Регулятор напряжения переменного тока

Регулятор напряжения переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

3I2365

О П

Союз Советских

Социалистических

Ревпублик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

МПК Н 02р 13/16

Заявлено 22.1.1970 (№ 1,398335/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 19.Ч111.1971. Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 12.Х.1971

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.316.722(088.8) Автор изобретения

В. М. Пономарев

Заявитель

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Известные регуляторы напряжения переменного тока, .содержащие трансформатор, каждая фаза вторичной обмотки которого разделена на и секций и регулируемые при помощи контактных или бесконтактных переключателей во вторичной обмотке, в ряде случаев не удовлетворяют предъявляемым к ним техническим требованиям ввиду слож ности конструкции и малого быстродействия (регуляторы с контактным переключением ступеней) или ввиду уменьшения коэффициента мощности и сильного искажения питающей сети (регуляторы напряжения, управляемые сдвигом момента зажигания полупроводниковых вентилей).

Предложенный регулятор напряжения переменного тока устраняет указанные недостатки благодаря тому, что каждая секция вторичной обмотки трансформатора включена в диагональ четырехплечевого моста, плечи, которого образованы управляемыми вентильными ключами с двухсторонней проводимостью, а мостовые схемы каждой фазы соединены друг с другом последовательно и объединены общей системой управления, осуществляющей сложение, вычитание или исключение э. д. с.,секций вторичной обмотки из схемы суммирования напряжения на нагрузке, причем указанные секции каждой фазы вторичной обмотки трансформатора выполиены таким образом, что их э.д. с. относятся между собой, как например числа Зс: 31:3>:

: 3" — 1, мостовые схемы каждой фазы вторичной обмотки трансформатора подключены последовательно к нерегулируемому источнику э.д.с., например к несекционированной части вторичной обмотками трансформатора.

На фиг. 1 представлена исходная схема, поясняющая принцип построения предлагае10 мого регулятора; на фиг. 2 — таблица, поясняющая принцип выбора величины э. д. с. секций регулятора; на фиг. 3 приведена схема силовых цепей предлагаемого регулятора; на фиг. 4 — модификация схемы предлагае1S мого регулятора с подключением мостовых схем секций каждой фазы вторичной обмотки последовательно с питающей. сетью (автотрансформаторный вариант); на фиг. 5— модификация схемы предлагаемого регуля2О тора с подключением мостовых схем секций каждой фазы вторичной обмотки к несекционированной части вторичной обмотки трансформм а тор а.

В основе принципа создания предлагаемо25 го регулятора лежит возможность регулирования суммарной э.д. с. ряда источников путем их выборочного встречно-последовательного включения в одну общую сеть нагрузки

Ряд чисел с количеством ступеней и, абсо30 лютные величины которых относятся между

312365

25 собой как 3 .3 :3 ... 3" —, обладает тем свойством, что путем выбора чисел заданного ряда и суммирования их с разными знаками, можно составить другой ряд чисел с количеством ступеней 3, величины которого изменя ются от — .К до+ К, 3" — 1 3" — 1

2 2 где К вЂ” общий множитель заданного ряда чисел.

Так, например, имея чжла, абсолютные значения которых ра вньг 1, 3, 9 (и = 3j К=1) можно получить из них ряд чисел от

3 — 1 — = — 13 до + = + 13. Число

38 1

2 г ступеней ряда при этом равно 3 = 27.

:Полученный ряд чисел и его составляющие приведены в таблице на фиг. 2. Имея же, например, числа, а бсолютньге значения которых равны 1, 3, 9, 27, можем получить ряд чисел в 81 ступень от — 40 до + 40.

Приведенное выше свойство ряда чисел, абсолютные значения которых относятся между собой как Зо: Зг: 3>...: 3" — <, использовано для создания многоступенчатого бесконтактного регулятора напряжения переменного тока.

На схеме (см. фиг. 1), поясняющей принцип построения предлагаемого регулятора, приведен однофазный трансформатор 1, вторичная обмотка которого разделена на три электрически не связанные друг с другом секции 2 — 4.

Абсолютные значения э. д. с. этих секреций составляют ряд чисел 1К; ЗК; 9К, величины которых относятся между собой как 1: 3: 9=

= Зо: 3 : З (К вЂ” общий множитель) .

Секции 2 4 соответственно включены в диагонали четырехплечевых мостов 5 — 7, плечи которых образованы управляемыми полупроводниковыми вентильными ключами (вентилями) 8 — 19, обладающими двухсторонней проводимостью.

Все мосты соединены между собой последовательно и подключены к внешней нагрузке 20. Каждый из мостов, в зависимости от комбинации включения вентилей .может иметь три состояния по отношению к условно выбранному в данный момент положительному направлению, показанному стрелкой от точки 21 к точке 22. Например, для секции 2 открыты вентили 9 и 11, закрыты 8 и 10.

Э.д. с. секции направлена согласно с выбранным положительным напра влением. Назовем это состояние, положительным и обозначим знаком +. Открыты вентили 8 и 9, закрыты

10 и 11.

Э.д. с. секции исключена из схемы суммирования, назовем это состояние нулевым и обозначим знаком О. Открыты, вентили 8 и 10, закрыты вентили 9 и 11. Э. д. с. секции направлена встречно с выбранным положитель30

4 ным на правлением. Назовем это состояние отрицательным и обозначим знаком —.

Аналогичные состояния могут принимать также и мостовые схемы, содержащие секции 8и 4.

Таким образом, в зависимости от комбинации включения вентилей в плечах мостовых схем их э.д. с. по отношению к условно выбранному положительному направлению могут иметь следующие значения: для секции 2 (+ 1К; 0; — 1К); для секции 8 (+ ЗК; 0; — 3K); для секции 4 (9К; 0; — 9К); где К— общий множитель, Так как абсолютные значения э.д. с. секций составляют ряд чисел 1К, ЗК, 9К, величины которых относятся между собой,, как

Зо: Зг:3>, а включение этих секций в диагонали четырех плечевых мостов, плечи которых образованы симметричными управляемыми вентилями, позволяет менять знак этих э. д. с. или исключать их из схемы суммирования, то в такой системе можно получить

3 — 1 ряд суммарныхзначений э. д. с. от — К= г

Зз — 1

= — 1ЗК до + К =+ 13К. Количество

2 ступеней суммарной э. д. с. при этом будет р а вно 3> = 27.

При выполнении трансформатора с четырьмя секциями вторичной обмотки, э. д. с. которых относялся между. собой как 1: 3: 9: 27, можно получить значения суммарной э. д. с. вторичной обмотки от — 40К до +40К. Количество ступеней напряжения при этом будет равно 34=81. Связав мостовые схемы секций общей системой упр авления, позволяющей изменять комбинации их состояний, получим бесконтактный многоступенчатый и быстродействующий регулятор напряжения переменного тока.

Принципиальная схема предлагаемого регулятора напряжения, приведена на фиг. 3.

Описание регулятора дано для одной фазы и аналогично для других фаз. Регулятор представляет собой трансформа тор, первичная обмотка 28 которого включена в питающую сеть, а вторичная обмотка разделена на ряд секций 24 — 27, электрически не связанных друг с другом, числа витков которых относятся между собой как 3o: Зг: 3- : Зз, т. е. 1: 3:9:

:27. Секции 24 — 27 вторичной обмотки включены соответственно в диагонали четырехплечевых мостов 28 — 81, плечи которых обра,3DBаны управляемыми .полупроводниковыми вентильными ключами 82 — 85, обладающими двусторонней проводимостью, например тиристорами, включенными встречно-параллельно, или сими сторами. Все мосты одной фазы регулятора соединены друг с другом последовательно и объединены общей системой 86 управления.

Система управления выполнена таким образом, что при помощи воздействия ее на вентили мостов можно менять знак э, д, с, 312365

5 секций по отношению друг к другу или исключать их из схемы суммирования. Например, для секции 24, включенной в диагональ моста 29 при закрытых вентильных ключах

88 и 34 и открытых ключах 82 и 85 э.д. с. секции в схеме суммирования имеет одно на пра,вление.

При закрытых ключах 82 и 85 и открытых ключах 83 и, 84 э. д. с. секции 24 в схеме суммирования меняет знак на противоположный, а при закрытых ключах 88 и 35 и открытых 82 и 84 э, д. с. секции 24 исключена из схемы суммирова.ния.

Такое же воздействие система управления может оказывать и на секции 25 — 27, включенные соответственно. в диагонали мостов

29 — Л. Как было сказано выше, при выполнении трансформатора с четырьмя секция ми вторичной обмотки, э. д. с. которых относягся между собой как 1: 3: 9: 27, можно получить значения суммарной э.д.с. вторичной обмотки от — 40К до +40К, г де К вЂ” общий множитель. Количество ступеней отрегулированного напряжения при этом будет равно 81. Если в данном случае принять

К=10 в, т. е. действующие значения э. д. с. секций 24 — 27 соответственно будут равны

IO в, 30 в, 90 в и 270 в, то на выходе регулятора можно получить 81 ступень значения отрегулированного напряжения от — 40 в до

+ 400 в с переходом через О. Величина ступени при этом равна 10 в, что составляет

2,50/ц от максимального напряжения регулятораа.

При необходимости в более плавном регулировании напряжения возможно выполнение регулятора с большим числом секций вторичной обмотки трансформатора.

Например, при разделении вторичной обмот ки на пять секций и при отношении э.д. с. этих секций друг к другу, равном Е : E> . Ез .

: Е4 Eg — — 1: 3: 9: 27:81, получим 243 ступени отрегулированного напряжения. Величина ступени при этом составит 0,825о/о от максимального напряжения регулятора.

Для получения различных номинальных значений напряжения регулятора мостовые схемы каждой фазы могут быть включены между собой в звезду или треугольник. Кроме того, регулятор может быть выполнен по схеме автотрансформатора (см. фиг. 4) .

Преимущество автотрансформаторной схемы в том, что она позволяет на выходе регулятора суммировать напряжение вторичной обмотки трансформатора с напряжением сети и тем самым расширяет диапазон регулирования выходного напряжения. При этом, например, к сети 380 в при помощи предлагаемого регулятора могут быть подключены потребители с номинальным напряжением 500 в или 660 в, а к сети 6 кв — потребители 10 о.

Следует также отметить, что при, создании регулятора по изложенному выше принципу существует возможность упрощения его силавой части, Это, например, может быть до6 стигнута тем, что не вся вторичная обмотка фазы трансформатора, а только некоторая часть ее, делится на и электрически не связанных между собой секций с отношением э.д. с. этих секций Зо: 31: 3 :...:3" — 1.

Эти секции, также, как было рассмотрено вьппе, включаются в диагонали четырех плечевых мостов, плечи кото рых обр а зов аны управляемымии полупроводниковыми вентилями с двухсторонней проводимостью. Мосты в пределах каждой фазы последовательно соединяются между собой и с неделимой частью вторичной обмотки 87.

При помощи системы управления э. д. с секций, включенных в диагонали мостовых схем, включаются в пределах каждой фазы встречно или согласно к направлению э. д. с. неделимой части вторичной обмотки, чем достигается регулирование выходного напряжения. Регулятор, устроенный подобным образом, позволяет получить большее количество ступеней отрегулированного напряжения при том же числе секций вторичных обмоток, включенных в диагонали четырехплечевых мостов, или уменьшить количество мостовых схем при заданном числе ступеней отрегулированного напряжения.

Если, например, в данной схеме действующие значения э. д.с. секций 2 — 5 соответственно будут равны 15 в, 45 в, 135 в и 195 в, то на выходе регулятора получим 27 ступеней отрегулированного напряжения от нуля, до

390 в. Величина ступеней при этом будет равна 15 в, что составляет, 3,850/О от максимального напряжения регулятора.

Как отмечалась ранее, в предлагаемом регуляторе э. д. с. секций вторичной обмотки относятся между собой как числа Зо: 3 : 3>:

:3 ...:3" — >. Это позволяет при минимальном

4О количестве секций получить максимальное количество ступеней отрегулированного напряжения, Однако имеется возможность создания регулятора, в котором применен трансформатор, имеющий несколько одинаковых секций вторичной обмотки. Отношения э. д. с. секций вторичной обмотки трансформатора могут быть выражены, например, отношением ряда чисел 1:3: 9: 9 или 1: 3:9:27: 27 и т. д.

50 Число ступеней отрегулированного напряжения в таком регуляторе будет уменьшено, однако некоторые элементы силовой части и их системы управления могут быть унифицированы при наличии нескольких одинаковых

55 секций.

Система управления, при помощи которой меняется состояние мостовых секций и регулируется выходное напряжение регулятора, должна иметь дискретный характер и может

60 быть, например, выполнена на унифицированных бесконтактных элементах системы <Логика», В предлагаемом регуляторе переключение с одной ступени отрегулированного напряже65 ния на другую производится системой управ31 2365

10 ления в момент естественного прохождения переменного тока фазы через нуль. Поэтому силовая часть предлагаемого регулятора может не иметь мощных коммутирующих устройств, а регулирование выходного напряжеHHK происходит без и скажения синусоидальной формы кривой тока, т. е. с высоким коэффициентом мощности. Максимальное быстродействие собственно регулятора составляет около /2 периода питающего напряжения.

Предмет изобретения

1. Регулятор на пряже ния переменного тока, содержащий трансформатор, каждая фаза вторичной обмотки которого разделена на и секций, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов регулятора при сохранении формы кривой выходного напрыкения, каждая секция вторичной обмотки трансформатора включена. в диагональ четыремплечевого моста, плечи которого образованы управляемыми. вентильными ключами с двухсторонней проводимостью, а мостовые схемы каждой фазы соединены друг с другом последовательно и

5 объединены общей системой управления, осуществляющей сложение, вычитание или исключение э. д. с. секций вторичной, обмотки из схемы суммирования напряжения на нагрузке, причем указанные секции каждой фа10 зы вторичной обмотки трансформатора выполнены таким образом, что их э. д. с относятся между собой как например числа 30:

:3 :3 :...: 3" —

2. Регулятор по п; 1, отличающийся тем, 15 что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения и уменьшения числа силовых полупроводниковых элементов, указанные мостовые схемы каждой фазы вторичной обмотки трансформатора

20 подключены последовательно к нерегулируемому источнику э. д. с., например к несекционированной части вторичной обмотки трансформм атор а.

312365 д = const

У= аг

Фиг.Ю

Составитель В. Круглова

Редактор В, В. Фельдман Техред Л. Л. Евдонов Корректор Т, А. Китаева

Заказ 2760/9 Изд. № 1139 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4(5

Типография, пр. Сапунова, 2