Трехфазный стабилизатор напряжения
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электроснабжения жилых зданий и промышленных установок. Технический результат заключается в снижении веса и уменьшении размеров трехфазного стабилизатора напряжения. Для этого в устройстве в каждой фазе между сетью и нагрузкой включена вторичная обмотка трансформатора, при этом указанная обмотка состоит из двух полуобмоток, средняя точка которых подключена к соответствующей фазе сети, а оставшиеся выводы соединены с нагрузкой через полностью управляемые двунаправленные ключи, а первичная обмотка, состоящая из двух полуобмоток, и два полностью управляемых однонаправленных ключа образуют двухтактный высокочастотный инвертор, и выпрямитель, причем работа упомянутых ключей во вторичных обмотках синхронизирована с работой упомянутых ключей в первичной обмотке таким образом, чтобы при снижении напряжения фазы сети ниже заданного уровня напряжение вторичной обмотки складывалось с напряжением сети и соответственно наоборот, а величина приращения напряжения определяется сдвигом между работой упомянутых ключей в первичной обмотке и ключей во вторичных обмотках. 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к силовой электронике, и может быть использовано для электроснабжения жилых зданий и промышленных установок.
Известны агрегаты бесперебойного питания, в состав которых входят инверторы тока или напряжения, которые осуществляют стабилизацию выходного напряжения. Потери в этих инверторах определяются всей мощностью, передаваемой в нагрузку.
В стабилизаторах напряжения “Lider SQ” (см. техническое описание “Стабилизаторы напряжения электросети переменного тока 380/220 Lider, серия SQ”). ООО Научно-производственное предприятие ИНТЕПС) преобразованию подвергается лишь добавочная часть напряжения, которая складывается или вычитается из входного напряжения для стабилизации выходного напряжения. Для этого используется специальный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между сетью и нагрузкой. На первичную обмотку подается напряжение частоты сети, величина и фаза которого регулируется таким образом, чтобы на выходе стабилизатора было заданное значение напряжения. При этом трехфазный стабилизатор состоит из трех однофазных.
Недостатком стабилизаторов такого типа являются весогабаритные показатели вольтодобавочных трансформаторов, работающих на частоте 50 Гц.
Резко поднять частоту работы и тем самым снизить весогабаритные показатели трансформатора можно, используя в цепи вторичной обмотки синхронный выпрямитель, представляющий собой ключи, работа которых синхронизирована с частотой напряжения трансформатора.
Пример использования такого выпрямителя приведен в книге В.С.Моина, “Стабилизированные транзисторные преобразователи”; Энергоатомиздат, 1986 г. на рис.4.24ж, стр.164. 3десь “при отпирании одновременно с транзистором Т1 транзистора Т3... схема работает как вольтодобавочная, а при отпирании транзистора Т4... схема работает как вольтовычитающая”.
Целью настоящего изобретения является снижение веса и уменьшение размеров трехфазного стабилизатора напряжения.
Эта цель достигается тем, что:
1. В каждой фазе вторичная обмотка трансформатора выполняется в виде двух полуобмоток, средняя точка которых подключена к фазе сети, а оставшиеся выводы соединяются с нагрузкой через полностью управляемые двунаправленные ключи.
2. Для всех трех фаз используется один высокочастотный трансформатор, три вторичные обмотки которого подключены к соответствующим фазам сети и через ключи к нагрузке. Первичная обмотка трансформатора также состоит из двух полуобмоток и входит в состав двухтактного высокочастотного инвертора, который питается от сети через выпрямитель.
3. Управление ключами во вторичных обмотках трансформатора синхронизировано
с работой ключей в первичной обмотке таким образом, чтобы при снижении напряжения фазы сети ниже заданного уровня напряжение вторичной обмотки трансформатора складывалось с напряжением сети и соответственно наоборот.
Величина и знак приращения напряжения определяются сдвигом между работой ключей инвертора и ключей во вторичных обмотках трансформатора.
На фиг.1 показана принципиальная схема трехфазного стабилизатора напряжения. Здесь ключи инвертора 1 и 2 - однонаправленные, а ключи 3...8 - двунаправленные (ключи переменного тока). Регулирование напряжения в каждой фазе происходит автономно.
На фиг.2 приведена временная диаграмма работы ключей 1...4, когда ключи 3(4) и 1(2) включаются синхронно. При положительной полуволне напряжения фазы А сети напряжение вторичной полуобмотки трансформатора будет направлено навстречу напряжению сети.
На фиг.3 показана временная диаграмма, когда ключи 3(4) и 1(2) работают в противофазе. Для положительной полуволны напряжения фазы А напряжения вторичной полуобмотки трансформатора и сети складываются.
Для отрицательной полуволны напряжения сети при синхронной работе ключей 1(2) и 3(4) напряжения сети и трансформатора складываются, а при работе ключей в противофазе - вычитаются.
Если сдвинуть открытие ключей 3(4) относительно открытия ключей 1(2) на 90° частоты инвертора, то среднее напряжение за период этой частоты будет равно нулю.
Смещая в ту или иную сторону момент открывания ключей 3(4) относительно указанного выше 90° сдвига, мы получим увеличение или снижение напряжения на выходе стабилизатора.
В фазах В и С все происходит аналогично.
Для обеспечения нормальной работы ключи 1...8 должны открываться на полпериода частоты инвертора.
Управление работой ключей должно производиться от микропроцессора, что позволит сформировать синусоидальную огибающую добавочного напряжения от трансформатора, а система управления должна быть оснащена датчиками выходного напряжения для осуществления обратной связи и датчиками положительной и отрицательной полуволн каждой фазы трехфазного входного напряжения.
Использование благодаря синхронным выпрямителям одного высокочастотного трансформатора на три фазы позволит улучшить весогабаритные показатели стабилизатора. Частота работы инвертора и трансформатора при использовании в качестве ключей IGBT может быть в пределах 10...20 кГц.
Пример выполнения двунаправленного ключа переменного тока приведен в книге “International Rеktifier. Силовые полупроводниковые приборы”. Воронеж, 1995 г., стр.64.
Трехфазный стабилизатор напряжения, где в каждой фазе между сетью и нагрузкой включена вторичная обмотка трансформатора, отличающийся тем, что указанная обмотка состоит из двух полуобмоток, средняя точка которых подключена к соответствующей фазе сети, а оставшиеся выводы соединены с нагрузкой через полностью управляемые двунаправленные ключи, при этом первичная обмотка, состоящая из двух полуобмоток, и два полностью управляемых однонаправленных ключа образуют двухтактный высокочастотный инвертор, питаемый от сети через выпрямитель, причем работа упомянутых ключей во вторичных обмотках синхронизирована с работой упомянутых ключей в первичной обмотке таким образом, чтобы при снижении напряжения фазы сети ниже заданного уровня напряжение вторичной обмотки складывалось с напряжением сети и, соответственно, наоборот, а величина приращения напряжения определяется сдвигом между работой упомянутых ключей в первичной обмотке и ключей во вторичных обмотках.
