Устройство для регулирования трехфазного напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДОЯ РБГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее три однофазных двухобмоточных трансформатора, первичные обмотки которых включены последовательно с цепью нагрузки, a вторичные обмотки связаны с управляег«1ми двунаправленными ключами, отличающеес я тем что, с целью упрощения, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой согласно последовательно , причем каждая из этих обмоток, a также образованная ими цепь зашунтированы управляемьми двунаправленными ключами. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

1 О

РЕСПУБЛИК эзар G 05 F 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ ,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВГ Рл

С (2 1) 3563383/24-07 (22) 11.03.83 (46) 15.06.84.Бюл. М 22 (72) Т.1О.Саккос, Х.А.Саккос, И.Э,Ранне, В.В.Сарв и 10.Ý.Ñîîÿðâ (7 1) Институт термофизики и электрофизики АН ЭССР (53) 62 1.316.722(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

11 673999, кл. G 05 F 1/20, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

И 665295, кл. С 05 F 1/20, 1976..

3. Сложные электромагнитные поля и электрические цепи. Межвузовский сборник, N 4, Уфа, 1976, с. 81-85.

4. Авторское свидетельство СССР

М 951256, кл. G 05 F 1/20, 1980.,„Я0„„1097983 A (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВА

НИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее три однофазных двухобмоточных трансформатора, первичные обмотки которых включены последовательно с цепью нагрузки, а вторичные обмотки связаны с управляелнями двунаправленными ключами, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой согласно после" довательно, причем каждая иэ этих обмоток, а также образованная ими цепь зашунтированы управляемыми двунаправленйыми кл1очами. 3 ными фазами требуется двадцать семь отдельных вторичных обмоток. Увеличе" ние типовой мощности и соответственно понижение массогабаритных показателей трансформаторного преобразователя числа фаз устройства вызвано тем, что в течение периода питания отдельные вторичные обмотки участвуют в работе лишь в течение ограниченного интервала времени. Например, при наличии девяти выходных фаз каждая вторичная обмотка участвует в работе только в течение 1/9 доли от каждого полупериода питания. В то же время в каждый момент времени (при пренебрежении намагничивающим током) намагничивающие силы первичных и вторичных обмоток трансформаторного преобразователя числа фаз по абсолютной величине равны. Отсюда следует, что массогабаритные показатели совокупности вторичных обмоток, а следовательно и трансформаторного преобразователя числа фаз в целом, ухудшаются вместе с уменьшением относительного интервала участия отдельных вторичных обмоток в работе, т.е. вместе с ухудшением фактического использования этих обмоток. . Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее три одинаковых однофазных двухобмоточных трансформатора, имеющих секционированные вторичные обмотки, соединенные в треугольник, причем каждый отвод любой из них через соответствующий управляемый двунаправленный ключ подключен к общей точке соединения двух других вторичных обмоток, а отношение чисел витков секций каждой вторичной обмотки удовлетворяет условию образования Зп-фазной бп-импульсной системы, где пЪ2 — число отводов вторичной обмотки (4 J.

Недостаток известного устройства большое количество выводов вторичных обмоток трансформаторного преобразователя числа фаз и двунаправленных ключей.

Цель изобретения — упрощение устройства, в частности уменьшение числа выводов вторичных обмоток трансформаторов и двунаправленных ключей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования трехфазного напряжения, содержащем три однофазных двухобмоточных трансФ 1097983

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

Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения, где для улучшения спектрального состава выходного напряжения применяются трансформаторные преобразователи числа фаэ с управляемыми ключами в выходных фазах (1 ).

Недостатком этого устройства явля- 5 ется узкий диапазон регулирования, так как регулирование трехфазного напряжения осуществляется за счет изменения падения напряжения на пассивных элементах, например на конденсаторах,20 соединенных между источниками питания и трансформаторным преобразователем числа фаз °

Известно также устройство для широкодиапазонного регулирования с улуч,шенным спектральным составом выходно1 го переменного напряжения, в котором нагрузка соединена последовательно с первичными обмотками трансформаторного преобразователя числа фаз, при- ЗО чем количество отдельных вторичных обмоток равно произведению входного и выходного чисел фаз и эти отдельные обмотки соединены в многофазную систему с тремя последовательно соединен- 35 ными отдельными обмотками в каждой выходной фазе 2 и (3 1.

В этом устройстве регулирование выходного напряжения на нагрузке осуществляется поочередным закорачивани- 4р ем отдельных фаз вторичной многофазной системы через управляемые ключи, составленные из встречно-параллельных пар тиристоров.

Недостатками данного устройства яв-45 ляются относительно сложная схема соединения вторичных обмоток и понижение массогабаритных показателей (увеличение типовой мощности) трансформаторного преобразователя числа фаз по сравнению с обыкновенным трехфазным трансформатором. Сложность схемы соединения вторичных обмоток вызвана тем, что в данном устройстве количество отдельных вторичных 06MQTQK, соединенных между собой в многофазную систему, равно произведению входного и выходного чисел фаз. Например, в трехфазном преобразователе с девятью выход° 1097983 форматора, первичные обмотки которых включены последовательно с цепью нагрузки, а вторичные обмотки связаны с управляемыми двунаправленными ключами, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой согласно последовательно, причем каждая из этих обмоток, а также образованная ими цепь эашунтированы управляемыми !

О двунаправленными ключами.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения; на фиг.2временные диаграммы, поясняющие nol5 рядок формирования напряжения на нагрузке при заданной последовательности коммутации управляемых ключей: на фиг. За и б — блок-схема и диаграммы ее работы соответственно, Устройство содержит три одинако20 вых однофазных двухобмоточных трансформатора 1 — 3, первичные обмотки которых пофазно соединены последовательно с нагрузкой 4, а вторичные об25 мотки соеДинены в разомкнутый треугольник, и ключевой коммутатор 5 из четырех управляемых двунаправленных ключей, составленных из встречно-параллельно включенных тиристорных пар 6-7, 8-9, 10-11 и 12-13,причем в

30 разрыв разомкнутого треугольника включен один управляемый двунаправленный ключ из тиристорной пары 1213, а остальные три управляемых двунаправленных ключа 6-7, 8-9 и 10-11 пафазно соединены параллельно вторичным обмоткам однофазных трансформаторов — 3.

Устройство для регулирования трех- 40, фазного напряжения работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находятся два тиристора, закорачивающие вторичные обмотки однофаэных трансформаторов. В результате этого при определенной комбинации и последовательности включения тиристоров на нагрузке в каждой фазе формируется напряжение из.отрезков сонусоидальных,фазных и линейных напряжений„" не содержащее высших гармоник ниже l l-й.

Рассмотрим интервал работы, когда включены тиристоры 6 и 9.В этом слу 55 чае закорочены вторичные обмотки трансформаторов в фазах А и В. В резуль тате падения переменные напряжения на первичных обмотках трансформатора в этих фазах равны нулю и на нагрузке формируется напряжение, равное половине линейного напряжения, т.е. 0 1, =-V<<=-1/2 ОА . При этом, если пренеббречь током намагничивания сердечников, суммарная намагничивающая сила обмоток всех трансформаторов должна равняться нулю, так что фаэные токи !

A=- < и i =О (эа положительное направС ление фаэных токов принято направление от ис=..очника питания к нагрузке).

Для получения 12-пульсного режима работы необходимо, чтобы напряжение на нагрузке формировалось из отрезков синусоид определенной амплиту" ды, сдвинутых между собой на

30 эл.град. Требуемые сдвинутые синусоидальные напряжения для формирования 12-пульсного режима можно получить выбором подходящих комбинаций включенных тиристоров (согласно таблице на фиг. 2). Например, при включенном состоянии тиристоров 6 и 13 закорочена вторичная обмотка трансформатора фазы А, а вторичные обмотки трансформаторов фаэ В и С соединены последовательно . В результате этого в фазе А напряжение нагрузки формируется фазным напряжением ОА, отстающим по отношению с -О в на 30 эл.град, что и требовалось. При этом ток нагрузки

1,! максимален, а токи в фазах В и С равны (1В=1С) °

На фиг. 2 показаны для схемы фиг.1 временные диаграммы напряжения питания фазы AUA, шесть потенциально возможных напряжений нагрузки U V <, соответствующих различным комбинациям замыкания ключей и пример напряжения нагрузки 0 A, сформированного из отрезков шести синусоид U --- U i при замыкании ключей 6...13 согласно таблице на фиг. 2. Кривые напряжения нагрузки 0 8 и U аналогичны кривой

0 А и сдвийуты соответственно на угол -23i/3 и 2л/3. . Регулирование величин токов и напряжений нагрузки достигается как и в известных схемах фазового регулирования изменением сдвига фазы включения тиристоров относительно напряжения питания. При этом регулирование возможно как отстающим, так и опережающим током.

Для обеспечения требуемого алгоритма отпирания ключей 6 — 13 исполь. зуется блок управления, одна иэ возможных блок-схем которого приведена

1097983 на фиг. Эа, а временные диаграммы работы этого блока управления на фиг. Зб, Блок управления включет формирователь !4 прямоугольных напряжений с частотой 50 Гц с фазовым 5 сдвигом 0 эл.град. (кривая V 14

I фиг. Зб) и 180 эл.град (V 14" ), фор" мирователь импульсов с частотой

100 Гц (V15 ), формирователь синхронизирующега импульса 16 (V16 ), гене- ритор пилообразного напряжения с частотой .100 Гц 17 (V17 ), усилитель сигнала рассогласования 18 (V18 ), формирователь импульсов 19 для получения фазового сдвига в диапазоне

0 — 180 зл.град (Ч 19 ), триггер

20 (V20 ), фазовый детектор 21 (Ч21 ),. генератор прямоугольных импульсов с частотой 600 Гц 22, регулируемый напряжением V 22, счетчик-делитель ( на двенадцать 23 (V23 è Ч23 ), дешифратор 24 для формирования двенадцати импульсов длительностью 1,67 мс с фазовым сдвигом между импульсами

30 эл.град. (V24 V 240 ), инвертор сигнала и размножитель количества сигналов 25 (Ч25(), диодный сумматор

26 (V 26 ), узел гальванической развязки 27 и усилитель мощности импульсов управления ключами 28.

Блок управления работает следующим образом.

С помощью блоков 14, 15 и 17 формируется пилообразное напряжение с частотой 100 Гц и синхронизированное с з питающим напряжением U> устройства.

Чтобы избежать возникновения фазового сдвига на 180 эл.град. при включениях использован дополнительный синхронизатор 16, выход которого соединен 40 со вторьм входом триггера 20. На основе пилообразного напряжения Ч 17( и усиленного сигнала рассогласования

Ч1У формируются импульсы V19 с час-, тотой 100 Гц и с требуемым фазным 45 сдвигом QTHocHTBJIbHo сети питания.

Из указанных импульсов V 19 формиру,ются триггером 20 импульсы V20 длительностью полпериода питающего напряг жения, но имеющие требуемый фазовый

r ( сдвиг. Импульсы V 20 передаются в первый вход фазового детектора 21. .Для получения управляющих импульсов длительностью 30 эл,град. частота питающего напряжения умножается в

12 раз. В качестве умножителя частоты используется фазочувствительный контур обратной связи, который содержит фазовый детектор 21, управляемый напряжением генератор 22 и счетчик-дели( тель 23. Выходное напряжение V 23 старшего разряда счетчика 23, которое изменяется с частотой 50 Гц, используется непосредственно для сравнения фаз сигналов V 20 и V 23 на входе фазового детектора 21, т.е. для замыкания фазочувствительного контура. Выхоцное напряжение Ч 23 счетчика-дели(( теля 23 передается на дешифратор 24, двенадцать выводов которого поочередно от первого до двенадцатого выдают

\ импульсы длительностью 1,67 мс и фазовым сдвигом между импульсами

30 эл.град. (первые два импульса обозначены 9 24 и V24() . Из каждого импульса от V24 до Ч 24 с помощью инl х(( вертора и размножителя 25 формируются три одинаковых инвертированных сигнала от V 25 до Ч 25 . Далее в соответ. ствии с алгоритмом отпирания управляемых ключей 6...13 требуемые импульсы управления суммируются диодным сумматором 26 и передаются через элемент гальванической развязки 27 (оптрон, импульсный трансформатор) и усилитель мощности управляющего сигнала 28 на управляющий электрод соответствующего управляемого ключа.

Предлагаемое устройство упрощено за счет уменьшения количества управляемых ключей в ключевом коммутаторе .,и за счет исключения промежуточных выводов вторичных обмоток трансформаторов, позволяющего при практической реализации устройства использовать

;серийные однофазные двухобмоточные трансформаторы.

1097983

Фиг. t

048p8BH0CI776 зОиЫкания вентилей К;,. Q

Фи .г

1097983 д

jt10I

У1б

В

/ltd

Ю

023

0й 22

Од

Uj

"25

0Ж

ВНИИПИ Заказ 4206/39 Тираж 842 Подписное фнлнал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4