СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G05F1/253 

Изобретение относится к силовой электронике и электротехнике и может быть использовано для широкодиапазонного и мелкоступенчатого регулирования под нагрузкой величины выпрямленного напряжения на зажимах различных электроприемников при синусоидальном потребляемом ими из питающей сети токе. Регулирование выпрямленного напряжения выполняют путем бесконтактного, мелкоступенчатого и широкодиапазонного изменения величины переменного трехфазного напряжения на входных зажимах трехфазных выпрямительных мостов, от которых получают электроэнергию различные по функциональному назначению электроприемники.

Для стабилизации и регулирования указанных выше параметров электроэнергии в трехфазных сетях электроснабжения приемников различного функционального назначения широко известен способ механического переключения отводов регулировочной обмотки питающего трансформатора (см. Журавин Ю.Д., Минцис М.Я., Музыченко И.И. Электроснабжение цехов электролиза алюминия. - Новокузнецк, СибГУ, 2000, с.46-47).

Недостатками такого способа являются электроизнос контактов, низкое быстродействие и невозможность мелкоступенчатого регулирования напряжения на выходных зажимах питающего трансформатора. Последнее не позволяет стабилизировать ток в контуре серии электролизеров алюминия с точностью ±1%, как этого требует технология производства алюминия.

Известен способ регулирования напряжения на основе использования управляемых выпрямительных мостов с системой импульсно-фазового регулирования моментами включения тиристоров упомянутых мостов (см. Туманов И.М., Алтунин Б.Ю. Тиристорные и тиристорно-контактные установки для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии. - Н.Новгород: НГТУ, 1993, с.79-81).

Недостатками способа являются большое потребление реактивной мощности от источника питания и генерация в питающую сеть гармоник высшего порядка.

Известен способ стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током, в соответствии с которым на участке цепи между выходными зажимами вторичной обмотки питающего трансформатора и входными зажимами трехфазного мостового выпрямителя, от которого с выходных зажимов получают электроэнергию постоянного тока электроустановки различного функционального назначения, формируют множество различных по величине и фазе добавочных трехфазных напряжений путем переключения тиристорных ключей и изменения схемы соединения первичной обмотки трансформатора трансформаторно-тиристорного модуля, напряжение на выходных зажимах вторичной обмотки питающего трансформатора выбирают соответствующим середине диапазона регулирования его на выходных зажимах мостового выпрямителя, а величину максимального уровня добавочного напряжения на выходных зажимах трансформаторно-тиристорного модуля выбирают соответствующей половине упомянутого диапазона (см. патент России №2172054, кл. Н 02 М 5/12, G 05 F 1/253, 2001 - прототип).

Известно устройство для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током, содержащее питающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а между выходными зажимами его вторичной обмотки и входными зажимами трехфазного мостового выпрямителя включены последовательно вторичные обмотки одного или нескольких трансформаторов соответствующих трансформаторно-тиристорных модулей, зажимы и отводы первичных обмоток которых, через свой блок тиристорных ключей, подключены к отводам различных фаз первичной обмотки питающего трансформатора, а имеющая процессор система программного управления устройством своими выходными зажимами подключена к управляющим электродам тиристорных ключей соответствующих трансформаторно-тиристорных модулей (см. патент России №2172054, кл. Н 02 М 5/12, G 05 F 1/253, 2001 - прототип).

Известный способ не обеспечивает широких функциональных возможностей, так как отсутствует электромагнитная совместимость с питающей сетью в процессе широкодиапазонного и мелкоступенчатого регулирования величины выпрямленного напряжения на входных клеммах систем питании электроустановок постоянного тока при минимуме затрат активных материалов на изготовление устройства для его реализации. Связано это с тем, что он не предусматривает компенсацию высших гармонических размагничивающих магнитодвижущих сил различных фаз магнитопровода питающего трансформатора, которые создаются высшими гармониками тока в соответствующих фазах первичной обмотки его в связи с нелинейными характеристиками электроприемников нагрузки в цепи вторичной обмотки питающего трансформатора. Затраты активных материалов на изготовление известного устройства, а следовательно, и потери электроэнергии в его элементах существенно возрастают. Объясняется это тем, что у известного устройства снижение величины высших гармонических потребляемого из питающей сети тока реализуется только путем расщепления вторичной обмотки питающего трансформатора на несколько однотипных трехфазных обмоток с различными группами соединения фаз обмотки между собой. Это приводит к увеличению числа параллельных трехфазных цепей, а следовательно, и количества трансформаторно-тиристорных модулей в составе трехфазной цепи, от которой получают электроэнергию параллельно соединенные мостовые выпрямители.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током и сокращение расхода активных материалов на изготовление устройства для его реализации. Заявленное устройство содержит в своем составе минимальное количество элементов силового электрооборудования, которое имеет высокий коэффициент полезного действия. Все это способствует решению проблемы ресурсо- и энергосбережения при организации технологического процесса получения различных полезных продуктов с помощью систем питания электроустановок постоянным током.

Технический результат заключается в том, что появляется возможность использовать не более двух трансформаторно-тиристорных модулей для системы питания электроустановок постоянным током. При этом обеспечивается достаточная точность свыше ±1% регулирования величины выпрямленного напряжения на зажимах электроустановок, а коэффициент высших гармонических тока, потребляемого из питающей электросети, практически равен нулевому значению. Более чем в полтора раза уменьшается расход активных материалов и затраты на изготовление трансформаторного оборудования устройства, а также эксплуатационные издержки при его использовании.

Этот технический результат достигается тем, что в способе стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током, в соответствии с которым на участке цепи между выходными зажимами вторичной обмотки питающего трансформатора и входными зажимами трехфазного мостового выпрямителя, от которого с выходных зажимов получают электроэнергию постоянного тока электроустановки различного функционального назначения, формируют множество различных по величине и фазе добавочных трехфазных напряжений, путем переключения тиристорных ключей и изменения схемы соединения первичной обмотки трансформатора трансформаторно-тиристорного модуля, напряжение на выходных зажимах вторичной обмотки питающего трансформатора выбирают соответствующим середине диапазона регулирования его на выходных зажимах мостового выпрямителя, а величину максимального уровня добавочного напряжения на выходных зажимах трансформаторно-тиристорного модуля выбирают соответствующей половине упомянутого диапазона, согласно изобретению питающий трансформатор снабжают дополнительной трехфазной обмоткой, по фазам которой, с помощью полностью управляемых электронных ключей, создают высшие гармонические тока таким образом, чтобы соответствующие им высшие гармонические намагничивающих магнитодвижущих сил в фазах магнитопровода питающего трансформатора полностью компенсировали высшие гармонические размагничивающих магнитодвижущих сил соответствующих фаз магнитопровода питающего трансформатора, которые создаются высшими гармониками тока в фазах первичной обмотки питающего трансформатора в связи с нелинейными характеристиками нагрузки в цепи вторичной обмотки его, а в систему программного управления дополнительно вводят DSP-контроллер, который в качестве входных данных получает аналоговые сигналы от датчиков тока различных фаз первичной и дополнительной обмоток питающего трансформатора, путем оцифровывания этих сигналов и использования периодически повторяющегося прямого быстрого преобразования Фурье с периодом времени основной гармоники 0,02 с получают частотные спектры высших гармонических тока первичной и дополнительной обмоток питающего трансформатора, эти частотные спектры суммируют и с помощью обратного быстрого преобразования Фурье и последующего цифроаналогового преобразования получают временные зависимости тока всех трех фаз, которые используют в качестве выходных сигналов DSP-контроллера, последние подают параллельно на входные зажимы пропорционального и пропорционально-дифференциального регуляторов, с выходных зажимов которых сигналы суммируют, а полученный сигнал с выхода сумматора вычитают из текущего значения ЭДС соответствующей фазы дополнительной обмотки питающего трансформатора, значения ЭДС получают с помощью датчиков ЭДС конкретной фазы, таким образом определяют мгновенные значения в каждой фазе необходимых напряжений между стоком и истоком полностью управляемых электронных ключей, на основе этих данных и значений токовых сигналов, ранее полученных с выхода DSP-контроллера, а также данных вольтамперных характеристик используемых электронных ключей определяют необходимый временной график изменения управляющего напряжения “затвор-исток” электронных ключей различных фаз, обеспечивающий требуемый ток по фазам дополнительной обмотки питающего трансформатора и отсутствие высших гармонических тока, потребляемого первичной обмоткой питающего трансформатора из сети.

Этот технический результат достигается также тем, что в известном устройстве для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током, содержащем питающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а между выходными зажимами его вторичной обмотки и входными зажимами трехфазного мостового выпрямителя включены последовательно вторичные обмотки одного или нескольких трансформаторов соответствующих трансформаторно-тиристорных модулей, зажимы и отводы первичных обмоток которых через свой блок тиристорных ключей подключены к отводам различных фаз первичной обмотки питающего трансформатора, а имеющая процессор система программного управления устройством своими выходными зажимами подключена к управляющим электродам тиристорных ключей соответствующих трансформаторно-тиристорных модулей, согласно изобретению вторичная обмотка питающего трансформатора выполнена в виде двух трехфазных обмоток, а каждая фаза полученной дополнительной трехфазной обмотки соединена последовательно с однотипной электрической цепью, содержащей последовательное соединение датчика тока и полностью управляемого электронного ключа, полученные два свободных зажима в каждой фазе дополнительной обмотки соединены между собой, а система программного управления устройством дополнительно содержит два последовательно соединенных блока, блок DSP-контроллера и блок формирования управляющих напряжений “затвор-исток” для управления работой электронных ключей, которые включены в разные фазы дополнительной обмотки питающего трансформатора, блок DSP-контроллера содержит две однотипные параллельные трехфазные цепи, состоящие из последовательно соединенных функциональных звеньев, первая цепь содержит последовательное соединение датчика тока первичной обмотки питающего трансформатора, аналого-цифрового преобразователя, звена для прямого быстрого преобразования Фурье и звена обработки и фильтрации с двумя парами выходных зажимов, одна из которых подключена к функциональному звену для определения коэффициента гармоник тока, потребляемого первичной обмоткой питающего трансформатора из питающей сети, во вторичной цепи датчик тока включен в цепь дополнительной обмотки питающего трансформатора, звено обработки и фильтрации имеет одну пару выходных зажимов, причем выходные зажимы функциональных звеньев обработки и фильтрации обеих цепей соединены с соответствующими входными зажимами сумматора, к выходным зажимам которого подключена цепь из последовательно соединенных функциональных звеньев для выполнения обратного быстрого преобразования Фурье и цифроаналогового преобразования, а выходные зажимы этой цепи связаны с блоком формирования управляющих напряжений, в котором они соединены параллельно со входными зажимами пропорционального и пропорционально-дифференциального регуляторов, а также с первой парой входных зажимов функционального звена, моделирующего вольтамперные характеристики используемых электронных ключей, выходные зажимы упомянутых регуляторов соединены с соответствующими входными зажимами сумматора, выход которого соединен со входными зажимами функционального звена, инвертирующего входной сигнал по знаку и суммирующего его с текущим значением ЭДС соответствующей фазы дополнительной обмотки питающего трансформатора, поступающего на другой вход этого же звена от датчика ЭДС, установленного в данной фазе, а выходные зажимы вышеупомянутого функционального звена соединены со второй парой входных зажимов звена, моделирующего вольтамперные характеристики используемых электронных ключей, одна пара выходных зажимов упомянутого выше звена соединена с затвором и истоком электронного ключа одной фазы, а две другие пары выходных зажимов аналогично связаны с затвором и истоком электронных ключей соответствующих двух других фаз.

Заявленный способ стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током путем мелкоступенчатого и широкодиапазонного регулирования величины выпрямленного напряжения на входных клеммах упомянутых установок при синусоидальном потребляемом токе из питающей сети, а также заявленная схема электропитания их, которая содержит в своем составе минимальное количество элементов силового электрооборудования только с высоким коэффициентом полезного действия, способствуют решению проблемы ресурсо- и энергосбережения при организации технологического процесса получения различных полезных продуктов за счет использования систем питания электроустановок постоянным током. Связано это с тем, что при реализации способа более чем в полтора раза уменьшается расход активных материалов и затраты на изготовление трансформаторного оборудования устройства, а также в два раза уменьшаются потери электроэнергии в его элементах при эксплуатации, обеспечивается электромагнитная совместимость системы электропитания с питающей сетью. Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию “новизна”. При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают соответствие критерию “Изобретательский уровень”. Проведенные испытания подтверждают соответствие критерию “Промышленная применимость”.

На фиг.1 приведена схема одного из вариантов устройства для осуществления способа стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током; в качестве примера устройство на фиг.1 содержит в своем составе два трансформаторно-тиристорных модуля, которые соединены последовательно; на фиг.2 - вариант принципиальной схемы одного из используемых трансформаторно-тиристорных модулей устройства; на фиг.3-4 показаны варианты функциональных схем соответственно блока DSP-контроллера и блока формирования управляющих электронными ключами напряжений в соответствии с предлагаемым способом; на фиг.5-10 приведены графики сигналов на выходных зажимах отдельных звеньев упомянутых выше блоков для пояснения предлагаемого способа.

Устройство (фиг.1) содержит питающий трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, которая имеет отводы 3 и датчики тока 4 в каждой фазе. Для подключения первичной обмотки 2 к питающей сети используются клеммы А, В, С. Вторичная обмотка трансформатора 1 выполнена в виде двух трехфазных обмоток, соответственно 5 и 6. Каждая фаза дополнительной трехфазной обмотки 5 соединена последовательно с однотипной электрической цепью, содержащей последовательное соединение датчика тока 7 и полностью управляемого электронного ключа 8. Полученные два свободных зажима в каждой фазе обмотки 5 соединены между собой. Для управления работой электронных ключей 8 используются сигналы между их электродами “затвор-исток”, которые поступают от блока 9 формирования управляющих напряжений. На входные зажимы блока 9 поступают сигналы от датчиков ЭДС 10 отдельных фаз обмотки 5, а также с выходных зажимов блока 11 DSP контроллера. Функциональные схемы блоков 9 и 11 приведены соответственно на фиг.3 и фиг.4. Для организации работы блока 11 используются входные сигналы, которые поступают от датчиков тока 4 и 7. Между выходными зажимами a₁, b₁, c₁ трехфазной обмотки 6 и входными зажимами а₃, b₃, c₃ трехфазного мостового выпрямителя 12 включены последовательно отдельные фазы вторичных трехфазных обмоток 13 и 14. Эти обмотки 13 и 14 входят в состав трехфазных трансформаторов 15 и 16 соответственно, которые, в свою очередь, принадлежат соответствующим трансформаторно-тиристорных модулям с блоками 17, 18 тиристорных ключей соответственно. Вариант полного схемотехнического исполнения трансформаторно-тиристорного модуля на фиг.1 ограничен пунктирной линией I и изображен на фиг.2. Зажимы и отводы различных фаз первичных обмоток 19 и 20 соответственно трансформаторов 15 и 16 трансформаторно-тиристорных модулей через тиристорные ключи блоков 17 и 18 этих модулей подключены к отводам 3 первичной обмотки 2 питающего трансформатора 1. Принципиальные схемы всех тиристорных ключей устройства одинаковы, и в качестве примера на фиг.2 пунктирной линией выделена принципиальная схема одного из вариантов исполнения тиристорного ключа трансформаторно-тиристорных модулей (позиция 17.1). В качестве активных элементов (тиристорных ключей) могут быть использованы вместо тиристоров другие технически эквивалентные по выполняемым функциям сильноточные элементы (например, симисторы, механические контакторы с гашением дуги в вакууме, механический коммутатор с ограниченным числом тиристорных ключей, используемых исключительно для устранения электроизноса контактов коммутатора и переходных процессов при коммутации контактов и т.д.). Выходные разноименные зажимы a₄, b₄ трехфазного мостового выпрямителя 12 подключены к нагрузке 21, которая на фиг.1 изображена в виде последовательно соединенных и переменных во времени активного резистора R и противо-ЭДС Е. Система программного управления 22 работой тиристорных ключей блоков 17 и 18 своими выходными зажимами подключена к управляющим электродам этих тиристорных ключей. С помощью системы программного управления в заданные моменты времени включаются и отключаются определенные тиристорные ключи блоков 17, 18 с целью изменения схемы соединения первичных обмоток 19 и 20 трансформаторов 15 и 16 соответственно.

На фиг.2 приведен вариант принципиальной схемы одного из трансформаторно-тиристорных модулей, который поясняет коммутацию обмоток трансформатора 15, 16. Фиг.2 представляет собой фрагмент фиг.1, который выделен пунктирной линией I. Путем включения определенных тиристорных ключей блоков 17 или 18 зажимы и отводы соответствующей первичной обмотки 19 или 20 подключают различными (более 150) вариантами как между собой, так и к соответствующим отводам 3 в разных фазах первичной обмотки 2 питающего трансформатора 1. Для этих целей в составе каждого из блоков 17, 18 тиристорных ключей используют несколько их частей. Определенные тиристорные ключи 17.1, 17.3, 17.5, 17.8, 17.10, 17.12 блока 17 из первой части, включены тогда, когда необходимо уменьшить на некоторую дискретную величину напряжение на выходных зажимах а₂, b₂, с₂ трансформаторно-тиристорного модуля по сравнению с его величиной на входных зажимах соответственно а₁, b₁, с₁ (фиг.1). Когда требуется увеличить напряжение на упомянутых зажимах, включают тиристорные ключи, например, 17.2, 17.4, 17.6, 17.7, 17.9, 17.11 блока 17 из состава второй их части. Тиристорные ключи 17.13, 17.14, 17.15, 17.16, 17.17, 17.18 третьей части используют для соединения между собой зажимов и отводов первичной обмотки 19 с целью получения различных вариантов схемы ее соединения. В частном случае, когда нет необходимости менять напряжение на выходных зажимах относительно такового на зажимах a₁, b₁, c₁ (фиг.1), включают определенные тиристорные ключи исключительно из состава третьей части их. Принципиальная схема одного из вариантов исполнения тиристорных ключей показана пунктирной линией (позиция 17.1).

На фиг.3 представлена функциональная схема соединения отдельных функциональных звеньев блока 11 DSP-контроллера. Данный блок включает в себя две однотипных трехфазных цепи, которые содержат последовательно соединенные необходимые функциональные звенья. Входной сигнал первой цепи формируется датчиками тока 4 фаз первичной обмотки 2, а входной сигнал второй цепи - датчиками тока 7 фаз дополнительной трехфазной обмотки 5 питающего трансформатора 1. Эти сигналы поступают на входные зажимы соответствующих аналого-цифровых преобразователей 11.1 и 11.2. Дискретизованные по времени сигналы поступают в обеих цепях на соответствующие функциональные звенья 11.3 и 11.4 для выполнения прямого быстрого преобразования Фурье. Далее, с помощью функциональных звеньев 11.5 и 11.6 из амплитудно-частотного спектра сигналов в обеих цепях удаляется основная (первая) гармоника тока, а также все высшие гармоники, частоты которых находятся выше определенной величины. С выходных зажимов функциональных звеньев 11.5 и 11.6 сигналы складываются с помощью сумматора 11.7. Взаимоиндуктивные связи между токовыми контурами одноименных фаз (М_Аа, М_Вb, М_Сс - фиг.3) за счет использования общего магнитопровода трансформатора 1 обеспечивают автоматическое уменьшение высших гармонических в составе токов i_A, i_B, i_C первичной обмотки 2, если аналогичные высшие гармонические в составе токов i_a, i_b, i_c дополнительной трехфазной обмотки 5 увеличиваются. Коэффициент пропорциональности между уменьшением высших гармонических в составе токов фаз первичной обмотки 2 и их увеличением в составе токов фаз дополнительной трехфазной обмотки 5 равен единице, если упомянутые обмотки имеют одинаковые числа витков. В противном случае этот коэффициент пропорциональности не равен единице. Это учитывают путем деления выходных данных аналого-цифрового преобразователя во второй цепи 11.2 на коэффициент, который равен отношению чисел витков первичной обмотки 2 к виткам дополнительной трехфазной обмотки 5 питающего трансформатора 1. Другое отличие первой и второй цепи заключается в том, что данные функционального звена 11.5 первой цепи использованы для определения коэффициента высших гармоник тока, потребляемого из питающей сети первичной обмоткой 2. Коэффициент гармоник определяется и выводится на информационное табло с помощью функционального звена 11.8. Сигнал с выходных зажимов сумматора 11.7 подается на вход функционального звена 11.9, которое выполняет обратное быстрое преобразование Фурье. В результате этой операции на выходных зажимах звена 11.9 получают дискретизованный по времени на интервале периода изменения первой гармоники тока в фазах первичной обмотки 2 (0.02 с) аналоговый сигнал токов (i_a, i_b, i_c), который на следующем периоде изменения первой гармоники упомянутого тока должен протекать по соответствующим фазам дополнительной трехфазной обмотки 5. С выхода звена 11.9 сигнал поступает на входные зажимы функционального звена 11.10, где выполняется цифроаналоговое преобразование сигнала. Полученные данные помещаются в ячейки памяти звена 11.10 на соответствующие места аналогичных данных, которые получены были на период времени 0.02 с ранее. Выходные зажимы звена 11.10 блока 11 связаны со входными зажимами блока 9.

Функциональная схема соединения отдельных функциональных звеньев блока 9 для формирования управляющих напряжений электронными ключами 8 представлена на фиг.4. На входные зажимы блока 9 подается аналоговый сигнал тока i(t) от блока 11. Он одновременно поступает на входные зажимы пропорционального и пропорционально-дифференциального регуляторов, а также на вход функционального звена, моделирующего вольтамперные характеристики используемых электронных ключей 8. Пропорциональный регулятор 9.1 моделирует падение напряжения (i· r) на активном сопротивлении r в фазах дополнительной трехфазной обмотки 5 трансформатора 1. Пропорционально-дифференциальный регулятор 9.2 моделирует падение напряжения на индуктивном сопротивлении обмотки 5, которое определено действием потоков рассеивания. С выходных зажимов регуляторов 9.1 и 9.2 полученные сигналы поступают на входные зажимы сумматора 9.3. С выхода сумматора 9.3 полученный сигнал подается на входные зажимы функционального звена 9.4, где он предварительно инвертируется по знаку и складывается с поступающим на другой вход звена 9.4 текущим значением ЭДС e(t) соответствующей фазы дополнительной трехфазной обмотки 5 питающего трансформатора 1. Значения ЭДС различных фаз формируют датчиками ЭДС 10, которые установлены в этих фазах. На выходных зажимах звена 9.4 получают временной сигнал напряжения которое создают между стоком и истоком электронных ключей 8. Техническую реализацию получения упомянутого напряжения выполняют с помощью функционального звена 9.5, моделирующего вольтамперные характеристики используемых электронных ключей 8. На первый вход звена 9.5 подают сигнал u_си(t) с выходных зажимов звена 9.4, а на второй его вход поступает сигнал i(t) непосредственно с выходных зажимов блока 11. В соответствии с текущими сигналами на входе звена 9.5 на его выходе получают временной сигнал U_ЗИ(t).

Этот сигнал представляет собой управляющее напряжение, которое прикладывают между электродами “затвор - исток” электронных ключей 8 разных фаз и получают на соответствующих выходных зажимах “сток - исток” требуемое напряжение U_CИ(t).

На фиг.5 приведен график изменения тока во времени, который потребляет первичная обмотка 2 из питающей сети. График тока i_A(t) показан на примере фазы А этой обмотки. Причем левая часть графика (0≤ t≤ 20· 10^-3 с) соответствует работе устройства, когда управляющее напряжение U_ЗИ(t) между электродами “затвор - исток” электронных ключей 8 отсутствует. Правая часть графика (20· 10^-3≤^{t≤ 40· 10-3 с) соответствует работе устройства, когда между электродами “затвор - исток” электронных ключей 8 согласно предлагаемому способу приложено напряжение u_ЗИ(t). Потребляемый ток из питающей сети (левая часть графика - фиг.5) является несинусоидальным и содержит большое количество высших гармонических составляющих.}

Амплитудно-частотный спектр несинусоидального тока (левая часть графика - фиг.5) показан на фиг.6. Кроме основной гармоники (n=1) ток содержит высшие гармоники (n=5, 7, 11, 13, ... 35, 37, ... 65, 67 и т.д.). Амплитуды высших гармоник с номерами n=41 и более становятся весьма малыми по сравнению с амплитудой основной гармоники (n=1). Данные фиг.6 соответствуют выходному сигналу функционального звена 11.3, которое выполняет прямое быстрое преобразование Фурье (блок 11 - фиг.3).

На фиг.7 приведен амплитудно-частотный спектр, который получают на выходных зажимах функционального звена 11.5 (блок 11 - фиг.3). При этом на вход упомянутого звена подают сигнал, который показан на фиг.6. Амплитудно-частотный спектр согласно фиг.7 отличается тем, что он не содержит в своем составе основной гармоники тока, а также высших гармоник, кратность по частоте которых превышает основную гармонику более чем в 40 раз.

Два варианта изменения тока в цепи дополнительной трехфазной обмотки 5 питающего трансформатора 1 приведены на фиг.8. Левая часть графика (0≤ t≤ 20· 10^-3 с, аналогично фиг.5) показывает на отсутствие тока (i_b(t)=0) в цепи упомянутой обмотки. Этому варианту согласно фиг.5 соответствует потребление обмоткой 2 из питающей сети несинусоидального тока. На примере фазы В правая часть графика (20· 10^-3≤^{t≤ 40· 10-3 с) показывает зависимость тока i_b(t) от времени, которая сформирована на выходных зажимах блока 11. Такая форма тока в контуре обмотки 5 обеспечивает восстановление синусоидального закона изменения тока, потребляемого обмоткой 2 из питающей сети. Последнее подтверждает правая часть графика, которая показана на фиг.5.}

На фиг.9 и 10 аналогично фиг.8 и фиг.5 приведено также по два варианта изменения токов в цепи дополнительной трехфазной обмотки 5 (фиг.9) и в цепи первичной обмотки 2 (фиг.10) питающего трансформатора 1. Разница состоит в том, что токи по упомянутым обмоткам показаны для другого стационарного режима работы трансформаторно-тиристорного модуля с блоком 17 тиристорных ключей. Если на фиг.5 и фиг.9 приведены графики токов, когда в блоке 17 включены тиристорные ключи 17.13, 17.14, 17.17, 17.18, то на фиг.9 и фиг.10 - графики токов, когда в этом блоке использовано другое сочетание (17.1, 17.3, 17.14, 17.17 и 17.18) включенных тиристорных ключей. Сравнение левых частей графиков (0≤ t≤ 20· 10^-3с) фиг.5 и фиг.10 показывает на изменения формы тока, потребляемого первичной обмоткой 2 из питающей сети. Но это справедливо только в том случае, когда по фазам дополнительной трехфазной обмотки 5 ток полностью отсутствует, как это показано на фиг.8 и фиг.9 (левые части графиков). Если же по фазам дополнительной трехфазной обмотки 5 протекают токи, величина и форма которых определена согласно предлагаемому способу (правые части графиков фиг.8 и фиг.9, 20· 10^-3c ≤ t≤ 40· 10^-3c), то токи по фазам первичной обмотки 2 имеют синусоидальную форму (правые части графиков фиг.5 и фиг.10, 20· 10^-3 с ≤ t≤ 40· 10^-3 с). При этом происходит автоматическое изменение графиков тока по фазам дополнительной трехфазной обмотки 5 при изменении потребляемого из питающей сети тока, который протекает по фазам первичной обмотки 2 питающего трансформатора 1.

Необходимость ресурсо- и энергосбережения, а также обеспечения электромагнитной совместимости с питающей сетью при организации широкодиапазонного и мелкоступенчатого регулирования величины выпрямленного напряжения в системах питания электроустановок постоянным током приводит к необходимости снабжения питающего трансформатора 1 дополнительной трехфазной обмоткой 5. По фазам этой обмотки с помощью полностью управляемых электронных ключей 8 создают высшие гармонические тока таким образом, чтобы соответствующие им высшие гармонические намагничивающих магнитодвижущих сил в фазах магнитопровода питающего трансформатора 1 полностью компенсировали аналогичные высшие гармонические размагничивающих магнитодвижущих сил соответствующих фаз магнитопровода питающего трансформатора 1. Размагничивающие магнитодвижущие силы создаются высшими гармониками тока в фазах первичной обмотки 2 питающего трансформатора 1 в связи с нелинейным характером нагрузки в цепи вторичной обмотки 6 его. Программно вычисляют в реальном времени с помощью DSP-контроллера (блок 11), путем использования прямого и обратного быстрых преобразований Фурье необходимый график изменения во времени тока (i(t)), который содержит такой же, как и в первичной обмотке 2 состав высших гармонических тока с заданными амплитудами. С помощью блока 9 формирования управляющих электронными ключами 8 напряжений получают в фазах дополнительной обмотки 5 упомянутый выше ток i(t). Согласно фиг.5 (правая часть графика) при этом потребляемый питающим трансформатором 1 из сети ток становится синусоидальным и не содержит в своем составе высших гармоник. В заявленном техническом решении обеспечивается электромагнитная совместимость системы питания электроустановок с питающей сетью программно путем изменения во времени управляющих напряжений U_ЗИ(t) (фиг.4). В связи с этим, электромагнитная совместимость не нарушается при изменении нелинейного характера нагрузки системы питания, а также при изменении коэффициента несимметрии питающих напряжений на входных зажимах упомянутой системы. В известном устройстве реализовать последнее не представляется возможным. Поэтому функциональные возможности предлагаемого технического решения существенно шире, чем у известного устройства.

Способ осуществляют следующим образом. Пусть в исходном режиме работы, после включения устройства в питающую сеть уровень выпрямленного напряжения на зажимах a₄, b₄, от которых получает питание нагрузка 21 постоянного тока, составляет середину диапазона регулирования его. При этом оба трансформаторно-тиристорных модуля устройства работают в одинаковых стационарных режимах работы с условным названием “режим №0”. В составе тиристорных ключей блоков 17 и 18 включены ключи с одинаковыми номерами соответственно 17.13, 17.14, 17.17, 17.18 (фиг.2) и т.п. для ключей блока 18. Так как в упомянутом стационарном режиме работы трансформаторно-тиристорных модулей напряжение на вторичных обмотках 13 и 14 их трансформаторов соответственно 15 и 16 отсутствует, то уровни напряжения на входных зажимах а₃, b₃, с₃ мостового трехфазного выпрямителя 12 равны уровням напряжения на выходных зажимах а₁, b₁, c₁ вторичной обмотки 6 питающего трансформатора 1. В связи с нелинейным характером нагрузки, подключенной к зажимам а₃, b₃, с₃, ток по фазам вторичной обмотки 6 питающего трансформатора 1 является несинусоидальным. Он содержит в своем составе высшие гармоники тока с кратностью (n) по отношению к основной гармонике (n=1) n=5, 7, 11, 13, 17, 19... . Этот ток для магнитной цепи питающего трансформатора 1 является намагничивающим. В фазах первичной обмотки 2, которая подключена к зажимам А, В, С питающей сети, протекает ток i_A, i_B, i_C, аналогичный по форме току соответствующих фаз вторичной обмотки 6. Но по отношению к магнитной цепи питающего трансформатора этот ток является размагничивающим. Следовательно, ток нагрузки по фазам вторичной обмотки 6 и потребляемый из питающей сети ток по соответствующим фазам i_А, i_B, i_C первичной обмотки 2 сдвинуты по фазе на 180° и ориентированы относительно одноименных зажимов этих обмоток (на фиг.1 обозначены знаком “.”) противоположно. График изменения тока во времени для одной из фаз первичной обмотки 2 приведен в левой части фиг.5 (0≤ t≤ 20· 10^-3 с). Упомянутый ток является несинусоидальным, так как он повторяет форму тока вторичной обмотки 6. В блок 11 системы программного управления путем использования датчиков тока 4 поступает аналоговый сигнал потребляемого из сети несинусоидального тока. Этот сигнал оцифровывают (аналого-цифровой преобразователь 11.1 - фиг.3), выполняют прямое быстрое преобразование Фурье (звено 11.3 - фиг.3). При оцифровывании аналогового сигнала предварительно выполняют дискретизацию его по времени с шагом (At), равным

где:

Т - период времени изменения основной гармоники тока (Т=20· 10^-3 с);

2α - число выборок аналогового сигнала на периоде его изменения Т;

α - целое число, которое принимают для получения требуемой точности определения амплитуд высших гармоник тока равным α ≥ 9.

Аналого-цифровой преобразователь 11.1 имеет буферное устройство, где оцифрованные выборки на интервале времени периода Т запоминаются. По заднему фронту выборки сигнала с номером N=2α содержимое ячеек памяти буфера аналого-цифрового преобразователя 11.1 переписывают в оперативную память звена 11.3. Быстрое преобразование Фурье звено 11.3 выполняет за время не более 25 микросекунд. На выходных зажимах звена 11.3 получают спектральный состав потребляемого из сети тока, который показан на фиг.6. Он содержит амплитудные значения (Im) всех содержащихся в потребляемом токе гармоник от n=0 до n=2α /2. Отличные от нулевого значения амплитуды тока для данного примера нелинейной нагрузки вторичной обмотки 6 питающего трансформатора 1 имеют основную гармонику и высшие гармонические составляющие (n=5, 7, 11, 13... , 2α /2). При α =9 получают амплитудные значения токов всех гармоник n, удовлетворяющих следующему неравенству 0≤ n≤ 256. Согласно фиг.6 амплитудные значения Im высших гармонических тока при n>40 весьма малы и ими можно пренебречь при определении коэффициента гармоник в потребляемых из питающей сети токах i_A, i_B, i_C с помощью функционального звена 11.8. Поэтому на выходных зажимах звена 11.5 (фиг.7), которые связаны со входными зажимами звена 11.8, из спектрального состава исключены все гармонические составляющие тока с номерами n>40. Наоборот, на выходных зажимах звена 11.5, которые связаны с сумматором 11.7, сохраняют все высшие гармонические тока согласно фиг.6, но исключают основную гармонику тока согласно фиг.7. Так как на интервале времени 0≤ t≤ T после включения устройства в питающую сеть электронные ключи 8 выключены, то токи по фазам дополнительной обмотки 5 i_a=i_b=i_c=0. Поэтому сигнал на выходных зажимах звена 11.6 отсутствует, а сигнал с выхода звена 11.5 без изменения проходит через сумматор 11.7 и поступает на входные зажимы звена 11.9. Функциональное звено 11.9 за 25 микросекунд выполняет быстрое обратное преобразование Фурье, в результате чего при α =9 получают 2α =512 оцифрованных временных выборок тока i(t). Сигнал с выхода звена 11.9 поступает на входные зажимы цифроаналогового преобразователя (звено 11.10), где он преобразуется в аналоговую форму и хранится в оперативной памяти в течение времени Т=0.02 с до прихода новых цифровых данных с выходных зажимов звена 11.9. В связи с малой задержкой времени, которое требует обработка временных выборок тока предыдущего периода его изменения, то практически в реальном времени с задержкой лишь на один период изменения (0.02 с) потребляемого из питающей сети тока начинают синхронные с началом нового периода изменения упомянутого тока, а также с выходными данными звена 11.10 управление работой электронных ключей 8. Для этой цели с интервалом времени Δ t последовательно выбирают из оперативной памяти звена 11.10 временные выборки тока (i(k· Δ t), где k=0, 1, 2, ... , 2α ), который должен протекать по фазам дополнительной трехфазной обмотки 5 питающего трансформатора 1. Если число витков дополнительной трехфазной обмотки 5 отличается от чиста витков первичной обмотки 2, то временные выборки тока i(k· Δ t) до момента помещения их в оперативную память звена 11.10 предварительно увеличивают с коэффициентом пропорциональности К, который равен

где: - число витков в фазе первичной обмотки 2;

- число витков в фазе дополнительной трехфазной обмотки 5. Временной график изменения тока упомянутой обмотки 5 на примере одной ее фазы для варианта, когда показан в правой части фиг.8 (0.02≤ t≤ 0.04 с). Текущее значение напряжения U_CИ(t) на зажимах “сток - исток” электронных ключей 8 определяют в блоке 9 (фиг.4) согласно выражению

где: e(t) - текущее значение ЭДС в соответствующей фазе дополнительной трехфазной обмотки 5 [В];

r - активное сопротивление фазы обмотки 5 [Ом];

L - индуктивность фазы обмотки 5 по потокам рассеивания [Гн];

i(k· Δ t) - значение временной выборки тока на интервале времени

(k-1)· Δ t≤ t≤ k· Δ t[A];

i((k+1)· Δ t) - значение тока на интервале времени k· Δ t≤ t≤ (k+1)· Δ t [A],

i((k-1)· Δ t) - значение тока в фазе обмотки 5 на интервале времени

(k-2)· Δ t≤ t≤ (k-1)· Δ t [A].

Согласно выражению (3) на вход пропорционального регулятора 9.1 подается одно значение временной выборки тока, которое соответствует тому интервалу времени, в пределах которого находится текущее значение времени t. На входные зажимы пропорционально-дифференциального регулятора 9.2 в любой момент времени подается два значения временных выборок тока. Одно из них i((k-1)· Δ t) соответствует запаздыванию на один интервал Δ t, а второе i((k+1)· Δ t) - опережению на Δ t, того интервала времени, в котором находится текущее значение времени t. Далее, сигналы с выходных зажимов регуляторов 9.1 и 9.2 складывают и подают на вход звена 9.4, где суммарный сигнал предварительно инвертируют по знаку. На другой вход звена 9.4 поступает текущее значение ЭДС соответствующей фазы. В результате суммирования упомянутых двух сигналов на выходных зажимах звена 9.4 получают текущее значение напряжения U_СИ(t). Техническую реализацию выделения напряжения U_СИ(t) между электродами “сток - исток” электронных ключей 8 обеспечивают путем использования функционального звена 9.5. На первый его вход поступает сигнал U_СИ(t), а на второй - сигнал i(k· Δ t). В соответствии с текущими сигналами на входных зажимах звена 9.5 на его выходных зажимах получают временной сигнал U_ЗИ(1). Этот сигнал прикладывают между электродами “затвор - исток” электронных ключей 8 в разных фазах дополнительной трехфазной обмотки 5 и получают на соответствующих выходных зажимах “сток - исток” ключей 8 требуемое напряжение U_СИ(t). Согласно формуле (3) это обеспечивает на интервале времени Т≤ t≤ 2T требуемый закон изменения токов i_а, i_b, i_с по фазам дополнительной трехфазной обмотки 5 питающего трансформатора 1. График такого тока i(t) на примере одной фазы приведен на фиг.8 (правая часть). Для магнитопровода питающего трансформатора 1 этот ток является намагничивающим. За счет действия взаимоиндуктивных связей (М_Aа, М_Bb, М_Cс - фиг.3) в фазах первичной обмотки 2 питающего трансформатора течет соответствующий по форме размагничивающий ток, который противоположен по фазе намагничивающему току i(t). Упомянутый размагничивающий ток имеет в своем составе только высшие гармонические составляющие. Последние содержат такие же амплитудные значения тока, как и высшие гармонические тока в фазах первичной обмотки 2, которые созданы за счет действия нелинейной нагрузки в цепи вторичной обмотки 6 трансформатора 1. Начальные фазы одноименных по частоте гармоник тока сдвинуты на 180° . Поэтому происходит полная компенсация высших гармонических в составе тока первичной обмотки 2 питающего трансформатора. Следовательно, из питающей сети (клеммы А, В, С) потребляется чисто синусоидальный ток, который показан на фиг.5 для интервала времени Т≤ t≤ 2Т. На интервале времени Т≤ t≤ 2T и далее на вход блока 11 поступают сигналы тока не только от датчиков тока 4, но и от датчиков тока 7. Так как токи i_A, i_B, i_C стали синусоидальными, то на выходных зажимах 11.5 сигнал отсутствует. Если числа витков первичной обмотки 2 и дополнительной обмотки 5 одинаковы, то с выходных зажимов звена 11.6 на данном интервале времени получают такой же сигнал, как и с выхода звена 11.5 на предыдущем интервале его изменения 0≤ t≤ Т. Поэтому устройство перешло в стационарный режим работы. Для обеспечения стационарного режима работы устройства при неравенстве чисел витков упомянутых обмоток в буферном устройстве аналого-цифрового преобразователя 11.2 оцифрованные временные выборки тока уменьшают согласно формуле (2) в К раз.

Рассмотрим один из примеров осуществления способа при переводе устройства из упомянутого выше стационарного режима работы с условным названием “режим №0” в любой другой режим. Для этого достаточно у одного из трансформаторно-тиристорных модулей в составе тиристорных ключей блоков 17 или 18 выключить одни ключи и включить другие. Например, в блоке 17 выключают тиристорный ключ 17.13 и включают тиристорные ключи 17.1 и 17.3 (фиг.2). Состояние других тиристорных ключей блока 17 оставляют без изменения. При этом изменяют уровни напряжения в разных фазах на входных зажимах а₃, b₃, c₃ мостового трехфазного выпрямителя 12 как по величине, так и по фазе. Уровень выпрямленного напряжения на зажимах a₄, b₄ меняется, но изменяется и состав высших гармоник тока в фазах вторичной обмотки 6, а следовательно, и в токе различных фаз первичной обмотки 2. Это подтверждает сравнение левых частей графиков тока, которые приведены на фиг.5 и фиг.10. Будет нарушено условие полной компенсации высших гармонических тока в фазах упомянутой обмотки 2. Токи i_A, i_B, i_C становятся несинусоидальными и на выходных зажимах звена 11.5 возникает соответствующий этому сигнал, который с помощью сумматора 11.7 выполняет коррекцию (изменение) сигнала по составу и амплитудным значениям высших гармонических тока по фазам дополнительной трехфазной обмотки 5. Поэтому спустя период изменения тока (0.02 с) после момента нарушения условий компенсации автоматически восстанавливают условие полной компенсации высших гармонических тока в фазах первичной обмотки 2. При этом система программного управления устройством обеспечивает автоматическое изменение графиков тока по фазам дополнительной трехфазной обмотки 5 (правые части графиков фиг.8, фиг.9, 20· 10^-3c≤ t≤ 40· 10^-3 c). Последнее сохраняет синусоидальный характер потребляемого тока из питающей сети (правая часть графика, фиг.10).

Предложенное решение позволяет расширить функциональные возможности способа стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током. Способ и устройство решают задачу автоматического исключения высших гармонических составляющих потребляемого из питающей сети тока при широкодиапазонном и мелкоступенчатом регулировании величины выпрямленного напряжения в системах питания электроустановок постоянным током. Сокращается материалоемкость устройства путем использования для регулирования величины выпрямленного напряжения минимального количества трансформаторно-тиристорных модулей. Это связано с возможностью преобразовывать переменное напряжение в постоянное за счет применения одного или ограниченного числа выпрямительных трехфазных мостов. Уменьшаются потери электроэнергии при ее транспортировке до зажимов электроустановок постоянного тока. Производительность электроустановок за счет точной стабилизации напряжения на зажимах увеличивается, а удельный расход электроэнергии на тонну получаемого полезного продукта уменьшается.

Изобретение относится к силовой электронике и электротехнике и может быть использовано для экономии ресурсов и электроэнергии, а также для обеспечения электромагнитной совместимости с питающей сетью при создании систем питания электроустановок постоянным током. Предложен способ стабилизации и регулирования величины тока или напряжения на зажимах систем питания электроустановок постоянным током, который обеспечивает отсутствие высших гармонических в токе, потребляемом из питающей сети. Для реализации способа разработано устройство, которое позволяет согласно способу, использовать для широкодиапазонного, мелкоступенчатого и бесконтактного регулирования величины выпрямленного напряжения большое количество сочетаний различных режимов работы минимального числа трансформаторно-тиристорных модулей. При этом для любого сочетания режимов работы упомянутых модулей автоматически обеспечивается исключение высших гармонических из состава потребляемого сетевого тока. Использование трех полностью управляемых электронных ключей (по одному на каждую фазу) в устройстве, а также системы программного управления ими с функциональными элементами для прямого и обратного быстрых преобразований Фурье, позволяет заменить в системе питания электроустановок постоянным током преобразовательный трансформатор на обычный сетевой и сократить количество используемых преобразовательных трансформаторов. Технический результат: сокращается материалоемкость устройства путем уменьшения расхода активных материалов на его изготовление; уменьшаются потери электроэнергии в питающем трансформаторе и в питающей сети, а также обеспечивается электромагнитная совместимость устройства с питающей сетью. 2 с.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током, в соответствии с которым на участке цепи между выходными зажимами вторичной обмотки питающего трансформатора и входными зажимами трехфазного мостового выпрямителя, от которого с его выходных зажимов получают электроэнергию постоянного тока электроустановки различного функционального назначения, формируют множество различных по величине и фазе добавочных трехфазных напряжений путем переключения тиристорных ключей и изменения схемы соединения первичной обмотки трансформатора трансформаторно-тиристорного модуля, напряжение на выходных зажимах вторичной обмотки питающего трансформатора выбирают соответствующим середине диапазона регулирования его на выходных зажимах мостового выпрямителя, а величину максимального уровня добавочного напряжения на выходных зажимах трансформаторно-тиристорного модуля выбирают соответствующей половине упомянутого диапазона, отличающийся тем, что питающий трансформатор снабжают дополнительной трехфазной обмоткой, по фазам которой с помощью полностью управляемых электронных ключей создают высшие гармонические тока таким образом, чтобы соответствующие им высшие гармонические намагничивающих магнитодвижущих сил в фазах магнитопровода питающего трансформатора полностью компенсировали высшие гармонические размагничивающих магнитодвижущих сил соответствующих фаз магнитопровода питающего трансформатора, которые создаются высшими гармониками тока в фазах первичной обмотки питающего трансформатора в связи с нелинейными характеристиками нагрузки в цепи его вторичной обмотки, а в систему программного управления дополнительно вводят DSP-контроллер, который в качестве входных данных получает аналоговые сигналы от датчиков тока различных фаз первичной и дополнительной обмоток питающего трансформатора, путем оцифровывания этих сигналов и использования периодически повторяющегося прямого быстрого преобразования Фурье с периодом времени основной гармоники 0,02 с получают частотные спектры высших гармонических тока первичной и дополнительной обмоток питающего трансформатора, эти частотные спектры суммируют и с помощью обратного быстрого преобразования Фурье и последующего цифроаналогового преобразования получают временные зависимости тока всех трех фаз, которые используют в качестве выходных сигналов DSP-контроллера, последние подают параллельно на входные зажимы пропорционального и пропорционально-дифференциального регуляторов, с выходных зажимов которых сигналы суммируют, а полученный сигнал с выхода сумматора вычитают из текущего значения ЭДС соответствующей фазы дополнительной обмотки питающего трансформатора, указанные значения ЭДС получают с помощью датчиков ЭДС конкретной фазы, таким образом определяют мгновенные значения в каждой фазе необходимых напряжений между стоком и истоком полностью управляемых электронных ключей, на основе этих данных и значений токовых сигналов, ранее полученных с выхода DSP-контроллера, а также данных вольтамперных характеристик используемых полностью управляемых электронных ключей определяют необходимый временной график изменения управляющего напряжения “затвор-исток” полностью управляемых электронных ключей различных фаз, обеспечивающий требуемый ток по фазам дополнительной обмотки питающего трансформатора и отсутствие высших гармонических тока, потребляемого первичной обмоткой питающего трансформатора из сети.2. Устройство для стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в системах питания электроустановок постоянным током, содержащее питающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а между выходными зажимами его вторичной обмотки и входными зажимами трехфазного мостового выпрямителя включены последовательно вторичные обмотки одного или нескольких трансформаторов соответствующих трансформаторно-тиристорных модулей, зажимы и отводы первичных обмоток которых через свой блок тиристорных ключей подключены к отводам различных фаз первичной обмотки питающего трансформатора, а имеющая процессор система программного управления устройством своими выходными зажимами подключена к управляющим электродам тиристорных ключей соответствующих трансформаторно-тиристорных модулей, отличающееся тем, что питающий трансформатор содержит дополнительную трехфазную обмотку, каждая фаза которой соединена последовательно с соответствующей электрической цепью, содержащей последовательное соединение датчика тока и полностью управляемого транзисторного ключа, два свободных зажима сформированной указанным образом последовательной цепи в каждой фазе соединены между собой, а система программного управления устройством дополнительно содержит последовательно соединенные блок DSP-контроллера и блок формирования управляющих напряжений для управления работой полностью управляемых электронных ключей, которые включены в разные фазы дополнительной обмотки питающего трансформатора, блок DSP-контроллера содержит две однотипные параллельные трехфазные цепи, состоящие из последовательно соединенных функциональных звеньев, первая из указанных цепей содержит последовательно соединенные датчик тока первичной обмотки питающего трансформатора, аналого-цифровой преобразователь, звено для прямого быстрого преобразования Фурье и звено обработки и фильтрации с двумя парами выходных зажимов, одна пара из которых подключена к функциональному звену для определения коэффициента гармоник тока, потребляемого первичной обмоткой питающего трансформатора из питающей сети, во второй цепи датчик тока включен в цепь дополнительной обмотки питающего трансформатора, звено обработки и фильтрации имеет одну пару выходных зажимов, причем выходные зажимы функциональных звеньев обработки и фильтрации обеих цепей соединены с соответствующими входными зажимами сумматора, к выходным зажимам которого подключена цепь из последовательно соединенных функциональных звеньев для выполнения обратного быстрого преобразования Фурье и цифроаналогового преобразования, а выходные зажимы этой цепи связаны с блоком формирования управляющих напряжений, в котором они соединены параллельно с входными зажимами пропорционального и пропорционально-дифференциального регуляторов, а также с первой парой входных зажимов функционального звена, моделирующего вольтамперные характеристики используемых полностью управляемых электронных ключей, выходные зажимы упомянутых регуляторов соединены с соответствующими входными зажимами сумматора, выход которого соединен со входными зажимами функционального звена, инвертирующего входной сигнал по знаку и суммирующего его с текущим значением ЭДС соответствующей фазы дополнительной обмотки питающего трансформатора, поступающего на другой вход этого же звена от датчика ЭДС, установленного в данной фазе, а выходные зажимы вышеупомянутого функционального звена соединены со второй парой входных зажимов звена, моделирующего вольтамперные характеристики используемых полностью управляемых электронных ключей, одна пара выходных зажимов упомянутого выше звена соединена с затвором и истоком полностью управляемого электронного ключа одной фазы, а две другие пары выходных зажимов аналогично связаны с затвором и истоком полностью управляемых электронных ключей соответствующих двух других фаз.