СТАБИЛИЗАТОР ТРЕХФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СО ЗВЕНОМ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2000 года по МПК G05F1/30 H02M5/45 

Изобретение относится к электронике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для стабилизации трехфазного напряжения на низкой стороне трансформаторной подстанции.

Известен стабилизатор трехфазного напряжения трансформаторной подстанции /Пат. РФ N 1636833, 5 H 02 M 5/45, G 05 F 1/30, 1993/, который включается на низкой стороне главного трансформатора подстанции и содержит управляемый реверсивный выпрямитель и трехфазный инвертор напряжения с синхронизированными с сетью системами управления.

Основной недостаток этого устройства - большой вес и габаритные размеры трансформатора.

Известен также стабилизатор трехфазного синусоидального напряжения со звеном повышенной частоты /Пат. РФ N 2071633, 6 H 02 М 5/45, G 05 F 1/30, 1997/, который взят за прототип. Он по сравнению с предыдущим аналогом имеет улучшенные вес и габариты. Стабилизатор включен в цепь нагрузки главного трансформатора подстанции и содержит два преобразователя частоты, один из которых повышает частоту напряжения и выполнен на основе управляющего реверсивного выпрямителя и инвертора напряжения, а другой понижает частоту до частоты сети и представляет собой нулевой трехфазно-трехфазный циклоконвертор, и включенный между ними понижающий высокочастотный трансформатор.

Недостатком прототипа является большой процент высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения.

Задачей изобретения является улучшение синусоидальности выходного напряжения при сохранении улучшенных массогабаритных показателей и высокого быстродействия.

Эффект от решения поставленной задачи заключается в том, что вместо двухполярной вольтодобавки при изменении угла управления нулевого циклоконвертора достигается трехзонное регулирование с возможностью изменения амплитуды в каждой зоне, что улучшает коэффициент несинусоидальности выходного напряжения в 2,5-3 раза.

Задача решается за счет того, что введен датчик отклонения напряжения сети, вход которого через измерительно-синхронизирующий блок подключен к фазным вторичным обмоткам главного трансформатора, а его выход подключен к управляющему входу системы управления выпрямителем, причем понижающий высокочастотный трансформатор выполнен трехфазно-шестифазным, а нулевой циклоконвертор шестифазно-трехфазным, система управления выпрямителем выполнена с возможностью ограничения минимального уровня выпрямленного напряжения, а система управления инвертором напряжения со 180-градусным алгоритмом управления.

К недостатку прототипа можно отнести также ограниченные функциональные возможности.

В результате применения дополнительных средств устройство обеспечивает симметрирование трехфазного напряжения на нагрузке. Это достигается тем, что в качестве датчика отклонения напряжения нагрузки применен блок датчиков отклонения фазных напряжений нагрузки, фазные выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих фазных каналов системы управления нулевым циклоконвертором.

Схема стабилизатора до уровня известных функциональных элементов представлена на фиг. 1, а диаграммы режимов работы с характерными поддиапазонами регулирования - на фиг. 2 - 6, где U_н - фазное напряжение нагрузки; U_с - фазное напряжение сети; U_д - фазное напряжение вольтодобавки.

Устройство (фиг. 1) содержит главный трансформатор 1 с первичной и вторичной обмотками 2 и 3, понижающий высокочастотный трансформатор 4 с первичной и вторичной обмотками 5 и 6, реверсивный выпрямитель 7 с системой управления 8, фильтр 9, инвертор напряжения 10 с системой управления 11, датчик отклонения напряжения сети 12, нулевой циклоконвертор 13 с системой управления 14, датчик отклонения напряжения нагрузки 15, нагрузку 16, измерительно-синхронизирующий блок 17.

В устройстве применен трехфазный инвертор напряжения 10, работающий со 180-градусным алгоритмом управления, при этом вторичная обмотка 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4 расщеплена на две встречные полуобмотки и создает шестифазную систему напряжений. Циклоконвертор 14 выполнен по шестифазно-трехфазной нулевой схеме.

Элементы устройства соединены следующим образом. Вторичная обмотка 3 главного трансформатора 1 включена между выходом нулевого циклоконвертора 13 и нагрузкой 16. Первичная обмотка 5 понижающего высокочастотного трансформатора 4 соединена в звезду и через последовательно соединенные инвертор напряжения 10, фильтр 9 и реверсивный выпрямитель 7 подключена к нагрузке 16, вторичная обмотка 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4 соединена в звезду и подключена к входу нулевого циклоконвертора 13, первичная обмотка 2 главного трансформатора 1 подключена к сети. Управляющие входы системы управления 14 циклоконвертором 13 подключены к выходам блока датчиков отклонения напряжения нагрузки 15, который подключен к вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1. Управляющие входы системы управления 8 реверсивным выпрямителем 7, управляющие входы системы управление 11 инвертором напряжения 10, управляющие входы системы управление 14 циклоконвертором 13, а также датчик отклонения напряжения сети 12 подключены к выходам измерительно-синхронизирующего блока 17, входы которого подключены к вторичным фазным обмоткам 3 главного трансформатора 1. Входы нулевого циклоконвертора 13 подключены к вторичной обмотке 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4, при этом вторичная обмотка 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4 выполнена с изолированной или заземленной нейтралью.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В режиме вольтодобавки дополнительный поток энергии направлен из сети в нагрузку 16 через главный трансформатор 1, реверсивный выпрямитель 7, фильтр 9, инвертор напряжения 10, понижающий высокочастотный трансформатор 4 и нулевой циклоконвертор 13, а в режиме вольтовычета из нагрузки в сеть в обратном направлении.

Пофазный перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета (см. фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6.) производится увеличением угла задержки включения тиристоров соответствующих фазных анодных и катодных групп нулевого циклоконвертора 13 на величину, которая больше половины полупериода высокочастотного напряжения.

Стабилизация напряжения на нагрузке производится как амплитудным способом посредством реверсивного выпрямителя 7, так и трехзонным широтно-импульсным способом посредством нулевого циклоконвертора 13. В процессе формирования добавочного напряжения участвует понижающий высокочастотный трансформатор 4, который задает требуемый диапазон стабилизации напряжения, а также реверсивный выпрямитель 7, фильтр 9, инвертор напряжения 10 и нулевой циклоконвертор 13. Инвертор напряжения 10 формирует трехфазное напряжение повышенной частоты кратной частоте сети, например 400 Гц. Это напряжение понижается высокочастотным трансформатором 4 и подается на вход нулевого циклоконвертора 13, выполненного на трех анодных и трех катодных группах, каждая из которых содержит по шесть тиристоров.

Внутри каждой группы управляемых вентилей нулевого циклоконвертора 13 коммутация происходит естественным путем в выпрямительном и инверторных режимах за счет питания вентильных групп периодически изменяющимся высокочастотным напряжением, снимаемым с вторичной обмотки 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4, а формирование синхронизированной с сетью вольтодобавки производится нулевым циклоконвертором 13 в зависимости от рассогласования фазных напряжений нагрузки при помощи фазных каналов системы управления 14.

Стабилизация напряжения во всех фазах нагрузки производится действием реверсивного выпрямителя 7, а в каждой фазе отдельно при помощи фазных каналов нулевого циклоконвертора 13. Такое совместное регулирование обеспечивает симметрию напряжения нагрузки.

Особенностью устройства является то, что трехфазный инвертор напряжения 10 со 180-градусным управлением формирует двухступенчатое фазное напряжение с длительностью ступени π/3 рад, и тиристоры шестифазно-трехфазного нулевого циклоконвертора находятся в проводящем состоянии также π/3 рад. Это обеспечивает регулирование вольтодобавки в трех поддиапазонах и улучшение формы выходного напряжения, особенно при синусоидальных управляющих сигналах фазных каналов системы управления 14 нулевым циклоконвертором 13, когда формирование вольтодобавки производится плавным переходом из одного поддиапазона в другой внутри каждого периода сетевого напряжения.

Другой положительной особенностью стабилизатора является возможность его применения в электроустановках с удвоенной мощностью без применения параллельного соединения тиристоров с уравнительными цепями для соответствующего двукратного увеличения тока нулевого циклоконвертора 13.

Это так же как и улучшение формы напряжения достигается за счет применения собственно трехфазно-шестифазного понижающего высокочастотного трансформатора 4 и шестифазно-трехфазного нулевого циклоконвертора 13.

Наиболее целесообразной областью применения быстродействующего электронного стабилизатора напряжения являются промышленные энергоблоки мощностью до 1000 кВА.

Стабилизатор предназначен для включения на низкой стороне главного трансформатора подстанции и содержит два преобразователя частоты ПЧ1, ПЧ2, между которыми включен понижающий высокочастотный трансформатор. Преобразователь ПЧ1 повышает частоту кратно частоте сети и выполнен со звеном постоянного напряжения на базе управляемого реверсивного выпрямителя и инвертора напряжения. Преобразователь ПЧ2 понижает частоту до частоты сети и представляет собой шестифазно-трехфазный нулевой циклоконвертор с естественной коммутацией. Устройство обеспечивает широтно-импульсное регулирование добавочного напряжения в трех поддиапазонах при помощи нулевого циклоконвертора и амплитудное регулирование в каждом поддиапазоне при помощи реверсивного выпрямителя. Стабилизация напряжения на нагрузке производится реверсивным выпрямителем по отклонению напряжения сети и нулевым циклоконвертором по отклонению напряжения нагрузки. Технический результат - улучшение качества выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Стабилизатор трехфазного синусоидального напряжения со звеном повышенной частоты, включенный на низкой стороне главного трансформатора подстанции и содержащий датчик отклонения напряжения нагрузки, понижающий высокочастотный трансформатор, а также нулевой циклоконвертор с естественной коммутацией, инвертор напряжения с входным фильтром и реверсивным выпрямителем, системы управления которых синхронизированы с сетью, причем система управления инвертором напряжения выполнена с возможностью повышения частоты кратно частоте сети, а система управления нулевым циклоконвертором выполнена с возможностью понижения частоты до частоты сети, при этом управляющий вход системы управления нулевого циклоконвертора подключен к выходу датчика отклонения напряжения нагрузки, первичная обмотка понижающего высокочастотного трансформатора соединена в звезду и через инвертор напряжения, его фильтр и реверсивный выпрямитель подключена к нагрузке, а вторичная обмотка понижающего высокочастотного трансформатора соединена в звезду с изолированной или заземленной нейтралью и через нулевой циклоконвертор и вторичные фазные обмотки главного трансформатора также подключена к нагрузке, отличающийся тем, что введен датчик отклонения напряжения сети, вход которого через измерительно-синхронизирующий блок подключен к фазным вторичным обмоткам главного трансформатора, а его выход подключен к
управляющему входу системы управления реверсивным выпрямителем, причем понижающий высокочастотный трансформатор выполнен трехфазно-шестифазным, а нулевой циклоконвертор - шестифазно-трехфазным, система управления реверсивным выпрямителем выполнена с возможностью ограничения минимального уровня выпрямленного напряжения, а система управления инвертором напряжения со 180-градусным алгоритмом управления. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика отклонения напряжения нагрузки применен блок датчиков отклонения фазных напряжений нагрузки, фазные выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих фазных каналов системы управления нулевым циклоконвертором.