SU1070524A1 - Устройство дл регулировани трехфазного напр жени - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ . ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее автотрансформатор с отводами. расположенными симметрично относительно крайних выводов, и входные выводы дл  пофазного подключени  нагрузки, каждый из которых подключен чере- однонаправленные управл емые ключи ко всем выводам автотрансформатора , причем все ключи, соединенные с одним выводом авто- трансформатора , включены согласно, а ключи, подключенные к соседним выводам , включены по отношению к ним встречно, Отличающее с,   тем, что, с целью улучшени  формы выходного напр жени  при регулировании , оно содержит сглаживающий дроссель с двум  одинаковыми обмотi ками, соединенными согласно в разрывы соединений от двух симметрично (Л расположенных выводов айтотрансформатора с управл емыми ключами нагрузки.

Description

:л

SD

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано , например, в регулируемых источниках трехфазного напр жени  с близкой к синусоидальной формой тока нагрузки.

Известны устройства дл  регулировани  трехЛазного переменного напр жени  и тока, содержащие междуфазный трансформатор с переключаeMfcjM коэффициентом трансформации, включенный последовательно с трехфазной нагрузкой и источником трехфазного напр жени .

В этих устройствах регулирование сглаженного переменного тока осуществл етс  изменением тока подмагничивани  междуфазного трансформатора . При изменении тока подмагничивани  измен ютс  интервалы насыщени  отдельных сердечников или стержней междуфазного трансформатора . Междуфазный коэффициент трансформации определ етс  соотношением числа витков обмоток разных фаз ria ненасыщенных сердечниках и стержн х. Поэтому изменение тока подмагничивани  позвол ет регулировать сдвиги фаз моментов включени  определенных коэффициентов междуфазной трансформации, а в результате этого регулировать также распределение напр жени  питани  между междуфазным управл емым трансформатором (трехфазным многосердечниковым или многостержневьм управл емым дросселем насыщени ) и нагрузкой СПиС21.

Недостатками данных,устройств дл  регулировани  трехфазного напр жени  и тока с использованием подмагничиваемых междуфазных трансформаторов  вл ютс  относительно больша  масса междуфазного трансформатора , работающего в качестве трехфазного многосердечникового или многостержневого управл емо : дроссел , возможность регулировать только с отстающим а не с опережающим током, а также длительность переходного процесса до нескольких периодов питани  при изменении напр жени  управлени .

Известно устройство дл  регулировани  трехфазного напр жени , содержащее односердечниковый междуфазный автотрансформатор с коммутируемым коэффициентом трансформации , соединенный последовательно с трехфазной нагрузкой. В устройстве магнитный поток автотрансформатора измен етс  с частотой питани , что обуславливает относительно большую массу автотрансформатора t33.

Недостатком, указанного устррйства вл етс  также относительно большое

количество ключей и ухудшение форNW выходного напр жени  при регулировании в результате увеличени  относительной величины высших гар МОНИК при уменьшении основной гармоники напр жени  нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство, в котором магнитный поток междуфазного автотрансформатора измен етс  по меньшей мере с шестикратной частотой питани  и дл  переключени  числа витков, вход щих в разные фазы, примен ют однонаправленные ключи С43.

Недостатком прототипа  вл етс  5 увеличение относительной величины высших гармоник при уменьшении основной гармоники напр жени  нагрузки в ходе регулировани . Этот недостаток вызван тем, что в ходе ре0 гулировани  форма тока нагрузки измен етс , причем в широком диапазоне регулировани  при уменьшении амплитуды основной гармоники амплитуды высших гармоник сохран ют свое 5 максимальное значение.

Цель изобретени  - улучшение формы выходного напр жени  при регулирювании .

Поставленна  цель достигаетс  Q тем, что устройство дл  регулировани  трехфазного напр жени , содержащее автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов, и входные выводы дл  пофазного подключени  нагрузки, каждый из которых подключен через однонаправленные управл емые ключи ко всем рьтодам автотрансформатора , причем все ключи, соединенные с одним выводом авто0 трансформатора, включены согласно, а ключи, подключенные к соседним выводам , включены по отношению к ним встречно, снабжено сглаживающим дросселем .с двум  одинаковыми об5 мотками, соединенными согласно в разрывы соединений от двух симметрично расположенных выводов автотрансформатора с соответствующими . управл емыми ключами нагрузки.

Это отличие обеспечивает то,

что в каждом межкоммутационном инг тервале одна из обмоток дроссел  соедин етс  последовательно с нагрузкой одной фазы, что преп тству5 ет изменению мгновенноио значени  тока в этой фазе. В результате электромагнитной св зи между секци ми обмотки автотрансформатора мгновенные значени  токов во всех фазах

0 жестко взаимосв заны, что приводит к сглаживанию токов во всех фазах . При достаточно большой индуктивности дроссел  форма тока нагрузки сохран ет одинаковую многосгу5 пенчатую форму, а следовательно, и

одинаковый коэффициент гармоник во всем диапазоне, регулировани .

На фиг,1 изображена принципиальна  схема устройства дл  регулировани  трехфазного напр жени ; на фиг.2 - временные диаграммы напр жений и число витков в фазе А схемы , а также таблица очередности замыкани  ключей.

Устройство дл  регулировани  трехфазного напр жени  содержит трехфазную нагрузку 1, ключевой коммутатор 2 и односердечниковый автотрансформатор 3, соединенные последовательно , с трехфазным источником питани . Обмотки автотрансформатора с началом 4, концом 5 и средней точкой 6 состо т из двух равных полуобмоток с отводами 7-10 (в общем случае с m отводами) соответственно . Ключевой коммутатор 2 состоит из однонаправленных полностью управл емых ключей 11-28. В качестве таких ключей можно примен ть , например, транзисторы в ключевом режиме или же тиристоры с принудительной коммутацией. Через эти ключи начало 4, конец. 5 и все отводы 7-10 присоединены к кбнцам нагрузок 29-31, причем все ключи, соединенные с одним и тем же выводом обмотки автотрансформатора, имеют одинаковое направление проводимости , а ключи, соединенные с с ,седними выводами обмотки автотрансi форматора, имеют противоположное направление проводимости. В разрывы соединений от двух симметрично расположенных выводов автотрансформатора соединены согласно одинаковые обмотки 32 и 33 сглаживающего дроссел  34, сердечник которого имеет немагнитный зазор. Например, одна обмотка 32 может быть со,единена в разрыв между отводом 9 и общей точкой катодов тиристоров 23, 25,27, а соответственно обмотка 33 в разрыв между отводом 8 и общей точкой анодов тиристоров 24, 26, 28 От конкретного места соединени  обмоток 32 и 33 зависит относительные значени  тока и напр жени  -обмоток дроссел  34, причем типова  мощность дроссел  не измен етс . .

Устройство дл  регулировани  -трехфазного напр жени  работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состо нии наход тс  три ключа , один в каждой фазе. В результате этого в фазах А, В и С последовательно с нагрузкой соединены секции автотрансформатора с числом витков А , Wft и Vc. соответственно. Дополнительно всегда в одну из фаз последовательно с нагрузкой соединена одна из обмоток сглаживающего

дроссел  34,что преп тствует измене йию мгновенного значени  тока в этой фазе. Из-за электромагнитной св зи между секци ми обмотки автотрансформатора сглаживание тока в одной фазе обеспечивает сглаживание токов и в двух остальных фазах. В результате этого при достаточно большой индуктивности обмотки дроссел  в течение данного интервала работы, соответствующего включенному состо нию трех заданных ключей, . мгновенные значени  фазных токов измен ютс  мало. При этом конкретные соотношени  токов в разных фазах определ ютс  выбором междуфазных коэффициентов трансформации Wfe/V., и с/чУд. Измен   в течение каждого периода питани  коэффициенты трансформации ,, и Vc /V с

определенной последовательностью несколько раз, можно формировать во всех фазах во всем диапазоне регулировани  многоступенчатые токи одинаковой формы, сдвинутые на 120 .

Плавное регулирование амплитуд токов и напр жений нагрузки осуществл етс  изменением фазы включени  заданной комбинации ключей относительно фазы напр жени  питани .

На фиг. 2 показаны временные диаграммы напр жени  питани  фазы А UA., шесть потенциально возможных напр жений нагрузок l/t , соответствующих различным коэффициентам трансформации при закорочении сглаживающего дроссел , и пример напр жени  нагрузки UCA при относительно большой индуктивности сглаживающего дроссел  и при замыкании ключей 11-27 согласно таблице на Лиг.2.

Кривые напр жений нагрузки UR и

и«с аналогичны кривой U . Как вид- , но, ступенчатое напр жение нагрузки Uft , а соответственно и напр жени  нагрузок и0.4, и URC формируютс  из сглаженных отрезков шести синусоид Uj - Uvi. На фиг. 2 показана также в|земенна  диаграмма числа витков автотрансформатора в фазе А Vfc, причем положительные значени 

VA соответствуют включению секций левой полуобмотки, отрицательные значени  V, - включению секций правой полуобмотки автотрансформатора.

Временные диаграммы на фиг.2 соответствуют оптимальному соотношению числа витков секций полуобмоток автотрансформатора 3, когда при числе витков одной полуобмотки, равном V, число витков между выводами 6 и 8 (и также между выводами 6 и 9) равно Wfre 0,268V, а между выводами 6 и 7 (а также между выводами 6 и 10) - ,732W. Эти соотношени  обеспечивают устранение из спектра напр жени  нагрузки во

всем диапазоне регулировани  всех высших гармои к ниже 11-й. Увеличенем числа отводов автотрансформатора и соответственно ключей можно достигнуть устранение и более высоких гармоник.

Предлагаемое устройство дл  сглаженного регулировани  трехфазного переменного напр жени  характеризуетс  посто нством коэффициента гармоник выходного напр жени  во всем диапазоне регулировани  от нул  до максимума и в результате этого существенным улучшением форьы выходного напр жени  при регулировании по сравнению с прототипом Так, например, при активной нагрузке в 12-пульсной схеме (фиг.1) коэффициент гармоник ,15 во всем диапазоне регулировани  от максимума до нул . В прототипе же коэффициент гармоник ,15 только при максимальном напр жении нагрузки , а с уменьшением относительного выходного напр жени  К непрерывно увеличиваетс . Так при относительных значени х первой гармоники выходного напр жени  0,5 и 0,2 в прототипе коэффициент гармоник увеличиваетс  до 0,30 и 0,79 соответственно .

Таким образом, предлагаемое изобретение позвол ет при регулировании напр жени  в диапазонах 1г2 и 1:5 уменьшить коэффициент гармоник соответственно в 0,30/0,15 2 и 0,79/0,,2 раз. Так как сгла5kивaюlдий дроссель следует рассчитать на увеличенную частоту пульсаций- (в рассмотренном примере на 12кратную частоту питани ) его вес и габариты относительно малы. Экспериментальна  проверка схемы показала , что достаточно выбрать индуктивность L. одной обмотки сглаживающего дроссел  из услови 

m (ОЛ

-lo.

где Ч - пульсность схемы;

чИл - углова  частота питани ; - активное сопротивление одной фазы нагрузки. Соответственно в 12-пульсной схеме

C4)«U 10R i 12 0,8R.

Необходимо подчеркнуть, что требовани , предъ вленные системе управлени  предлагаемого устройства и системе управлени  выпр мителей, совпадают. К этим требовани м относ тс  пор док следовани  управл ющих импульсов, симметри , их сихронизаци  с сетью, диапазон изменени  угла управлени , помехозащищенность и т.д. При этом в обоих случа х очередность работы ключей определ етс  структурой и фазностью (пульсностью) силовой части и включение очередных вентилей или ключей происходит через промежутки времени, равные л)Т/т, где toJ и Т углова  частота и период напр жени питающей сети, П - фазность схемы выпр мител  (преобразовател ) по частоте пульсаций в выходном напр жении .

Приведенные требовани  в большой мере выполнены в одноканальных синхронных системах управлени  выпр мителей , обладакхцих более высокой симметрией управл ющих импульсов: t О ,5 э л. град..

Уменьшение высших гармоник в нагрузке достигаетс  без падени  напр жени  основной гармоники на сглаживающем дросселе как это происходило бы в случае сглаживани  токов нагрузки дополнительными индуктивност ми в каждой фазе нагрузки .

BC

о

ffliJe

D

.

J4

tx

f 1

A

w

0,7391

0,21V 0

J8

11

12

n

14

zs

ZB

If

20

20

23

/

23

12

11

Zif

11

18

18

It/

25

го

2e

13

20

14

19

2S

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ. ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее автотрансформатор с отводами, расположенными симметрично относительно крайних выводов, и входные выводы для пофазного подключения нагрузки, каждый из которых подключен череп однонаправленные управляемые ключи ко всем выводам автотрансформатора, причем все ключи, соединенные с одним выводом авто- трансформатора, включены согласно, а ключи, подключенные к соседним выводам, включены по отношению к ним встречно, отличающее с. я тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения при регулировании, оно содержит сглаживающий дроссель с двумя одинаковыми обмотками, соединенными согласно в раз- § рывы соединений от двух симметрично расположенных выводов айтотранс- ‘ форматора с управляемыми ключами нагрузки.

   SU ,,, 1070524 i