Преобразователь формы напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 5 2 М 5/18 ГОСУДА ПО ДЕЛ гг;г М р.т. ТЕПЬСТВ Н АВТОРСКОМ м лур сов управлениека. - М,; иристо пряжеБРАЗОВАТЕЛЪ ФОРМЫ Н ретение относится к ой технике и может о в установках индукэлектроприводе. Цел вляется максимально мы выходного напряж(54) ПРЕ (57) Изо зователь пользова нагрева ретения жение Ао АПРЯЖЕ НИЯ преобраыть исционного ью изоб- приблиния к ВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Магнитогорский горноческий институт им. Г.И.Но(56) МэрАи Дж, Тиристорноедвигателями переменного тоЭнергия, 1979,Гельман М.В., Лахов С.Пные регуляторы переменногония, - М,: Энергия, 1975, срис. 4 в. заданнои. Преобразователь содержит трансформатор 4 с секционированной вторичной обмоткой, отводы 3, 7; 10 которой соединены соответственно с тиристорами (Т) 1, 2, 5, 6, 8, 9. Т 1, 2, 5, 6, 8, 9 соединены попарно встречно-параллельно. Между парами Т 1, 2 и Т 5, 6, а также Т 5, 6 и Т 8, 9 включены реакторы 11, 12 с индуктивностями соответственно 1., и ЬСекции обмотки между отводами 3, 7 и 7, 10 выполнены с числами витков (1, И. Отношение чисел витков соседкуних секций обмотки равно отношению индуктивностей смежных с ними реакто- с1ров, т.е. Йг/Сгг = сг/сзТакое подключение реакторов 11, 12 обеспечивает работу преобразователя при Формировании периодического несинусондаль- С ного напряжения с минимальным изменением параметров цепи тока нагрузки.4 ил., 2 табл.5ния импульсов управления этими тирисИзобретение относится к преобразо.вательной технике и может быть использовано в установках индукционногонагрева и электроприводе,Целью изобретения является максимальное приближение Аормы выходногонапряжения к заданной.На Фиг.1 приведена принципиальнаяэлектрическая схема преобразователяФормы напряжения; на фиг,2 - графикидвух периодических Аункций напряжения Б, (е) и ц ; на фиг.З - способыподключения нагрузки преобразователя;на фиг.4 - временные диаграммы напряжения и тока преобразователя и нагрузки с учетом коммутации тока нагрузкис одного тиристора на другой.Преобразователь содержит тиристоры1 и 2 (фиг,1) первого отвода 3 вторичной обмотки трансйорматора 4, тиристоры 5 и 6 второго 7 и тиристоры 8 и9 третьего 10 отводов трансформатора4, реакторы 11 и 12, выходные выводы13 преобразователя и блок 14 управления,На временных диаграммах (Фиг.2)периодическая функция напряженияЦ, (С) показана сплошной линией, аБ (С) - штрихпунктирной линией, Первый график П, (й) изображает периодическую функцию заданного спектра рабочих гармоник, полученную в результате сложения трех синусоидальныхФункций напряжения с частотами и,4( 7 я, и амплитудами, возрастающими с увеличением частоты по линейномузакону,Б, (1) = П, зп 1: + П зп 41,Е +(д, - угловая частота К-й гармоникие1 торой граАик Ц (г,) представляетпериодическую Аункцию аппроксимации,полученну 1 о из полуволн синусоидального напряжения разного уровня амплитуд, которыми аппроксимируется Функция Б, . При выборе уровней полуволн их число определяется из условияполучения напряжения Цв спектрекоторого основной вес имеют гармоникизаданного спектра П,(Т). Количествополуволн аппроксимации определяетсяформулой Аункции Б,(с),10 15 20 25 30 35 40 45 10 15 На фиг2 показаны также напряжения полуволн синусоид трех уровней, коммутируемые тиристорами 1, 2, 5, 6, 8 и 9, и временные диаграммы следоваторами и приняты следующие обозначения: Т - период заданной Б,.) и аппроксимирующей П, функций, состоящий иэ 14 равных полупериоду синусоидального напряжения отрезков времени ПтЦтгП,Б - положительные и отрицательные полуволны напряжения первого отвода 3 трансформатора 4, коммутируемые тиристорами 1 и2, и напряжения их импульсов управления, подаваемые от блока 14 управления, П , П , Ц , П - положитель 15ные и отрицательные полуволны напряжения второго отвода 7 трансАорматора 4, коммутируемые тиристорами 5 и6, и напряжения их импульсов управления, подаваемые от блока 14 управлеБП, , БП - поло:киттельные и отрицательные полуволны на"пряжения третьего отвода 10 трансфор-,матора 4, коммутируемые тиристорами8 к 9, и напряжения их импульсов управления, подаваемые от блока 14 управления.На Аиг.4 приняты следующие обозначения: Б ) - напряжение аппроксимирующей Аункции, П (й) - напряжение,при котором через преобразователь течет ток нагрузки, Пщ (С) - напряжениена нагрузке (Фиг.З) при разряде конденсатора и токе преобразователя1(г) = 0; Б - напряжение на нагрузке с учетом интервалов коммутации; Б(С) - ток приемника энергии(Фиг,З); з.с(й) - ток череземкостьнагрузки; 1 (с) - ток нагрузки преобразователя, Ь - угол управления тиристором 8 (Фиг,1), - 3 + Ь - уголуправления тиристором 2 (фиг.1),ь - угол проводимости тиристора 8(Фиг.1); " 11 +- угол проводимоститиристора 2 (Фиг.1).Устройство работает следующим образом,При подаче синусоидального напряжения на первичную обмотку трансАорматора 4, на отводах 3, 7 л 10 вторичной обмотки появляется синусоидальное напряжение разного уровня.Это состояние схемы является исход-ным. Напряжение на выходные выводы 13преобразователя не подается, так каквсе тиристоры 1, 2, 5, 6, 8 и 9 за942 1265 Т а б л и ц а 1 Включаемый тирис 8 2 1 2 8 тор 3крыты. Формирование периодического несинусоидального напряжения Б (С) начинается с поступления от блока управления напряжения импульса управления Б к управляющему выводу тимеристора 8 (Аиг.1 и 2), последний открывается, и напряжение положительной полуволны Б 8 появляется на выходе 13 преобразователя, Ток протекает по цепи: тиристор 8, выходные выводы 1 О 13 преобразователя, к которым подключена нагрузка, вторичная обмотка трансформатора 4, Длительность протекания тока определяется характером нагрузки. Преобразователь предназна чен для работы с активной или активно-емкостной нагрузкой, при совпадающем или опережающем по фазе током по отношению к напряжению на выходе преобразователя Б(С). 20При активной нагрузке длительность протекания тока через преобразователь равна полупериоду синусоидального напряжения, а при активно-емкостной ток прекращается раньше, чем спадает до 25 Номер интервала , 1 2 3 4 5 За один период формирования несинусоидального напряжения Б,проис ходит 14 переключений тиристоров. Ввосьми случаях при переключениях меняются параметры силовой цепи преобразователя, так как меняется сопротивление вторичной обмотки трансформатора 4. При этом заметными становятся постоянные изменения угла сдвига по Аазе между током и напряжением,которые отрицательно влияют при при-.нятом способе коммутации на заданный 45гармонический состав рабочего напряжения выхода преобразователя,Параметры при работе преобразователя для максимального приближенияФормы выходного напряжения к заданной 50должны примерно оставаться постоянными. Так как активное сопротивлениетрансформатора 4 значительно меньшеиндуктивного, то его влияние можно неучитывать, Для уменьшения диапазона 55изменения параметров преобразователямежду выходами попарно встречно включенных тиристоров 1, 2, 5, 6, 8 и 9 нуля мгновенное значение напряженияна вторичной обмотке трансформатора4. Для подачи напряжения к потребителю по Форме, близкой к заданной, необходимо, чтобы включенйе тиристоров1, 2, 5, 6, 8 и 9 и их выключениепроисходило при значении напряжения,соответствующем току, близкому к токуудержания тиристоров. Последнее достигается эа счет компенсации емкостным током реактивно индуктивного токаприемника энергии, формирование напряжения Ц (С) на втором интерваленачинается с приходом напряжения импульса управления Б на тиристор 2,который открывается при значении напряжения на нем, превьппающем напряжение на конденсаторе (Фиг.3 и 4), инаходится во включенном состоянии домомента, пока ток в цепи не спадет донуля. Очередность включения тиристоров 1, 2, 5, 6, 9 и 8 при,формировании одного периода несинусоидальногопериодического напряжения П (С)(Фиг.2) приведена в табл, 1,6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 6 1 2 5 9 1 2 1 9 включены токоограничивающие реакторы 11 и 12, каждый из которых выбран с индуктивностью соответственно Ь ипропорциональной числу витков ц и о между соседними к нему отводами вторичной обмотки трансформатора 4, а отношение числа витков соседних секций трансформатора, начиная с второй, равно отношению индуктивностей смежных с ними реакторов, т.е.Ъ1,г1 з 13 Такое подключение реакторов 11 и 12 обеспечивает работу преобразователя при формировании напряжения П (й)г с минимальным .зленениеи параметров цепи тока нагр зки. При комл,.тации напряжения первого отвода ." вторичной обмотки трансформатора 4,; цепь тока. нагрузки включены последов;.ельно инДУктивности Ьг и Ь соотв гГственно реакторов 11 и 12 и индукчтпость Ь первой секции трансАормато,а : числомвитков Ю при этом индуктивностьпреобразователя равнаЬп - Ь 1 + 1,г + Ьзф 5При включении второго отвода 7 включены в работу первая и вторая с числом витков И и индуктивносью Ь секции вторичной обмотки трансформатора 4 и последовательно с ними ин О дуктивность Ьз реактора 12, при этом индуктивность преобразователя равна1,=1.,+1, +115При включении напряжения, всей вторичной обмотки трансформатора включены в работу первая вторая и третья с числом витков М и индуктивностью Ь секции вторичной обмотки трансфор" 20 матора 4, индуктивность преобразователя при этом равнаь - 1., + 1. + ЬДля исключения больших искажений 25 Формы напряжения Б (й) от заданной1 индуктивность первого реактора Ь, выбирается меньше или равной индуктивности Ь второй секции трансформатора 4, а индуктивность второго реактора определяется из приведенного соотношенияИ1ь гПри таком выборе индуктивностей 35 реакторов 11 и 12 параметры преобразователя изменяются значительно меньше, чем в известном устройстве, и, следовательно, меньше искажение напряжения У (С). На форму напряжения 40 Уг оказывают влияние искажения, вызванные процессом коммутации тиристоров 1, 2, 5, 6, 8 и 9, Емкость С, включенная параллельно приемнику (Фиг.З), выполняет две Функции: обе спечивает опережающий напряжение ток и тем самым запирание тиристоров 1, 2, 5, 6, 8 и 9 в момент спадания тока тиристоров до нуля, а также во время коммутации тиристоров поддерживает 50 за счет накопленной энергии электрического поля конденсатора С ток приемника, Следовательно, коммутационных провалов напряжения на приемнике не может быть. Однако от выбора величины емкости конденсатора С (фиг.З) зависит длительность паузы закрытого состояния тиристоров 1, 2, 5, 6, 8 и 9, В течение этой паузы характер из- менения напряжения на нагрузке отличается от напряжения Уг (фиг.4) и определяется параметрами цепи Е, Ь, С разряда конденсатора и остаточным напряжением на конденсаторе С. На фиг,4 показан перевод тока нагрузки с тиристора 2 на тиристор 8 (Фиг.1), До момента времени, соответствующего углу - 3 Г + , (Фиг.4), ток нагрузки проводит тиристор 2. В момент прекращения тока преобразователя= О. Конденсатор оказывается заряженным до напряжения Б= Б . С этого момента начинается процесс разряда конденсатора на цепь К, Ь, С, который продолжается до момента времени, соответствующего углу управления Ь, .При этом угле управления напряжение на тиристоре 8 становится больше напряжения конденсатора. Тиристор 8 открывается, и через преобразователь вновь протекает ток нагрузки. Как следует из временных диаграмм (фиг.4), напряжение на нагрузке (приемнике) равно в периоды пропускания тока преобразователя У (й), а в период коммутации У(й). Напряжение на нагрузке (й) (приемника) равно их суммеЦн11 (С) + Пал ЫИз анализа временных диаграмм следует, что чем ближе напряжение Ппо форме к синусоиде тем точнее кривая напряжения на нагрузке совпадаетс напряжением Бг, Таким образом,величиной емкости С (Фиг.З) можнопрактически свести интервал коммута-.ции тиристоров к незначительной величине и исключить искажения напряженияП (фиг.2) процессом, вызваннымвременем разряда конденсатора,В табл, 2 приведено численноесравнение спектров заданной ФункцииБ,(г) и аппроксимированной 3(1)1265942 Т а б л и ц а 2 Номер гармоники Частота гармоники, С 44,88 89,76 134,64 179,42 224,4 269,28 314,16 Амплитуды гармоникизаданного спектра, В 59,8 О О 191 О 325 Амплитуды гармоникиаппроксимирующейфункции, В 58,4 17 13,5 187 16,2 10, 7 325 Из сравнения гармонического состава функций П, (С) и Б (й) следует, что амплитуды заданной и амплитуды тех же частот аппроксимирующей функции рабочих гармоник, полученной в предлагаемом устройс,гве, практически 20 совпадают.Применение предлагаемого преобразователя в устройствах индуктивного нагрева позволит увеличить интенсивность нагрева заготовок, а в устройствах электропривода - увеличить вращающий момент индукционных вращателей, что значительно повышает производительность указанных устройств30 Формула изобретения Преобразователь формы напряжения, содержащий однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена секционированной, с числами витковпервой секции И второй И,и третьей М причем между первым концом обмотки, заканчивающейся секцией И, и ее отводами через встречно-параллельно соединенные тиристоры подключены реакторы с индуктивностями 1 и 1 соответственно, а выходные выводыпреобразователя образованы вторым концом обмотки, заканчивающейся секцией 14 и точкой соединения реактора с индуктивностью Ь и пары тиристоров, противоположные электроды которых подсоединены к указанному первому концу обмотки, а также блок управления тиристорами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью максимального приближения Формы выходного напряжения к заданной, индуктивности реакторов выбирают из соотношенияИ г1 з1265942 Г,Иыцык остав тор Лей Техред А. Кравч ктор О.Юрковецк Заказ 5678 одпис 4/ роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,роектная, 4 ВНИИП по 113035