ДВЕНАДЦАТИПОДДИАПАЗОННЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H02M5/22 G05F1/30 

Изобретение относится к энергетической электронике и может быть использовано для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения на высокой стороне трансформаторной подстанции.

Известно устройство для широтно-импульсного регулирования трехфазного напряжения в шести поддиапазонах (Климаш B.C., Климаш С.С., Куделько А.Р. и др. , а. с. СССР N 1636832, Б.И. N 11, 1991). Оно содержит два вольтодобавочных трансформатора и три мостовых коммутатора, два из которых выполнены по схемам трехфазных инверторов и один по схеме трехфазного выпрямителя. При регулировании напряжения вверх и вниз относительно напряжения сети примерно на 20% устройство искажает выходное напряжение не более чем на 5%. Однако при расширении диапазона регулирования в нем необходимо применять фильтры, что усложняет устройство и ухудшает его массогабаритные показатели.

Известно также устройство для широтно-импульсного регулирования переменного напряжения с вольтодобавочным каналом (Климаш B.C., Симоненко И.Г., патент 2041554 РФ, Б.И. N 22, 1995), которые в двухкомплектном трехфазном варианте с поочередным управлением коммутаторов первого и второго комплектов позволяют реализовать двенадцатиподдиапазонное регулирование напряжения в трехпроводных линиях электропередач с понижающей трансформаторной подстанцией. Оно содержит в каждом комплекте каждой фазы однофазный мостовой коммутатор на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью с общим количеством ключей, равном 24. В этом техническом решении обеспечение регулирования в диапазоне ±35% с допустимыми искажениями достигнуто за счет увеличения числа ключей, т.е. путем усложнения устройства и ухудшения его массогабаритных показателей.

За прототип взято устройство для регулирования трехфазного напряжения (Липковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей переменного напряжения. - Киев: Наук. думка, 1983, см. рис. 61, стр. 136). Оно предназначено для включения на высокой стороне подстанции со схемой соединения обмоток главного трансформатора У/Ун и содержит несколько, например два, вольтодобавочных трансформатора, управление которыми производится при помощи коммутатора на n полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью для обеспечения (n-1) поддиапазонов регулирования.

Основным недостатком прототипа является большое количество полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, что увеличивает массогабаритные показатели, усложняет его конструкцию и систему управления.

Задача изобретения - упрощение устройства и улучшение его массогабаритных показателей.

Эффект от решения поставленной задачи заключается в том, что при сохранении числа и мощности трансформаторов количество полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью уменьшено в 2 раза.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в каждой фазе вторичные обмотки двух вольтодобавочных трансформаторов соединены последовательно и создают цепь с двумя крайними и одним средним выводами, которые подключены к соответствующим трем ветвям моста, образованного из шести полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, а диагональ этого моста подключена к той же фазе вторичной обмотки главного трансформатора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами, где на фиг. 1 приведена схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 - диаграммы, иллюстрирующие регулирование фазного напряжения в шести поддиапазонах для вольтодобавки и вольтовычета соответственно; на фиг. 4 - алгоритм управления полностью управляемыми ключами с двухсторонней проводимостью и фазные напряжения, формируемые во вторичной цепи вольтодобавочных трансформаторов.

Устройство содержит три моста, каждый из которых имеет три ветви и выполнен на шести полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью 1 - 6, и два вольтодобавочных трансформатора 7, 8.

Элементы устройства (фиг. 1) соединены следующим образом. Первичные обмотки двух вольтодобавочных трансформаторов 7, 8 соединены последовательно и пофазно включены в цепь сети 10 и первичной обмотки главного трансформатора 9, со схемой соединения обмоток У/Ун, при этом в каждой фазе вторичные обмотки вольтодобавочных трансформаторов 7, 8 создают цепь с двумя крайними и одним средним выводами, которые подключены к соответствующим трем ветвям моста, образованного из шести полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью 1-6, а диагональ этого моста подключена к той же фазе вторичной обмотки главного трансформатора, которая подключена к нагрузке 11.

Принцип работы устройства (фиг. 1) рассмотрим в соответствии с предложенным алгоритмом управления (фиг. 4) на примере одной фазы.

При положительном сигнале управления открыт полностью управляемый ключ с двухсторонней проводимостью 6, а при отрицательном - 3. Остальные полностью управляемые ключи с двухсторонней проводимостью находятся в проводящем состоянии на интервалах, определяемых точками пересечения напряжений управления U_у и однополярных положительных и отрицательных треугольных опорных U_т напряжений, имеющих частоту, равную частоте сети и смещенных относительно нуля для создания зоны нечувствительности на сигнал управления в области равенства регулируемого и нерегулируемого напряжений. Два положительных треугольных опорных напряжения смещены друг относительно друга на полпериода сетевого напряжения, имеют одинаковую амплитуду и сравниваются с напряжением управления для переключения полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью 1 и 4 (сплошные линии) и 5 и 2 (пунктирные линии). При смене полярности напряжения управления длительности интервалов их проводящего состояния меняются ролями и устройство переходит из режима вольтодобавки в режим вольтовычета.

Для плавного регулирования положительной вольтодобавки (фиг. 2) изменяют напряжение управления в положительной области, а для отрицательной вольтодобавки (фиг. 3) - в отрицательной области.

Напряжение вольтодобавки в одной фазе (например A):
U_да = U_да^I+U_да^II,
где U_да^I и U_да^II - составляющие напряжения вольтодобавки, вносимые каждым из вольтодобавочных трансформаторов.

Выходное напряжение при симметричной сети и нагрузке:

где U_НА, U_СА - напряжения сети и нагрузки фазы A соответственно; U_да, U_db, U_dc - напряжения вольтодобавки в фазах A, B, C соответственно.

В результате межфазного обмена энергией устройство обеспечивает плавное регулирование трехфазного напряжения в двенадцати поддиапазонах с улучшенным гармоническим составом кривой напряжения нагрузки.

Преобразователь создает допустимые искажения при диапазоне регулирования ±30%.

Наиболее целесообразной областью применения являются трансформаторные подстанции мощностью 0,1-10 MB•A.

Предложен преобразователь трехфазного напряжения с улучшенным гармоническим составом выходного напряжения, что является техническим результатом. Преобразователь содержит два трехфазных двухобмоточных трансформатора, включенных в высоковольтную цепь главного трансформатора подстанции и трехфазный мост на полностью управляемых трехфазных ключах с двухсторонней проводимостью. 4 ил.

Двенадцатиподдиапазонный широтно-импульсный преобразователь трехфазного напряжения, содержащий главный трансформатор, два вольтодобавочных трансформатора с первичными обмотками, соединенными встречно-последовательно и по шесть в каждой фазе полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, отличающийся тем, что в каждой фазе шесть ключей соединены в трехфазный мост, диагональ которого подключена к соответствующей фазной вторичной обмотке главного трансформатора, одна из его ветвей подключена к началам фазных вторичных обмоток вольтодобавочных трансформаторов, относящихся к той же фазе, а две других - к концам этих же фазных обмоток, при этом первичная обмотка главного трансформатора соединена в звезду с изолированной нейтрально и пофазно через первичные обмотки вольтодобавочных трансформаторов подключена к сети, а его вторичная обмотка соединена в звезду с заземленной нейтралью и подключена к нагрузке.