УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ НА M-ФАЗНОЙ НАГРУЗКЕ Российский патент 1995 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике и может быть использовано для управления мощностью активных нагревателей.

Известны регуляторы напряжения, которые применяются для управления мощностью приемников электроэнергии.

Однако такие регуляторы напряжения имеют низкий коэффициент мощности, ограниченную пропускную способность регуляторов и электрических сетей.

Известен регулируемый тиристорный преобразователь переменного напряжения для двух активных нагревателей и способ управления им, предназначенный для обеспечения одинаковой мощности в нагрузках во всем диапазоне регулирования. Преобразователь содержит три тиристора, два из которых включены каждый последовательно с одним нагревателем, при этом анод первого тиристора соединен с катодом второго и с одним из входных выводов, а третий тиристор соединен анодом с катодом первого тиристора, катодом - с анодом второго тиристора. Вывод общей точки нагревателей соединен с другим входным выводом.

Недостатками известного устройства и способа управления им являются низкий коэффициент мощности и ограниченная установленная мощность устройства.

Известно также устройство для регулирования напряжения на трехфазной нагрузке, содержащее три основные группы встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенных последовательно с нагрузкой в каждой фазе, и три дополнительные группы встречно-параллельно соединенных тиристоров, каждая из которых подключена одним концом к выводу нагрузки одной фазы, а другим - к выводу нагрузки последующей фазы.

Недостатками данного устройства являются низкий коэффициент мощности из-за уменьшения линейного напряжения при увеличении угла управления дополнительными тиристорами и низкая пропускная способность электрических сетей, ограниченная установленная мощность устройства и сложность системы управления тиристорами, вызываемые возможностью короткого замыкания источника и необходимостью изменения в определенных пределах углов управления группами тиристоров.

Целью изобретения является повышение коэффициента мощности, единичной установленной мощности устройства и пропускной способности электрических сетей.

Цель достигается тем, что в каждой фазе m-фазной электрической цепи включены две группы m двунаправленных ключей. Первая группа содержит выводы для подключения нагрузки к выводам электрической сети по схеме "звезда", а другая - по схеме "треугольник". Двунаправленные ключи первой группы содержат два тиристора, первые разноименные выводы которых объединены и соединены с выводом для подключения соответствующей фазы сети, а к каждому второму выводу тиристора подключена секция двухсекционной нагрузки соответствующей фазы. Первые выводы двунаправленных ключей второй группы соединены с выводами для подключения соответствующей фазы сети, а вторые выводы соединены с объединенным выводом всех секций нагрузки. Данным соединением элементов устройства обеспечивается непрерывное изменение коэффициента преобразования напряжений путем плавного переключения нагрузки со "звезды" на "треугольник".

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Известные технические решения, в которых управление мощностью выполняют изменением действующего напряжения на нагрузке при фиксированном коэффициенте преобразования напряжений, характеризуются низким коэффициентом мощности. В предложенном техническом решении непрерывным изменением коэффициента преобразования напряжений в пределах ≥ n≅ 1,0 работа выполняется при загрузке электрической сети и тиристоров преобразователя минимальным током, что позволяет повысить коэффициенты мощности устройства, пропускную способность электрических сетей, единичную установленную мощность.

Таким образом, заявляемое устройство для регулирования мощности на m-фазной нагрузке соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Изобретение поясняется фиг. 1-3.

На фиг. 1 дана принципиальная электрическая схема устройства для регулирования мощности на трехфазной нагрузке, обеспечивающего высокий коэффициент мощности на интервале управления от P = 1/3 до P = 1,0.

Секции нагрузки 1, 2 (7, 8, 13, 14) и тиристоры первой группы двухнаправленных ключей 3, 4 (9, 10, 15, 16) в каждой фазе соединены последовательно. Разноименные выводы тиристоров 3 (9, 15) и 4 (10, 16) соединены с разноименными выводами тиристоров второй группы двунаправленных ключей 5, 6 (11, 12, 17, 18) и с одним из входных выводов A (B, C), причем вторые выводы тиристоров второй группы 5 (11, 17) и 6 (12, 18) соединены вместе и с выводом общей точки для подключения всех секций нагрузки.

При потреблении мощности от P = 0 до P ≅1/m тиристоры 5, 6, 11, 12, 17, 18 заперты, а управляющие импульсы подают на тиристоры 3, 4, 9, 10, 15, 16. Управление мощностью выполняют изменением действующего напряжения на секции нагрузки 1, 2, 7, 8, 13, 14 при коэффициенте преобразования напряжений устройства:
n = U_вх/U_н = , где U_вх - номинальное линейное напряжение сети;
U_н - номинальное напряжение на секциях нагрузки.

Зависимость тока I в сети от активной мощности P представлена на фиг. 2., кривая 1.

При потреблении мощности от P = 1/m до P = 1,0 тиристоры 3, 4, 9, 10, 15, 16 (фиг. 1) открыты, а управляющие импульсы подают на тиристоры 5, 6, 11, 12, 17, 18. Управление мощностью выполняют регулированием коэффициента преобразования напряжений от n = до n = . Изменение тока в сети при управлении мощностью резисторной нагрузки представлена прямой 2 на фиг. 2. Принцип управления тиристорами устройства такой же, как во всех известных способах фазоимпульсного управления или управления модуляцией на низкой, основной или высокой частоте. Измерение управляющих импульсов и переход с управления тиристорами первой группы двунаправленных ключей на управление тиристорами второй группы может осуществляться вручную или автоматически в зависимости от требуемой мощности.

Принципиальная электрическая схема устройства для регулирования мощности на трехфазной нагрузке, обеспечивающего высокий коэффициент мощности на интервале управления от P = 1/6 до P = 1,0, приведена на фиг. 3.

В каждый двухнаправленный ключ первой группы введен третий тиристор 19 (20, 21), включенный между вторыми выводами тиристоров 3 (9, 15) и 4 (10, 16) в направлении, согласном с каждым из тиристоров.

При потреблении мощности от P = 0 до P ≅1/(2 ˙m) тиристоры 5, 6, 11, 12, 17, 18, 19, 20, 21 заперты, а управляющие импульсы подают на тиристоры 3, 4, 9. 10, 15, 16. Управление мощностью выполняют изменением действующего напряжения на секциях нагрузки при коэффициенте преобразования напряжений n = . Зависимость действующего тока в сети от мощности изображена кривой 3 на фиг. 2. При потреблении мощности от P = 1/6 до P ≅1/m тиристоры 3, 4, 9, 10, 15, 16 (фиг. 3) открыты, а управляющие импульсы подают на тиристоры 19, 20, 21 и непрерывно изменяют коэффициент преобразования напряжений до n = . При потреблении мощности от P = 1/m до P≅1,0 тиристоры 3, 4,9, 10, 15, 16, 19, 20, 21 открыты, а управляющие импульсы подают на тиристоры 5, 6, 11, 12, 17, 18 и непрерывным изменением коэффициента преобразования напряжений от n = до n = 1,0 достигается изменение тока при управлении мощностью по прямой 2 фиг. 2.

Для сравнивания на фиг. 2 представлена зависимость тока в сети при управлении активной мощностью (кривая 4) изменением действующего напряжения на резисторной нагрузке с постоянным коэффициентом преобразования напряжений известными устройствами.

Предлагаемое устройство для регулирования мощности на m-фазной нагрузке по сравнению с известными регуляторами напряжения имеет следующие преимущества:
1. Коэффициент мощности устройства на интервале от P = 1/(2 ˙m)... 1/m до P = 1,0 в основном определяется коэффициентом мощности нагрузки при выпрямленном токе и повышается в 2 раза.

2. Повышается пропускная способность электрических сетей, коэффициент использования мощности источников электроэнергии в 3 раза.

3. Повышается единичная установленная мощность устройства в 2 раза за счет снижения нелинейных искажений и колебаний напряжения в сети в 3 - 4 раза.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике. Сущность изобретения: устройство содержит в каждой фазе по два основных тиристора 3, 4, 9, 10, 15, 16, соединенных каждый последовательно с соответствующей нагрузкой 1, 2, 7, 8, 13, 14. К аноду и катоду основных тиристоров 3, 4, 9, 10, 15, 16 и входному выводу подсоединены анод и катод дополнительной пары тиристоров 5, 6, 11, 12, 17, 18, причем катоды первых и аноды вторых тиристоров дополнительной пары соединены вместе и с выводом общей точки для подключения нагрузки. При потреблении мощности P ≅ 1/m управляющие импульсы подают на основные тиристоры, а при мощности P > 1/m основные тиристоры остаются открытыми, управляющие импульсы подают на дополнительные тиристоры. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ НА M-ФАЗНОЙ НАГРУЗКЕ, содержащее две группы двунаправленных ключей, первая из которых содержит выводы для подключения нагрузки к выводам электрической сети по схеме "звезда", а другая по схеме "треугольник", при этом первые выводы двунаправленных ключей второй группы соединены с выводами для подключения соответствующей фазы сети, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности, единичной установленной мощности устройства и пропускной способности электрических сетей, двунаправленные ключи первой группы содержат два тиристора, первые разноименные выводы которых объединены и соединены с выводом для подключения соответствующей фазы сети, каждый второй вывод тиристора двунаправленного ключа первой группы соединен с первым выводом для подключения секции двухсекционной нагрузки соответствующей фазы, при этом вторые выводы для подключения всех секций нагрузки объединены и соединены с объединенными вторыми выводами двунаправленных ключей всех фаз второй группы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждый двунаправленный ключ первой группы введен третий тиристор, включенный между вторыми выводами первого и второго тиристоров соответствующего ключа в направлении, согласном с каждым из тиристоров.