Устройство для регулирования переменного напряжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СоветсннзСоциалистическихРеспублик 1 п 989539(1) М. Кд.з с присоединением заявки Мо 6 05 Г 1/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторизобретения А.Г.савин Калининский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯИзобретение относится к электротехнике, .в частности к преобразовательной технике, и предназначено для регулирования или стабилизации напряжения на нагрузке при необходимости получения напряжения с .малой степеньк искажения.Известно устройство для регулирования переменного напряжения, содер- жащее два силовых трансформатора, вторичные обмотки которых подключены к трехфазным вентильным ьостам, а первичные соединены последовательно 1.Недостатком этого устройства является обязательное наличие трансформаторов, суммарная мощность равна мощности нагрузки. Поэтому в случаях, когда максимальное напряжение на наг- .рузке равно напряжению сети, мощность трансформаторов является йзлишней.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее трайсформаторы, первые обмотки которых включены пофазно между выходньвш выводами и входами соответствующих вентильных мостов, выводы постоянного тока которых замкнуты накоротко или на накопитель энергий, а их вторые обмотки соединены между собой 2 Недостатком данного устройства является все еще значительная мощностьтрансформаторов и необходимость применения выходных фильтров для подавления одиннадцатой и тринадцатой гармоник напряжения, что увеличиваетгабариты и стоимость устройства.Цель изобретения - уменьшение габаритов и снижение стоимости устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для регулирования переменного напряжения, содержащем трансформаторы первые обмоткикоторых включены пофазно между выходными выводами и входами соответствующих вентильных мостов, выводы постоянного тока которых замкнуты како,ротко или на накопитель энергии, вторые обмотки каждой фазы трансформаторов выполнены в виде двух секций,каждая нз которых соединена в зигзагпофазно и включена между соответствующими выходными выводами устройстваи входами других вентильных мостов.При этом числа витков первой ивторой секций второй обмотки удовлетворяют условию30 91 к ,р.Узп (60- - 1 с);2, 60ЧЧ 51 и1 с 2 , 60, йкйгде Я,11, - число витков первой секциивторой обмотки к-го трансФорматора; 5И 1, - число витков второй секциивторой обмотки % -го трансформатора;- номер трансформатора, Ф =2, 3.й10й - число трехфазных вентильных мостов;И - число витков первых обмоток трансформатора.уменьшение трансформаторной мощнос 5 ти при указанном выполнении вторых обмоток трансформаторов обеспечивается тем, что число трансформаторов становится на единицу меньше числа вентильных мостов и обе обмотки трансформаторов включены непосредственно в цепи переменного тока мостов, а улучшение гармонического состава напряжения достигается за счет увеличения числа мостов,На Фиг.1 приведена однолинейная схема устройства.с индуктивным накопителем; на фиг.2 - схема двухмостового устройства с емкостным накопителем; на фиг.З и 4 - временные диаграммы напряжения и векторные диаграм З 0 мы, поясняющие принцип работы двух- мостового варианта устройства, соответственно; на Фиг,5,- временные диагграммы трехмостового варианта устройства. 35 Устройство (фиг,1) содержит й трехфазных вентильных мостов В-ВМ. Если трехфазные вентильные мосты выполнены из управляемых вентилей с односторанней проводимостью, то их выводы постоянного тока замыкаются либо накоротко, либо на обмотки й обмоточного накопительного дросселя 1 При выполнении трехфазных вентильных мостов 4 из вентилей с двухсторонней проводимостью (фиг.2) они замыкаются на накопительные конденсаторы С. Между выходными выводами устройства и вывода.ми переменного тока первого трехфаз" ного вентильного моста В 1 включены соединенные друг с другом последовательно обмотки трансформаторов Т 1-ТМ .1.Вторые обмотки этих трансформаторов включены между выходными выводами А, В и С устройСтва и выводами переменного тока остальных трехфазных вентильных мостов В -ВМ. Вентили мостов переключаются со сдвигом по фазе на угол -Я 0 и на этот же угол сдвинуМты векторы токов соседних мостов. 60 Для получения необходимого сдвига токов вторая обмотка каждого трансформатора состоит иэ двух секций, соединенных друг с другом в зигзаг с числами витков У и Ид (фиг.2). Числа 65 витков секций выбираются в соответствии с уравнениямиЯ.1.1 дЧ,Зь 1 и ( ЬО" - 1);2 602 . 60с 7393 ь 1 и й 1 фгде ЯЗ - число витков второй обмотки,номер трансформатора, Ф =1, 2, й 1.Рассмотрим сначала работу двухмостового устройства с емкостным накопителем (фиг.2). В этом устройстве вентили мостов В и В 2 переключаются со сдвигом по фазе на 300 и на столько же сдвинуты токи. Для получения указанного сдвига вторая обмотка, соединенная в зигзаг, имеет числа витков2 Оф 577 ЯЗПусть на конденсаторах С имеется какое-то постоянное напряжение Ед, Тогда при переключении вентилей мостов В и В на их выводах Формируются прямоугольно-ступенчатые напряжения, Форма которых показана на фиг.З а, б (фазные напряжения). Эти напря-, жения сдвинуты друг относительно друга на 30. При их сложении с напряжениями на обмотках трансформатора (фиг.Зг) на входных выводах устройства образуется прямоугольно-ступенчатое напряжение О- (Фиг,Зв).Мгновенные значения его на отдельных интервалах определяются уравнениемО- ( ) = 3 Еь 1 и 30 ( ц -1 ),2, агде ц - номер интервала.Действующее значение основной гармоники его равноО-( = Е ь 1 и 15 =0,466 Е,4 ф, оу: уВысшие гармоники имеют порядок и 125+21; 5=1, 2, 3Величина высших гармоник равнаОЕ:(и)=и "ЕЮПоскольку устройство включено последовательно в цепь нагрузки, напряжение на ней равно геометрической разности напряжения сети Ос и выходного напряжения О 1-(1). Для активной нагрузки векторная диаграмма показана на Фиг,4 а. Из нее следует, что, изменяя момент отпирания вентилей относительно напряжения сети (угол Е), можно регулировать напряжение на нагрузке от уровня сети до О. Минимальное напряжение на нагрузке имеет место, когда(1= ОсОтсюда может быть определена мощность трансформатора. Поскольку напряжение на его обмотках несинусоидально, мощность определяется из усовия, что индукция в магнитопроводе имеет ту же амплитуду, что и при синусоидальном напряжении. Тогда55 тр "эке 3 об фгДе Озе =1, 1 10 ср 1О - среднее за полупериод напряжение на обмотке 10М 6 - обмоточный коэффициент,учитывающий соединение обмотокв зигзаг.На Фиг.Зг находимО =1, 11 - (0,244+0,333+0, 089) =1=0,123 Е =0,2650 . Токи мостов находимиз соотношения (фиг.4 б)603 =32 =23 н ь 1 п, - =0,5183 н.2 МТогда 5 р =1, О 8 0,265 Ос, О, 5183 н = =0,1485, где 5 - мощность нагрузки на фазу,Таким образом, в двухмостовом варианте устройства мощность трансформатора в два раза меньше чем в прототипе при том же качестве выходного напряжения и одинаковой установленной мощности вентилей. Для дальнейшего уменьшения высших гармоник в выходном напряжении может быть применено трех- иди многомостовое устройство.На Фиг.5 показаны временные диаграммы напряжений трехмостового устрой ства с емкостным накопителем. В напряжении на его выводах (фиг.5 г) содержатся гармоники порядка п=1851 1, 5 1,2,3Исходя из диаграммы напряжения на 40 трансформаторе находим эквивалентное напряжениеОз =1, 11- (О, 293+ 0, 177 +О, 449+0,217+зкб+0156+004) 0 3510 с 45Иэ векторной диаграмма токов (Фиг.4 в)находим31=32=3=23 н. з 1 п 10 =0,347.Суммарная мощность трансформаторов 50равна=2. 1,07 0 ф 3473 н 0,3510 с 0 265 нтрРассмотрим работу М мостового устройства с накопительным дросселем 55 (фиг.1).Предположим, что параметры дросселя выбраны так, что потокосцепление дросселя и его ИДС постоянны, т,е. 60М1 . 13 э 4-сОп 5 фгде Ч - число витков обмоток дросселя;1 - выпрямленные токи мостов, 65а 1Тогда в любой межкоммутационный интервал все токи имеют неизменные значения, в момент коммутации происходит перераспределение токов. В результате токи трехфазных вентильных мостов имеют прямоугольно-ступенчатую форму, определяемую уравнением =23 йд - 5и М. (ц" 1),60 , 60 где ц - номер интервала.Ток нагрузки также будет иметь прямоугольно-ступенчатую Форму601 (,) =3, з 1 пМ (ч 1) где 3 н,п - амплитуда тока нагрузки. 3Нщ сов 601В токе нагрузки содержатся высшие гармоники порядка п 6 М 5+1, 5=1,2,3 Действующее значение тока основной гармоникиНю 3 неУ Ы 12 Действующее значение тока высших гармоник11 пГпПри активной нагрузке форма напряжения повторяет форму тока.Следовательно, путем увеличения числа мостов можно уменьшить степень искажения напряжения до любого уровня. При этом не происходит увеличение расчетной мощности вентилей, так как. ток нагрузки распределяется между мостами равномерно, и каждый трехфазный вентильный мост рассчитывается на часть тока нагрузки, обратно про-. порциональную числу мостов,Таким образом, в устройстве достигается уменьшение мощности трансфор" маторов по сравнению с прототипом и улучшение Форьы выходного напряжения без применения фильтров или увеличения установленной мощности оборудования, что позволяет уменьшить габариты и стоимость устройства.Формула изобретения1. Устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее трансформаторы, первые обмотки которых включены пофазно между выходными выводами и входами соответствующих вентильных мостов, выходы постоянного тока которых замкнуты накоротко или на накопитель энергии, а их вто 989539рые обмотки соединены между собой, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов и сниже ния стоимости, вторые обмотки каждой фазы трансформаторов выполнены в ви 5 де двух секций, каждая иэ которых соединена в зигзаг пофазно и включена между соответствующими выходными выводами устройства и входами других вентильных мостов.102. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что числа витков первой и второй секций второй обмотки трансформатора удовлетворяют условию10 (60- у 1 с);60Ч рЯ ьп602 х М где Ч - число витков первой секциивторой обмотки трансформатора;Ях - число витков второй секциивторой обмотки % -го трансформатора;номер трансформатора,В ==1,2 М -1,Ф - число витков первых обмотоктрансформаторов;М - число трехфазных вентильныхмостовИсточники информации,принятые во внимание .при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2996356/07,кл. С 05 Е 1/24, 1980.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 3233829/07,кл 6 05 Г 1/16, 1981.989539 и,Составитель Д.Фуфлыгинедактор М.Петрова Техред С. Мигунова - Корректор:В. Прохненк Тираж 872. ПодписГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д,4 9/67 ВНИИП Зака 1303 иал ППП "Патентф, г.ужгород, ул.Проектная,