Устройство заряда емкостного накопителя энергии Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

1

Изобретение относится к технике преобразования электрической энергии и может быть использовано для заряда емкостных накопителей средней мощности (до 100 кВА) при напряжении накопителя выше 2 кВ и частоте разряда накопит еля ниже частоты питающей сети.

Известно устройство, состоящее из трансформатора, вторичные обмотки которого через выпрямитель подключены к емкостному накопителю, а первичные обмотки первыми выводами подключены к питающей сети, вторыми выводами подключены к плечам выпрямителя на диодах, выход которого замкнут тиристором и схемой искусственной коммутации тиристора, а управляющие входы тиристора и схемы коммутации подключены к накопителю через блок управления l.

Недостатком этого устройства является неоптимальное использование трансформатора и сети из-за импульсного характера потребляемых токов. К тому же трансформатор работает в режиме циклического включения выключения, что дополнительно загружает трансформатор и сеть пусковыми токами.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство заряда емкостного накопителя энергии, содержащее тиристоры, трансформатор, вторичные обмотки которого через неуправляемый выпрямитель подключены к емкостному накопителю энергии, и блок управления, выходом подключенный к управляющим электродам тиристоров, а входами - к накопителю и питающей сети 2 .

Недостатки устройства:

а)неоптимальное использование питающей сети и трансформатора из-за

импульсного характера токов и большой скважности их, что снижает удельные энергетические характеристики системы первичного питания и трансформатора (увеличение числа обмоток трансформатора из-за высокого эффективного значения тока) ;

б)трудность обеспечения си 1етричного режима индукции, особенно

25 в многофазных схемах, чтобы избежать одностороннего подмагничивания сердечника трансформатора, для уменьшения влияния этого фактора рабочая индукция берется значительно ниже

30 ВОЗМОЖНОЙ, т.е. завынается установленная мощность трансформатора также по этой причинеJ в) пониженная надежность, т.к. при кратковременном смещении фазы уп равления в начале заряда в диапазон .0-90° эл. или при замыканиях (пробоях) на стороне высокого напряжения потребляемый ток нарастает быстро, что приводит к повреждению устройства (тиристоров в первую очередь} до срабатывания защиты. Цель изобретения состоит в повыше НИИ надежности и удельных энергетиче ких характеристик устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство заряда емкостного накопителя энергии, содержащее тирис торы, трансформатор, вторичные обмот ки которого через неуправляемый выпр митель подключены к емкостному накопителю энергии и блок управления, вы ходом, подключенный к управляющим элект родам тиристоров, а входами - к нако пителю и питающей сети, введены дрос сель . и конденсаторы. При этом тиристоры соединены по двухполупериодной схеме выпрямителя, выводы посто янного тока которой подключены к дро селю, а выводы переменного тока - ко вторым выводам первичных обмоток трансформатора, конденсаторы подключ ны параллельно первичной обмотке каж дой фазы трансформатора. На фиг. 1 дана схема устройства в однолинейном исполнении; на фиг.2 в однофазном исполнений; на фиг.З приведены эпюры токов и напряжений устройства. Первичные обмотки трансформатора зашунтированнне конденсатором 2, подключены первыми выводами к питающей сети 3, а вторыми выводами - к плечам управляемого выпрямителя 4, к полюсам которого подключен дроссель 5. Ко вторичной обмотке трансформатора подключены плечи неуправляемого . выпрямителя б, к полюсам которого подключен емкостной накопитель 7. Блок управления 8 входами по ключен к накопителю 7 и сети 3, а выходом - к тиристорс1М выпрямителя 4. Работа устройства на примере однофазной схемы (фиг.2) поясняется на фиг. 3, где обозначено: Ufi - напряжение питающей сети 3 и, сигналы управления тиристо рами выпрямителя 4; и - напряжение на обмотках транс форматора 1, Uj - напряжение на дросселе 5, I - ток выпрямителя б) ij - ток конденсатора; - ток питающей сети 3. В начсше заряда (диапазон 1) фаза сигналов управления тиристорами умен шается, начиная от 90°эл. Поскольку дроссель 5 поддерживает ток неизменным по величине и направлению, а сет вое напряжение коммутирует тиристоры при подаче на них сигналор управления, напряжение, токи трансформатора имеют форму, близкую к прямоугольной, с крутыми фронтами и пологой вершиной. В момент коммутации тиристоров первичная обмотка трансформатора переключается на противоположное, по отношению к предьщущему направлению тока, и на обмотках трансформатора возникает напряжение (момент i; показанное пунктиром. Это происходит из-за того, что реальный трансформатор обладает индуктивностью рассеяния . Подключение конденсатора 2 параллеЛпНО первичной обмотке уменьшает амплитуду перенапряжений за счет увеличения времени переключения. По мере увеличения напряжения на емкостном накопителе энергии 7 блок управления 8 уменьшает фазу управления (диапазон 11) . Теперь напряжение дросселя 5 должно после коммутации преодолевать не только индуктивность рассеяния, зашунтированную конденсатором 2, но и напряжение емкостного накопителя энергии 7, приведенное к первичной обмотке (этим напряжением заперты, диоды выпрямителя 6) . Появляется пауза в токе накопителя 7 (диапазон-ln.-LI, во время которого напряжение на дросселе 5, конденсаторе 2 и, значит, на трансформаторе 1, возрастает до напряжения накопителя 7. Искажается вершина импульса тока (индуктивность дросселя 5 - минимально необходимая), т.к. возрастает энергия дросселя 5, запасаемая и отдаваемая накопителю 7 в течение угла проводимости. В диапазоне 111 при углах управления, близких к 0°эл., заканчивается заряд накопителя 7. Искажение вершины и пауза выходного тока в этом диапазоне максимальны, но входной ток 10, по-прежнему имеет форму, близкую к прямоугольной, благодаря аккумулирующему действию конденсаторов 2. В устройстве происходит эффективное Симметрирование индукции трансформатора даже при значительной несимметрии управления тиристорами. При постоянной составляющей в индукции трансформатора в одни из полупериодов ток трансформатора будет стремиться к возрастанию. В этом случае дроссель 5 .будет ограничивать ток в этом полупериоде, а во втором полупериоде прикладывать к обмотке повышенное напряжение, в результате чего происходит симметрирование рабочей петли гистерезиса (если остальные процессы и параметры симметричны по полупериодам) . Так как токи устройства имеют форму/ близкую к прямоугольной (в многофазной системе - ступенчатую) , коэффициент формы тока близок к , и элементы устройства и сети используются лучшим образом. В многофазной схеме потребляемый ток при необходимости легко фильтруется до синусоидального. При внутренних коротких замыканиях дроссель ограничивает скорость нарастания аварийного тока, что позволяет защите отключить устройство без повреждения. Формула изобретения Устройство заряда емкостного накопителя энергии, содержащее тиристоры, трансформатор, вторичные обмотки которого через неуправляемый выпря митель подключены к емкостному накопи телю энергии, и блок управления, выхо дом подключенный к управляющим электродам тиристоров, а входами - к наког.

-

Л7.

I/J

т

т

171

1.

т

ДГ

1

I пителю и питающей сети, о т л и ч аю щ е е с я ,тем, что, с целью повышения надежности и удельных энергетических характеристик, в него введены дроссель и конденсаторы, при этом тиристоры соединены по двухполупериодной схеме выпрямителя, выводы постог янного тока которой подключены к дросселю, а выводы переменного тока ко вторым выводам первичных обмоток трансформатора, при ( Конденсаторы подключены параллельно первичной обмотке каждой фазы трансформатора . Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 319031, кл. Н 02 Н 7/155, 1971. 2.Схема линейного заряда емкостного накопителя, Приборы и техника эксперимента, № 3, 1974, с. 81-82 (прототип) .

111,

Vci l/el

f

fff

5

A