Устройство для регулирования трехфазного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН А П 9 М 5 Р С 05 Р 1 20 ЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт термофиэики и электрофизики АН ЭССР(56) 1Авторское свидетельство СССРР 851361, кл. С 05 Р 1/24, 1979.2Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2848391/24-07,кл. 0 05 У 1/20, 1979,(54.)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее односердечниковый междуфазныйавтотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов обмотки автотрансформатора, и ключевой коммутатор для переключения коэффициента трансФормации междуфазного автотрансформатора, включаемые последовательнос нагрузкой, о т л и ч а ю щ е ес я ,тем, что, с целью упрощенияи улучщения массогабаритных показателей, выводы для подключения нагрузки каждой фазы соединены с началом и концом обмотки междуфазногоавтотрансформатора через двухнаправленные управляемые ключи, а с отводами обмотки - через однонаправленные управляемые ключи, причем всеоднонаправленные управляемые ключи,соединенные с одним отводом обмоткиавтотрансформатора, имеют одинаковоенаправление проводимости, а ключи, Есоединенные с соседним отводом, имеют противоположное направление проводимости,С:Изобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспользовано, например, в качествеплавно регулируемого источника трехФазного напряжения с близкой к синусоидальной формой тока нагрузки, 5Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее односердечниковый междуФазный автотрансформатор с переключаемым коэффициентом трансформации 10и ключевой коммутатор, соединенныепоследовательно с трехфазной нагрузкой Ц ,В данном устройстве магнитныйпоток междуфаэного автотрансформатора изменяется с частотой, равнойчастоте напряжения питания, чтообусловливает относительно большуюмассу автотрансформатора.Кроме того, устройство характеризуется наличием большого количества, управляемых ключей.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для регулирования трехФазного напряжения, в котором магнитный поток автотрансформатора изменяется с шестикратной частотой питания 2).Недостаток известного устройстваобусловлен наличием большого количества отводов обмотки автотрансформатора, вызванным тем, что на каж"дом этапе работы одновременно используется только половина выводовавтотрансформатора. Кроме того, край.ние секции обмотки автотрансформатора используются только в течение половины периода напряжения питания,Это ведет к увеличению требуемогочисла витков всей обмотки, а следовательно, расчетной мощности и массы автотрансфсрматора.Цель изобретения - упрощениеустройства и улучшение его массогаба.ритных показателей.Поставленная цель достигается 45тем, что в устройстве для регулирования трехфазного напряжения, содержащем односердечниковый междуфазныйавтотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительнокрайних выводов, т.е, относительноначала и конца обмотки автотрансформатора, и ключевой коммутатор дляпереключения коэффициента трансформации междуфаэного автотрансформатора, включаемые последовательно снагрузкой, выводы для подключениянагрузки каждой фазы соединены с началом и концом обмотки междуфаэногоавтотрансформатора через двухнаправленные управляемые ключи, а с отводами обмотки - через однонаправленнйе управляемые ключи, причем всеоднонаправленные ключи, соединенныес одним отводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковое направ ление проводимости, а ключи, соедйненные с соседним отводом, имеютпротивоположное направление проводимостиВ результате такого выполненияустройства устраняются неполностьюиспользуемые крайние секции, обмоткиавтотрансформатора и тем самым уменьшается количество отводов обмоткиавтотрансформатора, Уменьшается также суммарное число витков обмоткиавтотрансформатора, что ведет куменьшению расчетной мощности и массы автотрансформатора.На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения, нафиг. 2 - временная диаграмма напряжения и таблица очередности.замыкания ключей,Устройство для регулирования трехфазного напряжения (Фиг, 1 ) содержит односердечниковый междуфазныйавтотрансформатор 1 и ключевой коммутатор 2, соединенные последовательно с трехфаэной нагрузкой 3, подключенной к трехфаэному источнику 4 питания. Обмотка междуфазного автотрансформатора с началом 5 и концом 6 имеет два отвода. 7 и 8, расположенные симметрично относительнокрайних выводов 5 и б, Ключевой коммутатор 2 состоит из управляемых однонаправленных ключей 9-26, причемвстречно-параллельно включенные пары однонаправленных ключей образуютдвухнаправленные ключи 9-10, 10-12,13-14, 15-16, 17-18 и 19-20. В качестве таких ключей можно применять, например, транзисторы в ключевом режиме или же тиристоры спринудительной коммутациейВыводы 27-29 каждой фазы нагрузки соединены с началом 5 и концом б обмоткимеждуфазного автотрансформатора 1через двухнаправленные управляемыеключи 9-10, 13-14, 17-18 и 11-12,15-16, 19-20, а с отводами 7 и 8обмотки автотрансформатора - черезоднонаправленные управляемые ключи 21-26.Устройство для регулированиятрехфазного напряжения работаетследующим образом.В каждый момент времени во включенном состоянии находятся в общемслучае три ключа (один в каждойФазе). Соответственно один из трехвыводов 27-29 для подключения трехфаэной нагрузки соединен с однимиз отводов 7 и 8 обмотки автотрансформатора через один однонаправленный ключ, а два остальных выводадля подключения трехфаэной нагрузки соединены с началом 5 и концом бобмотки автотрансформатора черездвухнаправленные ключи. Так как видеализированном случае суммарнаянамагничивающая сила обмотки авто- трансформатора равна нулю, то это позволяет при анализе работы пренебречь намагничивающим током. Соответственно ток включенного однонаправленного ключа в обмотке авто- трансформатора распределяется на две составляющие, которые по направлению противоположны и по абсолютной величине обратно пропорциональны числам витков соответствующих 1 О частей обмотки автотрансформатора. При этом ток включенного однонап-, равленного ключа одновременно является током нагрузки одной фазы, а токи в двух частях обмотки авто трансформатора являются соответственно токами нагрузки остальных двух Фаз.Регулирование величин токов и напряжений нагрузки достигается, 20 как и в известных схемах фазового регулирования, изменением сдвига фазы включения управляемых ключей относительно напряжения питания. При этом регулирование возможно как25 с отстающим, так и с опережающим током.Рассмотрим интервал работы устройства, когда включены управляемые ключи 14, 19 и 21 (фиг, 1) . В этом случае через однонаправленный ключ 21 вывод 27 соединен с ство" дом 7, Выводы 28 и 29 соединены соответственно через ключи 18 и 15 с началом 5 и крнцом 6 обмотки автотрансформатораТок ключа 21 является одновременно током нагрузки 1 А в фазе й . Отвод 7 делит обмотку Ч.б= И между выводами 5 и б на две части И 7 и У 6. Токи в этих частях обмотки являются одновремен но токами нагрузки Э и о с обратным знаком. Так как согласно изложенному величины токов в частях обмотки обратно пропорциональны числам витков, то в данном случае . 45 где у - сдвиг между фазным напряжением питания и фазным током.На фиг. 2 показаны также временные диаграммы напряжения БА питания фазы Д , шести потенциально возможных напряжений У 1 - Бц, соответствующих различным коэффициентам трансформации междуфазного антотрансформатора, и напряжения ВА нагрузки, сформированного из отрезков шести синусоид Б 1 - у, прн замыкании ключей согласно таблице коммутации ключей на Фиг. 2. Кроме того, показана диаграмма напряжения ПА обмотки междуфазного автотрансформатора, Кривые напряжений 07 В, 0 нагрузки в остальных Фазах аналогичны кривой 11 А.Требования, предъявляемые к системе управления предлагаемого устройства и системе управления выпрямителей, совпадают, К этим требованиям относятся; порядок следования .управляющих импульсов, симметрия, их синхронизация с сетью, диапааон изменения угла управления, помехозащищенность и т,д. При этом в 50 с,со 515: со 545 соэ 75,ф 5-7с вФСоответственноа,., . а)А В с э А 1 ) эВ целях исключения иэ тока и напряжения нагрузки высших гармоник ниже одиннадцатой отношения токов необходимо выбрать равными А,8,с = :со 91 Ф;(.соМ 5 бЦ.соМ чему соответствует отношение числа витков 7-6 575 Ь В60 В этом случае числа витков секцийИ 7, М 1.8 и ЧВ 6 равны соответственно.0,268, 0,464 и 0,268 от суммарного 65 числа виткон обмотки Ю 6 = Ч(М;=0,268 Ъ 1, Ъ 17.8= 0 46411 148 6= 0 268 ъ).Весь период напряжения распределяется на двенадцать равных интервалов. Следующий интернал начинается включением управляемых ключей 15, 18 и 21, выключением ключей 14 и 19 и, соответственно, соединением ны" нодон,28 и 29 с концом 6 и началом 5 обмотки автотрансформатора через ключи 15 и 18, В результате точки подключения выводов 28 и 29 меняются местами и н течение данного интервала1Авс ф+17.6 М фв 7-со 515. (-со 575 ф 1:(- сов 5). В течение периода напряжения питания управляемые ключи 9-20 включаются согласно таблице очередности замыкания ключей, приведенной на Фиг.2,причем каждое изменение интерваласопровождается ступенчатым изменением отношения фазных токов,При увеличении числа отводов обмотки антотрансформатор и соответственно частоты переключений ступенчатое изменение Фаэных токов приближается нсе большие к,случаю с неискаженными синусоидальными токами, когда отношения Фазных токов изменяются по законуАВс = С 05(Я 1 Ф ср 1 с 05(у 1+ ц -2 ЙЪ ), 1076884обоих случаях очередность работы ключей определяется структурой и фазностью (пульсностью) силовой части и включение очередных вентилей или ключей происходит через промежутки, равныеЫ 1 в, где и и У - угловая частота и период напряжения питающей аети, ш - фазность схемы выпрямителя преобразователя) по частоте пульсацийв выходном напряжении,Приведенные требования в основном выполнены в одноканальных синхронных системах управления выпрямителей, обладающих более высокой симметрией управляющих импульсов 10,5 элФград.Предлагаемое устройство для ре гулирования трехфазного напряжения по сравНению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, характеризуется простотой и улучшенными массогабаритными показателями в результате того, что в немуменьшено требуемое количество секцийобмотки автотрансформатора от пятисекций до трех, а тем самым и количество отводов от четырех до двух.С уменьшением количества секций улучшается также технологичность изготовления обмотки автотрансформаторапредлагаемого устройства, так как 10 уменьшается требуемое количество типоразмеров обмоточного провода оттрех типоразмеров у базового объекта, в котором крайние и промежуточные секции имеют различную от сред ней секции обмотки токовую нагрузку,причем секции, расположенные симметрично относительно средней секции,имеют одинаковую токовую нагрузку,до двух типоразмеров у предлагаемогоустройства, в котором крайние секции имеют одинаковую, но отличнуюот средней секции токовую нагрузку.1076884 О чиреднаслв замынанця нлюч г,Л Составитель Г.Иыцыкктор А.Огар Техред И,Тепер Корректор О.Бил одписное 4 лиал ППП "Патент", Р.ужгород, ул.Проектная, 4 747/45 ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Жираж го ко й и оРауш 2тета СССрытийая наб.,