устройство для импульсного регулирования трехфазного напряжения

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор с вторичной обмоткой, включенной между соответствующими фазными выводами для подключения сети и нагрузки, и с первичной обмоткой, включенной между соответствующими фазными входами двух трехфазных выпрямительных мостов, выход каждого из которых зашунтирован соответствующим полностью управляемым тиристорным или транзисторным прерывателем постоянного тока, отличающееся тем, что введены шесть симисторов, каждый из которых включен соответствующим фазным входом соответствующего выпрямительного моста и соответствующим фазным выводом, предназначенным для подключения к сети или нагрузке, и формирователь управляющих импульсов с частотой большей, чем частота сети.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения.

Известно устройство для импульсного регулирования трехфазного напряжения [1] которое в каждой фазе содержит вольтодобавочный двухобмоточный трансформатор, дополнительный автотрансформатор и полупроводниковый коммутатор, выполненный на пяти полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, каждый из которых представляет собой, например, два встречно-параллельных запираемых тиристора или транзисторных ключа.

Недостатками устройства являются большие вес, габариты и стоимость как трансформаторной части, содержащей шесть однофазных трансформаторов, так и полупроводниковой, выполненной на пятнадцати ключах с двусторонней проводимостью.

Известно также устройство для импульсного регулирования трехфазного напряжения [2] содержащее в каждой фазе вольтодобавочный трансформатор, дополнительный понижающий трансформатор и мостовой коммутатор, выполненный на четырех полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, каждый из которых представляет собой, например, два встречно-параллельных запираемых тиристора или транзисторных ключа.

Однако и это устройство имеет большие вес, габариты и стоимость вследствие применения в нем трех однофазных вольтодобавочных трансформаторов, трех однофазных дополнительных трансформаторов и двенадцати полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для импульсного регулирования трехфазного напряжения [3] содержащее несколько трехфазных выпрямительных мостов, выход каждого из которых зашунтирован полностью управляемым ключом с односторонней проводимостью, например запираемым тиристором, транзистором или однофазным тиристором с узлом искусственной коммутации, и трехфазный вольтодобавочный многообмоточный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между сетью и нагрузкой, одна из первичных обмоток включена между входами двух трехфазных выпрямительных мостов, а остальные первичные обмотки включены между входами дополнительных трехфазных выпрямительных мостов и выводами вторичных обмоток дополнительного трехфазного трансформатора.

К недостаткам прототипа следует отнести большие вес, габариты и стоимость как трансформаторного оборудования, так и полупроводникового коммутатора.

Цель изобретения улучшение массогабаритных показателей, уменьшение стоимости и упрощение устройства.

Цель достигается тем, что в устройство введены шесть симисторов, каждый из которых включен между соответствующим фазным входом соответствующего выпрямительного моста и соответствующим им фазным выводам, предназначенным для подключения к сети или нагрузке, и формирователь управляющих импульсов с частотой большей, чем частота сети.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы для двух режимов работы.

Устройство содержит симисторы 1-6, прерыватели постоянного тока, например запираемые тиристоры 7 и 8, включенные в диагонали соответствующих трехфазных выпрямительных мостов, высокочастотный формирователь 9 управляющих импульсов, трехфазный вольтодобавочный трансформатор 10, входные и выходные выводы 11 и 12, предназначенные для подключения соответственно к сети и нагрузке.

Входы двух трехфазных выпрямительных мостов, между которыми включена первичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора, посредством шести симисторов подключены к сети, вторичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора включена между сетью и нагрузкой, выход каждого трехфазного выпрямительного моста зашунтирован прерывателем постоянного тока, например запираемым тиристором, а выходы высокочастотного формирователя управляющих импульсов подключены к управляющим электродам как запираемых тиристоров, так и симисторов.

Устройство в соответствии с предложенным алгоритмом управления (фиг. 2) работает следующим образом.

Регулирование напряжения нагрузки вверх относительно напряжения сети производится в режиме вольтодобавки, который обеспечивается при включенном прерывателе постоянного тока (запираемом тиристоре) 8 на интервалах высокочастотного чередования проводящего состояния симисторов 1, 3, 5 с проводящим состоянием прерывателя постоянного тока (запираемого тиристора) 7 (фиг. 2а). Включение симисторов 1, 3, 5 производится кратковременным прерыванием тока в первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 10 путем выключения прерывателя постоянного тока (запираемого тиристора) 8 на время восстановления запирающих свойств указанных симисторов, а регулирование напряжения вольтодобавки изменением длительности проводящего состояния симисторов 1, 3, 5.

Регулирование напряжения вниз относительно напряжения сети производится в режиме вольтовычета, при котором включен прерыватель постоянного тока (запираемый тиристор) 7 и переключаются симисторы 2, 4, 6 с прерывателя постоянного тока (запираемым тиристором) 8 (фиг. 2б). Выключение симисторов 2, 4, 6 производится кратковременным прерыванием тока в первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 10 путем выключения прерывателя постоянного тока (запираемого тиристора) 7 на время восстановления запирающих свойств этих симисторов, а регулирование напряжения вольтовычета производится изменением длительности проводящего состояния симисторов 2, 4, 6.

Перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета и наоборот производится через промежуточный режим, в котором трехфазными полностью управляемыми ключами на трехфазных выпрямительных мостах с прерывателями постоянного тока (запираемыми тиристорами) 7 и 8 первичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора 10 закорочена и напряжение нагрузки равно напряжению сети.

Напряжение на нагрузке определяется выражением

U₂ U₁1 + K_т[(K t)] (1) где U₁ и U₂ входное и выходное напряжения;

К_т коэффициент трансформации;

(K t) единичная коммутационная функция реверсивного коммутатора;

К кратность повышения частоты управления относительно частоты сети.

Из выражения (1) следует, что при изменении (Кt) от +1 до 0 и далее от 0 до -1 выходное напряжение U₂ регулируется от (1 + K_т)U₁ до U₁ и затем от U₁ до (1 К_т)U₁.

Алгоритм переключения ключей устройства для плавного регулирования U₂ в соответствии с выражением (1) может быть реализован в результате сравнения напряжения управления U_у с двумя одинаковыми по амплитуде треугольными опорными напряжениями U_оп1 и U_оп2 (фиг. 2), одно из которых сдвинуто вверх, а другое вниз на величину, превышающую амплитудное значение этих опорных напряжений относительно нуля, создавая зону нечувствительности устройства на сигнал управления. На фиг. 2 зона нечувствительности заштрихована. Ее величина незначительна и не превышает величины, при которой отклонение выходного напряжения выходит за пределы заданной точности регулирования. При малых значениях U_у, лежащих в зоне нечувствительности (в области нуля), устройство работает в промежуточном режиме, в котором включены только прерыватели постоянного тока (запираемые тиристоры) 7 и 8. При плавном увеличении U_у в положительную сторону (фиг. 2а) устройство плавно переходит в режим вольтодобавки, а в отрицательную (фиг. 2б) в режим вольтовычета.

Предлагаемое устройство как более совершенное, выполненное с минимальным количеством запираемых тиристоров, может заменить известные регуляторы переменного напряжения. Наиболее целесообразно применение устройства для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения в промэнергоблоках мощностью 100-1000 кВА.