стабилизатор трехфазного синусоидального напряжения со звеном повышенной частоты

Формула изобретения

Стабилизатор трехфазного синусоидального напряжения со звеном повышенной частоты, включенный на низкой стороне главного трансформатора подстанции и содержащий датчик отклонения напряжения нагрузки, понижающий высокочастотный трансформатор, а также нулевой циклоконвертор с естественной коммутацией, инвертор напряжения с входным фильтром и реверсивным выпрямителем, системы управления которых синхронизированы с сетью, причем система управления инвертором напряжения выполнена с возможностью повышения частоты кратно частоте сети, а система управления нулевым циклоконвертором выполнена с возможностью понижения частоты до частоты сети, при этом управляющий вход системы управления нулевого циклокинвертора подключен к выходу датчика отклонения напряжения нагрузки, первичная обмотка понижающего высокочастотного трансформатора через инвертор напряжения, его входной фильтр и реверсивный выпрямитель подключена к нагрузке, а вторичная обмотка понижающего высокочастотного трансформатора соединена в звезду с изолированной или заземленной нейтралью и через нулевой циклоконвертор и вторичные фазные обмотки главного трансформатора также подключена к нагрузке, отличающийся тем, что первичная обмотка понижающего высокочастотного трансформатора соединена в треугольник, и понижающий высокочастотный трансформатор выполнен трехфазно-шестифазным, а нулевой циклоконвертор - шестифазно-трехфазным, а также система управления инвертором напряжения выполнена со 120-градусным алгоритмом управления, причем вход датчика отклонения напряжения сети через измерительно-синхронизирующий блок подключен к фазным вторичным обмоткам главного трансформатора, а его выход подключен к управляющему входу системы управления реверсивным выпрямителем, при этом система управления реверсивным выпрямителем выполнена с возможностью ограничения минимального уровня выпрямленного напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для стабилизации трехфазного напряжения на низкой стороне трансформаторной подстанции.

Известен стабилизатор трехфазного напряжения трансформаторной подстанции / Пат. РФ N 1636833, Н 02 М 5/45, G 05 F 1/30, 1993/, который включается на низкой стороне главного трансформатора подстанции и содержит управляемый реверсивный выпрямитель и трехфазный инвертор напряжения с синхронизированными с сетью системами управления.

Основной недостаток этого устройства - большой вес и габаритные размеры трансформатора.

Известен также стабилизатор трехфазного синусоидального напряжения со звеном повышенной частоты /Пат. РФ N2071633, Н 02 М 5/45, G 05 F 1/30, 1997/, который взят за прототип. Он по сравнению с предыдущим аналогом имеет улучшенные вес и габариты. Стабилизатор включен в цепь нагрузки главного трансформатора подстанции и содержит два преобразователя частоты, один из которых повышает частоту напряжения и выполнен на основе управляющего реверсивного выпрямителя и инвертора напряжения, а другой понижает частоту до частоты сети и представляет собой нулевой трехфазно-трехфазный циклоконвертор, и включенный между ними понижающий высокочастотный трансформатор.

Недостатком прототипа является большой процент высших гармонических составляющих в кривой выходного напряжения.

Задачей изобретения является улучшение синусоидальности выходного напряжения при сохранении улучшенных массогабаритных показателей и высокого быстродействия.

Эффект от решения поставленной задачи заключается в том, что вместо двухполярной вольтодобавки при изменении угла управления нулевого циклоконвертора достигается трехзонное регулирование с возможностью изменения амплитуды в каждой зоне, что улучшает коэффициент несинусоидальности выходного напряжения в 2,5 - 3 раза.

Задача решается за счет того, что первичная обмотка понижающего высокочастотного трансформатора соединена в треугольник и понижающий высокочастотный трансформатор выполнен трехфазно-шестифазным, а нулевой циклоконвертор - шестифазно-трехфазным, а также система управления инвертором напряжения выполнена со 120-градусным алгоритмом управления, причем вход датчика отклонения напряжения сети через измерительно-синхронизирующий блок подключен к фазным вторичным обмоткам главного трансформатора, а его выход подключен к управляющему входу системы управления реверсивным выпрямителем, при этом система управления реверсивным выпрямителем выполнена с возможностью ограничения минимального уровня выпрямленного напряжения.

К недостатку прототипа можно отнести также ограниченные функциональные возможности.

В результате применения дополнительных средств устройство обеспечивает симметрирование трехфазного напряжения на нагрузке. Это достигается тем, что в качестве датчика отклонения напряжения нагрузки применен блок датчиков отклонения фазных напряжений нагрузки, фазные выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих фазных каналов системы управления нулевым циклоконвертором.

Схема стабилизатора до уровня известных функциональных элементов представлена на чертеже.

Устройство содержит главный трансформатор 1 с первичной и вторичной обмотками 2 и 3, понижающий высокочастотный трансформатор 4 с первичной и вторичной обмотками 5 и 6, реверсивный выпрямитель 7 с системой управления 8, входной фильтр 9, инвертор напряжения 10 с системой управления 11, датчик отклонения напряжения сети 12, нулевой циклоконвертор 13 с системой управления 14, датчик отклонения напряжения нагрузки 15, нагрузку 16, измерительно-синхронизирующий блок 17.

В устройстве применен трехфазный инвертор напряжения 10, работающий со 120-градусным алгоритмом управления, при этом вторичная обмотка 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4 расщеплена на две встречные полуобмотки и создает шестифазную систему напряжений. Нулевой циклоконвертор выполнен по шестифазно-трехфазной нулевой схеме.

Элементы устройства соединены следующим образом. Первичная обмотка 2 главного трансформатора 1 подключена к сети, вторичная обмотка 3 главного трансформатора 1 включена между выходом нулевого циклоконвертора 13 и нагрузкой 16. Первичная обмотка 5 понижающего высокочастотного трансформатора 4 соединена в звезду и через последовательно соединенные инвертор напряжения 10, входной фильтр 9 и реверсивный выпрямитель 7 подключена к нагрузке 16, вторичная обмотка 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4 соединена в звезду и подключена к входу нулевого циклоконвертора 13, первичная обмотка 2 главного трансформатора 1 подключена к сети. Управляющие входы системы управления 14 нулевым циклоконвертором 13 подключены к выходам блока датчиков отклонения напряжения нагрузки 15, который подключен к вторичной обмотке 3 главного трансформатора 1. Управляющие входы системы управления 8 реверсивным выпрямителем 7, управляющие входы системы управление 11 инвертором напряжения 10, управляющие входы системы управление 14 нулевым циклоконвертором 13, а также датчик отклонения напряжения сети 12 подключены к выходам измерительно-синхронизирующего блока 17, входы которого подключены к вторичным фазным обмоткам 3 главного трансформатора 1. Входы нулевого циклоконвертора 13 подключены к вторичной обмотке 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4, при этом вторичная обмотка 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4 выполнена с изолированной или заземленной нейтралью.

Устройство работает следующим образом.

В режиме вольтодобавки дополнительный поток энергии направлен из сети в нагрузку 16 через главный трансформатор 1, реверсивный выпрямитель 7, входной фильтр 9, инвертор напряжения 10, понижающий высокочастотный трансформатор 4 и нулевой циклоконвертор 13, а в режиме вольтовычета - из нагрузки в сеть в обратном направлении.

Пофазный перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета производится увеличением угла задержки включения тиристоров соответствующих фазных анодных и катодных групп нулевого циклоконвертора 13 на величину, которая больше половины полупериода высокочастотного напряжения.

Стабилизация напряжения на нагрузке производится как амплитудным способом посредством реверсивного выпрямителя 7, так и трехзонным широтно-импульсным способом посредством нулевого циклоконвертора 13. В процессе формирования добавочного напряжения участвует понижающий высокочастотный трансформатор 4, который задает требуемый диапазон стабилизации напряжения, а также реверсивный выпрямитель 7, входной фильтр 9, инвертор напряжения 10 и нулевой циклоконвертор 13. Инвертор напряжения 10 формирует трехфазное напряжение повышенной частоты, кратной частоте сети, например 400 Гц. Это напряжение понижается высокочастотным трансформатором 4 и подается на вход нулевого циклоконвертора 13, выполненного на трех анодных и трех катодных группах, каждая из которых содержит по шесть тиристоров. Внутри каждой группы управляемых вентилей нулевого циклоконвертора 13 коммутация происходит естественным путем в выпрямительном и инверторном режимах за счет питания вентильных групп периодически изменяющимся высокочастотным напряжением, снимаемым с вторичной обмотки 6 понижающего высокочастотного трансформатора 4, а формирование синхронизированой с сетью вольтодобавки производится нулевым циклоконвертором 13 в зависимости от рассогласования фазных напряжений нагрузки при помощи фазных каналов системы управления 14.

Стабилизация напряжения во всех фазах нагрузки производится действием реверсивного выпрямителя 7, а в каждой фазе отдельно при помощи фазных каналов нулевого циклоконвертора 13. Такое совместное регулирования обеспечивает симметрию напряжения нагрузки.

Особенностью устройства является то, что трехфазный инвертор напряжения 10 со 120-градусным управлением формирует трехфазную систему ступенчатых фазных напряжений с длительностью ступени 2/3 рад, при этом линейное напряжение имеет двухступенчатую форму с длительностью ступени /3 рад. Понижающий высокочастотный трансформатор преобразует трехфазную систему линейных напряжений в шестифазную систему фазных напряжений двухступенчатой формы, при этом тиристоры шестифазно-трехфазного нулевого циклоконвертора находятся в проводящем состоянии /3 рад. Это обеспечивает регулирование вольтодобавки в трех поддиапазонах и улучшение формы выходного напряжения, особенно при синусоидальных управляющих сигналах фазных каналов системы управления 14 нулевым циклоконвертором 13, когда формирование вольтодобавки производится плавным переходом из одного поддиапазона в другой внутри каждого полупериода сетевого напряжения.

Другой положительной особенностью стабилизатора является возможность его применения в электроустановках с удвоенной мощностью без применения параллельного соединения тиристоров с уравнительными цепями для соответствующего двукратного увеличения тока нулевого циклоконвертора 13.

Это также как и улучшение формы напряжения достигается за счет применения собственно трехфазно-шестифазного понижающего высокочастотного трансформатора 4 и шестифазно-трехфазного нулевого циклоконвертора 13.

Наиболее целесообразной областью применения быстродействующего электронного стабилизатора напряжения являются промышленные энергоблоки мощностью до 1000 кВт.