощ13 ности в результате уменьшения искаженности токов в обмотках автотранс1 форматора. Так, например, в случае 12-пульсной схемы в иэвестном устройстве требуется в общем случае

12 отводов, в предлагаемом устройстве — 8 отводов, а в случае 18-пульсной схемы соответственно 18 и 11 отнодон.

Максимальная разница потенциалов между отдельными ключами в известном устройстве приближается к линейному напряжению питания независимо от максимального напряжения на самих ключах, а в предлагаемом устройстве уменьшается пропорционально с напряжением на ключах.

Уменьшение типовой мощности автотрансформатора зависит от коэффициента уменьшения напряжения на ключах по сравнения с напряжением питания. Например, когда устройство работает в режиме с двухкратным уменьшением напряжения на ключах (по сравнению с максимально возможным напряжением на них), то в предлагаемом устройстве типовая мощность автотрансформатора уменьшается на

12% по сравнению с известным.

1069096

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проект н ая, 4

О ереднссть зцмыкання п ирисяоро5 !8- 89

Фиг. 3