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

:о

со

00

со Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в качестве плавно регулируемого источника трехфазного напряжения с близкой к синусоидальной формой напряжения нагрузки, и тока питания. Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения, где для улучшения спектрального состава выходного напряжения применяются трансформаторные преобразователи чис ла фаз с управляемыми ключами в выходных фазах l 3. Недостатком этого устройства явля ется узкий диапазон регулирования, так как регулирование трехфазного на пряжения осуществляется за счет изме нения падения напряжения на пассивны элементах, например на конденсаторах, соединенных между источниками питания и трансформаторным преобразователем числа фаз. Известно также устройство для широ крдиапазонного регулирования с улуч.шенным спектральным составом выходного переменного напряжения, в котором нагрузка соединена последовательно с первичными обмотками трансформаторного преобразователя числа фаз, причем количество отдельных вторичных обмоток равно произведению входного и выходного чисел фаз и эти отдельные обмотки соединены в многофазную систе му с тремя последовательно соединенными отдельными обмотками в каждой выходной фазе Ц2 и 3J. В этом устройстве регулирование вы ходного напряжения на нагрузке осуществляется поочередным закорачиванием отдельных фаз вторичной многофазной системы через управляемые ключи, составленные из встречно-параллельных пар тиристоров. Недостатками данного устройства яв ляются относительно сложная схема сое динения вторичных обмоток и понижение массогабаритных показателей (увеличение типовой мощности) трансформаторного преобразователя числа фаз по сравнению с обыкновенным трехфазным трансформатором. Сложность схемы соединения вторичных обмоток вызвана тем что в данном устройстве количество отдельных вторичных обмоток, соединен- ных между собой в многофазную систему, равно произведению входного и выходного чисел фаз. Например, в трехфазном преобразователе с девятью выходными фазами требуется двадцать семь отдельных вторичных обмоток. Увеличение типовой мощности и соответственно понижение массогабаритных показателей трансформаторного преобразователя числа фаз устройства вызвано тем, что в течение периода питания отдельные вторичные обмотки участвуют в работе лишь в течение ограниченного интервала времени. Например, при наличии левяти выходных фаз каждая вторичная обмотка участвует в работе только в течение 1/9 доли от каждого полупериода питания. В то же время в каждый момент времени (при пренебрежении намагничивающим током) намагничивающие силы первичных и вторичных обмоток трансформаторного преобразователя числа фаз по абсолютной величине равны. Отсюда следует, что массогабаритные показатели совокупности вторичных обмоток, а следовательно и трансформаторного преобразователя числа.фаз в целом, ухудшаются вместе с уменьшением относительного интервала участия отдельных вторичных обмоток в работе, т.е. вместе с ухудшением фактического использования этих обмоток. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее три одинаковых однофазных двухобмоточных трансформатора, имеющих секционированные вторичные обмотки, соединенные в треугольник, причем каждый отвод любой из них через соответствующий управляемый двунаправленный ключ подключен к общей точке соединения двух других вторичных обмоток, а отношение чисел витков секций каждой вторичной обмотки удовлетворяет условию образования Зп-фазной 6п-импульсной системы, где - число отводов вторичной обмотки 4 J. Недостаток известного устройства большое количество выводов вторичных обмоток трансформаторного преобразователя числа фаз и двунаправленных ключей. Цель изобретения - упрощение устройства, в частности уменьшение числа выводов вторичных обмоток трансформаторов и двунаправленных ключей. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования трехфазного напряжения, содержащем три однофазных двухобмоточных трансвключены последовательно с цепью нагрузки, а вторичные обмотки связаны с управляекыми двунаправленными ключами, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой согласно последовательно, причем каждая из этих обмоток, а также образованная ими цепь зашунтированы управляемыми двунаправленньп4и ключами. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие порядок формирования напряжения на нагрузке при заданной последовательности коммутации управляемых ключей: на фиг. За и б - блок-схема и диаграммы ее работы соответственно. Устройство содержит три одинаковых однофазных двухобмоточных трансформатора 1-3, первичные обмотки которых пофазно соединены последовательно с нагрузкой 4, а вторичные об мотки соединены в разомкнутый треугольник, и ключевой коммутатор 5 из четырех управляемых двунаправленных ключей, составленных из встречно-параллельно включенных тиристорных пар 6-7, 8-9, 10-11 и 12-13,причем в разрыв разомкнутого треугольника включен один управляемый двунаправленный ключ из тиристорной пары 1213, а остальные три управляемых двунаправленных ключа 6-7, 8-9 и 10-11 пафазно соединены параллельно вторич ;ным обмоткам однофазных трансформато ров 1-3. Устройство для регулирования трех.фазного напряжения работает следующим ч лг«г u апг cTsbOtJ 1ла i afi/TnaoT f плз ггч7клпттлиг образом. В каждый момент времени во включенном состоянии находятся два тиристора, закорачивающие вторичные обмотки однофазных трансформаторов. В результате этого при определенной комби нации и последовательности включения тиристоров на нагрузке в каждой фазе формируется напряжение из.отрезков сонусоидальных .фазных и линейных напряжений , не содержащее высших гармоник ниже 11-й. Рассмотрим интервал работы, -когда включены тиристоры 6 и 9.В этом случае закорочены вторичные обмотки тран сформаторов в фазах А и В. В результате падения переменные напряжения на первичных обмотках трансформатора формируется напряжение, равное половине линейного напряжения, т.е. U Одц . При 3том, если пренсббречь током намагничивания сердечников, суммарная намагничивающая сила обмоток всех трансформаторов должна равняться нулю, так что фазные токи гдг-10 и (за положительное направление фазных токов принято направление от источника питания к нагрузке). Для получения 12-пульсного режима работы необходимо, чтобы напряжение на нагрузке формировалось из отрезков синусоид определенной амплитуды, сдвинутых между собой на 30 эл.град. Требуемые сдвинутые синусоидальные напряжения для формирования 12-пульсного режима можно получить выбором подходящих комбинаций включенных тиристоров (согласно таблице на фиг. 2). Например, при включенном состоянии тиристоров 6 и 13 закорочена вторичная обмотка трансформатора фазы А, а вторичные обмотки трансформаторов фаз В и С соединены последовательно. В результате этого в фазе А напряжение нагрузки формируется фазным напряжением Од, отстающим по отношению на 30 эл..град, что и требовалось. При этом ток нагрузки 1л максимален, а токи в фазах В и С равны (ig i() . На фиг. 2 показаны для схемы фиг.1 временные диаграммы напряжения питания фазы А Уд , шесть потенциально возможных напряжений нагрузки U... , соответствующих различным комбинациям замыкания ключей и пример напряже„ия нагрузки Мод, сформированного из пт отрезков шести синусоид Ц... Uy/( при замыкании ключей 6..13 согласно таблице на фиг. 2. Кривые напряжения нагрузки ио о и Unp аналогичны кривой Упл и сдвинуты соответственно на угол -2Ji/3 и 2Л/3. -г-,« Регулирование величин токов и напряжений нагрузки достигается как и в известных схемах фазового регулирования изменением сдвига фазы включения тиристоров относительно напряжения питания. При этом регулирование возможно как отстающим, так и опережающим током. Для обеспечения требуемого алгоритма отпирания ключей 6-13 используется блок управления, одна из возможных блок-схем которого приведена

на фиг. За, а временные диаграммы работы этого блока управления на фиг. 36. Блок управления включат формирователь 14 прямоугольных напряжений с частотой 50 Гц с фазовым сдвигом О эл.град. (кривая V 14 фиг. 36) и 180 эл.град (V14 ), формирователь импульсов с частотой 100 Гц ( Vt5), формирователь синхронизирующего импульса 16 (Vt6), генератор пилообразного напряжения с частотой. 100 Гц 17 (VI7), усилитель сигнала рассогласования 18 (VI8), формирователь импульсов 19 для толучения фазового сдвига в диапазоне 0-180 эл.град ( VI9), триггер 20 (V20 ), фазовый детектор 21 (V2l ) генератор прямоугольных импульсов с частотой 600 Гц 22, регулируемый напряжением V 22 , счетчик-делитель на двенадцать 23 (/23и V23), дешифратор 24 для формирования двенадцати импульсов длительнос гью 1,67 мс сфазовым сдвигом между импульсами 30 эл.град. (V24, V 24 ), инвертор сигнала и размножитель количества сигналов 25 (V25), диодный сумматор 26 (V26 ), узел гальванической развязки 27 и усилитель мощности импульсов управления ключами 2В.

Блок управления работает следующим образом.

С помснцью блоков 14, 15 и 17 формируется пилообразное напряжение с частотой too Гц и синхронизированное с питанядим напряжением (J/ устройства. Чтобы избежать возникновения фазового сдвига на 180 эл.град. при включениях иснользован дополнительный синхронизатор 16, выход которого соединен со вторым входом триггера 20. На основе пилообразного напряжения V 17 и усиленного сигйала рассогласования Vie формируются импульсы V19 с час тотой 100 Гц и с требуемым фазным сдвигом относительно сети питания, Из указанных импульсов VI9 формиру,ются триггером 20 импульсы V20 длительностью полпериода питающего напряжения, но имеющие требуемый фазовьй сдвиг. Импульсы V 20 передаются в первый вход фазового детектора 21. Для получения управляющих импульсов длительностью 30 эл.град. частота питакицего напряжения умножается в 12 раз. В качестве умножителя частоты используется фазочувствительный контур обратной связи, который содержит фазовый детектор 21, управляемый напряжением генератор 22 и счетчик-делитель 23. Выходное напряжение V 23 старшего разряда счетчика 23, которое изменяется с частотой 50 Гц, используется непосредственно для сравнения фаз сигналов V20 и V23 на входе фазового детектора 21, т.е. для замыкания фазочувствительного контура. Выходное напряжение V23 счетчика-делителя 23 передается на дешифратор 24, двенадцать вьтодов которого поочередно от -первого до двенадцатого выдают импульсы длительностью 1,67 мс и фазовым сдвигом между импульсами 30 эл.град. (первые два импульса обозначены V24 и V24 ) . Из каждого импульса от V24 до V 24 с помощью инвертора и размножителя 25 формируются три одинаковых инвертированных сигнала OTV25 доУ25. Далее в соответствии с алгоритмом отпирания управляемых ключей 6...13 требуемые импульсы управления суммируются диодным сумматором 26 и передаются через элемент гальванической развязки 27 (оптрон, импульсный трансформатор) и усилитель мощности управляющего сигнала 28 на управляющий электрод соответствующего управляемого ключа.

Предлагаемое устройство упрощено за счет уменьшения количества управляемых ключей в ключевом коммутаторе и эа счет исключения промежуточных выводов вторичных обмоток трансформаторов, позволяющего при практической реализации устройства использовать Серийные однофазные двухобмоточные трансформаторы.

УСТРОЙСТВО ДОЯ РБГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее три однофазных двухобмоточных трансформатора, первичные обмотки которых включены последовательно с цепью нагрузки, a вторичные обмотки связаны с управляег«1ми двунаправленными ключами, отличающеес я тем что, с целью упрощения, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой согласно последовательно, причем каждая из этих обмоток, a также образованная ими цепь зашунтированы управляемьми двунаправленными ключами. (Л с

Оцередкость замыкания Вентилей $... /j

Pui.l Jk f//« j.. T LplH T. f.f - i/% - 93 f/2jf n