Трехфазный регулятор переменного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M5/12 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в различных регуляторах переменного напряжения.

Известны устройства для регулирования переменного напряжения, содержащие трансформатор, первичные обмотки которого подключены к сети, а крайние выводы вторичных обмоток закорачиваются двумя трехфазными выпрямигельныгу1и мостами с тиристорами на выходе. Регулирование осуществляется путем коммутации тиристоров с частотой выше, чем частота сети i и 21.

К недостаткам этих устройств следует отнести большую установленную мощность трансформатора, ухудшенный гармонический состав выходного напряжения, а также невозможность регулирования в сторону увеличения выходногчэ напряжения. Основным назнйчением таких устройств является широкодиапазокное регулирование величины выходного напряжения от нуля до номинального.

Для случаев стабилизашш перетленного трехфазного напряжения находят применение регуляторы, аналогичные по принципу действия указанным выше, с ограниченным диапазоном регулироваьшя, что в свою очередь позволяет J eкыJOfть массо-габаритные показатели устройств. Это достигается тем, что регулируется только часть из общего потока энергии, направляек-юй в нагрузку. Благодаря этому уменьшается вес регулятора, повышается качество выходного напряжения и его КПД.

Так, известны трехфазные регуляторы переменного напряжения содержащие один 4 либо два r3j вольтодобавочных трансформатора со вторичными обмотками, включенньгми последовате/шно с нагрузкой. Оба указанных устройства идентичны друг другу, так как каждое из них осуществляет регулирование напряжения вольтодобавки на нагрузке путем, например, широтно-импульсной модуляиии. Однако устройство 3 отличается бопьш|ши аппаратными затратами, включая в себя наряду с двумя трехфазными вольтодобавочными трансформаторами один трехфазный и три однофазных ключей переменного тока.

Маиболее близи1м по технической сущности к предлагаемому является трехфазный регулятор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор со вторичными обмотками, включенными последовательно в цепь нагрузки и два основных трехфазных выпрямительных моста с тиристорами на выходе, одноименными электродами, соединенными между собой через коммутирующие конденсаторы 4.

В этом регуляторе регулирование выходного напряжения осуществляется путем широтно-импульсной модуляции выходного напряжения за счет реверсирования напряжения вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора.

OcHOBHbnvi недостатком такого регупятора является ухудшенный гармонический состав напряжения на нагрузке, что проявляется в повышенных установленных мощностях выходного фильтра высших гармоник. Это объясняется тем, что устройство осуществляет двухполярную модуляцию напряжения вольтодобавки, тогда как необходимое регулирование выходного напряжения достигается изменением скважности прямой или обратной полярности напряжения вольтодобавочного трансформатора. Наиболее значительна ухудшается гармонический спектр при ном1гаальном напряжении на входе регулятора (так как в этом -случае скважность импульсов напряжения вольтодобавки на вторичной обмотке трансформатора равна 0,5). Вторым недостат1сом известного устройства является низкая помехоустойчивость, что связано с тем, что оба трехфазных ключа переменного тока (в качестве которых служат трёхфазные выпрямительные мосты с тиристорами на выходе) необходимо рассчитывать на работу от удвоенного напряжения питающей сети, так как обе группы перв1г-1ных обмоток вольтодобавочного трансформатора в1слючены п нулевой схеме.

Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного напр5гжения в заданном диапазоне его регулирования (стабшшзашш).

Поставленная цель достигается тем, что регулятор снабжен дополнительными трехфазными вып71ямитеяьн1лми мостами с тиристорами ца выходе, силовые электроды которых также соеди11 ен1 1 между собой через дополнительно вве денные коммитирующие конденсаторы, и питающим трансформатором, первичные обмотки которого подключены ко входным выводам регулятора, а начала и концы первой и второй групп его вторичных

обмоток подсоединены соответственно ко входам переменного тока основных и до по л 1ш тельных выпрямительных мостов, причем начала и концы первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора подключены соответственно к началам первой и второй гругш вторичных обмоток питающего трансформатора. Такое выполнение регулятора, кроме того, позволяет повысить уровень помехозащищенности ключей переменного тока за счет согласования с помощью питающего трансформатора напряжения сети и входного напряжения ключей, а также исключения возможности двойного размаха напряжения, прикладываемого к выпрямительным мостам с тирнсторак и на выходе..

На фиг. I представлена принципиальная схема трехфазного регулятора переменного напряжения; на фиг. 2 а, б, в, г, д - диаграммы, поясняюшие ее работу.

Регулятор содержит питающий трансформатор 1 с первичными обмотками 2 и двук-1я группами вторичных

обмоток 3 и 4, вольтодобавочный трансформатор 5 с первичными обмотками G и вторичными обмотками 7, основные и дополнительные выпрямительные мосты

8 - 11 с тиристорами 12 - 15 на выходах, коммутирующие дроссели 16 - 19 и коммутирующие конденсаторьт 20 - 23.

Первичные обмотки 2 питающего трансформатора 1 подключают к сети трехфазного переменного тока, а начала и концы его вторичных обмоток 3, 4 подключены соответственно к вглпрямительным мостам 8 и 9, 1Ои 11. К выходам выпржч ительных мостов через коммутирующие дроссели 16 - 19 подключены тиристоры 12 - 15. Одноименные силовые электроды тиристорюв 12, 13 и тиристоров 14 и 15 соединены коммут фующими конденсаторами 20, 22 и 21, 23. Первичнгяе обмотки 6 вольтодобавочного трансформатора 5 подключены одними концами (например иачалак1и) к началам вторичных обмоток .3 иитвк.щего трансформатора 1 а лругик-(и кон цами - к началам его втор гчных обмоток 4. Вторупшые обмотки 7 вольтодобавочного трансформатора 5 подключают од1шми концами к сети, а другими концами - к нагрузке. Регулятор работает следующим образом. При подключении регулятора к сети на вторичных обмотках 3 и 4 питающего трансформатора I появляется переменное напряжение. Система управления вырабатывает импульсы управления таким образом, что в каждый момент времени они поступают на два -тиристора один из которых 12 или 13, а другой 1 или 15. Поэтому в любой момент време имеется путь для замыкания тока нагрузки, трансформируемого из вторичных обмоток 7 вольтодобавочного трансформ тора 5 во вторичные обмотки 6. Например, если импульсы управления поступают на тиристоры 13 и 14, то послед ние закорачивают соответственно выпрямительные мосты 9 и 10. Тем самым начала и концы обмоток 6 вольтодобавоч ного трансформатора 5 объединяются в искусстве1шый ноль, т.е. обмотки 6 оказываются закорченными сами на себя В этом случае напряжение сети без изменения передается в нагрузку (фиг.2а) При включении тиристоров 13 и 14 ком мутирующие конденсаторы 2О, 22 и 21 23 заряжаются напряжением, которое появляется на выпрямительных мостах 8 и I I за счет напряжения, имеющегося на обмотках 3 и 4 питающего трансформ тора 1. Включение тиристоров 12 или 15 приводит к выключению соответственно тиристора 13или14за счет энергии, накопленной в коммутирующих конденсаторах 2О, 22или 21, 23. Если оставить включенным тиристор 13 и включить тиристор 15, то тиристор 14 выключается а к обмоткам 6 вольтодобавочного транс форматора 5 приложено напряжение, имею щееся на обмотках 4 питающего трансфо матора , так как начала обмоток 4 соединены с одним из выводов первичных обмоток 6 вольтодобавочного трансформатора 5 непосредственно, а концы обмоток 4 объединены с помощью выпрями тельного моста 1 I и тиристора 15 в искусственный ноль, в который объединены также и вторые выводы первичных обмоток в вольтодобавочногхз трансфорKfaTopa 5 гфи помощи выпрямительРЮгЬ моста 9 и тиристора 13. При этом на вторичных обмотка х 7 вольтодобавочного трансформатора 5 появляется кшр5жоние, например сумкифующееся с и; пряжением сети. Таким обраээм, коксмутируя попеременно Т1Г{-1исторы 14 п 15 с частотой, превьииающей частоту сети, при включенном тиристоре 13 ос таеств ляем регул1фовагше выходного напряжения в сторону повышения выходного напряжения по сравнению с напряжением сети. Для Э1ХЭГО случая на фга 2в показано напряжение на вторичной обмотке 7 вольтодобавочного трансформатора 5 в одной фазе, а на фиг. 26 - напряжение на нагрузке. Если оставить включенным тиристор 14, а коммутировать попеременно тиристоры 12 и 13, то к перв1гчньм обмоткам 6 вольтодобавочного трансформатора 5 прикладывается напряжение вторичных обмоток 3 питающетх5 трансформатора 1, которое находится в противофазе с напряжением обмоток 4. Поэтому напряжение, появляющееся аа вторичных обмотках 7 вольтодобавочного трансформатора 5, вычитается из напряжен1Ш сети. В этом случае осуществляется регушфование напряжения на нагрузке в сторону yiviCHbrnemw от напряжения сети. Для этого случая на фиг. 2 д показано нагфяжение на вторичной обмотке 7 одной фазы вольтодо.бавочного трансформатора 5, а на фиг. 2 - напряжение на нагрузке. Регулирювание напряжения на нагрузке можно осуществлять еще способами. При этом рассматр11ваем случай, когда обе гр т:1пы втор1гчных обмоток питающего трансформатора содержат одинаковое число витков. Есллт оставить включенным Т1фистор 12 и коммутировать попеременно тгфисторы 14 и 15, то напряжение на вторичных обмотках 7 вольтодобавочного трансформатора 5 имеет форму фиг . 2д, а напряжение на нагрузке - форму фиг. 2 г. Если оставить включенным т фистор 15 и коммутировать попеременно Т1фисторьг 12 и 13, то напряжение на вторичных обмотках 7 вольтодобавочного трансфоратора 5 mvieeT форму фиг. 2в, а напряжение на нагрузке - форму фт. 26, В этих случаях нулевое напряжение а вторичных обмотках вольтчэдобавочноо трансформатора получается за счет ычитания напряжений двух групп 3 и 4 ахзричных обмоток питающего трансформатора 1 в те моменты, когда включены одновременно тиристоры 12 и 15. Таким образом, имеется два способа регудафованкя напряжения на нагрузке, которые отличаются тем, что при нулевом напряжении на вторичных обмотках вольтодобавочного .трансформатора в первом его первичная обмотка замкнута накоротко выпрямительными мостами с тиристорами на выходе, а во втором случае в этот контзф входит также внутреннее сопрот1шле ше питающего трансформатора. Главным отличительным свойством предлагаемого устройства по сргшнению С известным- является то, что оно осуществляет однополярную, а не двухполяр ную модуляцию напряжения вольтодобавки. В результате размах пульсаций напряжения на нагрузке вдвое меньше на граничных режимах п сравнению с известным , а при номиналь ном напряжен1Ш питакяцей сети нскажения отсутствуют,,так как вольтодобавочный трансформатор закорочен по первичным обмоткам в искусственный ноль. Таким образом, при заданном диапазон регулирования имеем значительное улучшение гармонического состава выходных напряжений регулятора, что проявляется в уменьшении устаи овленной мощности выходного фильтра высших гарм1жик . Кроме того, следует отметить, что весогабаритные показатели предлагаемог и известного устройств отли аются незначительно. Это следует из того, что в предлагаемом устройстве вольтодобавочные трансформаторы вдвое меньше по установленной мощности вольтодобавочно го трвнсф эматсфаизвестного устройства ,так как его следует рассчитывать исходя только из напряжения вольтодобавки используемого им только для суммирования или только для вычитания из напряжения сети. Аналогична также суколарная- установленная мощность четьфех выпрямительных мостов и четырех тиристоров предлагаемого устройства равна суммарной установленной мощности двух выпрямительных мостов и двух известных тиристоров. Таким образом, практически только суммарная мощность обоих трансформаторов предлагаемого устройства будет несколько превышать установленную мощность известного трансформатора. В то же время на личие двух последовательню включенных трансформаторов в предлагаемом регуляторе позволяет выбирать оптимальное апряжение на вторичных обмотках итающего трансформатора, при котором установленная мощность выпрямительых мостов и тиристоров, а также комутирующих дросселей и конденсаторов ожет быть сделана минимальной. Кроме того, выбором величины напряжения на вторичных обмотках питающего трансформатора можно обеспечить необходимый уровень помехоустойчивости За счет схемных отличий исключена также возмож юсть приложения двойного напряжения к выпрямительным мостам с включенными на выходах тиристорамн, тогда как в известном устройстве через выпрямительные мосты к тиристорам прикладывается удвоенное напряжение питакоаей сети 38Ох1,41х2 1О72В. Все указанное вместе повышает надежность работы регулятора. Основным технико-экономическим показателем эффективности предлагаемого регулятора является снижение массо-габаритных показателей выходного фильтра высших гармоник, а также существенное повышение надежности работы устройства, что позволяет говорить о практической пригодности устройства. Формула изобретения Трехфазный регулятор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор со вторичными обмотками, включенными последовательно в цепь нагрузки и два основных трехфазных выпр5пиительных моста с тиристорами на выходе, одноименными электродами, соединенными между собой через коммутирующие конденсаторы, отличающийся т&л, что, с целью улучшения качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник при заданном диапазоне регулирования, он снабжен двумя дополнительными трехфазными вьтрямительными мостами с тиристорами на выходе, силовые электроды которых также соединены между собой через дополнительно вве, денные коммутирующие ковденсаторы и питакацим трансформатором, первичные обмотки которого подключены ко входным выводам регулятора, а начала и концы первой и второй групп его вторичных обмоток подсоединены соответственно ко входам переменного тока .основных и дополнительных выпрямительных I мостов, причем начала и конць первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора подключены соответственно к началам первой и второй групп вторичных обмоток питающего трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 758427 № № № № 19 1.Авторское свидететшство СССР 21(3 12/03, 1969. 277074, кл. 2.Авторское свидетельство СССР 342274, кл. Н 02 Р 13/16, 1970. 3.Авторское свидетельство СССР 419863, кл. G 05 1/16, 1972. 4.Авторское свидетешзство СССР 318137, кл. F{ 02 Р 13/14, 7О.

4В

ги.

25

Фиг./