Тиристорный преобразователь переменного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения: устройство предназначено для питания напряжением переменного тока однофазной нагрузки 1 и содержит трансформатор, выполненный на трехстержневом магнитопроводе 2, на среднем стержне которого расположена вспомогательная обмотка 3, а основная обмотка трансформатора выполнена в виде двух идентичных секций 4 и 5, расположенных на крайних стержнях магнитопровода 2 и соединенных между собой последовательно и согласно. Крайние выводы основной обмотки 4 - 5 подключены непосредственно к выводам для подключения первой и второй фаз питающей трехфазной сети, а общая точка 6 соединения ее секций 4 и 5 подключена к выводу для подключения третьей фазы сети через пару 7 встречно-параллельно включенных тиристоров. Цепи управляющих электродов тиристоров подключены к выходу блока 8 их фазоимпульсного управления. Введенный в устройство реверсивный мост 9 содержит четыре размыкающихся контакта. Автоматизированное управление осуществляется блоком управления 14. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания различных нагрузок регулируемым напряжением переменным током.

Известны различные устройства тиристорных преобразователей напряжения/ в том числе переменного напряжения в переменное/ описанные/ например/ в [1] .

Из известных устройств наиболее близким по назначению и технической сущности является выбираемое в качестве прототипа устройство однофазного тиристорного преобразователя переменного напряжения в переменное/ описанное в [2].

Преобразователь прототипа содержит однофазный вольтодобавочный автотрансформатор с основной и вспомогательной обмотками/ включенными между собой последовательно и согласно/ причем общая точка соединения этих обмоток подключена к первой входной клемме устройства/ вторая входная клемма которого одновременно является и второй выходной клеммой/ связанной с нагрузкой и с общей точкой соединения анода и катода первой пары встречно-параллельно соединенных тиристоров/ другая общая точка соединения анода и катода которой связана со свободным выводом основной обмотки трансформатора. Свободный конец вспомогательной обмотки трансформатора/ шунтированной второй парой встречно-параллельно соединенных тиристоров/ образует при этом первую выходную клемму устройства/ связанной с его однофазной нагрузкой.

Статический и установившийся режим работы устройства прототипа характеризуется вольтодобавочным регулированием напряжения переменного тока на нагрузке/ при котором в начале каждого полупериода напряжение питания блока управления отпирает вторую пару тиристоров/ связывая таким образом нагрузки с однофазным входным источником напряжения переменного тока. Далее/ с помощью блока фазоимпульсного управления отпираются симметрично в каждом полупериоде тиристоры первой пары/ подключающие основную обмотку трансформатора к питающей сети. При этом/ благодаря трансформации напряжения от основной обмотки к вспомогательной/ осуществляется запирание тиристоров второй пары и автотрансформаторное увеличение выходного напряжения на нагрузке. Причем при выключенных тиристорах первой пары/ за счет выполнения вспомогательной обмоткой трансформатора функции балластного реактивного сопротивления - неуправляемого реактора/ устройство прототипа позволяет при необходимости уменьшить напряжение на нагрузке устройства по сравнению с величиной напряжения входного источника за счет падения напряжения/ создаваемого током нагрузки на упомянутой вспомогательной обмотке автотрансформатора.

Недостатками устройства прототипа являются: а) его сложность/ обусловленная наличием двух пар встречно-параллельно включенных тиристоров с их усложненной системой управления/ содержащей блок опережающего включения тиристоров второй пары и блок отстающего фазоимпульсного управления тиристоров первой пары; б) недостаточное быстродействие/ обусловленное коммутацией основной обмотки трансформатора с разрывом цепи его намагничивающего тока тиристорами первой пары; в) ограниченные регулировочные возможности/ связанные с неуправляемым процессом понижения напряжения на нагрузке при описанном режиме использования вспомогательной обмотки трансформатора в качестве последовательно включаемого неуправляемого реактора.

Целью изобретения является упрощение/ улучшение динамических характеристик и расширение регулировочных возможностей тиристорного преобразователя напряжения.

Поставленная цель достигается тем/ что в тиристорный преобразователь переменного напряжения в переменное/ содержащий трансформатор с основной и вспомогательной обмотками/ выводы основной обмотки которого связаны с выводами для подключения фаз питающей сети через пару встречно-параллельно включенных тиристоров/ выводы для подключения однофазной нагрузки/ связанные через вспомогательную обмотку автотрансформатора с выводами для подключения фаз сети/ введен реверсивный мост/ трансформатор выполнен на трехстержневом магнитопроводе/ на среднем стержне которого расположена вспомогательная обмотка/ а его основная обмотка выполнена в виде двух идентичных секций/ расположенных на крайних стержнях магнитопровода и соединенных между собой последовательно и согласно; при этом крайние выводы основной обмотки подключены непосредственно к выводам для подключения первой и второй фаз сети/ а общая точка ее секций подключена через пару встречно-параллельно включенных тиристоров к выводу для подключения третьей фазы; кроме того/ вспомогательная обмотка трансформатора подключена к диагонали реверсивного моста/ другая диагональ которого подключена между выводами для подключения третьей фазы питающей сети и выводом для подключения однофазной нагрузки/ другой вывод для подключения которой соединен с выводом для подключения нейтрали сети.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема тиристорного преобразователя напряжения.

Устройство предназначено для питания напряжением переменного тока однофазной нагрузки 1 и содержит трансформатор/ выполненный на трехстержневом магнитопроводе 2/ на среднем стержне которого расположена вспомогательная (вторичная) обмотка 3/ а основная (первичная) обмотка трансформатора выполнена в виде двух идентичных секций 4 и 5/ расположенных на крайних стержнях магнитопровода 2 и соединенных между собой последовательно и согласно. При этом крайние выводы основной обмотки 4-5 подключены непосредственно к выводам для пдключения первой (А) и второй (С) фаз питающей трехфазной сети/ а общая точка 6 соединения ее секций 4 и 5 подключена к выводу для подключения третьей (В) фазы сети через пару 7 встречно-параллельно включенных тиристоров/ цепи управляющих электродов которых подключены к выходу блока 8 их фазоимпульсного управления. Введенный в устройство реверсивный мост 9 содержит четыре размыкающихся (нормально замкнутых) контакта/ попарно размыкаемых при поочередном срабатывании двух контакторов с их управляющими обмотками 10 и 11/ и связывает по автотрансформаторной схеме подключения вспомогательную обмотку 3 трансформатора с выводами 12 и 13 для подключения однофазной нагрузки 1 и с выводами для подключения третьей (В) фазы сети и для подключения ее нейтрали (О). Причем нейтраль (О) сети соединена/ например/ с выводом 12 однофазной нагрузки 1/ вспомогательная обмотка 3 трансформатора подключена к одной диагонали реверсивного моста 9/ другая диагональ которого подключена между выводом 13 нагрузки 1 и выводом (В) третьей фазы сети.

Автоматизированное управление тиристорным преобразователем производится с помощью блока управления 14/ аналоговый вход 15 переменного тока которого связан с выводами 12-13 однофазной нагрузки устройства/ а выходная цепь 16 постоянного тока которого подключена к управляющему входу упомянутого блока 8 фазоимпульсного управления парой встречно-параллельно включенных тиристоров 7/ синхронизация работы которого с питающей сетью (А/ В/ С) обеспечивается связью его вспомогательного входа переменного тока 17 с выводами (В/ С) для подключения второй и третьей фаз сети. Кроме того/ блок 14 имеет два выхода 18 и 19 релейного действия/ связанные с управляющими обмотками 10 и 11 контакторов с их общим выходным реверсивным контактным мостом 9/ первая пара размыкающих контактов 20 и 21 управляется первым контактором 10/ а/ соответственно/ вторая пара контактов 22 и 23 управляется вторым контактором 11.

При начальном подключении устройства к питающей трехфазной сети (А/ В/ С/ О) напряжение на выводах 12-13 однофазной нагрузки 1 определяется фазным напряжением U_BO/ поскольку один вывод (12) нагрузки 1 непосредственно связан с выводом (О) для подключения нейтрали сети/ а ее другой вывод (13) соединен через нормально-замкнутые контакты реверсивного моста 9 с выводом (В) для подключения третьей фазы сети. При этом пара встречно-параллельно включенных тиристоров 7 закрыта блоком 8 их фазоимпульсного управления/ секции 4 и 5 основной обмотки трансформатора соединены последовательно и подключены к линейному напряжению U_AC/ причем/ ввиду идентичности параметров секций напряжения между ними распределяются поровну/ а магнитный поток основной обмотки 4-5 замыкается по внешнему контуру трехстержневого магнитопровода 2 однофазного трансформатора/ минуя его средний стержень и потому не наводя в расположенном на этом стержне вспомогательной обмотке 3 вторичного (трансформируемого) напряжения.

Далее/ блок 14 управления устройством/ на аналоговый вход 15 которого поступает напряжение однофазной нагрузки 1/ сравнивает его с заданной (номинальной) величиной и/ например/ в случае его недостаточной величины / т.е. меньшей номинальной/ включает по релейному выходу 18 обмотку 10 первого контактора/ который размыкает свои контакты 20 и 21 в схеме реверсивного моста 9 и подключат последовательно и согласно вспомогательную (вторичную) обмотку 3 в цепь питания однофазной нагрузки 1 устройства. Одновременно/ блок 14 по своей выходной цепи 16 постоянного тока подает сигнал управления необходимой величины на вход блока 8 фазоимпульсного управления парой 7 встречно-параллельно включенных тиристоров/ отпирая их и подключая тем самым общую точку 6 соединения секций 4-5 основной (первичной) обмотки трансформатора к выводу (В) подключения третьей фазы питающей сети. При этом исходные напряжения на секциях 4 и 5 основной обмотки увеличиваются по величине и одновременно сдвигаются по фазе/ в результате чего в среднем стержне магнитопровода 2 трансформатора ответвляется часть магнитного потока переменного тока основной обмотки 4-5 и/ соответственно/ возникает вторичное напряжение на вспомогательной (вторичной) обмотке 3 трансформатора.

В итоге векторное сложение фазного напряжения U_BO питающей сети и упомянутого вторичного напряжения на вспомогательной обмотке 3 трансформатора приводит к увеличению результирующего напряжения переменного тока на клеммах 12-13 однофазной нагрузки 1 до необходимого (номинального) уровня/ который далее автоматически поддерживается с заданной степенью точности блоком 14 автоматизированного управления устройством.

Соответственно/ при необходимости уменьшения напряжения на однофазной нагрузке 1 устройства до уровня меньшего/ чем фазное напряжение U_BO/ подаваемое на цепь нагрузки 1 с вывода (О) нейтрали сети и с вывода (В) подключения третьей фазы сети/ достаточно изменить в сторону уменьшения внутреннюю уставку напряжения блока управления 14/ с которой он производит упомянутое сравнение напряжения нагрузки 1/ поступающее на аналоговый вход 15 блока 14 как сигнал отрицательной обратной связи. Это приводит к следующему/ поэтапному во времени применению состояния блока 14 управления устройством: а) быстрому съему выходного напряжения управления постоянного тока с выходной цепи 16 блока 14 и соответствующему запиранию тиристорной пары 7 по сигналу ее блока 8 фазоимпульсного управления/ вызывающему прекращение трансформации напряжения переменного тока от секций 4-5 основной обмотки трансформатора к его вспомогательной (вторичной) обмотке 3; б) отключению обмотки 10 первого контактора и последующему включению обмотки 11 второго контактора/ производимому по второму релейному выходу 19 блока управления 14 устройства/ что вызывает изменение состояния реверсивного моста 9 и соответствующее последовательное и встречное подключение вспомогательной обмотки 3 трансформатора в цепь однофазной нагрузки 1 устройства; в) повторная подача выходного напряжения постоянного тока с цепи 16 блока 14 на вход блока 8 фазоимпульсного управления тиристорной пары 7 вновь приводит к трансформации напряжения с секций 4-5 основной обмотки трансформатора на его вспомогательную обмотку 3 и его векторному вычитанию упомянутого фазного напряжения U_BO питающей сети/ в результате чего результирующее напряжение переменного тока на клеммах 12-13 однофазной нагрузки 1 устройства снижается и стабилизируется на заданном уровне с величиной меньшей/ чем величина фазного напряжения U_BO питающей сети.

Положительный технико-экономический эффект/ создаваемый при использовании предлагаемого устройства тиристорного преобразователя переменного напряжения в переменное/ определяется следующим: - его упрощением/ связанным с меньшим количеством используемых тиристоров; - повышением быстродействия/ обусловленным тиристорной коммутацией общей точки 6 соединения секций 4 и 5 основной обмотки трансформатора/ производимой без разрыва контура протекания его намагничивающего (реактивного) тока; - расширением регулировочных возможностей устройства/ стабилизация выходного напряжения переменного тока которого производится как в режиме вольтодобавочного/ так и в режиме вольтовычитающего регулирования/ осуществляемого в обоих случаях блоком фазоимпульсного управления тиристорами и в соответствующем состоянии реверсивного моста/ подключающего последовательно в цепь нагрузки согласно или встречно вспомогательную (вторичную) обмотку трансформатора устройства.

Формула изобретения

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ в переменное, содержащий трансформатор с основной и вспомогательными обмотками, выводы основной обмотки которого связаны с выводами для подключения фаз питающей сети через пару встречно параллельно включенных тиристоров, выводы для подключения однофазной нагрузки, связанные через вспомогательную обмотку автотрансформатора с выводами для подключения фаз сети, отличающийся тем, что, с целью упрощения, улучшения динамических характеристик и расширения регулировочных возможностей, введен реверсивный мост, трансформатор выполнен на трехстержневом магнитопроводе, на среднем стержне которого расположена вспомогательная обмотка, а его основная обмотка выполнена в виде двух идентичных секций, расположенных на крайних стержнях магнитопровода и соединенных между собой последовательно и согласно, при этом крайние выводы основной обмотки подключены непосредственно к выводам для подключения первой и второй фаз сети, а общая точка ее секций подключена через пару встречно параллельно включенных тиристоров к выводу для подключения третьей фазы, кроме того, вспомогательная обмотка трансформатора подключена к диагонали реверсивного моста, другая диагональ которого подключена между выводами для подключения третьей фазы питающей сети 4 выводом для подключения однофазной нагрузки, другой вывод для подключения которой соединен с выводом для подключения нейтрали сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1