Устройство для регулирования трехфазного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/24 

со сд

СП

00 Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в регулируемых источниках питания с, близкой к синусоидальной формой кривой тока нагруз ки. Известны устройства для регулирования Трехфазного напряжения, содержащие односердечниковый междуфазный автотрансфорГ}атор с переключаемым ко эффицие.нтом трансформации,- и управля ег/п.ю ключи tl iiE23. Недостатками известных устройств являются относительно большое количество управляемых ключей и повыи енные суммарные потери в них. Известны также устройства для регулирования трехфазного напряжения, содержащие трехфазный .междуфазный автотрансформатор, которого выполнены с вывoдa 1и и соединены в треугольник и управляемые двунаправленные -ключи, соединенные с выводами для пофазного подключения нагрузки и фазных обмоток, автотрансформатоРа . .. Известные устройства, хотя и имею меньшие потери и лучшие весогабаритные показатели за счет уменьшения числа yпpaвляe 1ыx ключей, -но при этом не позволяют использовать автотрансформатор в качестве сглаживающего и согласующего элемента и требуют подбора управляемых ключей в со ответствии с величиной питающего напряжения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее трехфазный .междуфазный автотрансформатор, фазны обмотки которого соединены в треугол ник и выполнены с выводами, две груп пы выводов для пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых . подключена к вершинам треугольника . обмоток автотрансформатора, а вторая группа - к выводам питающей сети, и управляемые двунаправленные ключи, соединенные с выводами фазных обмоток автотрансформатора Недостатком данного известного устройства являются ограниченные воз можности использования автотрансформатора устройства в качестве сглаживающего элемента и управляемых ключе с допускаемым напряжением ниже напряжения питающей сети. Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирова ния трехфазного напряжения, содержащем трехфазный междуфазный автотранс форматор, фазные обмотки которого со единены в треугольник и выполнены с выводами, две группы выводов для пофазного подключения нагрузки, одна из которых подключена к вершинам треугольника обмоток автотрансформатора, а вторая группа - к выводам питакяцей сети, и управляемые двунаправленные ключи, соединенные с выводами фазных обмоток автотрансформатора, каждый из двунаправленных управляемых ключей включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора. При этом напряжение каждой пары выводов, соединенных соответствующим управляемым ключом, сдвинуто между собой на угол 2T/nif где Кч - пульсность схемы регулирования напряжения. Такое включение управляемых двунаправленных ключей в схеме устройства позволяет за счет выбора мест выводов (отпаек) фазных обмоток автотрансформатора использовать управляемые ключи с допустимым напряжением, величина которого меньше напряжения питающей сети и, в частном случае, может не зависеть от величины напряжения питающей сети, а также повышаются возможности улучшения формы кривой тока нагрузки. На фиг.1 схематически изображено устройство) на фиг.2 - временные диаграммы, пояснянвдие принцип работы устройства, при 12-пульсном режиме работы и заданной очередности замыкания управляемых ключей. Устройство для регулирования трехфазного напряжения {фиг.1) содержит трехфазный источник питания 1, трехфазную нагрузку 2, ключевой коммутатор 3, междуфазный автотрансформатор 4, фазные обмотки которого соединены в треугольник и выполнены с выводами, первую группу выводов 5,6 и 7 подключенную к вершинам треугольника, обмоток автотрансформатора 4, выводы 8,9,10...19 которых соединены с клю коммутатором 3, тиристоры 20, 21... 31 ключевого ко 1мутатора 3, каждая пара которых образует двунаправ.ленный управляемый ключ этого ключевого коммутатора, вторую группу выводов 32, 33 и 34 для пофазного подключения нагрузки 2 к выводам трехфазного источника питания 1. Устройство для регулирования трехфазного напряжения работает следующим образом. В каждый момент времени во включенном состоянии находится один тиристор ключевого коммутатора 3 и, соответственно, через этот тиристор, например тиристор 20 (21), потенциалы двух отводов 8 и 18 разных фазных обмоток уравниваются. В результате этого части двух фазных обмоток от соединенных между собой отводов 8 и 18 до общей точки этих обмоток в вершине треугольника оказываются сое-, диненными параллельно. Соответственно напряжения на параллельно соединенных частях обмоток являются равными, а напряжения фазных обмоток взаимозависящими, причем отношение напряжений фазных обмоток определяется отношением чисел витков параллельяо соединенных частей фазных обмоток. Так как из-за треугольного соединения фазных обмоток сумма напряжений трехфазных обмоток равна нулю, то определенное отношение между другая фазными напряжениями междуфазного автотрансформатора определяет и относительную величину напряжения третьей фазной обмотки. Таким образом, выбором отношения чисел витков частей обмотки, соединяемых параллельно при помощи ключей 20-31, можно влиять на отношение фазных напряжений междуфазного автотрансформатора 4 и,следовательно, на отношение фазных напряжений нагрузки 2, Изменяя в течение каждого периодапитания отношения фазных напряжений автотрансформатора 4 и нагрузки 2 с определенной последовательностью, можно приблизить форму фазных напряжений, и, соответственно, фазных токов нагрузки к синусоидальной. Регулирование величины токов и напряжений нагрузки Достигается как в известных схемах фазового регулирования изменением сдвига фазы включения тиристоров относительно напряжения питания. Приэтом регулирование тиристоров 20-31 возможно как с отстающим, так и с опережающим током. В первом случае тиристоры могут работать в режиме естественной коммутагции, во втором случае необходима принудительнся кс 1мутация тиристоров ил применение полностью управляемых клю чей других типов.

Возможность выбора нгшряжения на ключах коммутатора 3 ниже и неэависиМО от напряжения источника питания 1 является результатом того, что в устройстве отношение фазных напряжений автотрансформатора 4 определяется отнсииением чисел витков параллельно соединенных частей обмоток двух фаз, а не отношением чисел витков этих частей к числу витков целой фазной обмотки (как это имеет место в прототипе). Это позволяет уменьшить напряжения на ключах путем уменьшения числа витков параллельно соединенных частей относительно числа витков целой фазной обмотки. Максималь:ное напряжение на ключе равно разнице напряжений соответствующей пары параллельно соединяемых частей обмотки в разомкнутом состоянии всех ключей.

При уменьшении напряжений на ключах расчетнс1Я мощность их остается неизменной, так как пропорционально

уменьшению напряжений на ключах токи ключей увеличиваются.

В целях исключения их токов и напряжений нагрузки 2 высших гармоник ниж1г 11-й целеообразно йЫбрать, например для интервала, когда включен тирисЛ-ор 24, а вывод 10 соединен с выводом 12 автотрансформатора 4, отношение фазных токов, равным

АV V . -Q268)--COif5; t-COS45«): ,2 1-С№7Б°},t)

что соответствует отношению чисел витков

(o-k- i-2.-6- 0,2б8 со5-/б.со575. (а)

Порядок формирования выходного напряжения на нагрузке 2 при 12-и пульсном режиме работы и заданной последовательности коммутации -тиристоров 20, 21..31 показан на фиг.2, где Ui - напряжение питания фазы A и.„. и.. шесть потенциально воз можных напряжений нагрузки 2, соответствующей замыканию шести различных двунаправленных ключей коммутатора 3; напряжение нагрузки 2 в

фазе А.

Kate следует из фиг.2, весь перийд питающего напряжения трехфазного источника 1, распределен на двенадцать равных интервалов. В течение периода питания тиристоры 20, 21..31 ключевого коммутатора 3 включаются в последовательности 20-22-29-31-24-26-21-23-30-25-27-20, и каждое изменение интервала сопровождается ступенчатым- изменением отношения фазных токов.

Так как при одновременном изменении полярности всех токов отношение токов не изменяет-ся, то при наличии двенадцати интервалов и шести двунаправленных ключей имеется шесть различных отношений фазных токов, т.е. заь1ыканию определенного двунаправленного ключа, и соответственно соединению определенной пары отводов автотрансформатора соответствует определённое отношение фазных токов независимо от полярности проводимости ключа.

Пру увеличении числа пар отводов, соединяемых через ключи, и, соответственно, а частоты переключений ступенчатое изменение отношений фазных токов приближается все более к случаю с неискаженными синусоидальными токами, когда отношения фазных токов изменяются по закону

i ift:-ic-С05(сЛ+Ч):С05(Ш-1+Ч1-ОТг/.); ;cOu{u;-t- -4 -2.i/),(,)

где IP - сдвиг фазы между фазным напряжением питания и фазным током..

Функциональные возможности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом расширены в результате того, что становится возможным ис- пользование междуфазного автотрансформатора .не только в целях регули фования и сглаживания тока нагрузки, а также в целях согласования номинальных напряжений ключей источника питания. В то время, когда в прототипе максимальное напряжение на ключах жестко связано с напряжением питанияИ в 12-пульсной схеме равно 1,55-кратног/1у фазному напряжению питания, в предлагаемом устройстве номинальное напряжение ключей можно выбрать ниже и независимо от напряжения питания. Это способствует также увеличению надежности устройства, в частности в случае использования в качестве ключей силовых транзисторов. При повышенных напряжениях питания возможность согласования напряжвгНИИ питания и ключей позволяет отказаться от последовательного включения тиристоров или транзисторов, что способствует расширению области применения устройства.

1. УСТРОПСТБО ДЛЯ РЕГУЛИРО-п ВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее трехфазный междуфазный автотрансформатор, фазные обмотки которого соединены в треугольник и выполнены с выводами, две группы выводов для пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к вершинам треугольника обмоток автотрансформатора, а вторая группа - к выводам питающей сети, и управляемые двунаправленные ключи, соединенные с выводами фазных обмоток автотрансформатора , отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, каждый из двунаправленных управляегых ключей включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора. i 2. Устройство ПОП.1, о т л и ч ающееся тем, что напряжение СЛ каждой пары выводов, соединенных соответствующим управляемым ключом, .сдвинуто между собой на угол , где И1- пульсность схемы регулирования напряжения.