Устройство для регулирования трехфазного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/20 

(5|) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в качестве плавнорегулируемого источника трехфазного напряжения с близкой к синусоидальной формой тока нагрузки.

Известны устройства для сглаженного регулирования трехфазного переменного напряжения и тока, содержа- jp щие междуфазный трансформатор с переключаемым коэффициентом трансформации, включенный последовательно с трехфазной нагрузкой и источником трехфазного напряжения. В этих уст- ,5 ройствах регулирование сглаженного переменного тока осуществляется изменением тока подмагничивания междуфазного трансформатора fl3 t2.

Недостатками данных устройств для 20 сглаженного регулирования трехфазного переменного напряжения и тока с использованием подмагничиваемых междуфазных трансформаторов являются

относительно большая масса междуфаз ного трансформатора, работающего в качестве трехфазного многосердечникового или многостержневого управляемого дросселя, возможность регулировать только с отстающим, а не с onet режаюи(им током, а также длительность переходного процесса до нескольких периодов напряжения питания при изменении напряжения управления.

Наиболее близким к предлагаемому из известных устройств является устройство для регулирования трехфазного напряжений, содержащее междуфазный автотрансформатор с коммутируемым коэффициентом трансформации и две группы выводов для пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к обмоткам междуфазного автотрансформатора, а вторая группа - к выводам для подключения трехфазной питающей

Недостатками известных устройств являются относительно большое количество тиристоров в случае реализации управляемых двунаправленных ключей встречно-параллельными тиристорами и повышенные суммарные потери в ключах, что обусловливает уменьшение коэффициента полезного действия устройства.

Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования трехфазного напряжения, содержащем междуфазный автотрансформатор ,с коммутируемым коэффициентом трансформации и две группы выводов для пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к обмоткам междуфазного автотрансформатора, а вторая группа - к выводам для подключения питающей трехфазной сети, междуфазный автотрансформатор выполнен трехфазным, фазные обмотки которого соединегы в треугольник, а каждый вывод их через соответствующий двунаправленный управляемый ключ соединен с одним из выводов первой группы выводов, не связанным с данной фазной обмоткой междуфазного автотрансформатора.

Это отличие обеспечивает то, что для регулирования трехфазного напряжения в каждый момент времени должен быть открыт только один тиристор. Это, во-первых, уменьшает суммарные потери в тиристорах ив результате этого повышается коэффициент полезного действия. Во-вторыхi существенно уменьшается количество необходимых тиристоров, что улрощает устройство.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для регулирования трехфазного напряжения; на фиг. 2 - временная диаграмма напряжений в схеме и таблица очередности замыкания ключей.

Устройство для регулирования трехфазного напряжения содержит трехфазный исто ник 1 питания, трехфазную нагрузку 2, ключевой коммутатор 3 и трехфазный автотрансформатор k соединенные последовательно между собой. Обмотки автотрансформатора Ц соединены в треугольник между тремя выводами 5, 6 и 7 первой группы для подключения одних концов трехфазной нагрузки 2. Обмотки автотрансформатора имеют выводы 8-13 (в общем случае Зп выводов). Ключевой коммутатор 3 состоит из тиристоров , соединенных во встречно-параллельные пары, составляющие двунаправленные 5 управляемые ключи. Нагрузка 2 подключена к трехфазному источнику питания через выводы 26-28 второй группы. Все выводы каждой фазной обмотки соединены через двунаправленQ ные ключи коммутатора 3с одним из выводов 5-7 первой группы, не связанным с данной фазной обмоткой междуфазного автотрансформатора. Например, отводы 8 и 9 обмотки между выводами

5 5 и 6 соединены через встречно-параллельные тиристорные пары k и 15, 16 и 17 соответственно к выводу 7.

Устройство для регулирования трехфазного напряжения работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находится один тиристор и соответственно через этот тиристоо один из трех выводов соединен с одним выводом обмотки между двумя остальными выводами первой группы для подключения одних концов нагрузки 2. Так как в идеализированном случае суммарная намагничивающая сила любой обмотки автотрансформатора равна нулю, то это позволяет при анализе работы пренебречь намагничивающим током. Соответственно ток включенного тиристора в обмотке автотрансформатора распределяется на две составляющие, которые по направлению противоположны и по абсолютной величине обратно пропорциональны числам витков соответствующих частей обмотки автотрансформатора 3. При этом ток тиристора одновременно является током нагрузки одной фазы, а токи в двух частях работающей обмоТки автотрансформатора являются соответственно токами нагрузки двух остальных фаз. Таким образом, выбором отношения чисел витков частей обмотки, находящихся по обеим сторонам отвода, можно влиять на отношение фазных токов нагрузки

нагрузки к синусоидальной. Регулирование величин токов и напряжений нагрузки достигается как и в известных схемах фазового регулирования 5 изменением сдвига фазы включения тиристоров относительно напряжения питания. При этом регулирование возмож но как с отстающим, так и с опережающим током. В первом случае тиристоры работают в режиме естественной коммутатции, во втором случае необходима принудительная коммутация тиристоров или применение полностью управляемых ключей других типов. Для конкретного примера рассмотрим интервал работы, когда включен тиристор 18. В этом случае через тиристор 18 вывод 5 соединен с вь1водом 10. Ток тиристора 18 является одновременно током нагрузки i в фазе Л. Отвод .10 делит обмотку -f W между выводами 6 и 7 на две части Wj . Токи в этих частях обмотки являются одновременно токами нагрузки ig и i с обратным знаком. Так как величины токов в частях обмотки обратно пропорциональны числам витков, то в данном случае Соответственно { Vio . W ,,. ( в целях исключения из тока и напряжения нагрузки высших гармоник ниже 11-й целесообразно выбрать в рассматриваемом интервале отношения фазных токов равными ; . , . о/ -о I .л 1;,:ig.lj.COSl5 -{-WS45 ):(-COS75) ,(а) что соответствует отношению числа витков W:V/,Q.yWj.j,COS 5 -COS45-C037S«.(4) В этом случае числа витков секций %МО Цс-тРзвны соответственно 0,268 и 0,732 от суммарного числа витков обмотки W.. W; W.0 0,268W, 0,732W. (5) Весь период питания распределяется на 12 равных интервалов. Следующий интервал начина .тся включением тиристора 20, выключением тиристора 18 и соответственно соединением через тиристор 20 вывода 5 с выводом 11. Отводы 11 и 10 расположены симметрично и соответственно W,Q 0-Т Поэтому в течение интервала, когда включен тиристор 20, .T)-{-«6-i-i)«s«v iC-cos 15°).(-COS 45)tb)j В течение периода питания тиристоры k-2S включаются в последовательности 18-2а-15-17-22-2i -19-21-14-16-23-25 и каждое изменение интервала сопровождаете ступенчатым изменением отношения фазных токов. Так как при одновременном изменении полярностей всех токов отношение токов не изменяется, то при наличии 12 интервалов и 6 выводов имеется 6 различных отношений токов, т.е. включению определенного вывода автотрансформатора 3 соответствует определенное отношение токов независимо от полярности вкгноченного тиристора. При увеличении числа выводов и соответственно частоты переключений, ступенчатое изменение отношений фазных токов приближается все более к неискаженым синусоидальным токам, когда отношения фазных токов изменяются по закону .ig-.(u)t+4)-. Cp8(U) аЛ/З): ;COS(tUt+4 iy/3) , где Ч- сдвиг фазы между фазным напряжением питания и фазным током. На фиг. 2 показаны для схемы фиг. i временные диаграммы напряжения питания Цд фазы А и 6 потенциально возможных напряжений нагрузки U|,.., ,Up (прерывистые синусоиды) , соответствующих включению шести различных выводов, И пример напряжения „агрузчи идд, сформированного из отрезков шести синусоид Uj,... ,( при замыкании тиристоров 14-25 согласно таблице на фиг. 2. Кривые напряжеНИИ нагрузки Ugg и Ug аналогичны кривой U{& Формула изобретения Устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее междуфазный автотрансформатор с коммутируемым коэффициентом трансформации и две группы выводов для пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к обмоткам междуфазного автотрансформатора, а вторая группа - к выводам (я подключения трехфазной питающей сети, . отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия и упрощения, междуфазный автотрансформатор выполнен трехфазным, фазные обмотки которого 7 соединены в треугольник, а каждый вывод их через двунаправленный упра ляемый ключ соединен с одним из выводов первой группы выводов, не связанным с данной фазной обмоткой междуфазного автотрансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Я

/7

/

/

/ 4 .8 1. Apparatus and System, October, 1956, tf 26, p. 865, фиг, 3. 2.Современные задачи преобразовательной техники. Сборник. Киев, 1975, часть 1, с. 176, рис. 1 3.Авторское свидетельство СССР по заявке Н 2792431/2«-07, кл. G 05 F 1/20, 1979.

U

,. .AJ

(/J

/

А.

2W./

O e eff vffc/jTA aoffu JTff/fifjf /77ef/fvf/ fiff/fff .

фиг I