Устройство для регулирования трехфазного напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ . ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее автотрансформатор с отводами. расположенными симметрично относительно крайних выводов, и входные выводы для пофазного подключения нагрузки, каждый из которых подключен череоднонаправленные управляемые ключи ко всем выводам автотрансформатора , причем все ключи, соединенные с одним выводом автотрансформатора , включены согласно, а ключи, подключенные к соседним выводам , включены по отношению к ним встречно, Отличающее с, я тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения при регулировании , оно содержит сглаживающий дроссель с двумя одинаковыми обмотi ками, соединенными согласно в разрывы соединений от двух симметрично (Л расположенных выводов айтотрансформатора с управляемыми ключами нагрузки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 05 F 1 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCWOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPblTHA (21) 3421355/24-07 (22) 14.04..82 (46) 30.01.84. Бюл. Р 4 (72) И.Э.Ранне, T.Ю.Саккос, В.В.Сарв, Ю.Э.Сооярв и M.ß.Õàíñåí (71) Институт термофиэики и электрофизики АН ЭССР (53) 621.316.722(088.8) (56) 1. "Power Apparatus and

systems. 1956, Р 26, р.865, fig, 3, 2. Современные задачи преобразовательной техники. Ч.1, Киев, 1975, с.176, рис.1.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 851361, кл. G 05 F 1/24, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 873223, кл. G 05 F 1/20, 1979. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ. ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов, и входные выводы для пофазного подключения нагрузки, каждый иэ которых подключен чере", однонаправленные управляемые ключи ко всем выводам автотрансформатора, причем все ключи, соединенные с одним выводом авто- . трансформатора, включены согласно, а ключи, подключенные к соседним выводам, включены по отношению к ним встречно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения Формы выходного напряжения при регулировании, оно содержит сглаживающий дроссель с двумя одинаковыми обмотками, соединенными согласно в разрывы соединений от двух симметрично расположенных выводов автотранс- форматора с управляемыми ключами нагрузки.

1070524

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в регулируемых источниках трехфазного напряжения с близкой к синусоидальной формой тока нагрузки.

Известны устройства для регулирования трехфазного переменного напряжения и тока, содержащие междуфазный трансформатор с переключаемым коэффициентом трансформации, включенный последовательно с трехфазной нагрузкой и источником трехфазного напряжения.

В этих устройствах регулирование сглаженного переменного тока осуществляется изменением тока подмагничивания междуфазного трансформатора. При изменении тока подмагничивания изменяются интервалы насьпцения отдельных сердечников или стержней междуфазного трансформатора. Междуфаэный коэффициент трансформации определяется соот.ношением числа витков обмоток разных фаэ на ненасыщенных сврдечниках и стержнях. Поэтому изменение тока подмагничивания позволяет регулировать сдвиги фаз моментов включения определенных коэффициентов междуфазной трансформации, а в результате этого регулировать также распределение напряжения питания между междуфаэным управляемым трансформатором (трехфазным многосердечниковым или многостержневым управляемым дросселем насьицения) и нагрузкой L 11 и Г21 .

Недостатками данных устройств для регулирования трехфазного напря. жения и тока с использованием подмагничиваемых междуфазных трансформаторов являются относительно большая масса междуфазного трансформатора, работающего в качестве трехфазного многосердечникового или многостержневого управляемогр дросселя, воэможность регулировать . только с отстающим а не с опережающим током, а также длительность переходного процесса до нескольких периодов питания при изменении напряжения управления.

Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее односердечниковый междуфаэный автотрансформатор с коммутируемым коэффициентом трансформа- ции, соединенный последовательно с трехфазной нагрузкой. В устройстве магнитный поток автотрансформатора изменяется с частотой питания, что обуславливает относительно большую массу автотрансформатора 31 .

Недостатком. указанного устройства является также относительно большое количество ключей и ухудшение форьы выходного напряжения при регулировании в результате увеличения относительной величины высших rapмо>ник при уменьшении основной гармоники напряжения нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором магнитный поток междуфаэного автотрансФорматора изменяется по меньшей мере с шестикратной частотой питания и для переключения числа витков, входящих в разные Фазы, применяют однонаправленные ключи C41 °

Недостатком прототипа является

15 увеличение относительной величины высших гармоник при уменьшении основной гармоники напряжения нагрузки в ходе регулирования. Этот недостаток вызван тем, что в ходе регулирования форма тока нагрузки изменяется, причем в широком диапазоне регулирования при уменьшении амплитуды основной гармоники амплитуды высших гармоник сохраняют свое

25 максимальное значение.

Цель изобретения — улучшение формы выходного напряжения при регулировании, Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов, и входные выводы для пофазного подключения нагрузки, каждый из которых подключен через однонаправленные управляемые ключи ко всем Выводам автотрансформатора, причем все ключи, соединенные с одним выводом авто40 трансформатора, включены согласно, а ключи, подключенные к соседним выводам, включены по отношению к ним встречно, снабжено сглаживающим дросселем .с двумя одинаковыми об45 мотками, соединенными согласно в разрывы соединений от двух симметрично расположенных выводов автотрансформатора с соответствующими управляемыми ключами нагрузки.

Это отличие обеспечивает то, что .в каждом Межкомчутационном HHr тервале одна из обмоток дросселя соединяется последовательно с нагрузкой одной фазы, что препятствует изменению мгновенноГо значения то. ка в этой фазе. В результате электромагнитной связи между секциями обмотки автотраисформатора мгновенные значения токов во всех фазах

60 жестко взаимосвязаны, что приводит к сглаживанию токов во всех фазах. При достаточно большой индуктивности дросселя форма тока нагрузки сохраняет одинаковую многоступенчатую форму, а следовательно, и

1070524 одинаковый коэффициент гармоник во всем диапазоне регулирования.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений и число витков в фазе А схемы, а также таблица очередности замыкания ключей.

Устройство для регулирования трехфазного напряжения содержит трехфазную нагрузку 1, ключевой коммутатор 2 и односердечниковый автотрансформатор 3, соединенные последовательно. с трехфазным источником питания. Обмотки автотрансформатора с началом 4, концом 5 и средней точкой 6 состоят из двух равных .полуобмоток с отводами 7-10 (в общем случае с в отводами) соответственно. Ключевой коммутатор 2 состоит из однонаправленных. полностью управляемых ключей 11-28. В качестве таких ключей можно применять, напрймер, транзисторы в ключевом режиме или же тиристоры с принудительной коммутацией. Через эти ключи начало 4, конец 5 и все отводы 7-10 присоединены к кбнцам нагрузок 29-31, причем все ключи, соединенные с одним и тем же выводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковое направление про- водимости, а ключи, соединенные с со ,седними выводами обмотки автотранс форматора, имеют противоположное направление проводимости. В разрывы соединений от двух симметрично расположенных выводов автотрансформатора соединены согласно одинаковые обмотки 32 и 33 сглаживающего дросселя 34, сердечник которого имеет немагнитный зазор. Например, одна обмотка 32 может быть соединена в разрыв между отводом 9 и общей точкой катодов тиристоров 23, 25,27, а соответственно обмотка 33 в разрыв между отводом 8 и общей точкой анодов тиристоров 24, 26, 28.

От конкретного места соединения обмоток 32 и 33 зависит относительные значения тока и напряжения обмоток дросселя 34, причем типовая мощность дросселя не изменяется.

Устройство для регулирования .трехфазного напряжения работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находятся три ключа, один в каждой фазе. В результате этого в фазах А, В и С последовательно с нагрузкой соединены секции автотрансформатора с числом витков 6, «lq и Ъlс соответственно. Дополнительно всегда в одну из фаэ последовательно с нагрузкой соедине. на одна из обмоток сглаживающего дросселя 34,что препятствует измене нию мгновенного значения тока в этой фазе. Из-за электромагнитной связи между секциями обмотки автотрансформатора сглаживание тока в одной фазе обеспечивает сглаживание токов и в двух остальных фазах. В результате этого при достаточно большой индуктивности обмотки дросселя в течение данного интервала ) работы, соответствующего включенному состоянию трех заданных ключей, .мгновенные значения фаэных .токов изменяются мало. При этом конкретные соотношения токов в разных фа15 зах определяются выбором междуфаэных коэффициентов трансформации в/«4, и Мс/%„. Изменяя в течение . каждого периода питания коэффициенты трансформации w /ъ(и el / < с

2р определенной последовательностью несколько раз, можно формировать во всех фазах во всем диапазоне регулирования многоступенчатые токи одинаковой формы, сдвинутые на 120

Плавное регулирование амплитуд токов и напряжений нагрузки осуществляется изменением фазы включения заданной комбинации ключей относительно фазы напряжения питания.

На фиг.2 показаны временные диаграммы напряжения питания фазы A

0д, шесть потенциально возможных напряжений нагрузок Uz -0, соответствующих различным коэфФициентам трансформации при закорочении сглаживающего дросселя, и пример напряжения нагрузки Uqa при относительно большой индуктивности сглаживающего дросселя и при замыкании ключей 11-27 согласно таблице на Фиг.2.

40 Кривые напряжений нагрузки Uq и

Ugс аналогичны кривой 0 . Как вид- . но, ступенчатое напряжение нагрузки 0 а соответственно и напряжения нагрузок Ua и 0 формируют45 ся из сглаженных отрезков шести . синусоид UZ - u . На фиг.2 показана также времейная диаграмма числа витков автотрансформатора в фазе A ю „, причем положительные значения соответствуют включению секций левой полуобмотки, отрицательные значения ю/ — включению секций правой полуобмотки автотрансформатора.

Временные диаграммы на фиг.2 соответствуют оптимальному соотношению числа витков секций полуобмоток автотрансформатора 3, когда при числе витков одной полуобмотки, равном е(, число витков между выво60 дами 6 и 8 (и также между выводами 6 и 9) равно Ъl 0,268 el„ а между выводами 6 и 7 (а также между выводами 6 и 10) — Жв = 0,732 /. Эти соотношения обеспечивают устранение иэ спектра напряжения нагрузки во

1070524

30 всем диапазоне регулирования всех высших гармоник ниже 11-й. Увеличени. ем числа отводов автотрансформатора и соответственно ключей можно достигнуть устранение и более высоких гармоник.

Предлагаемое устройство для сглаженного регулирования трехфазного переменного напряжения характеризуется постоянством коэффициента гармоник выходного напряжения 10 во Всем диапазоне регулирования от нуля до максимума и в результате этого существенным улучшением формы выходного напряжения при регулировании по сравнению с прототипом. 15

Так, например, при активной нагрузке в 12-пульсной схеме (фиг.l) коэффициент гармоник К„=0,15 во всем диапазоне регулирования от максимума до нуля. В прототипе же yp коэффициент гармоник К 0,15 только при максимальном напряжении нагрузки, а с уменьшением относительного выходного напряжения К непрерывно увеличивается. Так при относительных значениях первой гармоники выходного напряжения 0,5 и 0,2 в прототипе коэффициент гармоник увеличивается до 0,30 н 0,79 соответственно.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет при регулировании напряжения в диапазонах 1:2 и 1:5 уменьшить коэффициент гармоник соответственно в 0,30/0,15 =2 и 0,79/0,15=5,2 раэ. Так как сглаживающий дроссель следует рассчитать на увеличенную частоту пульсаций (в рассмотренном примере на 12кратную частоту питания) его вес и габариты относительно малы. Экс- 40 периментальная проверка схемы показала, что достаточно выбрать индуктивность (одной обмотки сглаживающего дросселя из условия — - а 40, .60i L где — пульсность схемы; й4 — угловая частота питания; активное сопротивление одной фазы нагрузки.

Соответственно в 12-пульсной схеме

ce) L =l0R 12 0,8R.

Необходимо подчеркнуть, что требования, предъявленные системе управления предлагаемого устрОйства и системе управления выпрямителей, совпадают. К этим требованиям относятся порядок следования управляющих импульсов, симметрия, их синхронизация с сетью, диапазон изменения угла управления, помехозащищенность и т.д. При этом в обоих случаях оч редность работы ключей определяется структурой и фазностью (пульсностью) силовой части и включение очередных вентилей или ключей происходит через промежутки времени, равные DDT rn где Ы и Т угловая частота и период напряжения питающей сети, m - фазность схемы выпрямителя (преобразователя) по частоте пульсаций в выходном напряжении.

Приведенные требования в большой мере выполнены в одноканальных синхронных системах управления выпрямителей, обладающих более высокой симметрией управляющих импульсов: 0,5 эл.град..

Уменьшение высших гармоник в на" грузке достигается беэ падения напряжения основной гармоники на сглаживающем дросселе как это происходило бы в случае сглаживания токов нагрузки дополнительными индуктивностями в каждой фазе нагрузки.

1070524

1070524

07M

gZ7W

Составитель Г.Мыцык

Редактор Ч.Сташишина Техред Т.Маточка Корректор А.Повх

Заказ 11630/45 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4