Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное Советский патент 1988 года по МПК H02M5/257 

4 0

16

,2ф{)1 ifji T-fi ЛУ YI м4

й1Г я| т сч «ААл-лХА.иои

С о

ГО

i I м4

го

О1

Ю

Ю

rOwO

Изобретение отюсится к электротехнике. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей. Регулирование напряжения осуществляется изменением сдвига фазы включения тиристоров 1-8 относительно напряжения сети. В каждый момент времени во включенном состоянии находятся два тиристора,-соединяюпше обмотки трансформаторов 9, 10, обеспечивая межфазный энергообмен. В результате этого при определенных комбинации и последовательности включения тиристоров на нагрузке формируется напряжение из отрезков синусоид различной .амплитуды. За /счет примененных связей обмоток трансформаторов 9, 10 с вьюодами нагрузки 11 и фазными выводами сети достигается цель, 3 ил., 2 табл. с 5S с

Qlui.1

Изобретение относится к преобразовательной те снике и может быть использовано, .например, в качестве плав- норегулируемого источника трехфазного с Напряжения с близкой к синусоидаль- гой формой напряжения нагрузки и тока Ьитания,

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей пре- to образователя.

На фиг, 1 приведена принципиальная силовая схема трехфазного преобразователя переменного напряжения в перемен- JHoe; на фиг. 2 - временные диаграммы, 15 раясняющие порядок формирования напря- рсекия на нагрузке при з.аданной после- р;овательности коммутации управляемых |слючей; на фиг. 3 - блок-схема блока управления. 20

: . Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное {фиг 0,1) содержит двунаправленные управляемые ключи, составленные из встречно-параллельно соединенных тиристоров J-Sj и трансформаторы 9 и 10. Трансформатор 9 выполнен трехоб- моточным, причем его две одинаковые

25

Для получения токов нагрузки, не содержащих высших гармоник ниже 1 1-й, преобразователь должен работать в 12- пульсном режиме и ток каждой фазы должен быть сформирован из синусоид различных амплитуд, относящихся как cos 15 : cos 45 : cos 75 ® 1 : 0,732 ; 0,268. Такие требуемые соотношения тоКов обеспечиваются подбором соответствующих соотношений чисел витков обмоток трансформаторов, соединенных мелсду собой путем включения соот- ветствхтощйх пар однонаправленных уп- ; равляе; -х ключей. Для этого обмотки трансфо;, 11 заторов долгсны быть разбиты

отношениями чисел витков отдельных секций для первого трансформатора

W.

W.,

., 0,577

первичные обмотки включены последова- 30 на отдельные секции со следующими со- тельно с цепью нагрузки 11 в фазах А И С соответственно. Обмотка трансформатора 10 включена последовательно с цепью нагрузки 11 „в фазе В., Вторичная обмотка трансформатора 9 и вклю- js ченная последовательно с цепью нагруз- ки 11 в фазе В обмотка трансформатора 10 выполнены секционированными и имеют одинаковое коли 1ество выводов - вьщоды 12-15 и 16-19 обмоток соответ- 40 ственно трансформаторов 9 и 10. Начало каждой секции (вьшоды 12-14) вто- pi-гчной обмотки первого трансформатора 9 через соответствующие двунаправленные управляемые ключи из тиристоров д 1-6 соедин ены с концом соответствую- щей секции (с вьшодами 17-19) обмоттсн второго трансформатора 10, а конец последней секции (вьгоод 15) вторичной

W-ti-iTj ,c( 0,155 s 0,268; для второго трансформатора ,- ; s - 0/268 : 0,155 : 0,577, где ,, . ,... , - числа витков . ций, расположенных между вьгоодами 12- 13, ,..,518-19 соответственно.

Для получения 12-пульсного режима необходимо, чтобы ток нагрузки каждой фазы формировался из отрезков синусоид, сдвинутых между собой на 30 эл, град. Требуемые сдвинутые синусоиды получаются выбором подходящих комбинаций включения ключей. Например, при включенном состоянии ключей 1 и 8 соединены мевду собой все секции трансформатора 9 и первая секция W, трансформатора 10, следовательно, направления токов и напря сений обмотки второго трансформатора изменяются.

обмотки трансформатора 9 через двуна50

правленный управляемый ключ из тиристоров 7 и 8 соединен с началом первой секции (с вьшодом 16) обмотки транс форматора 10.

Блок управления (фиг. 3) содержит узел 20 синхронизации, задающий генератор 21J счетчик-делитель 22 и дешифратор 23

с

to

5 0

5

Предлагаемый трехфазный преобразо- ватель переменного напряжения в переменное работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находятся два тиристора, соединяющие обмотки обоих трансформаторов, обеспечивая тем самым управляемый межфазньв энергообмен. В результате этого при определенных комбина- циях и последовательности включения тиристоров на нагрузке формируется напряжение из отрезков синусоид различной амплитуды.

Для получения токов нагрузки, не содержащих высших гармоник ниже 1 1-й, преобразователь должен работать в 12- пульсном режиме и ток каждой фазы должен быть сформирован из синусоид различных амплитуд, относящихся как cos 15 : cos 45 : cos 75 ® 1 : 0,732 ; 0,268. Такие требуемые соотношения тоКов обеспечиваются подбором соответствующих соотношений чисел витков обмоток трансформаторов, соединенных мелсду собой путем включения соот- ветствхтощйх пар однонаправленных уп- ; равляе; -х ключей. Для этого обмотки трансфо;, 11 заторов долгсны быть разбиты

отношениями чисел витков отдельных секций для первого трансформатора

на отдельные секции со следующими с

W.

W.,

., 0,577

0 на отдельные секции со следующими со- s 0

0

W-ti-iTj ,c( 0,155 s 0,268; для второго трансформатора ,- ; s - 0/268 : 0,155 : 0,577, где ,, . ,... , - числа витков . ций, расположенных между вьгоодами 12- 13, ,..,518-19 соответственно.

Для получения 12-пульсного режима необходимо, чтобы ток нагрузки каждой фазы формировался из отрезков синусоид, сдвинутых между собой на 30 эл, град. Требуемые сдвинутые синусоиды получаются выбором подходящих комбинаций включения ключей. Например, при включенном состоянии ключей 1 и 8 соединены мевду собой все секции трансформатора 9 и первая секция W, трансформатора 10, следовательно, направления токов и напря сений обмотки второго трансформатора изменяются.

Токи нагрузки отстают от соответствующих токов предыд тцего интервала, когда бьти включены ключи 1 и 4, на 30 эл, град. Таким образом, напряжения нагрузки U , Uj , Uj формируются из отрезков шести потенциально

ВОЗМОЖНЫХ синусоид различной амплитуды.

На фиг. 2 показаны для схемы фиг. 1 временные диаграммы напряжений пита- НИН фазы А Од, шесть потенциально возможных напряжений нагрузки Ц,,..,Ц,- соответствующих замыканию соответствующих ключей, и пример.напряжения нагрузки URJ, сформированного из от- резков шести синусоид U,...,U, при замыкании кличей 1-8 согласно таблице нй.фиг. 2. Кривые напряжения нагрузки V и DH аналогичны кривой U R и сдвинуты соответственно на угол и 2Jr/3..

Регулирование токов и напряжений нагрузки достигается как и в известных схемах фазового регулирования, изменением сдвига фазы включения ти-- ристоров относительно напряжения питания. Экспериментально проверено, что при регулировании с отстающим током тиристоры работают в режиме естест- венной коммутации. Обусловлено это тем, что при отпирании следующего по очереди тиристора на предыдущем работающем тиристоре появляется запирающее дапряжение (катод станет положительным относительно анода).

Блок управления, обеспечивающий требуемый алгоритм отпирания управля- .емых ключей 1-8, работает следующим образом, .

На входы узла 20 синхронизации по- даются напряжение сети Ид и выходное напряжение х4. высшего разряда счетчика-делителя 22. На входе задающего генератора 21 суммируются выходное напряжение узла синхронизации и сиг- нал управления Ug. В режиме синхронизации частота напряжения задающего генератора в 12 раз выше частоты напряжения сети ид и между выходным сигналом Хф и напряжением Цд устанавли- вается такая разность фаз, что выход ной сигнал узла синхронизации компенсирует влияние управляющего сигнала Ug, Счетчиком-делителем используется делитель по модулю на двенадцать (на- пример, К155 КБ 4), который преобразует систему из 12 последовательных временных интервалов с длительностью 30 эл.град каждый в функции х, х, Х|, Х| двоичной системы - код 1, 2, 4,1 6 (табл. 1).

Состояния выходов P,...Pg дешифратора 23 в интервалах времени I,...,

XII приведены в табл. 2, составленной на основе очередности замыкгния управляемых вентилей 1-8,

Исключение из спектра выходного напряжения высших гармоник более высокого, порядка достигается путем увеличения количества секций обмоток трансформаторов и управляемых ключей,

Например, для получения токов нагрузки, не содержащих высших гармоник ниже 15-й, преобразователь должен работать в 16-пульсном реткиме каждой фазы должен быть сформирован из синусоид .различных амплитуд, относящихся как 1:0,8478:0,5665:0,1989. Такие требуемые соотношения токов , обеспечиваются подбором соответствуй щих соотношений.чисел витков обмоток трансформаторов, соединенных между собой путем включения соответствующих пар однонаправленных ключей. Для этог обмотки трансформаторов должзш быть разбиты на отдельные секции со следующими соотношениями чисел витков отдельных секций: для первого трансформатора 0,281:0,199:0,040;0,281:0,199 или 0,082:0,238:0,066:0,414:0,199-5 или О,082:О,122:0,182:О,414:0s199; или 0,541:0,091:0,061:0,108:0,1995 или 0,217:0 043:0,2I7sO,324sO,199| Ш1И 0,351:0,180:0,036:0,235:0,1995 или 0,000:0,133:0,199:0,469:0,199; или 0,586:0,,055:0,078:0,1991 или 0,281:0,040:0,199:0,285:0,199; или 0,649:0,070:0,047:0,036:0,199; или 0,152:0,047:0,235:0,368:0,199; или 0,400:0,166:0,033:0, 202:0,99; для второго трансформатора при обратной последовательности секций 0,199:0,281:О,040:О,199:0,281.

Для получения 16-пульсного режима необходимо, чтобы ток нагрузки каждой фазы формировался из отрезков синусоид, сдвинутых между собой кй 22,5 зл.град. Требуемые сдвинутые синусо иды получаются выбором подходящих комбинаций включения ключей.

Для получения токов нагрузки, не содержащих высших гармоник ниже 23-й преобразователь должен работать в 24- пульсном режиме и ток каждой фазы должен быть сформирован йз синусоид различных амплитуд, относящихся как 1:0,9319:0,8002:0,6140:0,3860:0,1316 Такие требуемые соотношения токов , обеспечиваются подбором соответствующих соотношений чисел витков обмоток трансформаторовj соединенных между собой путем включения соответствующих пар. одионаправленных ключей. Для этого обмотки трансформаторов должны быть разбиты на отдельные секции со следующ1 МИ соотношениями чисел витков отдельных секций для первого транс-. Форматора.0,0353:0,i07 0j 0866:0,11 29; ;0 2585JO,26.,1316 или 0,5175:ю

:0,144Jго,0446:0,0342:0,0597tO,0681; :0,1316; или 0,1645:0,0927:0,0201: :0,1527:0,2238:0,2144:0,1316; для второго трансформатора 0,1316:0,2680 гО,2585:0,1129:0,0866:0,1071:0,0353 tg и т.д.

/Для полу« ения 24-пульсного режима необходимоJ чтобы ток нагрузки каж- Дрй фазы формировался из отрезков Синусоид, сдвинутых между собой ка 20 1$ эл.град. Требуемые сдвинутые си- , нусоиды получаются выбором подходящих комбинаций включения ключей, Фо рмула изобретения .

Трехфазный. преобразова тель пере- 25 менного напряжения в переменное, содержащий двунаправленные управляемые ключи и два трансформатора, обмотки которых включены последовательно с цепью трехфазной нагрузки, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, первый трансформатор вьтолнен трехобмоточным, причем его две одинаковые первичные обмотки включены последовательно с двумя фазами цепи нагрузки и соответствующей фазой источника питания в двух фазах соответственно, а вторичная обмотка первого трансформатора и включенная последовательно: с цепью нагрузки . в третьей фазе обмотка второго транс- Форматора выполнены секционированными, причем каждый i-й вьтод вторич-г ной обмотки первого,трансформатора, кроме последнего, соединен через со- ответствующий двунаправленный управравляемьй ключ с (1+1)-м выводом, а ее последний вьгоод - с первым вьшо- дом обмотки второго трансформатора . Соответственно.

Таблица 1

VI

VII

III

IX

X

XI XII

001000

00001

о о

1 о

01 о о 1

о

011 о 00

0100 00 0001 00

очередность зимыканил ключей 1-8

Фие.2

0

о

о

0

0 0

о о о о о 1 1

1

1

о

о

о

о

о

/ /

Рв

фиг.д