Устройство для регулирования трехфазного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/20 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в качестве плавнорегулируемого источника трех фазного напряжения с близкой к сину соидальной формой тока нагрузки. Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее односердечниковый междуфазный автотрансформатор с переключаемым коэффициентом трансформации и ключевой коммутатор, соединенные последовательно с трехфазной нагруз кой И В данном устройстве магнитный Поток междуфазного автотрансформатора изменяется с частотой, равной частоте напряжения питания, что обусловливает относительно больи1ую массу автотрансформатора. Кроме того, устройство характери зуется наличием большого количества управляемых ключей. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования трехфазного напряжения, в котором магнитный поток автотрансформатора изменяетс я с шестикратной частотой питания 2. Недостаток известного устройства обусловлен наличием большого количества отводов обмотки -автотрансфор матора, вызванным тем, что на этапе работы одновременно используется только половина выводов автотрансформатора. Кроме того, кра ние секции обмотки автотрансформато ра. используются только в течение по ловины периода напряжения питания. Это ведет к увеличению требуемого числа витков всей обмотки, а следовательно, расчетной мощности и маесы автотрансформатора. Цель изобретения - упрощение устройства и улучшение его массогаб ритных показателей. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования трехфазного напряжения, содер жащем односердечниковый междуфазный автотрансформатор с отводами, распо ложенными симметрично относительно крайних выводов, т.е. относительно начала и конца обмотки автотрансфор матора, и ключевой коммутатор для переключения коэффициента трансформации междуфазного автотрансформатора, включаемые последовательно с нагрузкой, выводы для подключения нагрузки каждой фазы соединены с на чалом и концом обмотки междуфазного автотрансформатора через двухнаправ ленные управляемые ключи, а с отводами обмотки - через однонаправленное управляемые ключи, причем все однонаправленные ключи, соединенные с одним отводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковое направление проводимости, а ключи, соединенные с соседним отводом, имеют противоположное направление проводимости. В результате такого выполнения устройства устраняются неполностью используемые крайние секции.обмотки автотрансформатора и тем самым уменьшается количество отводов обмотки автотрансформатора. Уменьшается.также суммарное число витков обмотки автотрансформатора, что ведет к уменьшению расчетной мощности и массы автотрансформатора. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения на фиг. 2 - временная диаграмма напряжения и таблица очередности.замыкания ключей. Устройство для регулирования трехфазного напряжения (фиг. 1) содержит односердечниковый междуфазный автотрансформатор 1 и ключевой коммутатор -2, соединенные последовательно с трехфазной нагрузкой 3, подключенной к трехфазному источнику 4 питания. Обмотка междуфазного автотрансформатора с началом 5 и концом б имеет два отвода. 7 и В, расположенные симметрично относительно крайних выводов 5 и б, Ключевой ком-мутатор 2 состоит из управляемых однонаправленных ключей 9-26, причем вс гречно-параллельно включеннь е пары однонаправленных ключей образуют двухнаправленные ключи 9-10, 10-12, ДЗ-14, 15-16, 17-18 и 19-20. В качестве таких ключей можно применять, например, транзисторы в ключевом режиме или же тиристоры с принудительной коммутацией. Выводы 27-29 каждой фазы нагрузки соединены с началом 5 и концом 6 обмотки междуфазного автотрансформатора 1 через двухнаправленные управляемые ключи 9-10, 13-14, 17-18 и 11-12, 15-16, 19-20, а с отводами 7 и 8 обмотки автотрансформатора - через однонаправленные управляемые ключи 21-26. Устройство для регулирования трехфазного напряжения работает следующим образом. В каждый момент времени во включенном состоянии находятся в общем случае три ключа (один в каждой фазе). Соответственно один из трех выводов 27-29 для подключения трехфазной нагрузки соединен с одним из отводов 7 и 8 обмотки автотрансформатора через один однонаправленный ключ, а два остальных вывода для подключения трехфазной нагрузки соединены с началом 5 и концом 6 обмотки автотрансформатора через двухнаправленные ключи. Так как в идеализированном случае суммарная

намагничивающая сила обмотки автотрансформатора равна нулю, то это позволяет при анализе работы пренебречь намагничивающим током. Соответственно ток включенного однонаправленного ключа в обмотке автотрансформатора распределяется на две составляющие, которые по направлению противоположны и по абсолютной величине обратно пропорциональны числам витков соответствующих частей обмотки автотрансформатора. При этом ток включенного однонапг равленного.ключаодновременно является током нагрузки одной фазы, а токи в двух частях обмотки автотрансформатора являются соответственно токами нагрузки остальных двух фаз.

Регулирование величин токов и напряжений нагрузки достигается, как и в известных схемах фазового регулирования, изменением сдвига фазы включения управляемых ключей относительно напряжения питания. При этом регулирование возможно как с отстающим, так и с опережающим током.

Рассмотрим интервал работы устройства, когда включены управляемые ключи 14, 19 и 21 (фиг. 1J . В этом случае через однонаправленный ключ 21 вывод 27 соединен с отводом 7, Выводы 28 и 29 соединены соответственно через ключи 18 и 15 с началом 5 и концом б обмотки автотрансформатора. .Ток ключа 21 является одновременно током нагрузки i. в фазе А . Отвод 7 делит обмотку Wj. W между выводами 5 и 6 на две части Wj.- и Wj. Токи в этих частях обмотки являются одновременно токами нагрузки IB и ij. с обратным знаком. Так как согласно изложенному величины токов в частях обмотки обратно пропорциональны числам витков, то в данном случае

,,5-7

Соответственно

N

A -4-4 - Bl Nw77l e

Nj-6

В целях исключения из тока и напряжения нагрузки высших гармоник ниже одиннадцатой отношения токов необходимо выбрать равными 1д; ig ; Ic iCosl5 ;(-cos45)(-co5T$ чему соответствует отношение числа витков

.b V5-7 VJ5.g;We.,

с COS 15°; COS 4 5: costs.

В этом случае числа витков секций 5-7 Wi-e и Wg-fc равны соответственно 0,268, 0,464 и 0,268 от суммарного

Числа витков обмотки Wg- w(Wj-. 0,268W, Vf. 0, Wg. 0,268W),

Весь период напряжения распределяется на двенадцать равных интервалов. Следующий интервал начинается включением управляемых ключей 15, 18 и 21, выключением ключей 14 и 19 и, соответственно, соединением выводов.28 и 29 с концом 6 и началом 5 обмотки автотрансформатора через ключи 15 и 18. В результате точки подключения выводов 28 и 29 меняются местами и в течение данного интервала

:ivie- c WHT.6V-H5-7

15

. г-.,.

Jco9,15:{.-co&TB°V{-cos45°

в течение периода напряжения питаНИН управляемые ключи 9-20 включаются согласно таблице очередности за- . мыкания ключей, приведенной на фиг.2, причем каждое изменение интервала сопровождается ступенчатым изменением отношения фазных токов.

i

При увеличении числа отводов об.мотки автотрансформатор и соответственно частоты переключений ступенчахое изменение фазных токов приближается все большие к случаю с неискаженными синусоидальными токами, когда отношения фазных токов изменяются по закону

CO(witCfVcos(t5t+(f-2lf|i,);

cos((ol4(|) + ),

где ф - сдвиг между фазным напряжением питания и фазным током.

На фиг. 2 показаны также временные диаграммы напряжения и питания фазы А , шести потенциальновозможных напряжений Uj - Uy,.. соответствующих различным коэффициентам трансформации междуфаэного автотрансформатора, и напряжения нагрузки, сформированного из отрезков шести синусоид U( - Uvi при замыкании ключей согласно таблице коммутации ключей на фиг. 2. Кроме того, показана диаграмма напряжения ид обмотки междуфазного автотрансформатора. Кривые напряжений Ujjg , Од нагрузки

в остальных фазах аналогичны кривой .

Требования, предъявляемые к системе управления предлагаемого устройства и системе управления выпрямителей, совпадают. К этим требованиям относятся: порядок следования управляющих импульсов, симметрия, их синхронизация с сетью, диапазон изменения угла управления, помехозащищенность и т.д. При этом в оеоих случаях очередность работы ключей определяется структурой и фазкостью (пульсностью) силовой части и включение очередных вентилей или ключей происходит через промежутки, равныеыТ/п, где w и Т - угловая частота и период напр жения питающей сети, m - фазность схемы выпрямителя (преобразователя) по частоте пульсаций в выходном напряжении. Приведённые требования в основном выполнены в однсканальных синх ронных систе лах управления выпрями телей, обладаюп1их более высокой си 14етрией управляющих импульсов /tO,5 эл град4. Предлагаемое устройство для регулирования трехфазного напряжения по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототи характеризуется простотой и улучшенными массогабаритными показателями в результате того, что в нем уменьшено требуемое количество секций обмотки автотрансформатора от пяти . секций до трех, а тем самым.и количество отводов от четырех до двух. С уменьшением количества секций улучшается также технологичность изготовления обмотки автотрансформатора предлагаемого устройства, так как уменьшается требуемое количество типоразмеров обмоточного провода от трех типоразмеров у базового объекта, в котором крайние и промежуточные секции имеют различную от средней секции обмотки токовую нагрузку, причем секции, расположенные симметрично относительно средней секции, имеют одинаковую токовую нагрузку, до двух типоразмеров у предлагаемого устройства, в котором крайние секции имеют одинаковую, но отличную от средней секции токовую нагрузку.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее односердечниковый междуфазный автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов обмотки автотрансформатора, и ключевой коммутатор для переключения коэффициента трансформации междуфазного автотрансформатора, включаемые последовательно с нагрузкой, отличающеес я .тем, что, с целью упрощения и улучщения массогабаритных показа- . телей, выводы для подключения нагрузки каждой фазы соединены с началом и концом обмотки междуфазного автотрансформатора через двухнаправленные управляемые ключи, а с отводами обмотки - через однонаправленные управляемые ключи, причем все однонаправленные управляемые ключи, соединенные с одним отводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковоер направление проводимости, а ключи, S соединенные с соседним отводом, име(Л ют противоположное направление проводимости .

Очередность замыканий ключей 9 -26

PU8. 2