Регулятор напряжения переменного тока

:- нам.,И С АЙ И Е 3 2365 О П Союз Советских Социалистических РевпубликЗависимое от звт. свидетельстваМПК Н 02 р 13/1 зявлено 22,1,1970 ( 1,398335/24-7) исоединением заявкиоритет Комитет по дела обретений и отнры и Совете й 1 инист СССР, Пономарев зявите РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2 Известные регуляторы напряжения переменного тока, содержащие трзнбформзтор, каждая фаза вторичной обмотки которого разделена нз тт секций и регулируемые при помощи контактных или бесконтзктных переключзтелей во вторичной обмотке, в ряде случзев не удовлетворяют предъявляемым к ним техническим требованиям ввиду сложности конструкции и малого быстродействия (регуляторы с контактным переключением ступеней) или ввиду уменьшения коэффициентз мощности и сильного искзжения питающей сети (регуляторы изпрядения, управляемые сдвигом момента зажигания полупроводниковых вентилей).Предложенный регулятор напряжения переменного тока устраняет указанные недостзтки благодаря тому, что каждая секция вторичной обмотки трансформатора включенз в диагональ четырехплечевого моста, плечи, которого образованы управляемыми вентильными ключзми с двухсторонней проводимостью, з мостовые схемы каждой фазы соединены друг с другом последовательно и объединены общей системой управления, осуществляющей сложение, вычитание или исключение э, д, ссекций вторичной обмотки из схемы суммирования напряжения нз нзгрузке, причем указанные секции каждой фазы вторичной обмотки трансформатора выполиены таким образом, что их э.д. с. относятся МЕжду СОбОй, КЗК НаПрИМЕр ЧИСЛа Зс:31:Зз: : 3" - 1, мостовые схемы каждой фазы вторичной обмотки трансформатора подключены 5 последовательно к нерегулируемому источнику э. д. с., например к несекционированной части вторичной обмотками трансформатора.Нз фиг. 1 предстзвленз исходная схемз,поясняющая принцип построения предлзгзе мого регулятора; нз фиг. 2 - таблица, поясняющзя принцип выбора величины э. д. с.секций регулятора; нз фиг. 3 приведена схемз силовых цепей предлагаемого регулятора; нз фиг. 4 - модификация схемы предлзгзе мого регулятора с подключением мостовыхсхем секций каждой фазы вторичной обмотки последовательно с питающей сетью (звтотрзнсформзторный вариант); нз фиг, 5 - модификация схемы предлагаемого регуля тора с подключением мостовых схем секцийкаждой фазы вторичной обмотки к несекционировзнной части вторичной обмотки трансформм з тор з.В основе принципа создзния предлзгземо го регулятора лежит возможность регулировзния суммарной э.д. с. ряда источников путем их выборочного встречно-последовательного включения в одну общую сеть нагрузкиРяд чисел с количеством ступеней а, збсо. З 0 лютные величины которых относятся между5 1 О 15 го 25 собой как 3. 3: 3 3" - , обладает тем свойством, что путем выбора чисел заданного ряда и суммирования их с разными знаками, можно составить другой ряд чисел с количеством ступеней 3, величины которого изменяются от- К до+ К,3" - 1 3" - 12 2 где К - общий множитель заданного рядачисел.Так, например, имея чжла, абсолютныезначения которых равны 1, 3, 9 (и = 3; К=1)можно получить из них ряд чисел от3 - 1- = - 13 до + = + 13. Число3 з 12 г ступеней ряда при этом равно Зз = 27. Полученный ряд чисел и его составляющиеприведены в таблице на фиг. 2, Имея же, например, числа, абсолютные значения которыхравны 1, 3, 9, 27, можем получить ряд чиселв 81 ступень от - 40 до + 40.Приведенное выше свойство ряда чисел,абсолютные значения которых относятся между собой как Зо: 31: 32: 3" - , использовано для создания многоступенчатого бесконтактного регулятора напряжения переменного тока.На схеме (см, фиг. 1), поясняющей принцип построения предлагаемого регулятора,приведен однофазный трансформатор 1, вторичная обмотка которого разделена на триэлектрически не связанные друг с другом секции 2 - 4.Абсолютные значения э, д. с. этих секрецийсоставляют ряд чисел 1 К; ЗК; 9 К, величиныкоторых относятся между собой как 1: 3: 9== Зо: 31: 3 (К - общий множитель),Секции 2 4 соответственно включены вдиагонали четырехплечевых мостов 5 - 7, плечи которых образованы управляемыми полупроводниковыми вентильными ключами (вентилями) 8 - 19, обладающими двухстороннейпроводимостью,Все мосты соединены между собой последовательно и подключены к внешней нагрузке 20, Каждый из мостов, в зависимости откомбинации включения вентилей можетиметь три состояния по отношению к условновыбранному в данный момент положительному направлению, показанному стрелкой отточки 21 к точке 22, Например, для секции 2открыты вентили 9 и 11, закрыты 8 и 10.Э.д.с. секции направлена согласно с выбранным положительным направлением. Назовемэто состояние, положительным и обозначимзнаком +. Открыты вентили 8 и 9, закрыты10 и 11.Э.д,с, секции исключена из схемы суммирования, назовем это состояние нулевым иобозначим знаком О. Открыты, вентили 8 и 10,закрыты вентили 9 и 11. Э. д.с. секции направлена встречно с выбранным положитель 3 О 35 40 45 5 О 55 60 65 4ным направлением. Назовем это состояние отрицательным и обозначим знаком - ,Аналогичные состояния могут принимать также и мостовые схемы, содержащие секции Зи 4.Таким образом, в зависимости от комбинации включения вентилей в плечах мостовых схем их э.д. с. по отношению к условно выбранному положительному направлению могут иметь следующие значения: для секции 2 (+1 К; 0; - 1 К); для секции 3 (+ЗК; 0; - ЗК); для секции 4 (9 К; 0; - 9 К); где К - общий множитель,Так как абсолютные значения э,д.с. секций составляют ряд чисел 1 К, ЗК, 9 К, величины которых относятся между собой как 30: 31; 32, а включение этих секций в диагонали четырех плечевых мостов, плечи которых образованы симметричными управляемыми вентилями, позволяет менять знак этих э. д. с. или исключать их из схемы суммирования, то в такой системе можно получить ряд суммарныхзначений э. д. с. от - К=гЗз - 1= - 13 К до + К =+ 13 К. Количествог ступеней суммарной э.д. с. при этом будет р авно 3 = 27.При выполнении трансформатора с четырьмя секциями вторичной обмотки, э. д. с. которых относялся между собой как 1;3:9: 2, можно получить значения суммарной э.д.с. вторичной обмотки от - 40 К до +40 К. Количество ступеней напряжения при этом будет равно 34=81. Связав мостовые схемы секций общей системой упр авления, позволяющей изменять комбинации их состояний, получим бесконтактный многоступенчатый и быстродействующий регулятор напряжения переменного тока.Принципиальная схема предлагаемого регулятора напряжения, приведена на фиг. 3. Описание регулятора дано для одной фазы и аналогично для других фаз. Регулятор представляет собой трансформатор, первичная обмотка 23 которого включена в питающую сеть, а вторичная обмотка разделена на ряд секций 24 - 27, электрически не связанных друг с другом, числа витков которых относятся между собой как Зо; 31: 3-: Зз, т. е. 1: 3:9; :27. Секции 24 - 27 вторичной обмотки включены соответственно в диагонали четырех- плечевых мостов 28 - 31, плечи которых обра,- зованы управляемыми полупроводниковыми вентильными ключами 82 - 8 б, обладающими двусторонней проводимостью, например тиристорами, включенными встречно параллельно, или симисторами. Все мосты одной фазы регулятора соединены друг с другом последовательно и объединены общей системой Зб управления.Система управления выполнена таким образом, что при помощи воздействия ее на вентили мостов можно менять знак э, д, с, 3123655секций по отношению друг к другу или исключать их из схемы суммирования. Например, для секции 24, включенной в диагональ моста 28 при закрытых вентильных ключах 33 и 34 и открытых ключах 32 и 35 э.д. с. секции в схеме суммирования имеет одно напра;вление.При закрытых ключах 32 и 35 и открытых ключах 33 и, 34 э. д. с. секции 24 в схеме суммирования меняет знак на противоположный, а при закрытых ключах 33 и 35 и открытых 32 и 34 э, д. с. секции 24 исключена из схемы суммирования.Такое же воздействие система управления может оказывать и на секции 25 - 27, включенные соответственно в диагонали мостов 29 - Л. Как было сказано выше, при выполнении трансформатора с четырьмя секциями вторичной обмотки, э. д, с. которых относягся между собой как 1: 3: 9: 27, можно получить значения суммарной э.д.с. вторичной обмотки от - 40 К до +40 К, г де К - общий множитель. Количество ступеней отрегулированного напряжения при этом будет равно 81, Если в данном случае принять К=10 в, т. е. действующие значения э.д. с. секций 24 - 27 соответственно будут равны 10 в, 30 в, 90 в и 270 в, то на выходе регулятора можно получить 81 ступень значения отрегулированного напряжения от - 40 в до +400 в с переходом через О. Величина ступени при этом равна 10 в, что составляет 2,5 О/о от маисимального напряжения регулятораа.При необходимости в более плавном регулировании напряжения возможно выполнение регулятора с большим числом секций вторичной обмотки трансформатора.Например, при разделении вторичной обмот(ки на пять секций и при отношении э.д. с. этих секций друг к другу, равном Е: Еа . Ез. : Е 4 .Е, =1:3;9:27:81, получим 243 ступени отрегулированного напряжения. Величина ступени при этом составит 0,8250/О от максимального напряжения регулятора.Для получения различных номинальных значений напряжения регулятора мостовые схемы каждой фазы могут быть включены между собой в звезду или треугольник. Кроме того, регулятор может быть выполнен по схеме автотрансформатора (см. фиг. 4), Преимущество автотрансформаторной схемы в том, что она позволяет на выходе регулятора суммировать напряжение вторичной обмотки трансформатора с напряжением сети и тем самым расширяет диапазон регулирования выходного напряжения. При этом, например, к сети 380 в при помощи предлагаемого регулятора могут быть подключены потребители с номинальным напряжением 500 в или 660 в, а к сети 6 кв - потребители 10 в.Следует также отметить, что при, создании регулятора по изложенному выше принципу существует возможность упрощения его силовой части, Это, например, может быть до 6 стигнута тем, что не вся вторичная обмотка фазы трансформатора, а только некоторая часть ее, делится на и электрически не связанных между собой секций с отношениемэ.д. с. этих секций Зо:31: З3" - 1.Эти секции, также, как было рассмотреновьппе, включаются в диагонали четырех плечевых мостов, плечи кото рых обр азов аны управляемымии полупроводниковыми вентилямис двухсторонней проводимостью. Мосты впределах каждой фазы последовательно соединяются между собой и с неделимой частьювторичной обмотки 37.При помощи системы управления э. д. ссекций, включенных в диагонали мостовыхсхем, включаются в пределах каждой фазывстречно или согласно к направлению э.д. с,неделимой части вторичной обмотки, чем достигается регулирование выходного напряжения. Регулятор, устроенный подобным образом, позволяет получить большее количествоступеней отрегулированного напряжения притом же числе секций вторичных обмоток,включенных в диагонали четырехплечевыхмостов, или уменьшить количество мостовыхсхем при заданном числе ступеней отрегулированного напряжения.Если, например, в данной схеме действующие значения э. д.с. секций 2 - 5 соответствен.но будут равны 15 в, 45 в, 135 в и 195 в, тона выходе регулятора получим 27 ступенейотрегулированного напряжения от нуля, до390 в. Величина ступеней при этом будет равна 15 в, что составляет, 3,85% от максимальЗ 5 ного напряжения регулятора.Как отмечалась ранее, в предлагаемом ре.гуляторе э. д.с. секций вторичной обмотки относятся между собой как числа Зо:3:З:: Зз:3" - . Это позволяет при минимальном40 количестве секций получить максимальноеколичество ступеней отрегулированного напряжения,Однако имеется возможность создания регулятора, в котором применен трансформа 45 тор, имеющий несколько одинаковых секцийвторичной обмотки, Отношения э. д. с. секцийвторичной обмотки трансформатора могутбыть выражены, например, отношением рядачисел 1:3:9:9 или 1: 3:9:27: 27 и т, д,50 Число ступеней отрегулированного напряжения в таком регуляторе будет уменьшено,однако некоторые элементы силовой части иих системы управления могут быть унифицированы при наличии нескольких одинаковых55 секций.Система управления, при помощи которойменяется состояние мостовых секций и регулируется выходное напряжение регулятора,должна иметь дискретный характер и может60 быть, например, выполнена на унифицированных бесконтактных элементах системы Логика,В предлагаемом регуляторе переключениес одной ступени отрегулированного напряже 65 ния на другую производится системой управ312365 Фиг. ления в момент естественного прохождения переменного тока фазы через нуль. Поэтому силовая часть предлагаемого регулятора может не иметь мощных коммутирующих устройств, а регулирование выходного напряжения происходит без искажения синусоидальной формы кривой тока, т, е. с высоким коэффициентом мощности. Максимальное быстродействие собственно регулятора составляет около Ч периода питающего напряжения,Предмет изобретения 1, Регулятор напряжения переменного тока, содержащий трансформатор, каждая фаза вторичной обмотки которого разделена на п секций, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов регулятора при сохранении формы кривой выходного напрыкения, каждая секция вторичной обмотки трансформатора включена в диагональ четыремплечевого моста, плечи которого образованы управляемыми вентильными ключами с двухсторонней проводимостью, а мостовые схемы каждой фазы соединены друг с другом последовательно и 5 объединены общей системой управления, осуществляющей сложение, вычитание или исключение э. д. с. секций вторичной, обмотки из схемы суммирования напряжения на нагрузке, причем указанные секции каждой фа зы вторичной обмотки трансформатора выполнены таким образом, что их э.д. с относятся между собой как например числа Зо: : 3: 3: : 3" -2. Регулятор по п, 1, отличающийся тем, 15 что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения и уменьшения числа силовых полупроводниковых элементов, указанные мостовые схемы каждой фазы вторичной обмотки трансформатора 20 подключены последовательно к нерегулируемому источнику э, д.с., например к несекционированной части вторичной обмотки трансформм атор а.312365д: солят У= арфФиг,ЮСоставитель В. Круглова Редактор В, В. фельдман Техред Л. Л. Евдонов Корректор Т, А. КитаеваЗаказ 27609 Изд.1139 Тираж 473 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4(5Типография, пр. Сапунова, 2