Трехфазный регулятор переменного напряжения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сотоз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23)ПриоритетОпубликовано 23.08.80. Бюллетень Ю 31Дата опубликования описаиия 25.08.80 Н 02 М 5/12 Государственный комитет по делам нзобретеннй н открцтнй(7 т) Заявитель Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) ТРЕХФАЗНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ3Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти приме -нение в различных регуляторах переменного напряжения.Известны устройства для регулирова -ния переменного напряжения, содержашиетрансформатор, первичные обмотки которого подключены к сети, а крайние выводы вторичных обмоток закорачиваютсядвумя трехфазными выпрямительнымимостами с тиристорами на выходе,Регулирование осуществляется путемкоммутации тиристоров с частотой выше,чем частота сети 1 и 2,К недостаткам этих устройств следует отнести большую установленнуюмошнесть трансформатора, ухудшенныйгармонический состав выходного напряжения, а также невозможность регувтрования и сторсну увеличения выходногонапряжения. Основным назначением таких устройств является широкодиапазонное регулирование величины выходногонапряжения от нуля до номинального,Для случаев стабилизации переменно-,го трехфазного напряжения находят применение регуляторы, аналогичные по принципу действия указанным выше, с ограниченным диапазоном регулирования, что в свою очередь позволяет уменьшить массо - габаритные показатели устройств.Это достигается тем, что регулируется только часть из обшего потока энергии, направляемой в нагрузку. Благодаря этотому уменьшается вес регулятора, повышается качество выходного напряжения и его КПД.Так, известны трехфазные регуляторы 15переменного напряжения содержащие один 41 либо два 3 вольтодобавочных трансформатора со вторичными обмотками, включенными последовательно с нагрузкой. Оба указанных устройства идентичны друг другу, так как каждое иэ них осуществляет регулирование напряжения вольтодобавки на нагрузке путем, например, широтно-импульсной модуляции. Однако устройство 3 отличает8427 4 45 50 55 3 75 ся большими аппаратными затратами, включая в себя наряду с двумя трехфаз - кыми вольтодобавочными трансформаторами один трехфазный и три однофазных ключей переменного тока.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфазный регулятор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор со вторичными обмотками, включенными последовательно в цепь нагрузки и два основных трехфазных выпрямительных моста с тиристорами на выходе, одноименными электродами, соединенными между собой через коммутирующие конденсаторы 41.В этом регуляторе регулирование выходного напряжения осуществляется путем широтно-импульсной модуляции выходного напряжения за счет реверсирования напряжения вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора.Основным недостатком такого регулятора является ухудшенный гармонический состав напряжения на нагрузке, что проявляется в повышенных установленных мощностях выходного фильтра высших гармоник. Это объясняется тем, что устройство осуществляет двухполярную модуляцию напряжения вольтодобавки, тогда кях необходимое регулирование выходного напряжения достигается изменением скважности прямой или обратной полярности напряжения вольтодобавочного трансформатора, Наиболее значительноухудшается гармонический спектр при номинальном напряжении на входе регулятора (так как в этом случае скважность импульсов напряжения вольтодобавки на вторичной обмотке трансформатора равна 0,5), Вторым недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, что связано с тем, что оба трехфазных кшоча переменного тока (в качестве которых служат трехфазные выпрямительные мосты с тиристорами ка выходе) необходимо рассчитывать ня работу от удвоенного напряжения питающей сети, так кях обе группы первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора включены понулевой схеме.Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного напряжения в заданном диапазоне его регулирования ( стабилизации) . 11 оставлекная цель достигается тем,что регулятор снабжен двумя пополни 5 10 15 20 25 30 35 40 тельными трехфазными выпрямительнымимостами с тиристорями на выходе, силовые электроды которых также соединенымежду собой через дополнительно введенные коммитирующие конденсаторы, ипитающим трансформатором, первичныеобмотки которого подключены ко входнымвыводам регулятора, а начала и концыпервой и второи групп его вторичныхобмоток подсоединены соответственноко входам переменного тока основныхи дополнительных выпрямительных мостов, причем начала и концы первичныхобмоток вольтодобавочного трансформатора подключены соответственно к началам первой и второй групп вторичных обмоток питающего трансформатора,Такое выполнение регулятора, кроме того.позволяет повысить уровень помехозащищенности ключей переменного тохаза счет согласования с помощью питающего трансформатора напряжения сетии входного напряжения ключей, я такжеисключения возможности двойного размаха напряжения, прикладываемого квыпрямительным мостам с тиристорамина выходеНа фиг. 1 представлена принципиальная схема трехфазного регулятора переменного напряжения; на фиг. 2 а, б,в, г, д - диаграммы, поясняюшие ееработу.Регулятор содержит питавшийтрансформатор 1 с первичными обмотками 2 и двумя группами вторичныхобмоток 3 и 4, вольтодобавочный трансформатор 5 с первичными обмотками 6и вторичными обмотками 7, основные идополнительные выпрямительные мосты8 - 11 с тиристорами 12 - 15 на выходах, коммутирукицие дроссели 16 - 19и коммутирующие конденсаторы 20 - 23,Первичные обмотки 2 питающего трансформатора 1 подключают к сети трехфазного переменного тока, а начала и концы его вторичных обмоток 3, 4 подключены соответственно к выпрями- тельным мостам 8 и 9, 10 и 11. К выходам выпрямительных мостов через хоммутирующие дроссели 16 - 19 подключены тиристоры 12 - 15, Одноименные силовые электроды тиристоров 12, 13 и тиристоров 14 и 15 соединены коммутирующими конденсаторами 20, 22 и 21, 23. Первичные обмотки 6 вольтодобавочного трансформатора 5 подключены одними концами (например началами 1 к началам вторичн х обмоток,3 нитаю щего трансформатора 1, д другими концами - к началам его вторичных обмоток 4. Вторичные обмотки 7 вольтодобавочного трансформатора 5 подключаютодними концами к сети, в другими концами - к нагрузке.Регулятор работает следуюьцимобразом,При подключении регулятора к сетинв вторичных обмотках 3 и 4 питающего трансформатора 1 появляется переменное напряжение. Система управлениявырабатывает импульсы управления таким образом, что в каждый момент времени оки поступают на два тиристора,один из которых 12 или 13, а другой 14или 15. Поэтому в любой момент времениимеется путь для замыкания тока павгрузки, трансформируемого из вторичныхобмоток 7 вольтодобавочного трансформатора 5 во вторичные обмотки 6. Например, если импульсы управления поступают на тиристоры 13 и 14, то последние закорвчивают соответственно выпрямительные мосты 9 и 10. Тем самымначала и концы обмоток 6 вольтодобдвочного трансформатора 5 объединяются вискусственный ноль, т.е. обмотки 6оказываются закорченными сами на себяВ этом случае напряжение сети без изменения передается в нагрузку (фиг.2 а).Г 1 ри включении тиристоров 13 и 14 ком -мутирующие конденсаторы 20, 22 и 21,.23 заряжаются напряжением, котороепоявляется на выпрямительных мостах 8и 11 зв счет напряжения, имеющегосяна обмотках 3 и 4 питающего трвнсфор -мотора 1. Включение тиристоров 12 или 15 приводит к выключению соответственно тирис тора 1 3 или 14 за счет э нергии, накопленной в коммутирующих конденсаторах 20, 22 или 21, 23 Если оставить включенным тиристор 13 и включить ти 45 ристор 15, то тиристор 14 выключается в к обмоткам 6 вольтодобавочного трансформатора 5 приложено напряжение, имеющееся нд обмотках 4 питающего трансформаторд, так как начале обмоток 4 соединены с одним из выводов первичных обмоток 6 вольтодобавочного .трансформатора 5 непосредственно, д концы об - льоток 4 объедицецъь с помощью выпрями- тельного моста 11 и тиристора 15 в искусственный ьсоль, и который объединены также и вторые въьвопьь первичных обмоток 6 вольтодобввочкого трансформатора 5 при польоши вьшрямительного 7 6моста 9 и тиристорв 13. При этом нд вторичных обмотка х 7 вольтодобввочцого трансформатоца 5 появляется цапряжспие, например суммируюшееся с ьц-.пряжением сети. Таким образом, колмутируя попеременно тирььсторы 14 и 15 с частотой, превьццающей частоту сети, при включенном тиристоре 13 осуществ ляем регулирование выходного напряжения в сторону повышения выходного напряжения по срввцеьцпо с напряженнем сети. Для этого случая на фьп, 2 в показано напряжение нд вторичной облютке 7 вольтодобавочного трпнсформдторд 5 в одно й ф азе, а на фиг, 2 б - напряжение на нагрузке.Если оставить включенным тирис тор 1 4, а коммутировать попеременно тиристоры 12 и 13, то к первичным обмоткам 6 вольтодобавочного трансформатора 5 прикладывается напряжение вторичных обмоток 3 питающего трансформатора 1, которое находится в противофазе с напряжением обмоток 4.Поэтому напряжение, появляющееся нд вторичных обмотках 7 вольтодобдвочного трансформатора 5, вычитается пз напряжения сети, В этом случае осуществляется регулирование напряжения на нагрузке в сторону уменьшения от напряжения сети. Для этого случая на фиг. 2 д показано напряжение нд вторичной обмотке 7 одной фазы вольтодо - бавочного трансформатора 5, д нд фиг, 2 - напряжение цд ндгрузке. Регулирование напряжения нд нагрузке можно осуществлять еше двумя способами. При этом рассматриваем случдй, когда обе группы вторичных обмоток питающего трансформатора содержат одинаковое число витков. Если оставить включенным тиристор 12 и коммутировать поььерельеььно тпристоры 14 и 15, то напряжение пд вторичных обмотках 7 вольтодобдвочного трансформатора 5 имеет форму фщ, 2 д, в нвпряже. ние на нагрузке - форму фиг. 2 г. Если оставить включенныл 4 тиристор 15 и коммутировать попеременно тнристоры 12 и 13, то ндпряжецие на вторичкых обмотках 7 вольтодобдвочного трансформатора 5 имеет форму фььг. 2 в, в напряжение ка нагрузке - форму фиг. 2 б.В этих случаях нулевое напряжение на вторичных обмотках вольтодобввочного трансформатора получается зд счет вычитания напряжений двух групп 3 и 4 вторичных обмоток пььтвьошего трансфор7 75842 матора 1 в те моменты, когда включены, одновременно тиристоры 12 и 15. Таким образом, имеется два способа регулиро-вания напряжения на нагрузке, которые отличаются тем, что при нулевом напряжении на вторичных обмотках вольтодобавочного .трансформатора в первом случае его первичная обмотка замкнута накоротко выпрямительными мостами с тиристорами на выходе, а во втором случае в этот контур входит также внутреннее сопротивление питающего трансформ атора.Главным отличительным свойством предлагаемого устройства по сравнению ,с известным является то, что оно осуществляет однополярную, а не двухполярнуо модуляцию напряжения вольтодобавки, В результате размах пульсаций напряжения на нагрузке20 вдвое маньше на граничных режимах по сравнению с известным, а при номинальном напряжении питавшей сети искажения отсутствуюттак как вольтодобавочный трансформатор закорочен по первичным обмоткам в искусственный ноль,25 Таким образом, при заданном диапазоне регулирования имеем значительное улучшение гармонического состава выходных напряжений регулятора, что проявляется в уменьшении установленной мощности30 выходного фильтра высших гармоник,Кроме того, следует отметить, чтовесогабаритные показатели предлагаемогои известного устройств отличаются незначительно, Это следует из того, чтов предлагаемом устройстве вольтодобавочные трансформаторы вдвое меньше поустановленной мощности вольтодобавочноЮго трансформатора известного уст 40 ройства,так как его следует рассчитывать исходя только из нацряжения вольтодобавки используемого им только для; суммирования или только для вычитании из напряжения сети, Аналогична также45 суммарная установленная мощность четырех выпрямительных мостов и четырех тиристоров предлагаемого устройства равна суммарной установленной мощности двух выпрямительных мостов и двух известных тиристоров, Таким образом,0 практически только суммарная мощность обоих трансформаторов предлагаемого устройства будет несколько превышать установленную мощность известного трансформатора. В то же время наличие двух последовательно включенных трансформаторов в предлагаемом регуляторе позволяет выбирать оптимальное 7 8напряжение на вторичных обмотках питающего трансформатора, при котором установленная мощность выпрямительных мостов и тиристоров, а также коммутирующих дросселей и конденсаторов может быть сделана минимальной. Кроме того, выбором величины напряжения на вторичных обмотках питающего трансформатора можно обеспечить необходимый уровень помехоустойчивости За счет схемных отличий исключена также возможность приложения двойного напряжения к выпрямительным мостам с включенными на выходах тиристорами, тогда как в известном устройстве через выпрямительные мосты к тиристорам прикладывается удвоенное напряжение питающей сетиЭ 80 х 1,41 х 2=1072 В, Все укаэанное вместе повышает надежность работы регулятора.Основным технико-экономическим показателем эффективности предлагаемого регулятора является снижение массо-габаритных показателей выходного фильтра высших гармоник, а также существенное повышение надежности работы устройства, что позволяет говорить о практической пригодности устройства. формула изобретения Трехфазный регулятор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор со вторичными об - мотками, включенными последовательно в цепь нагрузки и два основных трехфазных выпрямитетьных моста с тиристорамн на выходе, одноименными электродами, соединенными между собой через коммутирующие конденсаторы, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник при заданном диапазоне регулирования, он снабжен двумя дополни - тельными трехфазными выпрямительными мостами с тиристорами на выходе, силовые электроды которых также соединены между собой через дополнительно вве, денные коммутирующие конденсаторы и питаюцшм трансформатором, первичные обмотки которого подключены ко вход - ным выводам регулятора, а начала и концы первой и второй групп его вторичных обмоток подсоединены соответственно ко входам переменного тока .основ19 Ч 758427 ных и дополнительных выпрямительных мостов, причем начала и концы первич-, % ных обмоток вольтодобавочного трансформатора подключены соответственно кначалам первой и второй групп вторичных обмоток питающего трансформатора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе758427 Зае 5765/19 . Тираж 783 ЦНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 13035, Москва,Ж, Раушская