способ регулирования переменного напряжения
Классы МПК: | G05F1/24 с помощью компенсирующих и(или) подпорных трансформаторов H02M5/10 выполненных на трансформаторах H02P13/00 Устройства для управления трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками с целью получения требуемого выходного сигнала |
Автор(ы): | Климаш В.С. |
Патентообладатель(и): | Климаш Владимир Степанович, Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-09-23 публикация патента:
27.08.2000 |
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения в однофазных и трехфазных электросетях и электроустановках. Технический результат изобретения заключается в повышении энергетических показателей и упрощении преобразования напряжения. Технический результат достигается за счет того, что способ основан на высокочастотном чередовании режима шунтирования вольтодобавочного трансформатора с режимом вольтоприбавления или вольтовычитания и изменения скважности в процессе смешанной коммутации ключей. Дополнительные операции способа позволяют повысить частоту модуляции вольтодобавки без изменения частоты коммутации ключей и предотвратить через ключи кратковременные замыкания сети без развития дроссельного режима трансформатора. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ регулирования переменного напряжения путем изменения относительного времени шунтирования и подключения к сети или нагрузке первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно в цепь между входными и выходными выводами, за счет изменения длительности включенного состояния соответствующих ключей моста, в диагональ которого включена первичная обмотка, для чего формируют две последовательности тактовых интервалов с одинаковой частотой, которая не меньше удвоенной частоты сети, располагают последовательности друг относительно друга со сдвигом на половину длительности тактовых интервалов и внутри каждого тактового интервала образуют два временных интервала со взаимно изменяющимися длительностями, которыми без учета инерционности ключей на включение и выключение задают длительность включенного состояния ключей моста и порядок их переключения, причем первым и вторым временными интервалами первой последовательности задают длительность включенного состояния двух ключей моста, которыми переключают начало первичной обмотки трансформатора соответственно с фазы сети или нагрузки на нулевой провод, а первым и вторым временными интервалами второй последовательности задают длительность включенного состояния двух других ключей моста, которыми переключают конец первичной обмотки трансформатора с фазы сети или нагрузки на нулевой провод, при этом временными интервалами одинаковой длительности первой и второй последовательностей задают длительность включенного состояния ключей противоположных плеч моста, отличающийся тем, что в начале первого и второго временных интервалов одной из последовательностей, которыми задают время включенного состояния полностью управляемых ключей моста, формируют первый и второй интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы этой же последовательности, а в начале первого и второго временных интервалов другой последовательности, которыми задают время включенного состояния ключей моста с естественной коммутацией, формируют третий и четвертый интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы как одной, так другой последовательностей, причем длительности первого и второго интервалов прерывания равны разности между временем выключения предыдущего полностью управляемого ключа и временем включения последующего полностью управляемого ключа, а длительности третьего и четвертого интервалов прерывания равны разности между суммарным временем выключения двух предыдущих ключей, один из которых с естественной коммутацией, и временем включения последующего ключа с естественной коммутацией.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения в однофазных и трехфазных электросетях и электроустановках. Известны способы регулирования переменного напряжения без сдвига фазы первой гармоники выходного напряжения [1, 2]. Способы основаны на формировании двух последовательностей тактовых интервалов с частотой не ниже удвоенной частоты сети и создании в каждом тактовом интервале двух временных интервалов со взаимно изменяющимися длительностями, на которых при помощи полностью управляемых ключей моста с двухсторонней проводимостью шунтируют первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора и подключают к сети (или нагрузке), обеспечивая при этом согласное или встречное включение обмоток трансформатора. К недостаткам способов следует отнести низкие энергетические показатели из-за высокой частоты переключения ключей с кратковременными замыканиями входных зажимов в моменты коммутации, а также сложность и большая стоимость силовой полупроводниковой части регулятора, выполненной на полностью управляемых ключах с большим запасом по мощности. Наиболее близким является способ регулирования переменного напряжения, который позволяет в 2 раза снизить коммутационные потери за счет уменьшения частоты переключения ключей без изменения частоты модуляции [3]. Суть способа состоит в изменении относительно времени шунтирования и подключения к сети (или нагрузке) первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно на цепь между входными и выходными выводами, за счет изменения длительности включенного состояния соответствующих ключей моста, в диагональ которого включена первичная обмотка, для чего формируют две последовательности тактовых интервалов с одинаковой частотой, которая не меньше удвоенной частоты сети, располагают последовательности друг относительно друга со сдвигом на половину длительности тактовых интервалов и внутри каждого тактового интервала образуют два временных интервала со взаимно изменяющимися длительностями, которыми без учета инерционности ключей на включение и выключение задают длительность включенного состояния ключей моста и порядок их переключения, причем первым и вторым временными интервалами первой последовательности задают длительность включенного состояния двух ключей моста, которыми переключают начало первичной обмотки трансформатора с фазы сети (или нагрузки) на нулевой провод, а первым и вторым временными интервалами второй последовательности задают длительность включенного состояния двух других ключей моста, которыми переключают конец первичной обмотки трансформатора с фазы сети (или нагрузки) на нулевой провод, при этом временными интервалами одинаковой длительности первой и второй последовательностей задают длительность включенного состояния ключей противоположных плеч моста. Однако и при этом способе регулирования переменного напряжения будут больше коммутационные потери из-за того, что в его операциях не учтена инерционность ключей при их включениях и выключениях, а также требуется большая установленная мощность коммутатора. К недостаткам следует также отнести необходимость выполнения коммутатора исключительно на полностью управляемых ключах, что усложняет преобразователь и увеличивает его стоимость. Задача изобретения - повышение энергетических показателей и упрощение преобразования напряжения. Ее результат - снижение потерь и установленной мощности коммутатора, а также замена половины полностью управляемых ключей симисторами. Решение поставленной задачи достигается тем, что в начале первого и второго временных интервалов одной из последовательностей, которыми задают время включенного состояния полностью управляемых ключей моста, формируют первый и второй интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы этой же последовательности, а в начале первого и второго временных интервалов другой последовательности, которыми задают время включения состояния ключей моста с естественной коммутацией, формируют третий и четвертый интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы как одной, так и другой последовательностей, причем длительности первого и второго интервалов прерывания равны разности между временем выключения предыдущего полностью управляемого ключа и временем включения последующего полностью управляемого ключа, а длительности третьего и четвертого интервалов прерывания равны разности между суммарным временем выключения двух предыдущих ключей, один из которых с естественной коммутацией и временем включения последующего ключа с естественной коммутацией. На фиг. 1 приведены временные диаграммы, поясняющие алгоритм управления ключами и принцип регулирования переменного напряжения, а на фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализующего способ. На фиг. 1 введены следующие обозначения:U1 и U2 - напряжения сети и нагрузки;
U2(+) = U1(1+kT) - напряжение нагрузки в режиме вольтодобавки;
U2(-) = U1(1-kT) - напряжение нагрузки в режиме вольтовычета;
kT - коэффициент транформации;
UОП1 и UОП2 - опорные напряжения;
Uу - напряжение управления;
Tk1 = Tk2 = Tk - тактовые интервалы первой и второй последовательностей, которые сдвинуты относительно друг друга на половину периода коммутации Tk;
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155365/2155365-2t.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155365/2155365-3t.gif)
регулирование напряжения нагрузки производится в диапазоне от U1(1+kT) до U1(1-kT) при изменении
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
Импульсы положительной полярности, снимаемые с выходов компараторов 14 и 15, проходя через повторители 16 и 17 соответственно, создают нормированные положительные импульсы с длительностями
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155028/945.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155050/946.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
![способ регулирования переменного напряжения, патент № 2155365](/images/patents/316/2155049/947.gif)
1. Жарский Б. К. , Голубев В.В. Импульсное регулирование переменного напряжения. ИЭД АН УССР, Препринт - 96, К., 1975. 2. Авторское свидетельство СССР N 589683, H 02 P 13/16, G 05 F 1/24. 3. Патент России N 2042176 от 20.08.95 г., G 05 F 1/24, H 02 P 13/16.
Класс G05F1/24 с помощью компенсирующих и(или) подпорных трансформаторов
Класс H02M5/10 выполненных на трансформаторах
Класс H02P13/00 Устройства для управления трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками с целью получения требуемого выходного сигнала