Способ регулирования @ -фазного выпрямленного напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования параметров .электроэнергии, в частности в многофазных регуляторах выпрямленного напряжения. Известны многофазные выпрямители с фазоступенчатым регулированием на первичной стороне силового трансформатора, регулирование и стабилизация выходного напряжения в которых осуществляется путем высокочастотной широтно-импульсной модуляции с помощью управляемых вентиле ГП и 23 Известен также способ регулирования многофазного выпрямленного напря жения путем ступенчатого изменения коэффициента передачи регулирующего органа в функции результата его срав нения с эталонным напряжением (ампли тудно-импульсная модуляция), в качес ве которого формируют два уровня на пряжения, равных максимальному и мин мальному допустимым уровням выходног напряжения, определенных заданной точностью регулирования, причем коэффициент передачи регулирующего дискретного действия уменьшают либо увеличивают при отклонении текущего уровня выходного напряжения в сторону увеличения от максимально-допустимого значения либо в сторону уменьшения от максимально-допустимого его значения, определенных указанными эталонными уровнями до полной компенсации рассогласования . Однако известные способы регулирования выпрямленного напряжения не обеспечивают равномерной загрузки фаз по мощности при амплитудных перекосах фазных напряжений сети вследствие изменения длительностей и инг тервалов проводимости, обусловленных естественной: коммутацией вентилей неуправляемого выпрямителя, включенного, в общем случае, в церь вторичных обмоток фазнь:х трансформаторных регулирующих органов. Неравномерность

загрузки фаз приводит к пропорциональному увеличению расчетной мощности силового оборудования и, следовательно, к увеличению массо-габаритных показателей регулируемых многофазных выпрямителей ,

Целью изобретения является улучшение массо-габаритных показателей многофазных вьшрямителей, регулируемых путем высокочастотной импульсной лодуляции напряжения на стороне переменного тока с помощью полностью управляемых ключей.

Поставленная цель достигается тем, то интервалы проводимости фаз устанавливают равными и фиксированными в пределах (rn-3/r)t , где п 1,2... - текущий номер интервала проводимости данной фазы, путем запирания ключевых регулирующих элементов вне указанных интервалов, причем информацию о временном положении и длительности последних получают путем преобразования полупериодов фазных напряжений сети в импульсы прямоугольной формы и последующего их сравнения по длительности.

При этом при двухполупериодном выпрямлении с нулевым проводом и нейтра.лью во входной силовой цепи- интервалы проводимости фаз устанавливают в пределах (п - 1/2)t1/2m J.

На фиг. Г асимметрия интервалов проводимости фаз питающего напряжения при его амплитудной несимметрии, на фиг. 2 - структурная схема реализации способа; на фиг. 3 - некоторые варианты регулирующих органов; на фиг.4временные диаграммы; на фиг. 5 структурная схема выделения равных интервалов проводимости (СБИП) фаз; на фиг. 6 - временные диаграг мы работы схемы, на фиг. 7 - вариант СВИП; на фиг. 8 - диаграммы, поясняющие ее работу; на фиг.9 - вариант реализации способа.

Функциональная схема реализации предлагаемого способа регулирования т-фазного выпрямленного напряжения для случая трехфазной питающей сети (т 3) содержит собственно регулятор вьтрямленного напряжения (РРН) 1, реализующий известные способы регули рования, и дополнительно введенную схему выделения интервалов проводимости фаз (СВИП) 2, осуществляющую дополнительное управление ключевыми элементами регулирующих органов (РО) 3, включенных пофазно во входную цепь

неуправляемого выпрямителя 4 путем соответствующего воздействия на схему 5 управления. РВН также содержит выходной фильтр 6 (в частных случаях может отсутствовать) и измерительный орган 7.

На фиг. 3 (а,б,в) приведены некоторые из возможнь1х вариантов фазных регулирующих органов, использующих принципы высокочастотной широтно-импульсной модуляции. Ключевые элементы регулирующих органов могут быть включены и во вторичную цепь трансформатора, который может быть как многофазньИ4, так и выполненным в виде группы однофазных, при этом первичные обмотки могут быть соединены по схеме треугольника или звезды нейтралью или ; без использования последней, а вторичные обмотки подклочены ко входным цепям любой из известных схем многофазного неуправляемого выпрямителя.

Процесс выравнивания загрузки фаз по мощности при амплитудных перекосах фазных напряжений сети рассмотрим на примере трехфазного РВН с дискретным регулирозанием для случая соединения первичной силовой цепи по схеме звезды с нулевым проводом (нейтралью) и использованием шестифазной (2т-фазной) схемы выпрямления с нулевым проводом (данный вариант широко используется при работе на низковольтную сильноточную нагрузку).

.На фиг. 4,а показана форма выходного напряжения указанного РВН (толстая сплошная линия) и интервалы проводимости фаз (Тд, Tg, TC) без использования СВИП 2. На фиг. 4 тонкой пунктирной линией показаны форма и амплитуда фазных напряжений при разомкну- . той обратной связи системы автоматического регулирования РВН. Эффект регулирования в рассматриваемом случае достигается путем дискретного изменения напряжения переменного TOKia подводимого ко входу неуправляемого выпрямителя, например, с помощью РО по схеме фиг. 4, таким образом, чтобы выходное напряжение оставалось

в пределах заданной точноочи AUv( - Нгплх UHTnin- Естественная коммутация фазных вентильных групп неуправляемого выпрямителя в моменты 1д, t, tp приводит к заметной неравномерности интервалов проводимости фаз РВН ТА , Tg, Tj; . Равномерная загрузка фаз может быть достигнута при выполнении равенства Тд Tg TC, что требует коммутаоди вентильных групп неуправляемого выпрямителя в моменты 1до, вО СО соответствующие моментам естественной коммутации вечтильньпс групп при отсутствии амплитудной асимметрии фазных напряжений сети, и в угловых единицах эквивалентно установленного интервалов проводимос ти фаз в пределах |п - 1/2), а,для общего случая в пределах (п - 1/2)t1/2m3-3r. Фиксация равных интервалов проводимости фаз РВН может быть осуществлена путем замены неуправляемого выпрямителя управляемым с принудительной коммутацией вентильных групп в момелты 1до, tfto, . Однако така .замена из-за сложности невыгодна, по этому предпочтительно фиксирование интервалов проводимости, фаз путем за пирания фазных регулирующих органов вне послбдних. На фиг. 4 б, показана форма выходного напряжения РВН с использованием СВИЛ 2. Возникающие при этом ьследствие действия системы автоматического регулирования выбросы выходного напряжения по амплитуде прямо пропорциональны асимметрии фазных напряжений, малы по длительности (доли миллисекунд, легко фильтруются и на равномерность загрузки фаз по мощности практически не влияют. Функциональная схема вьщеления интервалов проводимости фаз для рассмат риваемого случая РВИ (случай использования нейтрального провода во входной силовой, цепи и применения 2т-фаз ной схемы неуправляемого выпрямителя с нулевым проводом) приведена на фиг. 5 и содержит m входных преобразователей полупериодов фазных напряжений в импульсы прямоугольной формы (ВП) 8, m инверторов 9, входакл подключенных к выходам ВП 8, 2т двух вкодовых логюлвских элементов 10 И И m двухвходовых логических элементов 11 ИЛИ.,. С помвяцью-. ВП 8 и инверторов 9 синусоидальное напряжение каждой фазы фиг, (6а,б,в) преобразуется, соответственно, в си1 аэную и противофаз ную последовательности импульсов пря моугольной формы (фиг. 6г,д,е,ж,з, и,о). Входы логических элементов 10 соединены с выходами ВП 8 и инверторов 9 таким образом, что в общем слу чае для т-фазной сети на выходах логических элементов 11 реализуются ло гические функции А « (mnb)U(mnb), B(anc)U(anc),... ,Z(knm)U(lnm), ),где a.b,c,... ,k,l,m и a,b,c...к.T,m - последовательности прямоугольных импульсов на выходах ВП 8 и инверторов 9, соответственно, А,В,С,.....К,Z,М - последовательности импульсов, определяющие интервалы проводимости фаз РВН (фиг. 6 р,с). Так как длительность полупериодов фазных напряжений определяется их моментамт- перехода через нулевой уровень определяемыми геометрическим расположением полюсов генератора напряжения сети, и практически не зависят от амплитудной ас гмметрии фазных напряжений сети, то при реализации приведенноого алгоритма работы СВИП длительность и фазовое положение управляющих импульсов на ее выходах автоматически с достаточно высокой точностью (1-2%) устанавливаются в пределах (n-l/2)i 1/2т J (заштрихованные области на фиг. 6 а,б,в). В отличие от рассмотренного варианта РВН любые другие варианты схем выполнения входной цепи и схем неуправляемого выпрямителя (как однополупериодных, так и двухполупериодных) могут быть пофазно равномерно загружены при фиксировании интервалов проводимости фаз в пределах ц2п-3/|)± Я/т31. Для различных вариантов РВН логические реализации fBHO могут быть отличнь друг от друга, однако принцип получения исходной информации, осно- ванной на преобразовании полупериодов фазных напряжений сети в импульсы с последующим их логическим сравнением, остается неизменным. Наиболее широко используется на- . риант РВН с неуправляемым вьтрямителем мостового типа без использования нейтрали во входной силовой цепи. На , 8 а,б,в сплошной линией показаны линейные напряжения сети, а пунктирной лигшей - фазные. СВИП для данного варианта РВН, как видно из временных диаграмм на фиг. 8, на управляюпшх выходах реализует логическкэ функции А {anb)U(inb), В ч(Ьпс)и(Ьпс),...Z(tnm)U(nm),-М lrona)U(mna). Управляющие импульсные последовательности на выходах СВИП A,B....Z,M фиксируют равные в заданных для каждого конкретног о варианта РВИ пределах интервалы проводимости фаз, вне которых каналы управления регулирующими органами соответствующих фаз запирают их ключевые элементы, обеспечивая тем самым необходимый, угол коммутации вентильных групп неуправляемого выпрямителя. Использование предлагаемого способа особенно эффективно в РВН, работающих на значительную емкостную нагрузку, когда неравномерность загрузки фаз даже при небольшой амплитудной асимметрии может составлять десятки процентов. Предлагаемый способ регулирования может быть использован в уже действующих РВН без каких-либо изменений в их внутренней схеме путем добавлени внешних управляемыхс ключей 12 по чис лу фаз и СВИЛ (фиг. 9), что позволяет повысить их выходную мощность. Выравнивание загрузки фаз по мощности позволяет снизить расчетные мощности силового оборудования и тем самым улучшить массо-объемные характеристики РВН. Формула изобретения 1. Способ регулирования т-фазного вьтрямленногэ напряжения путем высоко частотной импульсной модуляции напряжений сети в пределах интервалов проводимости фаз с помощью полностью управляемых ключевых регулирующих элементов, отличающийся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей реализующей его аппаратуры при амплитудной несимметрии напряжеш1й т-фазной питающей сети, интервалы фаз проводимбсти поддерживают фиксированными и равными путем запирания ключевых регулирующих элементов вне последних, причем информацию о фазе и длительности устанавливаемых интервалов проводимости получают в виде импульсов управления путем преобразования полупериодов фазных напряжений сети в соответствующие им по длительности импульсы прямоугольной формы и последующего их логического сравнегая между собой. 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что при 2т-фазном выпрямлении в схеме с нулевым проводом в выходной цепи и нейтраль во вход-ной цепи интервалы проводимости фаз устанавливают в пределах (п , где п 1,2... - текущий номер интервала прбводимости данной фазы.. 3.Способ по п. , отличающий с я тем, что для всех однополупериодных и двухполупериодных вариантов схем вьтрямления интервалы проводимости фаз устанавливают в пределах (2п -f )t IJ. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Рожанский Л.А. и Фиолетов А.А. Схемные решения и энергетические характ еристики мостовых трехфазных выпрямителей с фазоступенчатым регулированием на первичной стороне трансформатора. Современные задачи преобразовательной техники, Киев, АН УССР, 1975, ч. 6.2.Патент ЗША № 3195038, кл. 323-25, 1964. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2483776/07, кл. И 02 М 7/12, 1976.

У

- 7

. /

т,

t

Фиг.1

А /

4)k

f

Г.

/

«5НН

. -1