Устройство заряда емкостного накопителя энергии

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 280979 (21)2825573/18-21 с присоединением заявкм Нов (23) Приоритет

Опубликовано 071081. Бюллетень Но 37

Дата опубликования описания 07.1081

Союз Советскнк

Соцнапнстнческнк

Респубднк (u)871309 р )м. кл.

Н 03 К 3/53

1 исударствеиный комятет

СССР яо делам язоарееакю я открытка

{53) УДК 821. 373.

° 431(088,8) (72) Авторы изобретения

В.В.Орлов, Ю.М.Рогов и С.В.Билибин

1 (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ

ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к технике преобра зов а ни я электрической э нергии и может быть использовано для заряда емкостных накопителей средней мощности (до 100 кВА) при напряжении на5 копителя выше 2 кВ и частоте разряда накопителя ниже частоты питающей сети.

Известно устройство, состоящее из трансформатора, вторичные обмотки которого через выпрямитель подключены к емкостному накопителю, а первичные обмотки первыми выводами подключены к питающей сети, вторыми выводами подключены к плечам выпрямителя на диодах, выход которого замкнут тиристором и схемой искусственной коммутации тиристора, а управляющие входы тиристора и схемы коммутации подключены к накопителю через блок управления (1).

Недостатком этого устройства является неоптимальное использование трансформатора и сети из-за импульс-. ного характера потребляемых токов.

К тому же трансформатор работает в режиме циклического включениявыключения, что дополнительно загружает трансформатор и сеть пусковыми токами.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство заряда емкостного накопителя энергии, содержащее тнристоры, трансформатор, вторичные обмотки которого через неуправляемый выпрямитель подключены к емкостному накопителю энергии, и блок управления, выходом подключенный к управляющим электродам тиристоров, а входами — к накопителю и питающей сети f23 .

Недостатки устройства: а) неоптимальное использование питающей сети и трансформатора из-за импульсного характера токов и большой скважности их, что снижает удельные энергетические характеристики системы первичного питания и трансформатора (увеличение числа обмоток трансформатора из-за высокого эффективного значения тока); б) трудность обеспечения симметричного режима индукции, особенно в многофаэных схемах, чтобы избежать одностороннего подмагничивания сердечника трансформатора, для уменьшения влияния этого фактора рабочая индукция берется значительно нижевоэможной, т.е. эавьиаается установлен871309 ная мощность трансформатора также по этой причине; в) пониженная надежность, т.к.. при кратковременном смещении фазы управления в начале заряда в диапазон ,0-90О эл. или при замыканиях (пробоях) на стороне высокого напряжения потребляемый ток нарастает быстро, что приводит к повреждению устройства (тиристоров в первую очередь) до срабатывания защиты.

Цель изобретения состоит в повышении надежности и удельных энергетических характеристик устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство заряда емкостного накопителя энергии, содержащее тирис- 15 торы, трансформатор, вторичные обмотки которого через неуправляемый выпрямитель подключены к емкостному накопителю энергии,и блок управления, выходом, подключенный к управляющим элект- 2О родам тиристоров, а входами — к накопителю и питающей сети, введены дроссель и конденсаторы. При этом тиристоры соединены по двухполупериодной схеме выпрямителя, выводы постоянного тока которой подключены к дросселю, а выводы перЕменного тока — ко вторым выводам первичных обмоток трансформатора, конденсаторы подключены параллельно первичной обмотке каждой фазы трансформатора. 30

На фиг. 1 дана схема устройства в однолинейном исполнении; на фиг.2 в однофазном исполнений; на фиг.3 приведены эпюры токов и напряжений устройства. 35

Первичные обмотки трансформатора 1 зашунтированные конденсатором 2, подключены первыми выводами к питающей сети 3, а вторыми выводами — к плечам управляемого выпрямителя 4, 40 к полюсам которого подключен дроссеЛь 5. Ко вторичной обмотке трансформатора подключены плечи неуправляемого выпрямителя б, к полюсам которого подключен емкостной накопитель 7. Блок управления 8 входами подключен к накопителю 7 и сети 3, а выходом — к тиристорам выпрямителя 4.

Работа устройства на примере однофазной схемы (фиг.2)поясняется на фиг. 3, где обозначено:

0п — напряжение питающей сети.3)

U U — сигналы управления тиристос" рами выпрямителя 4, U — напряжение на обмотках транс- 55 форматора 1;

U — напряжение на дросселе 5, 4g — ток выпрямителя б; ток конденсатора," — ток питающей сети 3. 60

В начале заряда (диапазон 1) фаза игналов управления тиристорами уменьшается, начиная от 90 эл. Поскольку дроссель 5 поддерживает ток неизменньм по величине и направлению, а сетевсе напряжение коммутирует тиристоры при подаче на них сигналов управления, напряжение, токи трансформатора имеют форму, близкую к прямоугольной, с крутыми фронтами и пологой вершиной.

В момент коммутации тиристоров первичная обмотка трансформатора переключается на противоположное, по отношению к предыдущему направлению тока, и на обмотках трансформатора возникает напряжение (момент1„)показанное пунктиром. Это происходит из-эа того, что реальный трансформатор обладает индуктивностью рассеяния.

Подключение конденсатора 2 параллельно первичной обмотке уменьшает амплитуду перенапряжений за счет увеличения времени переключения. По мере увеличения напряжения на емкостном накопителе энергии 7 блок управления 8 уменьшает фазу управления (циапазон 11) . Теперь напряжение дросселя 5 должно после коммутации преодолевать не только индуктивность рассеяния, зашунтированную конденсатором 2, но и напряжение емкостного накопителя энергии 7, приведенное к первичной обмотке (этим напряжением заперты диоды выпрямителя б) . Появляется пауза в токе накопителя 7 (диапазон1 $) во время которого напряжение на дросселе 5, конденсаторе 2 и, значит, на трансформаторе 1, возрастает до напряжения накопителя 7.

Искажается вершина импульса тока (индуктивность дросселя 5 — минималь— но необходимая), т.к. возрастает энергия дросселя 5, запасаемая и отдаваемая накопителю 7 в течение угла проводимости. В диапазоне 111 при углах управления, близких к Ооэл., заканчивается заряд накопителя 7. Искажение вершины и пауза выходного тока в этом диапазоне максимальны, но входной ток <> по-прежнему имеет форму, близкую к прямоугольной, благодаря аккумулирующему действию конденсаторов 2.

В устройстве происходит эффективное симметрирование индукции трансформатора даже при значительной несимметрии управления тиристорами.

При постоянной составляющей в индукции трансформатора в одни из полупериодов ток трансформатора будет стремиться к возрастанию. В этом случае дроссель 5 будет ограничивать ток в этом полупериоде, а во втором полупериоде прикладывать к обмотке повышенное напряжение, в результате чего происходит симметрирование рабочей петли гистерезиса (если остальные процессы и параметры симметричны по полупериодам) .

Так как токи устройства имеют форму, близкую к прямоугольной (в многофазной системе — ступенчатую), коэф871309 фициент формы тока близок к "., и элементы устройства и сети используются лучшим образом. В многофазной схеме потребляемый ток при необходимости легко фильтруется до синусоидального.

При внутренних коротких замыканиях дроссель ограничивает скорость нарастания аварийного тока, что позволяет защите отключить устройство без повреждения.

Формула изобретения

Устройство заряда емкостного накопителя энергии, содержащее тиристоры, трансформатор, вторичные обмот- 15 ки которого через неуправляемый выпрямитель подключены к емкостному накопителю энергии, и блок управления, выходом подключенный к управляющим электродам тиристоров, а входами — к како- Щ

1 пителю и питающей сети, о т л и ч аю щ е е с я .тем, что, с целью повышения надежности и удельных энергетических характеристик, в него введены дроссель и конденсаторы, при этом тиристоры соединены по двухполупериодной схеме выпрямителя, выводы посто янного тока которой подключены к дросселю, а выводы переменного тока .- ко вторым выводам первичных обмоток трансформатора, при этом конденсаторы подключены параллельно первичной обмотке каждой фазы трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 319031, кл. Н 02 Н 7/155, 1971.

2. Схема линейного заряда емкостного накопителя, "Приборы и техника эксперимента", в 3, 1974, с. 81-82 (прототип) .

871309

Составитель В.Чорба

Техред A.Савка КорректорС.Щомак

Редактор Г.Федотов

Заказ

Филиал ППП "Патент", г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

8454/28 Тираж 991 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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