Устройство для стабилизации трехфазного напряжения

 

Использование: устpойство предназначено для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения на выходе трансформаторной подстанции под нагрузкой. Сущность изобретения: к первичной обмотке трехфазного трансформатора прикладывается разность двух напряжений, снимаемых с первого и второго инверторов, которые регулируются по фазе соответственно на углы α и p-α. На вторичной обмотке трансформатора наводится напряжение, которое регулируется по величине без искажения фазы. Это напряжение вольтодобавки, суммируясь с напряжением сети, формирует на нагрузке напряжение, регулируемое вверх и вниз относительно напряжения сети. Устройство имеет улучшенные массогабаритные показатели и быстродействие. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для узкодиапазонного регулирования или стабилизации трехфазного напряжения.

Известно устройство для стабилизации трехфазного напряжения по А.С. СССР N 1636832, кл. H 02 M 5/45, 1991, которое взято за прототип. Оно содержит два трехфазных трансформатора с последовательно соединенными вторичными обмотками, включенными в цепь нагрузки, и два инвертора, подключенные своими выводами к первичным обмоткам соответственно первого и второго тpехфазных трансформаторов. Управляет инверторами система импульсно-фазового управления, на которую воздействует цепь обратной связи, состоящая из элемента сравнения и датчика напряжения. Входы инверторов объединены и через выпрямитель подключены к сети или нагрузке.

К недостаткам устройства следует отнести большой вес и габариты трансформаторного оборудования и сравнительно невысокое быстродействие. Они прежде всего вызваны тем, что в устpойстве два трансформатора. Кроме того, при быстром изменении фазы напряжений на выходе инверторов возможно одностороннее подмагничивание трансформаторов. С учетом последнего обстоятельства для предотвращения насыщения магнитопроводов требуется снижение индукции и увеличение установленной мощности трансформаторов, либо при тех же габаритах снижение интенсивности регулирования фазы напряжений вольтодобавки и, следовательно, быстродействия устройства.

Цель изобретения снижение массогабаритных показателей и повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен индуктивно-емкостный фильтр, который включен между выходом трехфазного выпрямителя и объединенными входами трехфазных инверторов, и трехфазный выпрямитель выполнен с двусторонним обменом энергии, другие выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к нагрузке, а другие выводы его первичной обмотки подключены к выходу второго трехфазного инвертора.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для стабилизации трехфазного напряжения; на фиг.2 временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит входные 1 и выходные 2 выводы, трехфазный трансформатор 3 с первичной 4 и вторичной 5 обмотками, трехфазный выпрямитель 6, индуктивно-емкостный фильтр 7, первый 8 и второй 9 трехфазные инверторы с системой управления 10, датчик 11 напряжения и элемент сравнения 12.

Элементы схемы соединены следующим образом. Вторичная обмотка 5 трехфазного трансформатора 3 включена между входными 1 и выходными 2 зажимами, соответственно предназначенными для подключения к трехфазной сети и трехфазной нагрузке. Первичная обмотка 4 трехфазного трансформатора 3 включена между выходами первого 8 и второго 9 трехфазных инверторов, входы которых объединены и через фильтр 7 подключены к выходу трехфазного выпрямителя 6 с входом, подключенным к сети или нагрузке. Первый и второй выходы синхронизированной с сетью системы управления 10 подключены соответственно к первому 8 и второму 9 инверторам, а ее управляющий вход через элемент сравнения 12 подключен к выходу датчика 11 напряжения нагрузки.

Система управления 10 осуществляет функцию сдвига по фазе импульсов управления на первом и втором входах соответственно на углы α и p-α относительно входного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Первый и второй инверторы 8 и 9 преобразуют выпрямленное напряжение в регулируемые по фазе переменные напряжения с векторами первых гармоник соответственно и .

Вследствие того, что инверторы 8 и 9 подключены к первичной обмотке 4 с обеих сторон, к ней прикладывается разность выходных напряжений инверторов или сумма комплексносопряженных векторов6 Таким образом, вектор первой гармоники переменного модулированного напряжения , на первичной обмотке 4 складывается из двух одинаковых по величине векторов, регулируемых по фазе на угол α в разные стороны.

Выражение для первичного напряжения трехфазного трансформатора 3 может быть преобразовано к виду .

Из последнего выражения следует, что действующее значение первой гармоники напряжения U_аm1 регулируется по косинусоидальному закону без искажения фазы. Трехфазный трансформатор 3 уменьшает это напряжение в коэффициент трансформации K/2 раз, формируя на вторичной обмотке 5 модулированное напряжение вольтодобавки , и, прибавляя его к напряжению сети , формирует на нагрузке регулируемое по амплитуде и неизменное по фазе напряжение с действующим значением первой гармоники.

.

Изменяя при помощи системы управления 10 угол α от 0 до p рад, обеспечивают регулирование напряжения U₂ в пределах U₁+kU_f до U₁-kU_f без сдвига первой гармоники относительно напряжения сети.

В качестве системы управления 10 могут быть применена система импульсно-фазового управления от реверсивного выпрямителя с совместным управлением, имеющая одновременно управляющие импульсы на двух выходах соответственно с углами a и p-α. При этом система управления 10 может быть выполнена с пропорциональным изменением угла a от сигнала управления U_у(α=K_уU_у) или с арккосинусной связью между α и U_у(α=arccos K_уU_у).. В последнем случае выходное напряжение устройства описывается выражением
U₂=U₁+kK_y·U_f·U_y и изменяется по линейному закону в функции сигнала управления.

Первая гармоника напряжения U_f может принимать два значения: U_f≈U₁ или U_f≈U₂ соответственно при подключении входа выпрямителя 6 к сети или к нагрузке. С учетом этого для определенности следует отметить, что для обеспечения линейности регулировочных характеристик устройства в режиме регулятора целесообразно выпрямитель подключать к сети, а в режиме стабилизатора к нагрузке.

На фиг.2 приведена векторная диаграмма, поясняющая принцип формирования напряжения вольтодобавки KU_f·cosα при регулировании фаз приведенных выходных напряжений первого 8 и второго 9 инверторов соответственно на углы α и p-α относительно входного напряжения.

Использование предлагаемого устройства позволяет стабилизировать выходное напряжение на заданном уровне при отклонениях и колебаниях входного напряжения в обе стороны относительно его номинального значения или регулировать выходное напряжение вверх и вниз относительно текущего значения напряжения сети. При добавлении напряжения дополнительная энергия поступает в нагрузку из сети через выпрямитель 6, фильтр 7, инверторы 8, 9 и трансформатор 3, а при вычитании наоборот из нагрузки в сеть через трансформатор 3, инверторы 8 и 9, фильтр 7 и выпрямитель 6 с двусторонним обменом энергии. Перевод выпрямителя 3 из выпрямительного в инверторный режим производится при смене полярности тока в звене постоянного тока устройства.

В предлагаемом устройстве суммарная мощность вывертов 8 и 9 равна мощности как выпрямителя 6, так и трансформатора 3 и составляет часть от мощности нагрузки, пропорциональную коэффициенту трансформации.

Наиболее целесообразной областью применения являются трансформаторные подстанции мощностью до 10 МВт.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации трехфазного напряжения, содержащее трехфазный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, трехфазный выпрямитель, вход которого подключен к сети или нагрузке, и два трехфазных инвертора с общей для них системой управления, управляющий вход которой через элемент сравнения подключен к выходу датчика напряжения нагрузки, а первый и второй выходы соответственно к первому и второму трехфазным инверторам, обеспечивая регулирование фазы выходного напряжения первого трехфазного инвертора на угол α, а второго на угол π-α при изменении a в диапазоне от 0 до p рад, причем вторичная обмотка трехфазного трансформатора одними своими выводами подключена к сети, а его первичная обмотка одними своими выводами подключена к выходу первого трехфазного инвертора и входы обоих инверторов объединены, отличающееся тем, что введен индуктивно-емкостный фильтр, который включен между выходом трехфазного выпрямителя и объединенными входами трехфазных инверторов, и трехфазный выпрямитель выполнен с двусторонним обменом энергии, другие выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к нагрузке, а другие выводы его первичной обмотки к выходу второго трехфазного инвертора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2