Способ параметрической стабилизации выходного напряжения управляемого компенсационного выпрямителя Советский патент 1991 года по МПК G05F3/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации электроснабжения энергоемких потребителей постоянного тока, например, в черной металлургии при прокатном производстве или в горнодобывающей промышленности.

Цель-повышение качества стабилизации.

На фиг.1-6 представлены принципиальные электрические схемы устройства, в которых может быть реализован описываемый способ параметрической стабилизации, в частности, схема трехфазного компенсационного выпрямителя (см. фиг.1), шестифаз- ного каскадного компенсационного выпрямителя (см. фиг.2), шестифазного нулевого компенсационного выпрямителя (см.

фиг.З), двенадцатифазного каскадного компенсационного выпрямителя (см. фиг.4), двенадцатифазного нулевого компенсационного выпрямителя (см. фиг.5) и двадца- тичетырехфазногр каскадного компенсационного выпрямителя (см. фиг.6).

Компенсационные выпрямители содержат трехфазные трансформаторы 1 (фиг. 1- 3), 1.1, 1.2 (фиг.5, 6), 1.1-1.4 (фиг.6), группы силовых тиристоров (вентилей) 2 (фиг.), 2,1, 2.2 (фиг.2, 3), 2.1-2.4 (фиг.4. 5), 2.1-2.8 (фиг.6), конденсаторные батареи 3 (фиг, 1-6), трехфазные уравнительные реакторы 4 (фиг.1, 3, 5), двухфазные уравнительные реакторы 5 (фиг.З), 5.1, 5.2 (фиг.4).

В схеме компенсационного выпрямителя (см.фиг. 1) имеет место последовательное

С VI

О & 00

80

включение группы силовых тиристоров 2 со вторичными обмотками трансформатора 1 и трехфазным уравнительным реактором 4, а также параллельное включение конденсаторов батареи 3 на выходах группы силовых тиристоров 2. Аналогичные функциональные соединения выполнены и в СХРМЯХ компенсационных выпрямителей на фиг.2 -6. 8 схеме компенсационного выпрямителя (см. фиг.З) двухфазный уравнительный реактор 5 включен между общими выводами вторичных обмоток трансформатора 1. Подобным же образом произведено включение данного реактора в схемах компенсационных выпрямителей на фиг.4-6.

Способ реализуется следующим образом.

В схемах компенсационных выпрямителей контур коммутации одинаков и включает в себя две фазы вторичной обмотки трансформатора, например А и С с ЭДС IA и Ic, два вентиля, например, с токами д и ic и фазу конденсаторной батареи, например, с емкостью СсЛ.

Для указанного контура коммутации можно записать следующее уравнение:

+ (сд)0,

d V

d V

(D

где X - индуктивное сопротивление фазы в контуре одиночной коммутации, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора.

Ток IA вступающего в работу вентиля является током коммутации к, т.е. д IK, a ток выходящего из работы вентиля ic Id-i (Id - выпрямленный ток). С учетом этого уравнение (1) принимает следующий вид:

2Х

d V

- UC(CA) 1д-1с.

(2)

В качестве условного начала отсчета выбираем начало коммутации при переходе от тока ic к току IA. Систему трехфазных питающих напряжений представим как

д EmSin(V + 30°+ V). IB - Emsin( V -90°+ V), ic Emsin(V+ 150°+ V)(3)

2Х ™-Uc(cA) v TEmsln(V +VO.

(4)

Напряжение Uc фазы конденсаторов с емкостью С при включении их в треугольник связано с током ic следующим соотношением:

Uc / IK d V + Uc (0) (5)

где ш- круговая частота.

Во внекоммутационный промежуток времени через конденсаторы протекает часть тока нагрузки. В период коммутации на этот ток накладывается составляющая

тока коммутации. Во всех рассматриваемых схемах в период коммутации

. 1 т 2 .

с -3J - з IK,

(6)

25

Используя (5) и (6), уравнение (4) запишем в следующем виде:

2Х

d U

d V

+ ibb-)dv

U VLUC rj ООpQ

- Uc (о) ,n sin (V +V)

В этом выражении под т/ подразумева- ется угол управления щ , обеспечиваемый системой управления, если выпрямитель выполнен на управляемых вентилях, или свободно устанавливающийся опережающий угол регулирования а в неуправляемом выпрямителе. Так как углы регулирования и управления в компенсационном выпрямителе опережающие, то их следует подставлять в (7) со знаком минус.

Продифференцируем (7), и при этом получим, что

2Х

d2iK

i + -- d V 2 3 We V +VO

или

Изобретение относится к электротехнике, в частотности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение качества стабилизации. Способ может быть реализован в любом компенсационном выпрямителе, у которого конденсаторы перезаряжаются токами нагрузки, и по своей сути является параметрическим. Для его реализации необходимо знать собственную частоту ω_о контура коммутации и угол управления α_у, при котором наблюдается эффект стабилизации выпрямленного напряжения. Каждой частоте ω_о соответствует только одно значение угла α_у, при котором выпрямитель будет стабилизирующим. Угол управления определяется аналитически с учетом схемного коэффициента S_к. Физическое объяснение способа - пропорциональная зависимость между током нагрузки и коммутирующим напряжением. 7 з.п.ф-лы, 6 ил.

где Em - амплитуда вторичного фазного напряжения трансформатора:

- начальная фаза напряжения в момент включения вентиля.

Использование выражений (3) позволяет записать для контура коммутации, что

2X

d2u , 2 iK

d V

+

2 3 (tir

(8)

х cos ( V + V ) 4- -- -Решение этого неоднородного дифференциального уравнения относительно I. состоит из общего решения и двух частных. Определим корни характеристического уравнения из следующих выражений:

,2,

2rol.4-Jf+ dV2

2 i

3tot

+

3uJc

0,

откуда

P1:2

r±JT

J +,«

J w

где (Wo м/3 L С - собственная частота контура коммутации, зависящая от L-индук- тивности фазы в контуре одиночной коммутации и С-емкости фазы батареи коммутирующих конденсаторов, включенных в треугольник.

Исследованиями установлено, что каждому значению собственной частоты йАэ контура коммутации при схемном коэффициенте SK соответствует только одно значение угла управления ау , при котором наблюдается эффект стабилизации выпрямленного напряжения. Это значение сгу можно определить из следующего выражения:

Я

« + S 2

1

Sin Gy - -Sin 2 ftJb Qy COS Oy

. +

X( 1 )

Sin Oy (COS 2 (Dp Oy - 1 )

( 1 )

где afe twb/314

(в схемах по фиг. 1-6 10);

X cos Ду ( 1 - ecu fZy sin 2 tub« ay

Шо« ( 01 S 1 J ( 1 + COS 2 ftjfe Яу )

SK - 4, 5 в трехфазном компенсационном выпрямителе,

SK 3 в шестифазном каскадном компенсационном выпрямителе;

SK 9 в шестифазном нулевом компенсационном выпрямителе;

SK 6 в двенадцатифазном каскадном компенсационном выпрямителе;

SK 18 в двенадцатифазном нулевом компенсационном выпрямителе;

SK 12 в двадцатичетырехфазном каскадном компенсационном выпрямителе.

5Таким обрззом,предлагаемый способ

параметрической стабилизации выпрямленного напряжения характеризуется простотой, поскольку его реализация в различных преобразователях заключается

10 лишь в сочетании собственной частоты Шо контура коммутации с фиксированным значением угла управления ау , При этом стабилизация является внутренним свойством выпрямителя.

15 В режиме стабилизации угоп коммутации у 2ау , причем при изменении выпрямленного тока в широких пределах величина угла коммутации остается неизменной. Из этого следует, что режиму ста20 билизации свойственны высокие энергетические показатели выпрямителя, потому что последний разгружен от реактивных токов. Его коэффициент мощности близок к единице, так как в управляемых компенсационных

25 выпрямителях

у/2 .

Физическое объяснение данного способа стабилизации - пропорциональная зависимость между током нагрузки и коммутирующим напряжением. Если учесть, что указанное напряжение создается токами нагрузки, можно сделать вывод, что предлагаемый способ стабилизации является практически безынерционным. Формула изобретения 1. Способ параметрической стабилизации выходного напряжения управляемого компенсационного выпрямителя, заключающийся во взаимосвязанном выборе собственной частоты WQ контура коммутации и угла управления «у силовых тиристоров, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества стабилизации, значения о)ь и «у выбирают с учетом схемного коэффициента SK, определяемого компенсационного выпрямителя из соотношения:

0

5

0

5

Го

L -

л а

-3U

5

1

Sin Пу - я Sin 2 ftJo СГу COS Oy

/ 0),

Чп -г

Х( 1 )

sin gy ( cos 2 о)0 gy - 1 ) 2 X («Д - 1 )

sin 2 ute Oy -iл 47 r -sln«y 0где r/Jb ftJb/314:

TjaVjM-os fiy 1 - cos 2 riV, 7y) ufe 7y nv,« ( Hi c - 1 ) ( 1 + cos 2 fiv «y }

(Do

1/3

LC

Я Я Я

тем, что для шестифазного нулевого компенсационного выпрямителя принимают 5к 9.

компенсационного выпрямителя принимают SK 6.

компенсационного выпрямителя принимают S 18.

принимают SK 12.

А В

-f

фиг.2

ГП

21W W Z у W.

a

23

a

в ж ж % % %

Ш

1670682

ABC.

ЛЈ

#+

фиг.З

АдС

- 11

x-Lr-r

a

52

Tj 12

УУУ УУУ

23

у.

ууу уу-у

- ffliyyy 7 чуу20

сриг. 6