Устройство для регулирования переменного напряжения

Устройство для регулирования переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

.! ВО..";.Ф!(М. ИМ1 ЯЩЦ й.,(." - " " .ь ИИ Ь:,(",:(АЙ б ЯИ0т. .. . А

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 0504.76 (21) 2341861/24-07 (51)М. Кл.

G 05 F 1/22//

Н 02 М 5/12 с присоединением заявок Р 2450328/07 и

2474430/07 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 300580. Бюллетень ¹ 20

Дата опубликованияопчсания 05.06.80 (53) УДК 621.316. .722(088.8) (72) Автор изобретения

A. Г. Савин

Калининский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (73) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

2, 1

Изобретение относится к области электротехники, в частности преобра-, зовательной техники, и может быть использовано, например, для регули- рования или стабилизации напряжения электропотребителей.

Известны устройства, содержащие включенный последовательно с нагрузкой вольтодобавочный трансформатор, Первичные обмотки которого соединены с сетью с помощью тиристорных ключей с фазовым управлением. В этих устройствах уменьшается токовая нагрузка вентилей при соответствующем увеличении рабочего напряжения(11и(2);т5

Недостатком указанных устройств является искажение формы выходного напряжения.

Целью изобретения является улуч- 2О шение формы кривой выходного напряжения, что позволяет при заданной степени искажений расширить диапазон регулирования.

Указанная цель достигается тем, 25 что в устройстве для регулирования переменного напряжения, содержащем вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого включены между входными и выходными выводами 3() устройства, а вторичные обмотки через вентильный блок на ключевых элементах связаны c" входными выводами, вентильный блок выполней в виде двух преобразователей переменного тока в постоянный, выходы которых соединены между собой непосредственно, причем вход первого преобразователя соединен с выводами вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, а втоРого преобразователя - с входными выводами устройства. В качестве ключевых элементов первого преобразователя могут быть использованы встречно-параллельно соединенные управляемые вентили, а второго преобразователяуправляемье вентили.

С целью упрощения при регулировании выходного напряжения только в сторону понижения, в качестве ключевых элементов первого преобразователя использованы неуправляемые вентили, а второго преобразователя — управляемые вентили, причем выход преобразователей включен встречно-параллельно °

С целью упрощения при регулировании выходного напряжения только в сто. рону повьыения, в качестве ключевых

3 737928 элементов первого преобразователя использованы встречно-параллельно сое-. диненные управляемые и неуправляемые вентили, а второго преобразователя - . неуправляемые вентили, причем выпрямленное напряжение второго преобразователя является запирающим по отнощенйю к неуправляемым вентилям первого преобразователя.

На Фиг. 1 дана блок-схема устройства на Фиг. 2 — принципиаЛьная схема трехфазного варианта устройства с. мостовым преобразователем; на фиг. 3 и 4 - - диаграммы работы устройства при регулировании напряжения в сторону понижения и повышения от уровня сети; на фйг. 5 и б — упрощенные варианты для регулирования только в сторону повышения или понижений от уровня сети, соответственно; на фиг. 7-9— диаграммы напряжений на нагрузке для трехфазных, однофазных и условно две- 20 надцатифазных схем. устройство содержит вольтодобавочнцй трансформатор 1, первичные обмОтки которого включены последовательно. между входными и выходными выводами д5 устройства, а вторичные подключены к ппреобраэователю 2 переменного тока в постоянный. преобразователь 2 соединен выводами постоянного тока в точках а и б, со вторым преобразователем 3, связанным с входными выводами.

В общем случае устройство может иметь различное число фаз, в нем могут использоваться различные схемы преобразования и различные типы ключевых элементов. Поэтому принцип его действия рассмотрим применительно к трехфазному варианту, при выполнении преобразователя 2 по трехфазной мостовой схеме и при использовании в качестве ключевых элементов в нем встречно- 40 параллельно соединенных тиристоров.

Преобразователь 3 может быть в этом случае выполнен по любой полностью управляемой преобразовательной схеме.

Работа устройства изменяется в за- 45 висимос йи от направления регулирования

Напряжения. Рассмотрим случай регулирования в сторону понижения напряже нйя от уровня сети. Будем счйтать, что по обмоткам трансформатора проте- я кают синусоидальные токи, образующие трехфазную симметричную систему. Принятое за "положительное направлеййе вторичнйх токов на Фиг, 2 обозначено стрелками.—

B рассматриваемом случае тиристоры 7 -Т отпираются системой управления в таком порядке, что в каждый момент времени открыты те вентилй, про» водящее направление которых совйадает с текущим направлением вторичных то- 40 ков à ПоэтоМУ тирис торы T -T6 будут открываться в соответствии с диаграмм"

f мами на фиг. 3, б-r. Тиристоры Т„-Т6 в этом случае не работают. При пере -ключеяии тирйсторов Т -Ть входные вы- 65 ..! воды АЗВ С преобразователи 2 будут попеременно подключатьсяк точкам а и 4 цепи постоянного тока. Преобразователь 3 в рассматриваемом случае работает в инверторном режиме, поэтому потенциал точки 8 положителен, а точки а — отрицателен. При укаэанной полярности обЕсйечивается естествен ная коммутация тиристоров. Благодаря наличию напряжения между точками а и яа выводах A В С будут существовать линейные напряжения, форма кото. Рых показана на диаграмме (фиг. 3, д), Поскольку эти напряжения одновременно приложейы к вывОдам вторичной обМоТКН вольтодобавочяого трансформатора, в них будут наводиться ЭДС, форма которых зависит от схемы соедине- ния этих обмоток. При соединении треугольником ЭДС будут иметь форму пОказанную на фиг. 3, д при соединении

Р звездой — на фиг. 3, е.

Наводймые в первичных обмотках вольтодобавочного трансформатора ЭДС находятся в противофазе с током нагрузки. Поэтому при активной нагрузке онн будут вычитаться из входного напряжения. В результате выходное напряжение будет иметь форму, показанную на фиг. 7, а, в, для соединения обмоток треугольником и звездой, соответственно.

Поскольку величина ЭДС в обмотках трансформатора определяется величиной напряжения 0д в цепи постоянного тока, то регулирование выходного напряжения осуществляется изменением угла управления вентилей преобразователя 3.

Так как преобразователь 3 должен только управлять величиной Пд, то его схема соединения вентилей и источник питания переменным напряжением принципиального значения для работы устройства не .имеют.

Рассмотрим процесс регулирования напряжения в сторону увеличения от уровня сети. Для этого необходимо изменить направление ЭДС в обмотках трансформатора 1, что достигается изменением полярности напряжения в цепи постоянного тока (точка ñ(— положительна, точка Ю - отрицатель на1.

Это осуществляется переводом преобра зователя 3 иэ инверторного режима в выйрямительяый путем соответствующего изменения угла управления его вентилей.

Работоспособность преобразователя

2 в этом режйме обеспечивается применением двухстуйенчатой коммутации вентилей, для чего вентили Т -Т заб

ыунтированы встречно-параллельно включенными вентилями Т -Тб

/ 1

Рассмотрим порядок переключения, вентилей в Фазе и (фиг. 2, 4) . Пусть до момента tg, открыт тиристор Т . В момент t запирается тиристор Т вследствие прекращения тока и одновременно

737928

i отпирается тиристор Т, поэтому при изменении направления ток будет. протекать через него. Под действием небольшого падения напряжения на Т, npouci ходит восстановление вентильной прочности тиристора Т1 . С эапаздываиием на интервал о относительно t> отпирается тиристор То противоположного плеча, при отпирании которого тиристор

TI закрывается, поскольку напряжение

Щ являетс я для него запирающим. В следующий полупериод аналогично происходит переключение тока с тиристо» ра Т„на тиристор Т1 . В других фазах процессы повторяются с соответствующим сдвигом во времени.

Таким образом, в рассматриваемом режиме также обеспечивается естественная коммутация вентилей, а наличие интервала между периодами проводимости вентилей противоположных плеч создает надежные условия для восстановления вентильной прочности и исключает возможность замыкания в этом режиме цепи постоянного тока.

Двухступенчатая коммутация не изпервичной обмотки вольтодобавочного трансформатора Е .„ будут складываться геометрически (фиг. 5, б), что позволяет при неизменной величине е т РегулиРовать выходное напряжение 02 . IIocTOBHGTBO величины Е означает постоянство напряжения в цепи постоянного тока. При регулировании напряжения s сторону увеличения преобразователь 3 работает в выпрямительном режиме. Выйрямительный режим и постоянство величины Пд позволяют выполнить Преобразователь

3 неуправляемым. Неизменное по знаку и запирающее по отношению к тиристорам Т, -Т напряжение 0д позволяет

1 ь заменить их на .неуправляемые вентили

Вg вб

Из изложенного следует, что система управления преобразователя 2 должна осуществлять изменение угла б и поэтому она должна быть синхронизирована с токами в обмотках трансфор матора. Однако из векторной диаграммы (фиг. 5, б) следует, что изменение уг ла Ф привбдит к иэмейению угла меняет формы ЭДС в обмотках вольтодобавочного трансформатора, появляется лишь сдвиг между этими ЭДС и токами на интервал 4 . Поскольку при стандартной частоте сА = 5, можно о считать, что ЭДС вольтодобавочного трансформатора и входное напряжение при активной нагрузке складываются арифметически..Тогда выходное напряжение будет иметь форму, показанную на фиг. 7, б и в. Изменение выходного напряжения в этом режиме также осуществляется воздействием на угол управления преобразователя 3.

При ограничении диапазона регулирования выхо (ного напряжения устройство может быть упрощено.

Так при регулировании выходного напряжения только в сторону увеличения пб сравнению с входным, в преобразователе 2 ключевые элементы выполняются в виде встречно-параллельного соединения управляемых и неуправляемых вентилей, а преобразователь 3 выполняется неуправляемыа (фиг. 5д а) . При этом удешевляется силовая часть устройства и значительно упрощается система управления вентилями

Принцип работы устройства в этом случае может быть пояснен следующим образом. При регулировании напряжения в сторону увеличения с помощью основного устройства применяется двухступенчатая коммутация,при которой между токами и ЭДС вольтодобавочного трансформатора появляется сдвиг на! угол А . В основном устройстве он постоянен. Если его изменять путем регулирования момента отпирания. тиристоров Т -Р отйосительно моментов пе -

1 рехода токов через ноль, то при больших. входное напряжение U< и ЭДС

30 причем между этими углами существует однозначное соответствие. Угол р определяет момент отпирания тиристоров

Т -Т относительно входного напряже1 6 ния. Поэтому трехфазный мостовой вариант преобразователя 2 может быть реа- лизован на основе стандартного управляемого преобразователя со стандартной .синхронизированной относительно напряжения системой управления, путем добавления к нему встречно-параллельно включенных неуправляемых вентилей, При регулирбванйи напряяйзния в сторойу понижения от уровня входного в преобразователе 2 в качестве ключевых элементов йспользуются неуправля40 емые вентили, а преобразователь 3 выполняется управляемым и работает в инверторном режиме (фиг. 6) . Возможнбсть такого упрощения преобразователя 2 вы" текает из того факта, что в рассмат4 риваемом режиме напряжение в цепи по-. стоянного тока является для вентилей запирающим, и поэтому они будут открываться только в тот период, когда направление переменных токов будет со 0 ответствовать их проводящему направлениюю.

=Описанный принцип работы мостового трехфазного преобразователя 2 может быть легко распространен и на другие схемы преобразования: однофаэную мостовую, трехфазиые двухмостовые условно — двенадцатифазные, однофаз" ные и трехфазные нулевые двухполупериодные. Число фаз и схема соединения ключевых элементов преобраэовате60 ля 2 обуславливают закон переключения этих элементов, что определяет орму ЭДС вольтодобавочного трансформатора и степень искажения выходного напряжения. Для примера на фиг. 8

65 и 9 показаны формы ЭДС (а) и выходно- .

737928 го напряженйя (б, в) для однофазны»tt условно-двенадцатифазны» схем.

Иэ сопоставления диаграмм на фиг. 7, 8, 9 следует, что увеличение числа фаз выпрямления приводит к уменьшению степени искажения выходного напряжения и позволяет увеличить диапазон регулирования.

Формула изобретения

1, Устройство для регулирования переменного напряжения, содержацее вольтодобавочный трансформатор, первячнйе обмотки которого включены между входными и выходными выводами устройства, а вторичные обмотки через 15 вентильный блок на ключевых элементах связаны с входными выводами, о т - л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, вентильный блок выполнен в ви-Щ де двух преобразователей переменного тока в постоянный, выходы которых соединены между собой непосредственно, . причем вход первого преобразователя соединен с "вьйодами вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора, а ,вход второго - с входными выводами устройства ..

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю ц е е с я тем, что в качестве

;ключевык элементов первого преобразователя использованы встречно-параллельно соединенные управляемые вентили, а второго преобразователя — управляемые вентили.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью упроцения при регулировании выходного напряжения только в сторону повыаения, s качестве ключевых элементов первого преобразователя использованы встречнопараллельно соединенные управляемые и неуправляемые вентили, а второго преобразователя — неуправляемые вентили, причем выпрямленное напряжение второ-. го преобразователя является эапираюцим по.отношению к неуправляемик вентилям первого преобразователя, .

4. Устройство по п.. 1, о т л ич а ю ц е е с я .тем, что, с целью. упроцения при регулировании выходного напряжения только в сторону понижения, в качестве ключевых элементов первого преобразователя использованы неуправляемые вентили, а второго преобразователя — управляемые вентили, причем выход преобразователей включен встречно-параллельно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 290380, кл. Н 02 М 5/00, 1971..

2. Авторское свидетельство СССР

Р 471575, кл.. 0 05 Г 1/38, 1975. 737928 рве.l

d

ЦНИИПИ Заказ 2663/29

Тираж 956 Подписное

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