Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное Советский патент 1984 года по МПК H02M5/257 

Иэббретение относится к электротехнике,, в чйстности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в регулируе№лх источниках питания с близкой к синусоидальной формой кривой тока нагрузки.

Известны устройства для регулирования трехфазного напряжения, содержащие трехфазный автотрансформатор, обмотки которого соединены в треугольник, и управляекие двунаправленные ключи, соединенные с выводами для пофазного подключения нагрузки и Лаэных обмоток автотрансформатора ll .

Однако устройства не позволяют использовать автотрансформатор в качестве согласующего элемента и соответственно требуют подбора управляемых ключей в соответствии с величиной питающего напряжения.

Наиболее близким к изобретению является трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трехфазный междуфазный автотрансформатор, фазные обмотки которого выполнены с отводами, управляемые двунаправленные ключи, каждый з которых включен между соответствующей парой выводов смежных фазовых обмоток автотрансформатора, и две группы выводов для-пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к выводам ля подключения питающей сети, при этом две фазные обмотки соединены последовательно, а их общая точка и свободные концы соединены с первой группой указанных выводов 2J ,

Недостатками преобразователя являются относительно большое количест во отводов автотрансформатора, относительно большое напряжение между отдельными ключами, а также увеличенная типовая мощность автотрансформаторов. Большое количество отводов обмотки автотрансформатора вызвано тем, что в общем случае каждый двунаправленный ключ соединяется между отдельной парой отводов. Относительно большое напряжение между отдельными ключами (в том числе и между управляющими электродами ключей, что уменьшает надежность работы) вызвано тем, что максимальная разница потенциалов отводов приближается к линейному напряжению питания. Увеличенная типовая мощность автотрансформатора объясняется низким коэффициентом искажения тока в обмотках автотрансформатора.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном ореобразователе переменного напряжения в пере- 1

менное, содержащем трехфазный между фазный автотрансформатор, фазные обмотки которого выполнены с отводами, управляемые двунаправленные ключи, каждый из которых включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора, и две группы, выводов для пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к выводам для подключения питающей сети, при этом две фазные обмотки соединены последовательно, а их общая точка и свободные концы соединены с первой группой указанных выводов, третья обмотка междуфазного автотрансформатора соединена с расположенными симметрично относительно общей точки отводами этих обмоток, а все остальные отводы соединены с общей точкой обмоток смежных фаз через упомянутые полностью управляемые двунаправленные ключи.

Такое соединение обмоток автотрансформатора позволяет для подключения двух или нескольких управляемых ключей использовать общую точку и один из отводов каждой из упомянутых двух смежных фазных обмоток, что уменьшает требуемое количество отводов и тем самлм упрощает схему, а также уменьшить разницу потенциалов между выводами для подключения ключей, что повышает надежность работы схемы. Кроме того, улучшает коэффициент искажения тока в обмотках, что обуславливает уменьшение типовой мощности автотрансформатора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы напря)кений для разомкнутого состояния всех ключей (а - напряжений тиристоров и напряжений на обмотках междуфазного автотранс({юрматора, б - симметричной системы напряжений на тиристорах); на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства при 12-пульсном режиме работы и заданной очередности замыкания управляемых ключей.

Устройство (фиг. 1) содержит трехфазную нагрузку 1, ключевой коммутатор 2, междуфазный автотрансформатор 3, фазные обмотки которого выполнены с отвЬдами, группу выводов 4-6, подключенную к общей точке и свободным концам двух фаз, ных обмоток, соединенных последовательно, и группу выводов 7-9 для пофазного подключения нагрузки 1 к выводам трехфазного источника питания. Фазные обмотки имеют отводк( 10 - 17 (в общем случае ( +2) отводов, где W - пулвсность схеN|4). к отводам 10 и 17 двух фазных обмоток, соединенных последовательно с общим выводом 5, подключены крайние выводы третьей фазной обмотки. В результате этого третья фазная обмртка и секции двух других фазных обмоток между выводами 5,10 и 17 образуют треугольник с вершинами 5,10 и 17.

Ключевой коммутатор 2 состоит из тиристоров 18 - 29 (в обшем случае из m тиристоров), Соединенных во встречно-параллельные пары, составляющие двунаправленные управляег ле включи.Через эти ключи выводы 11-1 соединены с выводами 5,10 и 17 упомянутого треугольника соединения обмоток, причем общий вывод любой пары обмоток подключены через соответствующие двунаправленные ключи ко всем необщим выводам третьей фазной обмотки (например, выводы 15 и 16 одной обмотки через тиристорные пары 26, 27 и 28, 29 подключены к общему выводу 10 двух остальных обмоток). Управляющие электроды всех тиристоров 18 - 29 подключены к блоку управления.

Устройство для регулирования тре фазного напряжения работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находится один тиристор ключевого коммутатора 2 и соответственно через этот тиристор например тиристор 23, потенциалы двух выводов 5 и 13 разных фазных обмоток уравниваются. Так как эти фазные обмотки имеют и общий вывод 10, то части двух фазных обмоток от соединенных между собой выводов 5 и 13 до общего вывода 10 этих обмоток оказываются соединенными параллельно. Соответственно напряжения на параллельно соединенных частях обмоток являются равными, а напряжения фазных обмоток - взаимозависящими, причем отношение напряжений фазных обмоток определяет- ся отношением относительных чисел витков параллельно соединенных частей фазных обмоток. Так как секции двух фазных обмоток между выводами 5,10 и 17 вместе с третьей фазной обмоткой образуют треугольник, сумма напряжений которого равна нулю, то определенное отношение между.двумя фазными напряжениями междуфазного автотрансформатора опр деляет и относительную величину напряжения третьей фазной обмотки. Таким образом, выбором отношения относительных чисел витков частей обмотки, соединяеквлх параллельно при помощи тиристоров 18 - 29, можно влиять на отношение как фаз,ных, так и линейных напряжений междуфазного автотрансформатора 3, а

следовательно и на отношение фазных напряжений нагрузки 1. Изменяя в течение каждого периода питания отношения фазных напряжений междуфазного автотрансформатора 3 и нагрузки 1 с определенной последовательностью, можно приблизить форму фазных напряжений, а следовательно и фазных токов нагрузки к синусоидашьт ным. Регулирование величины токов

0 и напряжений нагрузки достигается, как и в известных схемах фазового регулирования, изменением сдвига фазы включения тиристоров относительно напряжения питания.

В 12-пульсной схеме (фиг. 1) весь

5 период питания распределяется на двенадцати равных интервалах, соответствующих замкнутому состоянию двенадцами разных тиристоров 18-29, включающихся в последовательности 180-20-25-23-26-28-19-21-24-22-27-29-18

Из векторных диаграмм напряжений i (фиг. 2), где 18 - 29, напряжение на тиристорах соответственно 18 - 29, а выводы - П соответствуют выво5дам автотрансформатора 3, видно, что последовательность включения тиристоров совпадает с последовательностью напряжений на тиристорах в разомкнутом состоянии всех

0 тирист.оров (напряжение на тириСторе принято положительным, когда потен,циал анода выше потенциала катода).

Так как при одновременном изменении полярности всех токов отно5шения токов не изменяются, то при наличии двенадцати тиристоров и соответственно шести двунаправленных ключей имеется 6 различных отношений фазных токов, соответствующих соединению шести определенных пар

0 выводов автотрансформатора.

Порядок формирования выходного напряжения на нагрузке 1 при 12-пульсном режиме работы и заданной последовательности замыкания тирис5торов 18 - 29 показан на фиг. 3, где и А - напряжение питания тока А, Um - напряжение активной нагрузки в фазе AV Ui - Uyj - шесть потенциально возможных напряжений

0 нагрузки 1, соответствующих замыканию шести различных двунаправленных ключей коммутатора 2 при оптимальном отношении чисел витков

ОЧ W,;.g VV5M5 .0M3 ЮМЭ ,

5

,0-s o-5 5- o-n w-n

N,

NW 4«-ЧТ coaT5

0,268

casl5°

где W,o-5,,o-,з.lo-« .7 - ЧИСЛО витков между соответствующими выводами автотрансформатора, обеспечивающем исключение из токов и напряжений нагрузки 1 высших гармоник ниже одиннадцатой. Кривые и и U ис напряжений нагрузки фаз В и С аналогичны кривой U i напряжения нагрузки фазы А. При увеличении числа пар выводов соединяемых через ключи,-.а соответс венно и частоты переключений, ступенчатое, изменение отношений фазных токов приближается все более к случаю с неискаженными синусоидными то ками . Положительными свойствами предлагаемого устройства для регулирова ния трехфазного напряжения по сравнению с известным являются упрощение в результате того, что уменьша тся число отводов и соответственно число обмоток междуфаэного ав тотрансформатора, повышение надежности работы ключей в результате уменьшения разницы потенциалов отдельными ключами, в том числе между управляющими электродами управляемых ключей, а также улуч шение массогабаритных показателей междуфазного автотрансформатора в связи с уменьшением его типовой мощ ности в результате уменьшения ис-. каженности токов в обмотках автотра форматора. Так, например, в случае 12-пульсной схемы в известном устройстве требуется в общем случае 12 отводов, в предлагаемом устройстве - 8 отводов, а в случае 18 пульсной скегмы соответственно 18 и 11 отводов. Максимальная разница потенциалов между отдельными ключами в известном устройстве приближается к линейному напряжению питания независимо от максимального напряжения на самих ключах, а в предлагаемом устройстве уменьшается пропорционально с напряжением на ключах. Уменьшение типовой мощности автотрансформатора зависит от коэффициента уменьшения напряжения на ключах по сравнению с напряжение: питания. Например, когда устройство работает в режиме с двухкратным уменьшением напряжения на к.7тючах (по сравнению с максимально возможным напряжением на них), то в предлагаемом устройстве типовая мощность автотрансформатора уменьшается на 12% по сравнению с известным.

.-%

/f Л f5

Фиг. 2

ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий трехфазный автотрансформатор, фазные обмотки которого выполнены с отводами, управляемые двунаправленные ключи, каждый из кото рых включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора, и две группы выводов для пофазного подключения нагрузки,.первая группа из которых подключена к выводам для подключения питающей сети, при этом две фазные обмотки междуфазного автотрансформатора соединены последовательно, а их общая точка и свободные концы соединены с второй группой указанных выводов, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, третья обмотка междуфазного автотрансформатора соединена с расположенными симметрично относительно общей точки отводами этих обмоток, а все осталь ные отводы соединены с общей точкой обмоток смежных фаз через упомя тутые полностью управляемые двунаправленные ключи. О5 со о ;о О)