Способ параметрической стабилизации выходного напряжения управляемого компенсационного выпрямителя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 П 5 605 ГЗ ч,":г п 3 л 11 фр а О ТЕН нститут им. оциалистипреобразоая школа",вательнои Киев,"ТехСТАНИНОГО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский политехнический и50-летия Великой Октябрьскойческой революции(56) Чиженко И.М. и др. Основывательной техники, М,; "Высш1974, с, 107.Справочник по преобразтехнике/ Под ред, И,М.Чиженконика", 1978, с, 73-74,(54) СПОСОБ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖУПРАВЛЯЕМОГО КОМПЕНСАЦИОНВЫПРЯМИТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электро Изобретение относитСя к электротехнике и предназначено для использования при реализации электроснабжения энергоемких потребителей постоянного тока, например, в черной металлургии при прокатном производстве или в горнодобывающей промышленности,Цель - повышение качества стабилизации, На фиг,1-6 представлены принципиальные электрические схемы устройства, в которых может быть реализован описываемый способ параметрической стабилизации, в частности, схема трехфазного компенсационного выпрямителя (см, фиг.1), шестифазного каскадного компенсационного выпрямителя (см. фиг,2), шестифазного нулевого компенсацион ного выпрямителя (см. Я 21670682 А 1 ке, в частности к источникам вторичного эл ктропитания радиоэлектронной аппаратуры, Цель - повышение качества стабилизации. Способ может быть реализован в любом компенсационном выпрямителе, у которого конденсаторы перезаряжаются токами нагрузки, и по своеи сути является параметрическим, Для его реализации необходимо знать собственную частоту в 0 контура коммутации и угол управления аУ, при котором наблюдается эффект стабилизации выпрямленного напряжения, Каждой частоте в соответствует только одно значение угла ау, при котором выпрямитель будет стабилизирующим. Угол управления определяется аналитически с учетом схем- ного коэффициента 5. Физическое объяснение способа - пропорциональная зависимость между током нагрузки и коммутирующим напряжением, 7 з,п, ф-лы, б ил. фиг.3), двенадцатифазного каскадного ком- О пенсационного выпрямителя (см, фиг.4), двенадцатифазного нулевого компенсационного выпрямителя (см. фиг,5) и двадца- О тичетырехфазного каскадного компенсаци- р онного выпрямителя (см, фиг.б).Компенсационные выпрямители содержат трехфазные трансформаторы 1 (фиг. 1- 3), 1.1, 1.2 (фиг,5, 6), 1.1-1,4 (фиг.б), группы силовых тиристоров (вентилей) 2 (фиг.1), 2,1, ф 2.2 (фиг.2, 3), 2,1-2,4 (фиг.4, 5), 2.1-2.8 (фиг.б), конденсаторные батареи 3 (фиг.1-6), трехфаэные уравнительные реакторы 4 (фиг,1, 3, 5), двухфазные уравнительные реакторы 5 (фиг,3), 5.1, 5,2 (фиг.4).В схеме компенсационного выпрямителя (см.фиг,1) имеет место последовательное= УЗ Етп соя ( Ч + т/) ) или 2к т 3 Е , 2 3 тлс 55включение группы силовых тиристоров 2 со вторичными обмотками трансформатора 1 и трехфаэным уравнительным реактором 4, а также параллельное включение конденсаторов батареи 3 на выходах группы силовых 5 тиристоров 2. Аналогичные функциональные соединения выполнены и в скамах компенсационных выпрямителей на фиг,2-6, В схеме компенсационного выпрямителя (см, фиг,З) двухфазный уравнительный реактор 10 5 включен между общими выводами вторичных обмоток трансформатора 1. Подобным же образом произведено включение данного реактора в схемах компенсационных выпрямителей на фиг,4-6. 15Способ реализуется следующим образом.В схемах компенсационных выпрямителей контур коммутации одинаков и включает в себя две фазы вторичной обмотки 20 трансформатора, например А и С с ЭДС 1 д и 1 с, два вентиля, например, с токами 1 д и 1 с и фазу конденсаторной батареи, например, с емкостью Ссд.Для указанного контура коммутации 25 можно записать следующее уравнение; д - Х - 1 с + Х - Ос ( сд ) = О,01 д С 1 с(1) 30 где Х - индуктивное сопротивление фазы в контуре одиночной коммутации, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора.35Ток 1 д вступающего в работу вентиля является током коммутации 1 т.е, 1 д = 1 к, а ток выходящего иэ работы вентиля 1 с = Ьк (1 с - выпРЯмленный ток). С Учетом этого уравнение (1) принимает следующий вид: 40 2 Х -- Ос ( сд ) = 1 д - 1 с .г 1 кОЧ В качестве условного начала отсчета вы бираем начало коммутации при переходе от тока 1 с к току 1 д. Систему трехфазных питающих напряжений представим как 1 д = Епзз 1 п (Ч+ ЗО+ ф) в = Епз 1 п ( Ч - 90 + ф ), (3) с = Еп,з 1 п(Ч+ 150 + ф) где Еп - амплитуда вторичного фазного напряжения трансформатора;;1 - начальная фаза напряжения в момент включения вентиля,Использование выражений (3) позволяет записать для контура коммутации, что 2 Х -- Ос (сд ) = УЗ Ерп вп (Ч +фд 1 к(4) Напряжение Ос фазы конденсаторов с емкостью С при включении их в треугольник связано с токомс следующим соотношением: Ос =, -- ) 1 к б Ч + Ос (0) (5) о где и - круговая частота.Во внекоммутационный промежуток времени через конденсаторы протекает часть тока нагрузки. В период коммутации на этот ток накладывается составляющая тока коммутации Во всех рассматриваемых схемах в период коммутации Используя (5) и (6), уравнение (4) запишем в следующем виде:- Ос (о) = УЗ Егп 3 и (Ч+ф) В этом выражении под т подразумевается угол управления ау, обеспечиваемый системой управления, если выпрямитель выполнен на управляемых вентилях, или свободно устанавливающийся опережающий угол регулирования а в неуправляемом выпрямителе . Так как углы регулирования и управления в компенсационном выпрямителе опережающие, то их следует подставлять в (7) со знаком минус,Продифференцируем (7), и при этом получим, чтоЯ = 18 в двенадцатифазном нулевомкомпенсационном выпрямителе;3 = 12 в двадцатичетырехфазном каскадном компенсационном выпрямителе.5 Таким образом, предлагаемый способпараметрической стабилизации выпрямленного напряжения характеризуется простотой, поскольку его реализация в различных преобоазователях заключается 10 лишь в сочетании собственной частотыво контура коммутации с фиксированным значением угла управления ау, При этом стабилизация является внутренним свойством выпрямителя,15 В режиме стабилизации угол коммутации у =2 ау, причем при изменении вы-прямленного тока в широких пределах величина угла коммутации остается неизменной, Из этого следует, что режиму ста билизации свойственны высокие энергетические показатели выпрямителя, потому что последний разгружен от реактивных токов.Его коэффициент мощности близок к единице, так как в управляемых компенсационных 25 выпрямителях г вб22 в 1 - "+ - " =О,г д,),2 в 1 р + =О,2 3 й)боткуда р = ау - 1 г/2,Физическое объяснение данного способа стабилизации - и ропорциональная зависимость между током нагрузки икоммутирующим напряжением, Еслиучесть, что указанное напряжение создается токами нагрузки, можно сделать вывод,что предлагаемый 1 способ стабилизации является практически безынерционным,Формула изобретения1. Способ параметрической стабилизации выходного напряжения управляемогокомпенсационного выпрямителя, заключа 40 ющийся во взаимосвязанном выборе собственной частоты во контура коммутации иугла управления ау силовых тиристоров, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества стабилизации, значения о)ь иавыбирают с учетом схемного коэффициента 3, определяемого компенсационного выпрямителя из соотношения,2 г 2 т а,Хтт Ю оФ - , -- +5 2 Хо)--- у+ 2 г 2 г а о Я 2 0(тоО п 2 во- зи ау где ао = омам 314в схемах по фиг,1-610); 5 в трехфазном компен ц нмигеле,в шестифазном каскадном комом выпрямителе;55шестифазном нулевом компенвыпрямителе;в двенадцатифаз кадном ионном выпрями са ио ном выпря Я=3 пенсационп 2- з 1 п Рещение этого неоднородного дифференциального уравнения относительно 1 состоит иэ общего решения и двух частных, Определим корни характеристического уравнения из следующих выражений: р 1;г= 3 =+3 - , (9)ЩЗв 1 С где гав" тгб . С - собственная частота контура коммутации, зависящая от-индуктивности фазы в контуре одиноной коммутации и С-емкости фазы батареи коммутирующих конденсаторов, включенных в треугольник,Исследованиями установлено, что каждому значению собственной частоты й)ь контура коммутации при схемном коэффициенте Я соответствует только одно значение угла управления ау, при котором наблюдается эффект стабилизации выпрямленного напряжения. Это значение ау можно определить из следующего выражения: 1 2 й)оз и а- - з 1 и 2 йо ау соз а(щ -) +) 5 во= 61/31 С 15 Э, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для трехфазного компенсационного выпрямителя принимают Я = 4,5. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для связи собственной частоты в, контура коммутации с индуктивностью 1 фазы в контуре одиночной коммутации и емко стью С фазы батареи коммутирующих конденсаторов при включении их в треугольник используют соотношение 4, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для шестифазного каскадного компенсационного выпрямителя принимают Я=3,5, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для шестифазного нулевого компенсационного выпрямителя принимают Я=9,6, Способ по и 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для двенадцатифээного каскадного компенсационного выпрямителя принимают Я=6,7, Способ поп 1, отл ича ю щийс я тем, что для двенадцатифазного нулевого компенсационного выпрямителя принимают Я =18,8, Способ по п 1, отл ича ющийся тем, что для двенадцатичетырехфазного каскадного компенсационного выпрямителя принимают Я = 12,ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул,Гагарина. 10 аказ 2752 Тираж 445 В НИИПИ Государственного комитет 113035. Москва, Ж