Регулятор переменного напряжения

,901511 15 ц 4 С 05 Р 1/3 е ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ оде выбора углов упторов 714 однойазреобраэователей 5 н 6разницы фаэ и знаков годаря с равлен и х мостовых езависимо о ходного напряже ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) 621,316.722,1(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР890378, кл. С 05 Г 1/24, 1979.Авторское свидетельство СССР960769, кл, С 05 Г 1/30, 1980, (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к элетротехнике и может быть использовано дл регулирования напряжения мощных электропотребителей. Цель изобретения повышение надежности работы, улучшение Йормы кривой и гармонического состава, а также повышение стабильности величины выходного напряжения, Выходное напряжение равно сумме напряжений сети и основной обмотки 4 трансформатора 1. Цель достигается напряжения и тока Управляющие импульсы на тиристоры 714 подаютсяв благоприятные с точки зрения коммутации моменты времени, что приводит к повышению надежности, Преобразователи 5 и 6 используются в качестве переключателей для переключения полярности напряжений, подводимых к правой и левой частям схемы, образованным соответственно обмотками 17, 3 и обмотками 16, 2 дросселя 15 и трансйорматора 1. Постоянный ток, создаваемый в преобразователях 5 и 6, складывается с переменным током нагрузки и исключает спадание тока в тиристорах 714 до нуля на рабочем интервале времени. Обеспечение симметрии напряжения обмотки 4 относительно напряжения сети приводит к улучшению Йормы и гармонического состава вы 23 15173Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля регулирования напряжения мощных электропотребителей.Цель изобретения - повышение надежности работы, улучшение формыкривой и гармонического состава, а также повьппение стабильности вели 10чины выходного напряжения РПН,На фиг. 1 приведена принципиальная схема регулятора переменногонагружения (РПН); на фиг, 2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу РПН,15Регулятор переменного напряжениясодержит трансформатор 1 с двумя первичными вольтодобавочными 2 и 3 иодной вторичной основной 4 обмотками, два однофазных мостовых преобразователя 5 и 6, собранных на тиристорах 7-10 и 11-14 соответственно,и двухобмоточный дроссель 15 с обмотками 16 и 17. Обмотки 2 и 3 тран 25сформатора 1 соединены последовательно с обмотками 16 и 17 двухобмоточного дросселя 15 и включены в цепьпостоянного тока однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5и 6 соответственно, причем обмотка2 трансформатора 1 включена согласнос обмоткой 16 дросселя 15, а обмоткаУ встречно с обмоткой 17,Основная обмотка 4 трансформатора1, в которой создается вольтодобавочное напряжение, включена между входным и выходным выводами РПН.На фиг, 1 обозначено: Г, РпиГ ы - соответственно напряжения сети,обмотки 4 трансформатораи на выходе РПН, на фиг. 2 по осям показано:18 - напряжение сети Г , 19 и 20 -напряжения Г и Г на выходах однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 соответственно, 4521 - напряжение Г,на двухобмоточном дросселе 15, 22 - напряжение Бобмотки 4 23 - напряжение Г наЭВыХвыходе РПН.В процессе работы схемы, представленной на фиг 1, в каждом иэ однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 тиристоры включаются и отключаются попарно путем поочереднойподачи отпирающих импульсов на ту па ру тиристоров, на которой в моменткоммутации напряжение сети Г действует в прямом направлении тиристоров, Причем, сумма углов управления 8 4пар тиристоров каждого однофазного тиристорного мостового преобразователя равна (36 ц - аа) эл.град а сумма соответствующих пар тиристоров разных однофаэных тиристорных мостовых преобразователей - 180 эл. град. Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы постоянная составляющая тока на выходе однофазных . тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 превышала переменную составляющую, что достигается путем задания величины дЫ, которая практически находится в пределах нескольких эл.градусов. На диаграммах фиг,2 угол йиз-за малости не указан,т.е. рассмотрен идеальный случай, когда ак тивное сопротивление цепи обмоток 2,3 трансформатора 1, равно О.Допустим, к моменту времени, соответствующему углу (фиг.2), работают тиристоры 8,9 и 12,13 а напряжения1) .и Г на выходах однофаэных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 противоположны напряжению Г сети, как показано на фиг. 2 по осям 19 и 20 соответственно, При угле) подаются отпирающие импульсы на тиристоры 7 и 10. При этом под действием напряжения Г с сети эти тиристоры отпираются, а тиристоры 8 и 9 запираются, в результате чего напряжение Г на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 5 меняет свой знак и начинает совпадатьс напряжением Гс сети, При угле 1 иц,и180 - Ы подаются отпирающие импульсы на тиристоры 11 и 14, в результате чего зти тиристоры отпиратся, а тиристоры 12, 13 запираются и напряжение С на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 6 также меняет свой знак и начинает совпадать с напряжением Гс сети, При угле Ы ,= 360 -1,отнирающие импульсы подаются на тири, сторы 12 и 13, что приводит к отпиранию тиристоров 12, 13 и запираниютиристоров 11, 14. Начиная с моментавремени, соответствующего углу о знапряжение Г на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 6, меняя свой знак, вновьпротивоположно напряжению Г, сети.Далее, подавая отпирающие импульсы на тиристоры 8, 9 при угле Ы9,9360 - ,и т.д., получим.диаграммы напряжений Пи Г , пред 151738Оставленных на Фиг, 2 по осям 19 и 20 соответственно.Так как обмотки 16 дросселя 15 и 2 трансформатора 1 включены согласно-последовательно, а обмотки 17 дросселя 15 и 3 трансформатора 1 встречно-последовательно то, когда намагничивающие силы обмоток дрос-. селя 15, вызванные напряжением сети, складываются, намагничивающие силы первичных обмоток трансформатора 1 должны вычитаться или же, наоборот, когда указанные намагничивающие силы складываются в трансформаторе 1, должны вычитаться в дросселе 15. В связи с этим каждый раз, когда напряжение, прикладываемое на левую (на последовательно включение обмотки 16 и 2) части схемы изменяется по направлению в результате переключения тиристоров мостовых преобразователей 5 и 6, указанное напряжение переходит от трансформатора 1 на дроссель 15 или обратно,Например, рассмотрим состояние схемы фиг, 1 на отрезке времени, соответствующем участку 0 + с, , указанному на Фиг.2, На данном отрезке времени начала обмоток 16 и 17 дросселя 15 подключены через открытые тиристоры 9 и 13 к одному и тому же входному выводу, Т,е, напряжение сети приложено к обеим обмоткам дросселя 15 в одинаковом направлении. Поэтому магнитные потоки этих обмоток, связанные с напрядением сети складываются, А начала .обмоток 2 и 3 трансформатора 1 на данном отрезке времени подключены через обмотку дросселя 15 и мостовые преобразователи 5 и 6 разным входным выводам, Поэтому на участке 0 - Ы,напряжение на дросселе 15 равно напряжению сети, а напряжение на трансформаторе 1 равно нулю.Нетрудно убедиться в том, что начиная с момента времени, соответствующего углу, , когда про 7, 1 о фисходит переключение тирис то ро в и рео бра зов ателя 5 , условия сложения соответствующих магнитных и отоков обмоток дросселя 1 5 и т рансфо рма то ра 1 изменяютс я; указанные потоки в трансформаторе 1 склады- в аютс я , а в дро с с ел е 1 5 вычитаются , Поэтому на участке о,- ы , , напряжение на дро с с еле 1 5 равно нулю , 50. как все остальные углы определяютсяиэ условия с,+ о 8= 360 -1Ы , и + о(= 360 - Дс(1 Ы 7,1 о+ с 11 и=180,Угол Ы, регулируется в зависимости от требуемого напряжения на выходе регулятора и каждому значениюсоответствует определенная диаграмма выходного напряжения, которая получается как сумма напряжений сети 5101520 25 3035 40 45 а трансформатор 1 работает так же, как и обычный трансформатор, первичная обмотка которого состоит из двух параллельных ветвей - обмоток 2 и 3, Следовательно, ЭДС (т.е.напряжение) вторичной обмотки и трансформатора 1 отличается от ЭДС первичной обмотки, равной и противоположной напряжению сети, на величину коэффициента трансформации,цст,е, ц = - в , Кривая вольтодод К,баночного напряжения построена согласно следующему равенству:1ц цб- цг -цс- цс Ь тт т и имеет вид, показанный на фиг,2 по оси 22.Преобразователи 5 и 6 практически используются в качестве обычных переключателей для переключения полярности напряжений, подводимых к. правой и левой частям схемы Фиг.1, но так как такое переключение осуществляется в течение каждого периода напряжения сети, и тиристоры не являются полностью управляемыми элементами, работа укаэанных переключателей подчинена определенным условиям: чтобы на выходе переключателей не возникала большая постоян- .ная составляющая напряжения, сумма моментов каждого переключения близка к 360 эл,град, а чтобы тиристоры не выключатлись самопроизвольно в моменты прохождения переменного тока через нуль, переключатели собраны по схеме мостового выпрямителя, благодаря чему в тиристорах схемы создается дополнительный постоянный ток, который складывается с переменным током нагрузки и исключает спадание тока в тиристорах до нуля на рабочем интервале. Из четырех углов управления о, с 9,,и и Ы только один может быть выбрано произвольно в пределах 0-180 , таки вольтодобавочной обмотки и приведена на фиг. 2 по оси 23,При угле ст,то = О (и значенияхдругих углов управления, определяемых Углом ст, 1 напРЯжение тП обмотки 4 трансформатора 1 состоит изполных полупериодов синусоиды, т.е,имеет форму синусоиды. С увеличениемУгла Ы,полУпеРиоды напРЯжениЯ Птвд 10(сужаются и состоят из симметричныхучастков синусоиды. При угле п=90 эл. град, напряжение Р иО.При дальнейшем увеличении угла7 1 ополупериоды напряжения т ь вновь 15расширяется, но с обратным знаком,и при Ы,= 180 эл,град. становятся полной синусоидой,В соответствии с этим с изменением угла сот 0 до 180 эл,град 20напряжение Бп на выходе РПН будетизменяться в пределахдд маркс тт псат. с +вд максгде Б; максимальное значение 25вд маркснапряжение твд обмотки4 трансформатора 1,Причем при номинальном, среднем имаксимальном значениях холодногонапряжения его коэффициент гармоник 30равен нулю, в то нремя как в схемахпрототипа и аналогов предлагаемогоРПН коэффициент гармоник выходногонапряжения равен нулю только при егомаксимальном и минимальном значениях.А при среднем значении выходного напряжения его коэффициент гармоник достигает максимума. Поэтомупри одинаковых пределах регулирования выходного напряжения коэффициентгармоник выходного напряжения впредлагаемом РПН меньше, чем у известных в 2 раза,В реальном случае, когда Я к Ф 0из-за неравенства площадей положительных и отрицательных участков диаг рамм, представленных на фиг. 2 поосям 19 и 20, на выходах однофазныхтирисгорных мостовых преобразователей5 и 6 появляются постоянные составляющие напряжений, под действием которых поддерживаются необходимые постоянные составляющие токов и их выходных цепях.Режим, при котором УГлы Упранления преобразователей 5 и б связанымежду собой условием Ы , + Ы=180 элград. является одним из возможньж режимов работы регулятора, Од- г како в общем случае соблюдение этого условия не обязательно, Работоспособность устройства не нарушается и тогда, когда преобразователи 5 и 8 управляются независимо друг от друга, Они могут быть подключены даже к совершенно разным источникам питания с разными напряжениями и частотами, В частности, один из указанных преобразователей вообще может быть закорочен, Во всех этих случаях напряжение 1.пд вторичной обмотки 4 трансформатора 1 будет определяться указанным равенством. Например, если будет закорочен преобразователь 6, т.е. тт = О, то согласно указанному равенству будем иметьввт.тК т е кривая напряжения 1 Втф Вд в ином масштабе будет повторять кривую напряжения 11.Технико-экономическая эффективность РПН по сравнению с прототипом заключается в повьппении надежности работы, снижении эксплуатационных расходов из-за отсутствия необходимости высококвалифицированного ухода (поскольку не требуется применение сложных средств для обеспечения нормальной работы), улучшении экономических характеристик потребителей ввиду лучшего качества выходного напряжения, Надежность коммутации тиристоров повышается из-за невозможности произвольного изменения тока и коммутационного напряжения в момент коммутации, Кроме того, н предлагаемом устройстве управляющие импульсы на тиристоры могут быть поданы в благоприятные с точки зрения коммутации моменты времени.При использовании данного РПН зна-, чительно облегчается задача фильтрации высших гармонических составляющих выходного напряжения, поскольку выходное напряжение РПН содержит гармонические составляющие только нечетного порядка, которые не изменяются в зависимости от нагрузки. При включении трех РПН по трехфазной схеме для питания трехфазных потребителей из-за взаимного уничтожения в линейных напряжениях гармонических составляющих кратных трем выходное напряжение устройства значительно приближается к синусоиде, что дает возможность применять РПН без применения каких-либо дополнительных фильтрующих устройств.9 15 Формула изобретенияРегулятор переменного напряжения, содержащий трансформатор с одной основной и двумя вольтодобавочными обмотками и однофазный тиристорный мостовой преобразователь, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы, улучщения формы кривой и гармонического состава, а также повышения стабильности величины выходного напряжения, в него введены двухобмоточный дроссель и дополнительный однофазный тиристорный мостовой преобразователь, причем первая вольтодобавочная обмотка трансформатора соединена согласно последовательно с одной из обмоток двухобмоточного дросселя и включена в цепь постоянного тока однофазного тиристорного мосто 11738 10вого преобразователя, а вторая вольтодобавочная обмотка трансформаторасоединена встречно последовательно сдругой обмоткой двухобмоточного дросселя и включена в диагональ постоянного тока дополнительного однофазного тиристорного мостового преобразователя, основная обмотка трансформатора включена между входными выходным выводами, а диагоналипеременного тока однофазных тиристорных мостовых преобразователейподключены к входным выводам, кроме того, сукка углов управления партиристоров каждого однофазного тиристорного мостового преобразователя равна 360 , а сумма углов управления соответствующих пар тиристоров разных однофазных мостовыхпреобразователей - 180