Трехфазный регулятор переменного напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii 758427 (6) ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15-12.78 (2! ) 2696013/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.08,80. Бюллетень Юе 31

Дата опубликования описаиия25.08.80

Н 02 М 5/12

Государственный комитет по делам нзобретеннй н открцтнй (ЬЗ) УДК621. .3 16.722 (088.8) B. Е. Тонкаль, Э. H. Гречко, Н. И. Беэгачин и К. А. Липковский (72) Авторы изобретения (7т) Заявитель

Институт электродинамики АН Украинской ССР (54) ТРЕХФАЗНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти приме— нение в различных регуляторах переменного напряжения.

Известны устройства для регулирова— ния переменного напряжения, содержащие трансформатор, первичные обмотки которого подключены к сети, а крайние выводы вторичных обмоток закорачиваются двумя трехфазными выпрямительными мостами с тиристорами на выходе.

Регулирование осуществляется путем коммутации тиристоров с частотой выше, чем частота сети tlj и P2), К недостаткам этих устройств следует отнести большую установленную мощность трансформатора, ухудшенный гармонический состав выходного напряжения, а также невозможность регулирования и сторсну увеличения выходного напряжения. Основным наэнг;чением таких устройств является широкодиапазонное регулирование величины выходного напряжения от нуля до номинального, Для случаев стабилизации переменно-, го трехфазного напряжения находят применение регуляторы, аналогичные по принципу действия указанным выше, с ограниченным диапазоном регулирования, что в свою очередь позволяет уменьпатть . массо — габаритные показатели устройств.

Это достигается тем, что регулируется только часть из общего потока энергии, направляемой в нагрузку. Благодаря этото му уменьшается вес регулятора, повышается качество выходного напряжения и его КПД.

Так, известны трехфазные регуляторы

35 переменного напряжения содержащие один g4j либо два (3) вольтодобавочных трансформатора со вторичными обмотками, включенными последовательно с нагрузкой. Оба указанных устройства идентичны друг другу, так как каждое иэ них осуществляет регулирование напряжения вольтодобавки на нагрузке путем, например, широтно-импульсной модуляции. Однако устройство 3 отличает8427 4

3 75 ся большими яппаратными затратами, включая в себя наряду с двумя трехфаз— ными вольтодобавочными трансформаторами один трехфазный и три однофазных ключей переменного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфазный регулчтор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор со вторичными обмотками, включенными последовательно в цепь нагрузки и двя основных трехфазных выпрямительных моста с тиристорами ня выходе, одноименными электродами, соединенными между собой через коммутирующие конденсаторы f4).

В этом регуляторе регулирование выходного напряжения осуществляется путем широтно-импульсной модуляции выходного напряжения за счет реверсирования напряжения вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора.

Основным недостатком такого регулятора является ухудшенный гармонический состав напряжения на нагрузке, что проявляется в повышенных установленных мощностях выходного фильтра высших гармоник. Это объясняется тем, что устройство осуществляет двухполярную модуляцию напряжения вольтодобавки, тогда кях необходимое регулирование выходного напряжения достигается изменением скважности прямой или обратной полярности напряжения вольтодобавочного трансформатора, Наиболее значительно ухудшается гармонический спектр при номинальном напряжении на входе регулятора (так как в этом случае скважность импульсов напряжения вольтодобавки на вторичной обмотке трансформатора равна 0,5), Вторым недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, что связано с тем, что оба трехфазных зипоча переменного тока (в качестве которых служат трехфазные выпрямительные мосты с тиристорами на выходе) необходимо рассчитывать ня работу от удвоенного напряжения питающей сети, так ках обе группы первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора включены по нулевой схеме.

11ель изобретения — улучшение гармонического состава выходного напряжения в заданном диапазоне его регулирования (стабилизации) .

Поставленная цель достигается тем, что регулятор снабжен двумя пополни5

40 тельными трехфазными выпрямит ельными

MocT&MH с тиристорами ня выходе, cè— ловые электроды которых также соединены между собой через дополнительно вве денные коммитирующие конденсаторы, и питающим трансформатором, первичные обмотки которого подключены ко входным выводам регулятора, а начала и концы первой и второй групп его вторичных обмоток подсоединены соответственно ко входам переменного тока основных и дополнительных выпрямительных мостов, причем начала и концы первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора подключены соответственно к началам первой и второй групп вторичных обмоток питающего трансформатора.

Такое выполнение регулятора, кроме того. позволяет повысить уровень помехозащищенности ключей переменного тоха за счет согласования с помощью питающего трансформатора напряжения сети и входного напряжения ключей, я также исключения возможности двойного размаха напряжения, прикладываемого к выпрямительным мостам с тиристорами на выходе..

На фиг. 1 представлена принципиальная схема трехфазного регулятора пе— ременного напряжения; на фиг. 2 я, 6, в, r, д — диаграммы, поясняюшие ее работу.

Регулятор содержит питающий трансформатор 1 с первичными обмотками 2 и двумя группами вторичных обмоток 3 и 4, вольтодобавочный трансформатор 5 с первичными обмотками 6 и вторичными обмотками 7, основные и дополнительные выпрямительные мосты

8 — 11 с тиристорями 12 — 15 на выходах, коммутирукицие дроссели 16 — 19 и коммутирующие конденсаторы 20 — 23, Первичные обмотки 2 питающего трансформатора 1 подключают к сети трехфазного переменного тока, а начала и концы его вторичных обмоток 3, 4 подключены соответственно к выпрямительным мостам 8 и 9, 10 и 11. К выходам выпрямительных мостов через коммутирующие дроссели 16 — 19 под— ключены тиристоры 12 — 15, Одноименные силовые электроды тиристоров ) 2, 13 и тиристоров 14 и 15 соединены коммутирующими конденсаторами 20, 22 и 21, 23. Первичные обмотки 6 вольтодобавочного трянсфзрмяторя 5 подключены одними концами (няпример началами) к началам вторичн Ix обмоток, ? нитяю5 75842

Регулирование напряжения на нагрузке можно осуществлять еше двумя способами. При этом рассматриваем случай, когда обе группы вторичных обмоток питаюшего трансформатора содержат одинаковое число витков. Если оставить включенным тиристор 12 и коммутировать попеременно тпристоры 1 4 и 15, то напряжение па вторичных обмотках 7 вольтодобавочного трансформатора 5 имеет форму фш. 2д, а напряже ние на нагрузке — форму фиг. 2 г. Если оставить включенныл4 тиристор 15 и коммутировать попеременно тнристоры

l2 и 13, то напряжение на вторичкых обмотках 7 вольтодобавочного трансформатора 5 имеет форму фиг. 2в, а напряжение ка нагрузке — форму фиг. 2б.

B этих случаях нулевое напряжение на вторичных обмотках вольтодобавочного трансформатора получается за счет вычитания напряжений двух групп 3 и 4 вторичных обмоток пнтаюшего трансфорщего трансформатора 1, а другими концами — к началам его вторичных обмоток 4. Вторичные обмотки 7 вольтодобавочного трансформатора 5 подключают одними концами к сети, а другими концами — к нагрузке.

Регулятор работает следую цим образом.

При подключении регулятора к сети на вторичных обмотках 3 и 4- питаюшего трансформатора 1 появляется переменное напряжение. Система управления вырабатывает импульсы управления таким образом, что в каждый момент времени они поступают на два тиристора, один из которых 12 или 13, а другой 14 или 15. Поэтому в любой момент времени имеется путь для замыкания тока пав грузки, трансформируемого из вторичных обмоток 7 вольтодобавочного трансформатора 5 во вторичные обмотки 6. Например, если импульсы управления поступают на тиристоры 13 и 14, то последние закорачивают соответственно выпрямительные мосты 9 и 10. Тем самым начала и концы обмоток 6 вольтодобавочного трансформатора 5 объединяются в искусственный ноль, т.е. обмотки 6 оказываются закорченными сами на себя

В этом случае напряжение сети без изменения передается в нагрузку (фиг.2а).

Г1ри включении тиристоров l3 и 14 ком— мутируюшие конденсаторы 20, 22 и 21, .23 заряжаются напряжением, которое появляется на выпрямительных мостах 8 и 11 за счет напряжения, имеющегося на обмотках 3 и 4 питаюшего трансфор— мотора l.

Включение тиристоров 12 или 15 приводит к выключению соответственно тиристора 13 или 14 за счет энергии, накопленной в коммутирующих конденсаторах 20, 22 или 21, 23 Если оставить включенным тиристор 13 и включить ти45 ристор 15, то тиристор 14 выключается а к обмоткам 6 вольтодобавочного трансформатора 5 приложено напряжение, имеюшееся на обмотках 4 питающего трансформатора, так как начала обмоток 4 соединены с одним из выводов первичных обмоток 6 вольтодобавочного трансформатора 5 непосредственно, а концы об— люток 4 объединен»r с помощью выпрямительного моста 11 и тиристора 15 в искусственный ноль, и который объединены также и вторые выводы первичных обмоток 6 вольтодобавочкого трансформатора 5 при помоши выпрямительного

7 6 моста 9 и тиристора 13. При этом ка вторичных обмотка х 7 вольтодобавочного трансформатоца 5 появляется напряжение, например суммирую»цееся с и"-. пряжением сети. Таким образом, колыутируя попеременно тиристоры 1-1 и 15 с частотой, превышаюшей частоту сети, при включенном тиристоре 13 осуществ ляем регулирование выходного напряжения в сторону повышения выходного напряжения по сравненшо с напряженнем сети. Для этого случая на ф п, 2в показано напряжение на вторичной обмотке 7 вольтодобавочного трансформатора 5 Е3 одной фазе, а на фиг. 2б — напряжение на нагрузке.

Если оставить включенным тирис тор

14, а коммутировать попеременно тиристоры 12 и 13, то к первичным обмоткам 6 вольтодобавочного трансформатора 5 прикладывается напряжение вторичных обмоток 3 питаюшего трансформатора 1, которое находится в противофазе с напряжениел обмоток 4.

Поэтому напряжение, появляюшееся на вторичных обмотках 7 вольтодобавочного трансформатора 5, вычитается пз напряжения сети. В этом случае осуществляется регулирование напряжения на нагрузке в сторону уменьшения от напряжения сети. Для этого случая на фиг. 2 д показано напряжение на вторичной обмотке 7 одной фазы вольтодо— бавочного трансформатора 5, а на фиг, 2 — напряжение на нагрузке.

7 75842 матора 1 в те моменты, когда включены, одновременно тиристоры 12 и 15. Таким образом, имеется два способа регулирования напряжения на нагрузке, которые отличаются тем, что при нулевом напря— женин на вторичных обмотках вольтодобавочного .трансформатора в первом случае его первичная обмотка замкнута накоротко выпрямительными мостами с тиристорами на выходе, а во втором случае в этот контур входит также внутреннее сопротивление питающего трансформатора.

Главным отличительным свойством предлагаемого устройства по сравнению ,с известным является то, что оно осуществляет однополярную, а не двухполярну|о модуляцию напряжения вольтодобавки. В результате размах пульcalgtй напряжения на нагрузке

20 вдвое маньше на граничных режимах по сравнению с известным, а при номинальном напряжении питающей сети искажения отсутствуют,,так как вольтодобавочный трансформатор закорочен по первичным обмоткам в искусственный ноль.

Таким образом, при заданном диапазоне регулирования имеем значительное улучшение гармонического состава выходных напряжений регулятора, что проявляется в уменьшении установленной мощности

30 выходного фильтра высших гармоник, Кроме того, следует отметить, что весогабаритные показатели предлагаемого и известного устройств отличаются незначительно. Это следует из того, что в предлагаемом устройстве вольтодобавочные трансформаторы вдвое меньше по ( установленной мощности вольтодобавочноЮ трансформатора известного уст40 ройства,так как его следует рассчитывать исходя только из нацряжения вольтодобавки используемого им только для; суммирования или только для вычитании из напряжения сети, Аналогична также суммарная установленная мощность четырех выпрямительных мостов и четырех тиристоров предлагаемого устройства равна суммарной установленной мотццости двух выпрямительных мостов и двух известных тиристоров. Таким образом, 50 практически только суммарная мощность обоих трансформаторов предлагаемого устройства будет несколько превышать установленную мощность известного трансформатора. В то же время наличие двух последовательно включенных трансформаторов в предлагаемом регуляторе позволяет выбирать оптимальное

7 8 напряжение на вторичных обмотках питающего трансформатора, при котором установленная мощность выпрямительных мостов и тиристоров, а также коммутирующих дросселей и конденсаторов может быть сдепана минимальной. Кроме того, выбором величины напряжения на вторичных обмотках питающего трансформатора можно обеспечить необходимый уровень помехоустойчивости

3а счет схемных отличий исключена также возможность приложения двойного напряжения к выпрямительным мостам с включенными на выходах тиристорами, тогда как в известном устройстве через выпрямительные мосты к тиристорам прикладывается удвоенное напряжение питающей сети

380x1,41х2=1О72В. Все укаэанное вместе повышает надежность работы регулятора.

Основным технико-экономическим показателем эффективности предлагаемого регулятора является снижение массо-габаритных показателей выходного фильтра высших гармоник, а также существенное повышение надежности работы устройства, что позволяет говорить о практической пригодности устройства.

Формула изобретения

Трехфазный регулятор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор со вторичными об— мотками, включенными последовательно в цепь нагрузки и два основных трехфазных выпрямите тьных моста с тиристорамн на выходе, одноименными электродами, соединенными между собой через коммутирующие конденсаторы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник при заданном диапазоне регулирования, он снабжен двумя дополни— тельными трехфазными выпрямительными мостами с тиристорами на выходе, силовые электроды которых также соединены между собой через дополнительно вве, денные коммутирующие конденсаторы и питавмцим трансформатором, первичные обмотки которого подключены ко вход— ным выводам регулятора, а начала и концы первой и второй групп его вторичных обмоток подсоединены соответственно ко входам переменного тока .основ5

¹

Ч 758427 ных и дополнительных выпрямительных мостов, причем начала и концы первич —, ¹ ных обмоток вольтодобавочного трансформатора подключены соответственно к ¹ началам первой и второй групп вторичных обмоток питающего трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское

277074, кл.

2. Лвторское

342274,кл.

3. Лвторское

419863, кл.

4. Лвторское

318 37, кл.

70, свидетельство СССР

21 +212/03, 1969. свидетельство СССР

Н 02 P 13/16, 1970, свидетельство СССР

6 05 1/16, 1972. свидетельство СССР

Н 02 Р 13/14, 758427

Составитель Г. Мьщык

Редактор М. Ликович Техред Н. Барадулина Корректор b1. Вигула

Заказ 5765/19 - Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по дедам изобретений и открытий

113035, Мосхва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фиииал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4