SU1069096A1

SU1069096A1 - Three-phase a.c.voltage/a.c.voltage converter

Info

Publication number: SU1069096A1
Application number: SU823525653A
Authority: SU
Inventors: Велло Васильевич Сарв; Ильмар Эльмарович Ранне; Юрий Эдович Сооярв; Анне-Май Техвер
Original assignee: Институт термофизики и электрофизики АН ЭССР
Priority date: 1982-12-23
Filing date: 1982-12-23
Publication date: 1984-01-23

Abstract

ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий трехфазный автотрансформатор , фазные обмотки которого выполнены с отводами, управл емые двунаправленные ключи, каждый из кото рых включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора, и две группы выводов дл пофазного подключени нагрузки,.перва группа из которых подключена к выводам дл подключени питающей сети, при этом две фазные обмотки междуфазного автотрансформатора соединены последовательно, а их обща точка и свободные концы соединены с второй группой указанных выводов, отличающийс тем, что, с целью упрощени , повышени надежности и улучшени массогабаритных показателей, треть обмотка междуфазного автотрансформатора соединена с расположенными симметрично относительно общей точки отводами этих обмоток, а все осталь ные отводы соединены с общей точкой обмоток смежных фаз через упом тутые полностью управл емые двунаправленные ключи. О5 со о ;о О) THREE-PHASE AC VARIABLE VOLTAGE TRANSFORMER, containing a three-phase autotransformer, the phase windings of which are made with taps, controlled bi-directional keys, each of which is connected between the corresponding pair of terminals of the adjacent phase windings of the autotransformer, and two groups of outputs for a single phase for a single-phase network for a phase network. which are connected to the terminals for connecting the power supply network, while the two phase windings of the interphase autotransformer are connected in series, and their common point a and free ends are connected to the second group of said conclusions, characterized in that, in order to simplify, increase reliability and improve weight and size parameters, one third of the phase-to-phase autotransformer is connected to symmetrically relative to the common point of these windings, and all other branches are connected to a common the point of winding adjacent phases through the mentioned fully controlled bidirectional keys. O5 with about; about O)

Description

Иэббретение относитс к электротехнике ,, в чйстности к преобразовательной технике, и может быть использовано , например, в регулируе№лх источниках питани с близкой к синусоидальной формой кривой тока нагрузки.The exemption relates to electrical engineering in relation to converter technology, and can be used, for example, in regulating power supplies with a close to sinusoidal shape of the load current curve.

Известны устройства дл регулировани трехфазного напр жени , содержащие трехфазный автотрансформатор , обмотки которого соединены в треугольник, и управл екие двунаправленные ключи, соединенные с выводами дл пофазного подключени нагрузки и Лаэных обмоток автотрансформатора ll .Three-phase voltage control devices are known, comprising a three-phase autotransformer, the windings of which are triangularly connected, and control bidirectional switches connected to the terminals for phase-wise connection of the load and the Laeng windings of the autotransformer ll.

Однако устройства не позвол ют использовать автотрансформатор в качестве согласующего элемента и соответственно требуют подбора управл емых ключей в соответствии с величиной питающего напр жени .However, the devices do not allow the use of an autotransformer as a matching element and, accordingly, require the selection of controllable keys in accordance with the magnitude of the supply voltage.

Наиболее близким к изобретению вл етс трехфазный преобразователь переменного напр жени в переменное, содержащий трехфазный междуфазный автотрансформатор, фазные обмотки которого выполнены с отводами, управл емые двунаправленные ключи, каждый з которых включен между соответствующей парой выводов смежных фазовых обмоток автотрансформатора, и две группы выводов дл -пофазного подключени нагрузки, перва группа из которых подключена к выводам л подключени питающей сети, при этом две фазные обмотки соединены последовательно, а их обща точка и свободные концы соединены с первой группой указанных выводов 2J ,The closest to the invention is a three-phase AC-to-AC voltage converter containing a three-phase phase-to-phase autotransformer, whose phase windings are made with taps, controlled bi-directional keys, each of which is connected between the corresponding pair of terminals of the adjacent phase windings of the autotransformer, and two groups of terminals for - phase load, the first group of which is connected to the terminals of the power supply, the two phase windings are connected in series, and x total point and the free ends are connected to the terminals of said first group 2J,

Недостатками преобразовател вл ютс относительно большое количест во отводов автотрансформатора, относительно большое напр жение между отдельными ключами, а также увеличенна типова мощность автотрансформаторов . Большое количество отводов обмотки автотрансформатора вызвано тем, что в общем случае каждый двунаправленный ключ соедин етс между отдельной парой отводов. Относительно большое напр жение между отдельными ключами (в том числе и между управл ющими электродами ключей , что уменьшает надежность работы ) вызвано тем, что максимальна разница потенциалов отводов приближаетс к линейному напр жению питани . Увеличенна типова мощность автотрансформатора объ сн етс низким коэффициентом искажени тока в обмотках автотрансформатора.The disadvantages of the converter are the relatively large number of autotransformer taps, the relatively high voltage between the individual keys, as well as the increased typical power of the autotransformers. A large number of taps of an autotransformer winding are caused by the fact that in the general case each bidirectional key is connected between a separate pair of taps. The relatively high voltage between the individual keys (including between the control electrodes of the keys, which reduces the reliability of operation) is caused by the fact that the maximum difference in potential of the taps approaches the linear voltage of the power supply. The increased typical power of the autotransformer is explained by the low current distortion factor in the windings of the autotransformer.

Цель изобретени - упрощение, повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей.The purpose of the invention is to simplify, increase reliability and improve weight and size indicators.

Поставленна цель достигаетс тем, что в трехфазном ореобразователе переменного напр жени в пере- 1The goal is achieved by the fact that in a three-phase alternating voltage transformer in the trans-1

менное, содержащем трехфазный между фазный автотрансформатор, фазные обмотки которого выполнены с отводами , управл емые двунаправленные ключи , каждый из которых включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора , и две группы, выводов дл пофазного подключени нагрузки, перва группа из которых подключена к выводам дл подключени питающей сети, при этом две фазные обмотки соединены последовательно, а их обща точка и свободные концы соединены с первой группой указанных выводов, треть обмотка междуфазного автотрансформатора соединена с расположенными симметрично относительно общей точки отводами этих обмоток, а все остальные отводы соединены с общей точкой обмоток смежных фаз через упом нутые полностью управл емые двунаправленные ключи.three-phase between phase autotransformer, the phase windings of which are made with taps, controllable bidirectional keys, each of which is connected between the corresponding pair of terminals of the adjacent phase windings of the autotransformer, and two groups, conclusions for phase-by-phase load connection, the first group of which is connected to the terminals for connecting the power supply network, with the two phase windings connected in series, and their common point and free ends are connected to the first group of specified terminals, the third winding ezhdufaznogo autotransformer connected to the symmetrically arranged relative to the total points of the tap windings, and all the remaining taps are connected to a common point adjacent phase windings through said fully controllable bidirectional keys.

Такое соединение обмоток автотрансформатора позвол ет дл подключени двух или нескольких управл емых ключей использовать общую точку и один из отводов каждой из упом нутых двух смежных фазных обмоток, что уменьшает требуемое количество отводов и тем самлм упрощает схему, а также уменьшить разницу потенциалов между выводами дл подключени ключей, что повышает надежность работы схемы. Кроме того , улучшает коэффициент искажени тока в обмотках, что обуславливает уменьшение типовой мощности автотрансформатора.Such a connection of the autotransformer windings allows for connecting two or more controllable keys to use a common point and one of the taps of each of the two adjacent phase windings, which reduces the required number of taps and thus simplifies the circuit and also reduces the potential difference between the terminals for connection keys, which increases the reliability of the scheme. In addition, it improves the current distortion coefficient in the windings, which causes a reduction in the typical power of the autotransformer.

На фиг. 1 изображена принципиальна схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы напр )кений дл разомкнутого состо ни всех ключей (а - напр жений тиристоров и напр жений на обмотках междуфазного автотранс({юрматора , б - симметричной системы напр жений на тиристорах); на фиг. 3 - временные диаграммы, по сн ющие принцип работы устройства при 12-пульсном режиме работы и заданной очередности замыкани управл емых ключей.FIG. 1 is a schematic diagram of the proposed device; in fig. 2 - vector diagrams of Kenya voltages for the open state of all keys (a - thyristor voltages and voltages on inter-phase autotransfer windings ({jurmator, b - symmetric voltage system on thyristors); Fig. 3 - timing diagrams, see principle of operation of the device with a 12-pulse mode of operation and a specified sequence of closure of controlled keys.

Устройство (фиг. 1) содержит трехфазную нагрузку 1, ключевой коммутатор 2, междуфазный автотрансформатор 3, фазные обмотки которого выполнены с отвЬдами, группу выводов 4-6, подключенную к общей точке и свободным концам двух фаз , ных обмоток, соединенных последовательно , и группу выводов 7-9 дл пофазного подключени нагрузки 1 к выводам трехфазного источника питани . Фазные обмотки имеют отводк ( 10 - 17 (в общем случае ( +2) отводов, где W - пулвсность схеN|4 ). к отводам 10 и 17 двух фазных обмоток, соединенных последовательно с общим выводом 5, подключены крайние выводы третьей фазной обмотки. В результате этого треть фазна обмртка и секции двух других фазных обмоток между выводами 5,10 и 17 образуют треугольник с вершинами 5,10 и 17.The device (Fig. 1) contains a three-phase load 1, a key switch 2, an interphase autotransformer 3, the phase windings of which are made with outputs, a terminal group 4-6 connected to a common point and free ends of two phases, windings connected in series, and a group pins 7-9 for phased load connection 1 to pins of a three-phase power source. Phase windings have a tap-off (10 - 17 (in the general case (+2) taps, where W is a pulsation scheme N | 4). Taps 10 and 17 of two phase windings connected in series with the common terminal 5 are connected to the terminal terminals of the third phase winding. As a result of this, the third phase winding and the sections of the two other phase windings between terminals 5,10 and 17 form a triangle with vertices 5,10 and 17.

Ключевой коммутатор 2 состоит из тиристоров 18 - 29 (в обшем случае из m тиристоров), Соединенных во встречно-параллельные пары, составл ющие двунаправленные управл ег ле включи.Через эти ключи выводы 11-1 соединены с выводами 5,10 и 17 упом нутого треугольника соединени обмоток, причем общий вывод любой пары обмоток подключены через соответствующие двунаправленные ключи ко всем необщим выводам третьей фазной обмотки (например, выводы 15 и 16 одной обмотки через тиристорные пары 26, 27 и 28, 29 подключены к общему выводу 10 двух остальных обмоток). Управл ющие электроды всех тиристоров 18 - 29 подключены к блоку управлени .Key switch 2 consists of thyristors 18 - 29 (in the general case of m thyristors), connected in opposite-parallel pairs that make up the bidirectional control switches on. Through these keys, pins 11-1 are connected to pins 5,10 and 17 of the aforementioned triangles of the winding connection, and the common output of any pair of windings is connected via corresponding bidirectional keys to all non-common conclusions of the third phase winding (for example, terminals 15 and 16 of one winding are connected to common terminal 10 of the two other windings through thyristor pairs) . The control electrodes of all thyristors 18 to 29 are connected to the control unit.

Устройство дл регулировани тре фазного напр жени работает следующим образом.The device for adjusting the three phase voltage operates as follows.

В каждый момент времени во включенном состо нии находитс один тиристор ключевого коммутатора 2 и соответственно через этот тиристор например тиристор 23, потенциалы двух выводов 5 и 13 разных фазных обмоток уравниваютс . Так как эти фазные обмотки имеют и общий вывод 10, то части двух фазных обмоток от соединенных между собой выводов 5 и 13 до общего вывода 10 этих обмоток оказываютс соединенными параллельно. Соответственно напр жени на параллельно соединенных част х обмоток вл ютс равными, а напр жени фазных обмоток - взаимозавис щими , причем отношение напр жений фазных обмоток определ ет- с отношением относительных чисел витков параллельно соединенных частей фазных обмоток. Так как секции двух фазных обмоток между выводами 5,10 и 17 вместе с третьей фазной обмоткой образуют треугольник , сумма напр жений которого равна нулю, то определенное отношение между.двум фазными напр жени ми междуфазного автотрансформатора опр дел ет и относительную величину напр жени третьей фазной обмотки. Таким образом, выбором отношени относительных чисел витков частей обмотки, соедин еквлх параллельно при помощи тиристоров 18 - 29, можно вли ть на отношение как фаз ,ных, так и линейных напр жений междуфазного автотрансформатора 3, аAt each moment in time, one thyristor of key switch 2 is in the on state and, respectively, through this thyristor, for example, thyristor 23, the potentials of the two terminals 5 and 13 of different phase windings equalize. Since these phase windings also have a common terminal 10, parts of the two phase windings from the interconnected terminals 5 and 13 to the common terminal 10 of these windings are connected in parallel. Accordingly, the voltages on the parallel-connected parts of the windings are equal, and the voltages of the phase windings are interdependent, and the ratio of the voltages of the phase windings is determined by the ratio of the relative numbers of turns of the parallel-connected parts of the phase windings. Since the sections of the two phase windings between the terminals 5, 10 and 17 together with the third phase winding form a triangle, the sum of the voltages is zero, a certain ratio between the two phase voltages of the interphase autotransformer determines the relative voltage value of the third phase voltage windings. Thus, the choice of the ratio of the relative numbers of turns of the winding parts, connected in parallel using thyristors 18–29, can affect the ratio of both phase, linear and linear voltages of the interphase autotransformer 3, and

следовательно и на отношение фазных напр жений нагрузки 1. Измен в течение каждого периода питани отношени фазных напр жений междуфазного автотрансформатора 3 и нагрузки 1 с определенной последовательностью , можно приблизить форму фазных напр жений, а следовательно и фазных токов нагрузки к синусоидашьт ным. Регулирование величины токов consequently, the ratio of the phase voltages of the interphase autotransformer 3 and the load 1 with a certain sequence can be approximated by the form of the phase voltages and, therefore, the phase load currents to the sinusoidal voltage. Current Regulation

0 и напр жений нагрузки достигаетс , как и в известных схемах фазового регулировани , изменением сдвига фазы включени тиристоров относительно напр жени питани .0 and the load voltage is achieved, as in the known phase control circuits, by varying the phase shift of the thyristors with respect to the supply voltage.

В 12-пульсной схеме (фиг. 1) весь In the 12-pulse scheme (Fig. 1) the whole

5 период питани распредел етс на двенадцати равных интервалах, соответствующих замкнутому состо нию двенадцами разных тиристоров 18-29, включающихс в последовательности 180 -20-25-23-26-28-19-21-24-22-27-29-185, the power period is distributed at twelve equal intervals, corresponding to the closed state by twelve different thyristors 18-29, included in the sequence 180 -20-25-26-26-28-21-21-21-22-22-27-29-18

Из векторных диаграмм напр жений i (фиг. 2), где 18 - 29, напр жение на тиристорах соответственно 18 - 29, а выводы - П соответствуют выво5 дам автотрансформатора 3, видно, что последовательность включени тиристоров совпадает с последовательностью напр жений на тиристорах в разомкнутом состо нии всех From the vector diagrams of voltages i (Fig. 2), where 18–29, the voltage on the thyristors, respectively, 18 to 29, and the conclusions — P correspond to the outputs of the autotransformer 3, it is clear that the sequence of switching on the thyristors coincides with the sequence of voltages on the thyristors open state of all

0 тирист.оров (напр жение на тириСторе прин то положительным, когда потен ,циал анода выше потенциала катода).0 thyrist.orov (the voltage on the thyristor is positive when the potential of the anode is higher than the potential of the cathode).

Так как при одновременном изменении пол рности всех токов отно5 шени токов не измен ютс , то при наличии двенадцати тиристоров и соответственно шести двунаправленных ключей имеетс 6 различных отношений фазных токов, соответствующих соединению шести определенных пар Since the simultaneous change in the polarity of all currents does not change the current ratio, there are 6 different phase current ratios for twelve thyristors and, accordingly, six bidirectional keys, corresponding to the connection of six specific pairs

0 выводов автотрансформатора.0 conclusions of the autotransformer.

Пор док формировани выходного напр жени на нагрузке 1 при 12-пульсном режиме работы и заданной последовательности замыкани тирис5 торов 18 - 29 показан на фиг. 3, где и А - напр жение питани тока А, Um - напр жение активной нагрузки в фазе AV Ui - Uyj - шесть потенциально возможных напр жений The order of formation of the output voltage at the load 1 under the 12-pulse operation mode and the specified sequence of closing the thyristors 18 - 29 is shown in FIG. 3, where and A is the supply voltage of the current A, Um is the active load voltage in the phase AV Ui - Uyj - six potential voltages

0 нагрузки 1, соответствующих замыканию шести различных двунаправленных ключей коммутатора 2 при оптимальном отношении чисел витков0 load 1, corresponding to the closure of six different bidirectional switches of switch 2 at the optimum ratio of the number of turns

ОЧ W,;.g VV5M5 .0M3 ЮМЭ ,OFC W,;. G VV5M5 .0M3 YME,

5five

,0-s o-5 5- o-n w-n, 0-s o-5 5- o-n w-n

N,N,

NW 4«-ЧТ coaT5NW 4 "-CHT coaT5

0,2680.268

casl5° casl5 °

где W,o-5,,o-,з.lo-« .7 - ЧИСЛО витков между соответствующими выводами автотрансформатора, обеспечивающем исключение из токов и напр жений нагрузки 1 высших гармоник ниже одиннадцатой. Кривые и и U ис напр жений нагрузки фаз В и С аналогичны кривой U i напр жени нагрузки фазы А. При увеличении числа пар выводов соедин емых через ключи,-.а соответс венно и частоты переключений, ступенчатое , изменение отношений фазных токов приближаетс все более к случаю с неискаженными синусоидными то ками . Положительными свойствами предлагаемого устройства дл регулирова ни трехфазного напр жени по сравнению с известным вл ютс упрощение в результате того, что уменьша тс число отводов и соответственно число обмоток междуфаэного ав тотрансформатора, повышение надежности работы ключей в результате уменьшени разницы потенциалов отдельными ключами, в том числе между управл ющими электродами управл емых ключей, а также улуч шение массогабаритных показателей междуфазного автотрансформатора в св зи с уменьшением его типовой мощ ности в результате уменьшени ис-. каженности токов в обмотках автотра форматора. Так, например, в случае 12-пульсной схемы в известном устройстве требуетс в общем случае 12 отводов, в предлагаемом устройстве - 8 отводов, а в случае 18 пульсной скегмы соответственно 18 и 11 отводов . Максимальна разница потенциалов между отдельными ключами в известном устройстве приближаетс к линейному напр жению питани независимо от максимального напр жени на самих ключах, а в предлагаемом устройстве уменьшаетс пропорционально с напр жением на ключах . Уменьшение типовой мощности автотрансформатора зависит от коэффициента уменьшени напр жени на ключах по сравнению с напр жение: питани . Например, когда устройство работает в режиме с двухкратным уменьшением напр жени на к.7тючах (по сравнению с максимально возможным напр жением на них), то в предлагаемом устройстве типова мощность автотрансформатора уменьшаетс на 12% по сравнению с известным.where W, o-5,, o-, z.lo- «.7 - NUMBER of turns between the corresponding conclusions of the autotransformer, providing exclusion from the currents and voltages of the load 1 of higher harmonics below the eleventh. Curves and and U of load voltage of phases B and C are similar to the curve U i of load voltage of phase A. With an increase in the number of pairs of terminals connected via keys, - and, accordingly, the switching frequency, stepwise, the change in the ratio of phase currents is approaching to the case of undistorted sine waves. The positive properties of the proposed device for controlling three-phase voltage as compared with the known are the simplification due to the decrease in the number of taps and, accordingly, the number of windings of the interfanal autotransformer, the increase in reliability of operation of the keys as a result of decreasing the potential difference between individual keys, including control electrodes of controllable keys, as well as improvement of the mass and dimensional parameters of the interphase autotransformer in connection with a decrease in its typical power due to a decrease in is-. the apparent currents in the windings of the auto formatr. Thus, for example, in the case of a 12-pulse circuit, in the known device, 12 taps are generally required, in the proposed device, 8 taps, and in the 18-pulse skegma, 18 and 11 taps, respectively. The maximum potential difference between individual keys in a known device approaches a linear supply voltage regardless of the maximum voltage on the keys themselves, and in the proposed device decreases proportionally with the voltage on the keys. The reduction of the typical power of the autotransformer depends on the voltage reduction factor on the keys as compared to the voltage: power. For example, when a device operates in a mode with a two-fold decrease in voltage on 7 units (as compared with the maximum possible voltage on them), in the proposed device, the typical power of the autotransformer is reduced by 12% in comparison with the known one.

.-%.-%

/f Л f5/ f L f5

Фиг. 2FIG. 2

Claims

THREE-PHASE AC VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE, containing a three-phase autotransformer, phase windings of which are made with taps, controlled bi-directional keys, each of which is> connected between the corresponding pair of terminals of adjacent phase windings of the autotransformer, and two groups of terminals for phase-wise connection. the first group of which is connected to the terminals for connecting the supply network, while the two phase windings of the interphase autotransformer are connected in series, and their common point with the rim ends are connected to the second group of the indicated conclusions, characterized in that, in order to simplify, increase reliability and improve overall dimensions, the third winding of the interphase autotransformer is connected to the taps of these windings located symmetrically relative to the common point, and all other taps connected to a common precise 7 Coy adjacent phase windings through upo- I /-mentioned fully controllable bi- I ^'1 directed keys. | G