Регулятор переменного напряжения

Регулятор переменного напряжения относится к электротехнике и необходим для питания регулируемых электродвигателей переменного напряжения. Регулятор содержит трансформатор с секционированной на n-частей вторичной обмоткой, две группы управляемых однонаправленных ключей (тиристоров или транзисторов) из n вентилей и две группы из n диодов каждая, причем одна подгруппа n управляемых однонаправленных ключей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего ключа подгруппы - к одному выводу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых ключей подключена анодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом - к тому же выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых ключей первой подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, аналогично, между катодами последовательно включенных управляемых ключей второй подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки. Предлагаемый регулятор обеспечивает технический результат - обладает уменьшенными значениями обратных напряжений на ключах, т.е. более высокой надежностью работы. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине переменное напряжение, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока и в качестве устройств их плавного пуска.

Известен регулятор переменного напряжения с вольтдобавкой (Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. - Н.: НГТУ, 2004, с.451), который содержит трансформатор (однофазный или трехфазный) напряжения, к первичным и вторичным обмоткам которого последовательно подключены встречно-параллельные тиристоры.

Такой регулятор характеризуется сложностью из-за наличия тиристоров на первичных и вторичных обмотках трансформатора, плохим использованием вентилей по обратному напряжению.

Кроме того, известен регулятор переменного напряжения (см. Розанов Ю.К. и др. Силовая электроника, М. МЭИ, 2007. с.390), являющийся прототипом, содержащий трансформатор с первичной обмоткой и n-секциями (там изображен случай двух секций), вторичной обмотки, группу управляемых двунаправленных ключей, состоящую из встречно-параллельно включенных тиристоров или транзисторов, а также нагрузку, причем управляемые ключи подсоединены одними выводами к отводам вторичной обмотки трансформатора, а вторыми выводами все соединены с одним выводом нагрузки, второй вывод которой подсоединен к выводу трансформатора, не связанному с ключами.

Недостатком регулятора является то, что обратные напряжения на ключах являются большими, т.к. определяются амплитудами напряжений отводов трансформатора, что снижает надежность работы регулятора.

Задачей предлагаемого изобретения является создание регулятора переменного напряжения с большей надежностью в работе.

Поставленная задача достигается тем, что в регуляторе переменного напряжения, содержащий трансформатор с разделенной на n секций вторичной обмоткой и группу двунаправленных управляемых ключей (тиристоров или транзисторов), подключенных к вторичной обмотке трансформатора, группа управляемых ключей разделена на две подгруппы однонаправленных ключей, также введены дополнительно две группы диодов, причем одна подгруппа n управляемых однонаправленных ключей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего ключа подгруппы - к одному выводу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых ключей подключена анодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом - к тому же выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых ключей первой подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, аналогично, между катодами последовательно включенных управляемых ключей второй подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого изобретения на примере трехуровневого регулятора, на фиг.2 приведена диаграмма переменного напряжения на нагрузке для первого поддиапазона регулирования при выполнении ключей на тиристорах, на фиг.3 приведена диаграмма переменного напряжения и тока нагрузки для второго поддиапазона регулирования при выполнении ключей на тиристорах, на фиг.4 приведена диаграмма переменного напряжения и тока нагрузки для третьего поддиапазона регулирования, на фиг.5 приведена диаграмма переменного напряжения и тока нагрузки для первого поддиапазона регулирования при выполнении ключей на транзисторах, на фиг.6 приведена диаграмма переменного напряжения и тока нагрузки для второго поддиапазона регулирования при выполнении ключей на транзисторах,

Регулятор переменного напряжения (фиг.1) содержит трансформатор Т 1, имеющий первичную обмотку 2 и, в общем случае, n секций вторичной обмотки (на фиг.1 изображен случай с n=3 секциями 3, 4, 5 вторичной обмотки трансформатора), первую подгруппу из n-последовательно включенных управляемых ключей ПГУК 6 (для рассматриваемой фиг.1 с n=3 отводами вторичной обмотки это ключи 7, 8, 9), подключенную катодом к началу вторичной обмотки и к одному из выводов нагрузки 10 регулятора, вторую подгруппу из n-последовательно включенных управляемых ключей ВГУК 11 (в рассматриваемой фиг.1 с n=3 это ключи 12, 13, 14), подключенную анодом к началу вторичной обмотки трансформатора и к тому же выводу нагрузки регулятора, две группы диодов - первую ПГД 15 и вторую ВГД 16, состоящую в первой группе из n-1 диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 17, 18 во второй группе диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 19, 20), подключенные катодами первой группы диодов к отводам вторичной обмотки трансформатора и анодами к анодам первой группы 6 последовательно включенных управляемых ключей 7, 8, 9 и подключенные анодами второй группы диодов к отводам обмотки, а катодами - к катодам второй группы 11 управляемых ключей 12, 13, 14.

Устройство работает следующим образом. Сначала рассмотрим случай использования тиристоров в качестве ключей, а затем и случай транзисторов в качестве ключей. В обоих случаях конфигурация схемы регуляторов одинакова, но алгоритмы управления ключами разные. Весь диапазон регулирования переменного напряжения разделен на n поддиапазонов, в рассматриваемом случае на n=3 поддиапазона. В первом поддиапазоне при положительной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знакам + на левых выводах секций вторичных обмоток, сначала включаются тиристоры 12 и 13 по моментам перехода отрицательной полуволны тока нагрузки через ноль и затем с варьируемым в этом поддиапазоне углом α1>0 тиристор 14. Ток при этом протекает сначала по контуру секции 4 и 3 вторичных обмоток трансформатора - диод 18 - тиристор 13 - тиристор 12 - нагрузка. В момент перехода напряжения нагрузки через ноль тиристоры 13 и 14 выключаются в силу естественной коммутации и ток в нагрузке течет через тиристор 12 против напряжения секции 3 трансформатора. Затем включаются тиристоры 7 и 8 по моментам перехода положительной полуволны тока нагрузки через ноль. Отрицательная полуволна тока нагрузки протекает при этом через тиристоры 7 и 8, диод 20, секции 3 и 4 трансформатора. Затем с варьируемым в этом поддиапазоне углом α1>0 включается тиристор 9 и ток из диода 20 переходит в силу естественной коммутации в цепь из тиристора 9 и секции 5 вторичной обмотки трансформатора. Мгновенное значение отрицательного переменного напряжения на нагрузке 10 возрастает до полного напряжения всех секций вторичной обмотки трансформатора, как показано на фиг.2, где наряду с напряжением нагрузки показан отдельно ток нагрузки.

Тогда форма напряжения на нагрузке в этой полуволне будет такая же двухступенчатая, как в предыдущей полуволне, как показано на фиг.2.

Во втором поддиапазоне регулирования выпрямленного напряжения в положительную полуволну питающего напряжения сначала включается тиристор 12 и диод 17 и на нагрузке 10 действует напряжение секции 3 вторичной обмотки. Ток протекает по контуру секция 3 - диод 17 - тиристор 12 - нагрузка 10. Затем с варьируемым углом α2>0 включается тиристор 13 и напряжение на нагрузке 10 становится равным сумме напряжений секций 4 и 3 вторичной обмотки трансформатора. Результирующая кривая напряжения на нагрузке показана на фиг.3 для второго поддиапазона регулирования. Здесь же приведена кривая всего вторичного напряжения трансформатора u2. При отрицательной полуволне питающего напряжения сначала включается тиристор 7, а затем с углом α2>0 тиристор 8.

В третьем поддиапазоне регулирования выпрямленного напряжения в положительную полуволну питающего напряжения включается с варьируемым углом α3>0 тиристор 12 и ток течет по контуру диод 21 - секция 3 вторичной обмотки - диод 17 - тиристор 12 - нагрузка 10 до тех пор, пока не спадет до нуля после смены полярности питающего напряжения. С этого момента вступает в работу тиристор 7 и аналогично формируется отрицательная полуволна тока нагрузки. Результирующая кривая переменного напряжения на нагрузке на фиг.4 такая же, как в классической схеме регулятора напряжения одной секции вторичной обмотки.

Теперь рассмотрим случай использования транзисторов в качестве ключей. В первом поддиапазоне при положительной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знакам + на левых выводах секций вторичных обмоток, включаются с повышенной частотой поочередно то два транзистора 12 и 13, то три транзистора 12, 13, 14. При отрицательной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знакам - на левых выводах секций вторичных обмоток, включаются с повышенной частотой поочередно то два транзистора 7 и 8, то три транзистора 7, 8, 9. Напряжение uн на нагрузке имеет вид, показанный на фиг.5, где дополнительно показано напряжение u21 одной секции вторичной обмотки трансформатора. При активно-индуктивной нагрузке указанные последовательности управления необходимо делать по интервалам, соответствующим положительной и отрицательной полуволнам тока нагрузки, как и в случае тиристорного регулятора.

Во втором поддиапазоне регулирования выходного напряжения при положительной полуволне питающего напряжения включаются с повышенной частотой поочередно то один транзистор 12, то два транзистора 12, 13. При отрицательной полуволне питающего напряжения включаются с повышенной частотой поочередно то один транзистор 7, то два транзистора 7, 8. Напряжение uн на нагрузке имеет вид, показанный на фиг.6, где дополнительно показано напряжение u2 всей вторичной обмотки трансформатора.

В третьем диапазоне регулирования выходного напряжения кривая напряжения на нагрузке здесь такая же, как и случае тиристорного регулятора.

Таким образом, как видно из схемы регулятора, напряжения на тиристорах 7-9 и 12-14 фиксируются с помощью диодов 19-20 и 17-18 соответственно на уровне напряжения секции вторичной обмотки, которая в общем случае в n раз (здесь в 3 раза) меньше напряжения всей вторичной обмотки. Поэтому создан регулятор переменного напряжения с уменьшенными значениями обратных напряжений на тиристорах, т.е. с более высокой надежностью работы регулятора.

Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трансформатор с разделенной на n секций вторичной обмоткой и группу из n управляемых двунаправленных ключей (тиристоров или транзисторов), подключенных к вторичной обмотке трансформатора, отличающийся тем, что группа управляемых двунаправленных ключей разделена на две подгруппы однонаправленных ключей, также введены дополнительно две группы диодов, причем одна подгруппа n управляемых однонаправленных ключей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего ключа подгруппы - к одному выводу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых ключей подключена анодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом - к тому же выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых ключей первой подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, аналогично, между катодами последовательно включенных управляемых ключей второй подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, предназначено для использования в системах электроснабжения. .

Изобретение относится к устройству для регулирования электрического напряжения в сетях электроснабжения с регулировочным трансформатором, причем за счет монтажа с возможностью выбора всего лишь трех ответвлений обмоток и отдельной реакторной обмотки, в результате с помощью всего четырех переключающих элементов могут устанавливаться пять ступеней напряжения.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к стабилизаторам напряжения и может быть использовано для автоматического поддержания в электрической сети заданного напряжения. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации трехфазного напряжения источника энергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в установках, где требуется применение индуктивности с плавным изменением ее величины.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах для регулирования напряжения под нагрузкой силовых и преобразовательных трансформаторов с помощью тиристоров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электроснабжения жилых зданий и промышленных установок. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве регулирующего органа стабилизаторов напряжения, к форме выходного напряжения которых предъявляются повышенные требования. Технический результат - повышение надежности и упрощение алгоритма управления. Тиристорный регулятор переменного напряжения содержит трансформатор, вторичная обмотка которого подключена между зажимами сети и нагрузки, блок управления, состоящий из трансформатора управления, источника питания, синхронизированного широтно-импульсного модулятора и выходных каскадов, и четыре цепочки, каждая из которых составлена из тиристора с отсекающим диодом, которые соединены по мостовой схеме. Одна диагональ моста отсекающими диодами связана с зажимами сети, а другая, образованная встречно-включенными тиристорами, через датчик тока соединена с первичной обмоткой трансформатора. Каждая цепочка зашунтирована антипараллельным управляемым вентилем. Между одноименными выводами тиристоров диагонали сети установлены коммутирующие конденсаторы, а датчик тока выходом соединен с блоком управления. По регулировочным свойствам такой тиристорный регулятор приближается к устройствам на полностью управляемых ключах, имеет минимальное количество силовых элементов, проще алгоритм управления, выше надежность. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой. Технический результат - обеспечение регулирования напряжения под нагрузкой, снижение величины коммутационных экстратоков регулировочной ступени обмотки трансформатора. В устройстве переключения отводов трансформатор выполнен с двумя ветвями расщепленной обмотки с отводами пониженного и повышенного напряжений, тиристоры объединены в две вентильные группы противоположных направлений электропроводности, двумя выводами соединенными друг с другом и с фазным выводом цепи питания. Вентильная группа одного направления электропроводности другими выводами подключена к отводам одной ветви расщепленной обмотки, а вентильная группа противоположной электропроводности - к отводам другой ветви расщепленной обмотки. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания аппаратуры различного назначения. Техническим результатом является уменьшение динамической погрешности стабилизации. Для этого в стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными зажимами, преобразователь интервала в код, информационный вход которого подключен к выходному зажиму, синхронизирующий вход через формирователь синхроимпульсов - к входному зажиму, управляющий вход - к источнику опорного напряжения, а также логическое устройство, подключенное информационным входом к выходу преобразователя интервала в код, а синхронизирующим входом - к выходу формирователя синхроимпульсов, введены регистр, дополнительный источник опорного напряжения и дополнительный преобразователь интервала в код, управляющий вход которого подключен к дополнительному источнику опорного напряжения, синхронизирующий вход - к выходу формирователя синхроимпульсов, а информационный вход - к входному зажиму, причем регистр входами подключен к выходам логического устройства, а выходами - к управляющим входам регулирующего органа дискретного действия, а в логическое устройство введены дополнительный информационный вход, соединенный с выходом дополнительного преобразователя интервала в код, и вход обратной связи, соединенный с выходом регистра. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Достигаемым техническим результатом является повышение выходного напряжения источника опорного напряжения до уровня, соответствующего утроенной ширине запрещенной зоны кремния, и повышение коэффициента стабилизации при изменении питающего напряжения при высокой температурной стабильности выходного напряжения. Источник опорного напряжения содержит первый, второй и третий транзисторы, коллектор которого подключен к входу управления регулирующего элемента, выход которого является выходом устройства, а его питающий вход соединен с шиной питания, источник тока, включенный между шиной питания и коллектором третьего транзистора, коллектор первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, второй резистор, первым выводом подключенный к выходу устройства, а также четвертый, пятый и шестой транзисторы. 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения трансформатора. Техническим результатом является повышение надежности и точности регулирования даже при отказе отдельных переключающих элементов. Ступенчатый переключатель выполнен модульным, причем каждый модуль включает в себя соответствующую частичную обмотку обмотки регулирования, которая может подключаться или отключаться посредством полупроводниковых переключающих элементов. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Техническим результатом является расширение диапазона регулирования напряжения. Устройство для регулирования напряжения содержит трансформатор, при этом в каждой фазе к промежуточному выводу первичной обмотки подключено начало тиристорного ключа, выполненного из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, а к концу первичной обмотки подключен реактор, конец которого соединен с концом тиристорного ключа, образуя общую точку, соединенную с аналогичными общими точками других фаз. В устройство введен блок управления тиристорными ключами обмоток трансформатора каждой из фаз. В способе регулирования напряжения при переключении тиристорных ключей для повышения напряжения сначала открывают тиристорный ключ одной фазы с последующим поочередным подключением другой и последующих фаз, а переключение тиристорных ключей для понижения напряжения осуществляют в обратном порядке. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Техническим результатом является обеспечение широких функциональных возможностей благодаря введению пофазного регулирования напряжения в полном диапазоне регулирования путем переключения тиристорных ключей поочередно в каждой фазе первичной обмотки. Устройство для регулирования напряжения содержит трансформатор, одна из обмоток которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно основную и регулировочную части, по крайней мере, два коммутирующих узла, один из которых соединен с ответвлением регулировочной части, а другой коммутирующий узел соединен с крайним выводом регулировочной части. Каждый коммутирующий узел содержит тиристорный ключ, а концы коммутирующих узлов соединены между собой, образуя общую точку, соединенную с общими точками коммутирующих узлов других фаз. В устройство в каждой фазе введен трансформатор тока, включенный между ответвлением регулировочной части и тиристорным ключом; кроме того, в устройство в каждой фазе могут быть включены последовательно реактор и блок отключения реактора, соединенные параллельно с тиристорным ключом, соединенным с крайним выводом регулировочной части. В устройство введен блок управления тиристорными ключами каждой из фаз и тиристорными ключами других фаз. В способе регулирования напряжения по одному варианту регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, переключение тиристоров тиристорных ключей с одного коммутирующего узла на другой осуществляют путем предварительного закрытия тиристоров тиристорных ключей одного коммутирующего узла с последующим открытием тиристоров тиристорных ключей другого коммутирующего узла, не прерывая проходящий через реактор в момент переключения рабочий ток трансформатора. По другому варианту в способе регулирования напряжения регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, тиристорных ключей по фазам на повышение напряжения осуществляют следующим образом: в исходном положении тиристорные ключи, подключенные к крайним выводам регулировочной части, оставляют открытыми во всех фазах, затем закрывают тиристорный ключ, подключенный к крайнему выводу регулировочной части первой фазы, и открывают тиристорный ключ, подключенный к ответвлению регулировочной части этой фазы, затем переключают тиристорные ключи последовательно в других фазах, аналогично переключению тиристорных ключей в первой фазе; при этом переключение тиристорных ключей на понижение напряжения осуществляют в обратной последовательности. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх