Регулятор переменного напряжения Советский патент 1989 года по МПК G05F1/30 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения мощных электропотребителен.

Цель изобретения - повьппение надежности работы, улучшение формы кривой и гармонического состава, а также повышение стабильности величины выходного напряжения РПН.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема регулятора переменного нагружения (РПН); на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу РПН.

Регулятор переменного напряжения содержит трансформатор 1 с двумя певичными вольтодобавочными 2 и 3 и одной вторичной основной 4 обмотками, два однофазных мостовых преоб

разователя 5 и 6, собранных на тиристорах 7-10 и 11-14 соответственно, и двухобмоточный дроссель 13 с обмотками 16 и 17. Обмотки 2 и 3 трансформатора 1 соединены последовательно с обмотками 16 и 17 двухобмоточ- ного дросселя 15 и включены в цепь постоянного тока однофазных тирис- торных мостовых преобразователей 5 и 6 соответственно, причем обмотка 2 трансформатора 1 включена согласно с обмоткой 16 дросселя 15, а обмотка У встречно с обмоткой 17.

Основная обмотка 4 трансформатора 1, в которой создается вольтодобавоч- кое напряжение, включена между входным и выходным выводами РПН

На фиг. 1 обозначено: U., Vix соответственно напряжения сети, обмотки 4 трансформатора 1 и на выхо- де РПН; на фиг. 2 по осям показано: 18 - напряжение-сети Г., 19 и 20 с

напряжения Uj. и Г на выходах однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 соответственно, 21 - напряжение двухобмоточ- ном дросселе 15, 22 - напряжение Ug обмотки 4, 23 - напряжение U., на

OЫf

выходе РПН.

В процессе работы схемы, представленной на фиг о 1, в каждом из однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 тиристоры включаются и отключаются попарно путем поочередной подачи отпирающих импульсов на ту пару тиристоров, на которой в момент коммутации напряжение сети Uj. действует в прямом направлении тиристоров „ Причем, сумма углов управления

0

5

0

5

0

5

0

5

0 5

пар тиристоров каждого однофазного тиристорного мостового преобразователя равна (36Q - ЛоС) эЛоГрад, а сумма соответствующих пар тиристоров разных однофазных тиристорных мостовых преобразователей - 180 эл. град о Дпя нормальной работы схемы необходимо, чтобы постоянная составляющая тока на выходе однофазных . тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 превышала ттеременную составляющую, что достигается путем задания величины л о/ , которая практически находится в пределах нескольких эл,градусов о На диаграммах фиг, 2 угол i.W из-за малости не указан,т.е. рассмотрен идеальный случай, когда активное сопротивление цепи обмоток 2,3 трансформатора 1, равно 0„

Допустим, к моменту времени, соответствующему- углу (фиг.2), работают тиристоры 8,9 и 12,13 а напряжения 1) и Uj на выходах однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 противоположны напряжению И. сети, к ак показано на фиг. 2 по осям 19 и 20 соответственно, При угле 7 to подаются отпирающие импульсы на тиристоры 7 и 10с, При этом под действием напряжения U сети эти тиристоры отпираются, а тиристоры В и 9 запираются, в результате чего напряжение Uj на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 5 меняет свой знак и начинает совпадать с напряжением 1 сети При угле , 180 - сС-7 (О подаются отпирающие импульсы на тиристоры 11 и 14, в результате чего эти тиристоры отпира- тся, а тиристоры , 13 запираются и напряжение U на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 6 также меняет свой знак и начинает совпадать с напряжением Up сети При угле i.t-r 360 J,,,oT,/j,j- ,.,-w if, ,4

пирающие импульсы подаются на тиристоры 12 и 13, что приводит к отпиранию тиристоров 12, 13 и запиранию тиристоров 11, 14о Начиная с момента времени, соответствующего углу oi ,3 напряжение U на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 6, меняя свой знак, вновь противоположно напряжению U с сети

Далее, подавая отпирающие импульсы на тиристоры 8, 9 при угле 360 - 0(7,10 и т.д., получим-диаof а ч

HfJ

граммы напряжений U

и Г

пред5

ставленных на фиг, 2 по осям 19 и 20 соответственно о

Так как обмотки 16 дросселя 15 и 2 трансформатора I включены согласно-последовательно, а обмотки 17 дросселя 15 и 3 трансформатора 1 - встречно-последовательно, то, когда намагничивающие силы обмоток дросселя 15, вызванные напряжением сети складываются, намагничивающие силы первичных обмоток трансформатора 1 должны вычитаться или же, наоборот, когда указанные намагничивающие силы складываются в трансформаторе 1, должны вычитаться в дросселе 15. В связи с этим каждый раз, когд напряжение, прикладываемое на левую (на последовательно включение обмотки 16 и 2) части схемы изменяется по направлению в результате пе реклгочения тиристоров мостовых преобразователей 5 и 6, указанное напряжение переходит от трансформатора 1 на дроссель 15 или обратно о

Например, рассмотрим состояние схемы фиг. 1 на отрезке времени, соответствующем участку О «1 7, to указанному на фиг,2, На данном отре ке времени начала обмоток 16 и 17 дросселя 15 подключены через открытые тиристоры 9 и 13 к одному и тому же входному выводу. Т.е. напряжение сети приложено к обеим обмоткам дросселя 15 в одинаковом направлении. Поэтому магнитные потоки этих обмоток, связанные с напряде- нием сети складываются А начала обмоток 2 и 3 трансформатора 1 на данном отрезке времени подключены через обмотку дросселя 15 и мостовые преобразователи 5 и 6 разным входным выводам. Поэтому на участке О -01-, JO напряжение на дросселе 15 равно напряжению сети, а напряжение на трансформаторе 1 равно нулю.

Нетрудно убедиться в том, что начиная с момента времени,- соответствующего углу о/-, ,jj , когда происходит переключение тиристоров преобразователя 5, условия сложения соответствующих магнитных потоков обмоток дросселя 15 и трансформатора 1 изменяются; указанные потоки в трансформаторе 1 склады- ваются, а в дросселе 15 вычитаются Поэтому на участке о/т ,о - «

-11, н

напряжение на дросселе 15 равно нулю.

11738

а трансформатор 1 работает так же, как и обычный трансформатор, первичная обмотка которого состоит из двух параллельных ветвей - обмоток 2 и 3. Следовательно, ЭДС (тов. напряжение) вторичной обмотки и трансформатора 1 отличается от ЭДС первичной обмотки, равной и проти- 0 воположной напряжению сети, на величину коэффициента трансформации,

т.ео Ui - гг-. Кривая вольтодо- А к -р

бавочного напряжения построена сог- 15 ласно следующему равенству:

и 6- и -И с- Uc li. . 6А 2К 2К К

и имеет вид, показанный на фиг,2

20 По оси 22,,

Преобразователи 5 и 6 практически используются в качестве обычных переключателей для переключения полярности напряжений, подводимых К25 правой и левой частям схемы фиг,1, но так как такое переключение осуще - ствляется в течение каждого периода напряжения сети, и тиристоры не яв- ляются полностью управляемыми элементами, работа указанных переключателей подчинена определенным ус- , ловиям: чтобы на выходе переключателей не возникала большая постоян- , пая составляющая напряжения, сумма моментов каждого переключения близка к 360 эЛаГрад, а чтобы тиристоры не выключатлись самопроизвольно в моменты прохождения переменного тока через нуль, переключатели со4Q браны по схеме мостового выпрямителя, благодаря чемз в тиристорах схемы создается дополнительный постоянный ток, которьй складывается с переменным током нагрузки и исключает

д5 спадание тока в тиристорах до нуля на рабочем интервале. Из четырех углов управления (/7,10 ,9 ,i и о 2 т}Толъко один может быть выбран произвольно в пределах 0-180°, так

50-как все остальные углы определяются

30

35

из условия dj

10

8,9

360 - Л.оС ;

о/ 11, 14 + 0{ ,2 ,3 360 (; , 10 + И, М

180.

Угол o(-,fc регулируется в зависи- 5 мости от требуемого напряжения на выходе регулятора и каждому значению 4 о( 7 ,0 соответствует определенная диаграмма выходного напряжения, которая получается как сумма напряжений сети

и вольтодобавочной обмотки и приведена на фиг 2 по оси 23„

При угле , fo О (и значениях других углов управления, определяв- мых углом i Напряжение- I g обмотки 4 трансформатора 1 состоит из полных полупериодов синусоиды, т.е„ имеет форму синусоиды, С увеличение угла о/ jg полупериоды напряжения Ug. сужаются и состоят из симметричных участков синусоиды. При угле «(т, о 90 эл. град, напряжение U д 0, При дальнейшем увеличении угла с/, ,о полупериоды напряжения Г вновь расширяется, но с обратным знаком, и при 0/7 (О 80 эл.граДо становятся полной синусоидой.

В соответствии с этим с изменением угла cf ,0 от О до 180 эл«град напряжение выходе РПН будет изменяться в пределах

Не- и

ад wokc -U 5(,х

и 4- и

вд wdKc

30

35

40

де и„ „ ,- максимальное значение 25

of) Мм КС

напряжение Нед обмотки 4 трансформатора 1. ричем при номинальном, среднем и аксимальном значениях холодного напряжения его коэффициент гармоник равен нулю, в то время как в схемах рототипа и аналогов предлагаемого РПН коэффициент гармоник выходного напряжения равен нулю только при его максимальном и минимальном значениях А при среднем значении выходного на- пряжения его коэффициент гармоник достигает максимума. Поэтому при одинаковых пределах регулирования выходного напряжения коэффициент гармоник выходного напряжения в предлагаемом РПН меньше, чем у известных в 2 раза,

В реальном случае, когда &ei Q из-за неравенства площадей положительных и отрицательных участков диаграмм, представленных на фиг 2 по осям 19 и 20, на выходах однофазных тирис горньгх мостовых преобразователей 5 и 6 появляются постоянные составляющие напряжений, под действием которых поддерживаются необходимые постоянные составляющие токов в их выходных цепях.

Режим, при котором углы управления преобразователей 5 и 6 связаны между собой условием - 180 эЛсГрад. является одним из возможных режимов работы регулятора. Од45

50

55

0

5

0

5

5

0

5

нако в общем случае соблюдение этого условия не обязательно„ Работоспособность устройства не нарушается и тогда, когда преобразователи 5 и 8 управляются независимо друг от друга Они могут быть подключены даже к совершенно разным источникам питания с разными напряжениями и частотами. В частности, один из указанных преобразователей вообще может быть закорочен. Во всех этих случаях напряжение вторичной обмотки 4 трансформатора 1 будет определяться указанным равенством. Например, если будет закорочен преобразователь 6, Тое. Uj О, то согласно указанному равенству будем иметь

и 5 т.е. кривая напряжения Ug

в ином масштабе будет повторять кривую напряжения U.

Технико-экономическая эффективность РПН по сравнению с прототипом заключается в повьшении надежности работы, снижении эксплуатационных расходов из-за отсутствия необходимости высококвалифицированного ухода (поскольку не требуется применение сложных средств для обеспечения нормальной работы), улучшении экономических характеристик потребителей ввиду лучшего качества выходного напряжения Надежность коммутации тиристоров повьш1ается из-за невозможности произвольного изменения тока и коммутационного напряжения в момент коммутации. Кроме того, в предлагаемом устройстве управляющие импульсы на тиристоры могут быть поданы в благоприятные с точки зрения коммутации моменты времени о

При использовании данного РПН значительно облегчается задача фильтра- ции высших гармонических составляющих выходного напряжения, поскольку выходное напряжение РПН содержит гармонические составляющие только нечетного порядка, которые не изменяются в зависимости от нагрузкИо При включении трех РПН по трехфазной схеме для питания трехфазных потребителей из-за взаимного уничтожения в линейных напряжениях гармонических составляющих кратных трем выходное напряжение устройства значительно приближается к синусоиде, что дает возможность применять РШ{ без применения каких-либо дополнительных фильтрующих устройств

1

Формула изобретения Регулятор переменного напряжения, содержащий трансформатор с одной основной и двумя вольтодобавочными обмотками и однофазный тиристорный мостовой преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности работы, улучшения формы кривой и гармонического состава, а также повышения стабильности величины выходного напряжения, в него введены двухобмоточный дроссель и дополнительный однофазный тиристорный мостовой преобразователь, причем первая вольтодобавоч- ная обмотка трансформатора соединена согласно последовательно с одной из обмоток двухобмоточного дросселя и включена в цепь постоянного тока однофазного тиристорного мосто810

вого преобразователя, а вторая воль- тодобавочная обмотка трансформатора соединена встречно последовательно с другой обмоткой двухобмоточного дросселя и включена в диагональ постоянного тока дополнительного однофазного тиристорного мостового преобразователя, основная обмотка трансформатора включена между входным и выходным вьгоодами, а диагонали переменного тока однофазных тири- сторных мостовых преобразователей подключены к входным выводам, кроме того, сумма углов управления пар тиристоров каждого однофазного тиристорного мостового преобразова

теля равна 360 , а.сумма углов управления соответствующих пар тиристоров разных однофазньк мостовых преобразователей - -ISO,

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения мощных электропотребителей. Цель изобретения - повышение надежности работы, улучшение формы кривой и гармонического состава, а также повышение стабильности величины выходного напряжения. Выходное напряжение равно сумме напряжений сети и основной обмотки 4 трансформатора 1. Цель достигается благодаря свободе выбора углов управления тиристоров 7...14 однофазных мостовых преобразователей 5 и 6 независимо от разниц фаз и знаков напряжения и тока. Управляющие импульсы на тиристоры 7...14 подаются в благоприятные с точки зрения коммутации моменты времени, что приводит к повышению надежности. Преобразователи 5 и 6 используются в качестве переключателей для переключения полярности напряжений, подводимых к правой и левой частям схемы, образованным соответственно обмотками 17, 3 и обмотками 16, 2 дросселя 15 и трансформатора 1. Постоянный ток, создаваемый в преобразователях 5 и 6, складывается с переменным током нагрузки и исключает спадание тока в тиристорах 7...14 до нуля на рабочем интервале времени. Обеспечение симметрии напряжения обмотки 4 относительно напряжения сети приводит к улучшению формы и гармонического состава выходного напряжения. 2 ил.