Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения



Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения
Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения
Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения
Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения
Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения

 


Владельцы патента RU 2510123:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой электронике, и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных и агропромышленных предприятий, в состав потребителей которых входят электронагревательные установки для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения. Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения основан на чередовании подключения обмотки возбуждения вольтодобавочного трансформатора или к источнику трехфазного напряжения, или к трехфазному резистору. Переключения осуществляются трехфазным полупроводниковым ключом. При этом колебательным контуром, образованным последовательной обмоткой вольтодобавочного трансформатора и конденсатором, формируют антиискажения тока и, суммируя их с током первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, обеспечивают синусоидальный ток сети, синусоидальное напряжение у потребителя. Технический результат - уменьшение потерь у потребителей в одном или нескольких силовых трансформаторах и в линии электропередач и полезное использование энергии потерь на производственные нужды. Наиболее целесообразной областью применения являются предприятия агропромышленного комплекса, в состав потребителей которых входят электронагревательные установки. 5 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к силовой электронике и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных и агропромышленных предприятий, в состав потребителей которых входят электронагревательные установки для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения.

Известны способы регулирования трехфазного напряжения, которые основаны на чередовании режимов положительной и отрицательной вольтодобавки с режимом закоротки вольтодобавочного трансформатора при помощи электронного коммутатора (см. книгу Импульсное регулирование переменного напряжения Б.К. Жарский, В.В. Голубев Препринт - 96 ИЭД АК УССР, Киев, 1975 - 60 с). Известен также способ регулирования трехфазного напряжения, который за счет симметричных и асимметричных чередований режимов вольтодобавки, вольтовычета и закоротки, обеспечивает шестидиапазонное регулирование с улучшенным гармоническим составом трехфазного напряжения (Патент 2232078 РФ, МКИ G05F 1/30, 7 Н02М 5/257. Способ регулирования трехфазного напряжения / B.C. Климаш (Россия) // Открытия. Изобретения, 2002, №25, с.573-574).

Недостатком всех этих способов является искажение формы напряжения у потребителей и формы тока в трансформаторном оборудовании и в сети, а также сложность электронного коммутатора и его системы управления.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на чередовании режима вотльтодобавки с дроссельным режимом с частотой превышающей частоту сети и плавным переходом от полной вольтодобавки до полного вольтовычитания с заданной глубиной модуляции, например, ±10%. Причем верхний предел напряжения потребителей, в состав которых входит основной электронагревательный элемент, определяется коэффициентом трансформации вольтодобавочного трансформатора, а нижний предел величиной добавочного сопротивления в качестве, которого используется дополнительный электронагревательный элемент.

Этот способ позволяет, при помощи одного транзистора регулировать или стабилизировать трехфазное напряжение на входе одной или нескольких трансформаторных подстанций и у потребителей. Он реализует регулирование с высоким быстродействием, при помощи простой силовой схемы и системы управления.

Однако и этому способу регулирования присуще существенные недостатки, которые заключается в искажении формы напряжения у питания потребителей и формы тока в силовом трансформаторе подстанции и в сети.

Задачей предлагаемого способа регулирования трехфазного напряжения является сохранение синусоидальной формы напряжения питания потребителей и формы тока в силовом трансформаторе и в сети.

Решение поставленной задачи достигается тем, что формируют антиискажения тока для первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора посредством колебательного контура, созданного на основе этой обмотки, и суммируют ток первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора с антиискажениями.

Техническим результатом является уменьшение потерь у потребителей в одном или нескольких силовых трансформаторах и в линии электропередач и полезное использование энергии потерь на производственные нужды.

Сущность предлагаемого способа поясняется ниже описанием и прилагаемым чертежом, где на фиг.1 представлены физические процессы, иллюстрирующие процесс формирования антиискажения тока первичной цепи, суммирование их с искаженным током первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора посредством колебательного контура и обеспечение синусоидальности тока в силовом трансформаторе подстанции и в сети и напряжения питания потребителей, а на фиг.2 - устройство, реализующее предложенный способ.

На фиг.1 представлены режим вольтодобавки (фиг.1, а), режим вольтовычета (фиг.1, б) и введены следующие обозначения:

IC=I1=Iв+IK - ток сети и через первичную обмотку силового трансформатора (сумма токов через первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора и конденсатор);

UC - напряжение сети;

UH - напряжение нагрузки;

Uд - напряжение вольтодобавки;

I1 - ток через первичную обмотку силового трансформатора;

Iн - ток нагрузки;

Iв - ток первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора;

UK - напряжение на конденсаторе;

IК - ток конденсатора (антиискажения тока в силовом трансформаторе и в сети).

Указанные обозначения физических процессов получены в среде Matlab на модели, приведенной на фиг.3.

На фиг.2 введены следующие обозначения:

Силовой 1 и вольтодобавочный 2 трансформаторы, полупроводниковый ключ 3 с системой управления 4, блок фильтро-компенсирующих конденсаторов 5, электронагреватель 6 с основным 7 и дополнительным 8 элементами, нагрузку 9, к которой относятся наиболее критичные к качеству напряжению потребители, сеть 10.

Способ функционирует следующим образом.

В каждой фазе из тока первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора выделяют первую гармонику путем суммирования тока этой обмотки с антиискажениями, которые получают в колебательном контуре, образованном индуктивностью первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 2 и конденсатором. Энергия для поддержания генерации антиискажений поступает из вторичной цепи вольтодобавочного трансформатора и импульсным способом при помощи электронного ключа добавляется в колебательный контур. При полностью включенном и полностью выключенном полупроводниковом ключе конденсатор колебательного контура не участвует в работе, вследствие того, что его сопротивление во много раз больше первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора. При данном способе регулирования дополнительная активная энергия при вольтоприбавлении направлена из сети в нагрузку, а при вольтовычитании избыточная энергия нагрузки потребляется добавочным сопротивлением.

При пониженном напряжении в сети 10 полупроводниковый ключ 3 включен, и вольтодобавочный трансформатор повышает напряжение на входе силового трансформатора 1 и на нагрузке 9 до заданного уровня за счет наведения на первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 2 ЭДС, синфазной с напряжением сети 10. В режиме полной вольтодобавки дополнительный элемент 8 электронагревателя 6 закорочен открытым полупроводниковым ключом 3 и обесточен, т.е. вспомогательный электронагреватель отключен.

При повышении напряжения в сети 10 устройство уменьшает длительность проводящего состояния полупроводникового ключа 3 внутри каждого периода коммутации напряжения нагрузки. При этом происходит изменение величины и направления основного магнитного потока вольтодобавочного трансформатора и на его первичной обмотке наводится противофазная по отношению к напряжению сети ЭДС, сохраняющая тем самым напряжение на нагрузке 9. При этом на интервалах запертого состояния полупроводникового ключа 3 в работу вступает дополнительный элемент 8 электронагревателя 6.

Величина сопротивления дополнительного нагревательного элемента 8 выбирается из условия обеспечения нижнего предела стабилизации, при котором полупроводниковый ключ 3 полностью выключен. Дополнительный нагревательный элемент 8 в режиме полного вольтовычета выполняет роль защиты трехфазного полупроводникового ключа 3 от перенапряжений.

Проверка функционирования способа выполнена в результате численных экспериментов на блочно-модульной математической модели в среде Matlab.

Схема блочно-модульной математической модели приведена на фиг.3. В ее состав входит трехфазная сеть и нагрузка, силовой (СТ) и вольтодобавочный (ВДТ) трансформаторы, основной (ЭН1) и дополнительный (ЭН2) нагревательные элементы, полупроводниковый ключ, выполненный на IGBT-транзисторе, система управления полупроводниковым ключом (СУ-ТК) включенного в диагональ трехфазного мостового диодного выпрямителя (ДВ), конденсатор (С) колебательного контура.

Результаты экспериментов, которые производились без конденсатора и с ним представлены на фиг.4 и фиг.5. Они показывают единство природы возникновения искажений входного тока (фиг.4) и выходного напряжения (фиг.5) и способа для их устранения. На фиг.4 показаны формы тока сети в одной фазе без колебательного контура (кривая 1) и с колебательным контуром (кривая 2). На фиг.5 - формы напряжений нагрузки одной фазы без колебательного контура (а) и с колебательным контуром (б).

Колебательный контур полностью убирает искажения в кривой входного тока во всем диапазоне регулирования (стабилизации) напряжения у потребителей. При данном способе следствием фильтрации тока является устранение искажений в кривой выходного напряжения.

Предлагаемый способ, как более совершенный, может найти применение для регулирования и стабилизации трехфазного синусоидального напряжения. Наиболее целесообразной областью применения является предприятия агропромышленного комплекса, в состав потребителей которых входят электронагревательные установки.

Способ регулирования трехфазного синусоидального напряжения, основанный на чередовании режима вольтодобавки и дроссельного режима вольтодобавочного трансформатора, путем замыкания и размыкания одних концов вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, к которой также подключено добавочное сопротивление, в то время, как ее другие концы подключены к вторичной обмотке силового трансформатора, а первичные обмотки вольтодобавочного и силового трансформатора соединены последовательно и подключены к сети, при этом размыкание и замыкание вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора осуществляется, например, трехфазным полупроводниковым ключом, и верхний предел регулирования задается коэффициентом трансформации вольтодобавочного трансформатора, а нижний добавочным сопротивлением, отличающийся тем, что формируют антиискажения тока для первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора посредством колебательного контура, созданного на основе этой обмотки, и суммируют ток первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора с антиискажениями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к бесконтактной системе электропитания, использующей электромагнитную индукцию. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения и частоты высокочастотных источников систем электроснабжения. .

Изобретение относится к электротехнике, к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры, содержащих импульсные преобразователи напряжения с использованием трансформаторов.

Изобретение относится к электротехнике, к регулируемым трансформаторам. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для регулирования напряжения. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения в однофазных и трехфазных электросетях и электроустановках.

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к вторичным источникам переменного тока. .
Наверх