Устройство для регулирования трехфазного напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее односердечниковый междуфазный автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов обмотки автотрансформатора , и ключевой коммутатор для переключения коэффициента трансформации междуфазного автотрансформатора , включаемые последовательно с нагрузкой, отличающеес я .тем, что, с целью упрощения и улучщения массогабаритных показа- . телей, выводы для подключения нагрузки каждой фазы соединены с началом и концом обмотки междуфазного автотрансформатора через двухнаправленные управляемые ключи, а с отводами обмотки - через однонаправленные управляемые ключи, причем все однонаправленные управляемые ключи, соединенные с одним отводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковоер направление проводимости, а ключи, S соединенные с соседним отводом, име (Л ют противоположное направление проводимости .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО-(ИХ

РЕСЛУБЛИН (19) (И) з(бц . С 05 F 1 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3390681/24-07 (22) 29.01 ° 82 (46) 28.02.84. Бюл. Р 8 (72) Т.Ю.Саккос, И.Э.Ранне, В.В.Сарв и Ю.Э.Сооярв (71) Институт термофиэики и электрофизики АН ЭССР (53) 621.316.722(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 851361, кл. 0 05 F 1/24, 1979.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2848391/24-07, кл. 6 05 F 1/20, 1979. (54.) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее односердечниковый междуфазный автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов обмотки автотрансформатора, и ключевой коммутатор для переключения коэффициента трансформации междуфазного автотрансформатора, включаемые последовательно с нагрузкой, о т л и ч а ю щ е ес я .тем, что, с целью упрощения и улучщения массогабаритных показателей, выводы для подключения нагрузки каждой фазы соединены с началом и концом обмотки междуфазного автотрансформатора через двухнаправленные управляемые ключи, а с отводами обмотки — через однонаправленные управляемые ключи, причем все однонаправленные управляемые ключи, соединенные с одним отводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковое направление проводимости, а ключи, S соединенные с соседним отводом, имеют противоположное направление проводимости.

1076884

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в качестве плавно. регулируемого источника трехфазного напряжения с близкой к синусоидальной формой тока нагрузки. 5

Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее односердечниковый междуфазный автотрансформатор с переключаемым коэффициентом трансформации 10 и ключевой коммутатор, соединенные последовательно с трехфазной нагрузкой P), В данном устройстве магнитный поток междуфаэного автотрансформатора изменяется с частотой, равной частоте напряжения питания, что обусловливает относительно большую массу автотрансформатора.

Кроме того, устройство характеризуется наличием большого количества, управляемых ключей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования трехфазного напряжения, в котором магнитный поток автотрансформатора изменяется с шестикратной частотой питания(2).

Недостаток известного устройства обусловлен наличием большого количества отводов обмотки автотрансформатора, вызванным тем, что на каж" дом этапе работы одновременно используется только половина выводов автотрансформатора. Кроме того, крайние секции обмотки автотрансформатора используются только в течение половины периода напряжения питания.

Это ведет к увеличению требуемого числа витков всей обмотки, а следовательно, расчетной мощности и мас- 40 сы автотрансфсрматора.

Цель изобретения — упрощение устройства и улучшение его массогаба..„ ритных показателей.

Поставленная цель достигается 45 тем, что в устройстве для регулирования трехфазного напряжения, содержащем односердечниковый междуфазный автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов, т.е. относительно начала и конца обмотки автотрансформатора, и клю:-.евой коммутатор для переключения коэффициента трансформации междуфаэного автотрансформатора, включаемые последовательно с нагрузкой, выводы для подключения нагрузки каждой фазы соединены с началом и концом обмотки междуфаэного автотрансформатора через двухнаправленные управляемые ключи, а с отводами обмотки — через однонаправленнйе управляемые ключи, причем все однонаправленные ключи, соединенные с одним отводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковое направ- 65 ление проводимости, а ключи, соедйненные с соседним отводом, имеют противоположное направление проводимости °

В результате такого выполнения устройства устраняются неполностью используемые крайние секции, обмотки автотрансформатора и тем самым уменьшается количество отводов обмотки автотрансформатора. Уменьшается также суммарное число витков обмотки автотрансформатора, что ведет к уменьшению расчетной мощности и массы автотрансформатора.

Fla фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения, на фиг. 2 — временная диаграмма напряжения и таблица очередности.замыкания ключей, Устройство для регулирования трехфазного напряжения (Фиг. 1 ) содержит односердечниковый междуфазный автотрансформатор 1 и ключевой коммутатор 2, соединенные последовательно с трехфаэной нагрузкой 3, подключенной к трехфаэному источнику 4 питания. Обмотка междуфазного автотрансформатора с началом 5 и концом 6 имеет два отвода. 7 и 8, расположенные симметрично относительно крайних выводов 5 и б. Ключевой коммутатор 2 состоит из управляемых однонаправленных ключей 9-26, причем вс,гречно-параллельно включенные пары однонаправленных ключей образуют двухнаправленные ключи 9-10, 10-12, 13-14, 15-16, 17-18 и 19-20. В качестве таких ключей можно применять, например, транзисторы в ключевом режиме или же тиристоры с принудительной коммутацией ° Выводы 27-29 каждой фазы нагрузки соединены с началом 5 и концом б обмотки междуфазного автотрансформатора 1 через двухнаправленные управляемые ключи 9-10, 13-14, 17-18 и 11-12, 15-16, 19-20, а с отводами 7 и 8 обмотки автотрансформатора — через однонаправленные управляемые ключи 21-26.

Устройство для регулирования трехфазного напряжения работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находятся в общем случае три ключа (один в каждой

Фазе). Соответственно один из трех выводов 27-29 для подключения трехфаэной нагрузки соединен с одним из отводов 7 и 8 обмотки автотрансформатора через один однонаправленный ключ, а два остальных вывода для подключения трехфаэной нагрузки соединены с началом 5 и концом б обмотки автотрансформатора через двухнаправленные ключи. Так как в идеализированном случае суммарная

107б 884 намагничивающая сила обмотки автотрансформатора равна нулю, то это позволяет при анализе работы пренебречь намагничивающим током. Соответственно ток включенного однонаправленного ключа в обмотке автотрансформатора распределяется на две составляющие, которые по направлению противоположны и по абсолютной величине обратно пропорциональны числам витков соответствующих 10 частей обмотки автотрансформатора.

При этом ток включенного однонап-, равленного ключа одновременно является током нагрузки одной фазы, а токи в двух частях обмотки авто- 15 трансформатора являются соответственно токами нагрузки остальных двух фаз.

Регулирование величин токов и напряжений нагрузки достигается, 20 как и в известных схемах фазового регулирования, изменением сдвига фазы включения управляемых ключей относительно напряжения питания.

При этом регулирование возможно как 25 с отстающим, так и с опережающим током, Рассмотрим интервал работы устройства, когда включены управляемые ключи 14, 19 и 21 (фиг. 1) . В этом случае через однонаправленный ключ 21 вывод 27 соединен с отводом 7, Выводы 28 и 29 соединены соответственно через ключи 18 и 15 с началом 5 и крнцом б обмотки автотрансформатора..Ток ключа 21 является одновременно током нагрузки i в фазе и . Отвод 7 делит обмотку .6= W между выводами 5 и б на две части W> > и W<<. Токи в этих частях обмотки являются одновремен- @ но токами нагрузки 1В и о с обратным знаком. Так как согласно изложенному величины токов в частях обмотки обратно пропорциональны числам витков, то в данном случае . 45 coa55 (-соь75« 1:(-соь 450).

: оo a (+ 4+ (f 4 ? (; ) ) . где ц> — сдвиг между фазным напряжением питания и фазным током.

На фиг. 2 показаны также временные диаграммы напряжения UA питания фазы А, шести потенциально возможных напряжений U< - U„, соответствующих различным коэффициентам трансформации междуфазного антотрансформатора, и напряжения U A нагрузки, сформированного из отрезков шести синусоид U — У«« прн замыкании ключей согласно таблице коммутации ключей на фиг..2. Кроме того, показана диаграмма напряжения Пд обмотки междуфазного автотрансформатора, Кривые напряжений U<>, U< нагрузки в остальных фазах аналогичны кривой URA

Требования, предъявляемые к системе управления предлагаемого устройства и системе управления выпрямителей, совпадают. К этим требованиям относятся: порядок следования .управляющих импульсов, симметрия, их синхронизация с сетью, диапааон изменения угла управления, помехозащищенность и т.д. При этом в

55 с . сов15, сов l 5: сов 75 « 5-7

"с 8

Ф

Соответственно

+5 7

-; ; =- 11+ )=- — в с в ц ) в,.

В целях исключения иэ тока и напряжения нагрузки высших гармоник ниже одиннадцатой отношения токов необходимо выбрать равными (д,«8,1

:соФ(-сов45б),(.соМ чему соответствует отношение числа витков

7-6 5 7 5 в 8-6 60

В этом случае числа витков секций

Wg Z Wg 8 и ЧВ 6 равны соответственно .0,268, 0,4б4 и 0,2б8 от суммарного g5 числа витков обмотки М 6 = Ч(;=

= о,г68ю; w,.8= 0,464w; м86= о,г68ы).

Весь период напряжения распределяется на двенадцать равных интервалов. Следующий интервал начинается включением управляемых ключей 15, 18 и 21, выключением ключей 14 и 19 и, соответственно, соединением выводов.28 и 29 с концом б и началом 5 обмотки автотрансформатора через ключи 15 и 18. B результате точки подключения выводов 28 и 29 меняются местами и в течение данного интервала

iA.«Z.<сN (-WZ-61« (5-7

В течение периода напряжения питания управляемые ключи 9-20 включаются согласно таблице очередности замыкания ключей, приведенной на фиг.2, причем каждое изменение интервала сопровождается ступенчатым изменением отношения фазных токов.

При увеличении числа отводов обмотки автотрансформатор и соответственно частоты переключений ступенчатое изменение фаэных токов приближается все большие к,случаю с неискаженными синусоидальными токами, когда отношения фазных токов изменяются по закону

А д: «в 1c = соб(Я1 4) c05(U4+ц- 2 ««! 3) 1076884 обоих случаях очередность работы ключей определяется структурой и фазностью (пульсностью) силовой части и включение очередных вентилей или ключей происходит через промежутки, равные yTlyn, где и и

Y - -угловая частота и период напряжения питающей аети, m — - фазность схемы выпрямителя (преобразователя) по частоте пульсаций в выходном напряжении. !

Приведенные требования в основном выполнены в одноканальных синхронных системах управления выпрямителей, обладающих более высокой симметрией управляющих импульсов (10,5 элФ.град, Предлагаемое устройство для ре-гулирования трехфазного напряжения по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, характеризуется простотой и улучшенными массогабаритными показателями в результате того, что в нем уменьшено требуемое количество секций обмотки автотрансформатора от пяти секций до трех, а тем самым и количество отводов от четырех до двух.

С уменьшением количества секций улучшается также технологичность изготовления обмотки автотрансформатора предлагаемого устройства, так как уменьшается требуемое количество типоразмеров обмоточного провода от трех типоразмеров у базового объекта, в котором крайние и промежуточные секции имеют различную от сред15 ней секции обмотки токовую нагрузку, причем секции, расположенные симметрично относительно средней секции, имеют одинаковую токовую нагрузку, до двух типоразмеров у предлагаемого устройства, B KQTopoM KpBAHHe ции имеют одинаковую, но отличную от средней секции токовую нагрузку.

1076884

Очереднаслв замынанця нлюч Й У -Яд

Риг. Л

Составитель Г.Иыцык

Техред N.Tenep Корректор О.Билак

Редактор A.Oãàð

Филиал ППП "Патент", 1 .Ужгород, ул.Проектная, 4.Заказ 747/45 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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