Регулятор переменного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения мощных электропотребителей. Цель изобретения - повышение надежности работы, улучшение формы кривой и гармонического состава, а также повышение стабильности величины выходного напряжения. Выходное напряжение равно сумме напряжений сети и основной обмотки 4 трансформатора 1. Цель достигается благодаря свободе выбора углов управления тиристоров 7...14 однофазных мостовых преобразователей 5 и 6 независимо от разниц фаз и знаков напряжения и тока. Управляющие импульсы на тиристоры 7...14 подаются в благоприятные с точки зрения коммутации моменты времени, что приводит к повышению надежности. Преобразователи 5 и 6 используются в качестве переключателей для переключения полярности напряжений, подводимых к правой и левой частям схемы, образованным соответственно обмотками 17, 3 и обмотками 16, 2 дросселя 15 и трансформатора 1. Постоянный ток, создаваемый в преобразователях 5 и 6, складывается с переменным током нагрузки и исключает спадание тока в тиристорах 7...14 до нуля на рабочем интервале времени. Обеспечение симметрии напряжения обмотки 4 относительно напряжения сети приводит к улучшению формы и гармонического состава выходного напряжения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

15 4 С 05 Р 1/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4234811/24-07 (22) 25.03.87 (46) 30.09.89. Бюл. № 36 (71) Азербайджанский научно-исследовательский институт энергетики им, И.Г. Есьмана (72) Г.Б. Абдулов, М.М. Расулов и Г,Ч. Аббасова (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 890378, кл. G 05 Г 1/24, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 960769, кл. G 05 F 1/30, 1980. (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к элетротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения мощных электропотребителей. Цель изобретения повышение надежности работы, улучшение формы кривой и гармонического состава, а также повышение стабильности величины выходного напряжения.

Выходное напряжение равно сумме напряжений сети и основной обмотки

4 трансформатора 1. Цель достигается

„„SU» 1511738 А1 благодаря свободе выбора углов управления тиристоров 7... 14 однофазных мостовых преобразователей 5 н 6 независимо от разницы фаэ и знаков напряжения и тока„ Управляющие импульсы на тиристоры 7...14 подаются в благоприятные с точки зрения коммутации моменты времени, что приводит к повышению надежности. Преобразователи 5 и 6 используются в качестве переключателей для переключения полярности напряжений, подводимых к правой и левой частям схемы, образованным соответственно обмотками 17, 3 и обмотками 16, 2 дросселя 15 и трансформатора 1. Постоянный ток, создаваемый в преобразователях 5 и 6, складывается с переменным током нагрузки и исключает спадание тока в тиристорах

7...14 до нуля на рабочем интервале времени. Обеспечение симметрии напряжения обмотки 4 относительно напряжения сети приводит к улучшению формы и гармонического состава выходного напряжения. 2 ил.

3 151173

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения мощных электропотребителей.

Цель изобретения — повышение надежности работы, улучшение формы кривой и гармонического состава, а также повьппение стабильности вели l0 чины выходного напряжения РПН, На фиг. 1 приведена принципиальная схема регулятора переменного нагружения {РПН); на фиг. 2 — диаграммы напряжений, поясняющие работу РПН, 15

Регулятор переменного напряжения содержит трансформатор 1 с двумя первичными вольтодобавочными 2 и 3 и одной вторичной основной 4 обмотками, два однофазных мостовых преобразователя 5 и 6, собранных на тиристорах 7-10 и 11-14 соответственно, и двухобмоточный дроссель 15 с обмотками 16 и 17. Обмотки 2 и 3 тран25 сформатора 1 соединены последователь-. но с обмотками 16 и 17 двухобмоточного дросселя 15 и включены в цепь постоянного тока однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 соответственно, причем обмотка

2 трансформатора 1 включена согласно с обмоткой 16 дросселя 15, а обмотка

У встречно с обмоткой 17.

Основная обмотка 4 трансформатора

1, в которой создается вольтодобавоч- 35 ное напряжение, включена между входным и выходным выводами РПН.

На фиг. 1 обозначено: Гс, Г п„и

Г ц„— соответственно напряжения сети, обмотки 4 трансформатора и на выхо- 4О де PITH, на фиг. 2 по осям показано:

18 — напряжение сети U, 19 и 20— напряжения U и Г на выходах одно4 фазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 соответственно, 45

21 — напряжение TI1 íà двухобмоточном дросселе 15, 22 — напряжение Uä„ обмотки 4 23 — напряжение Г на

Э

Ва« выходе РПН.

В процессе работы схемы, представ- 5р ленной на фиг„ 1, в каждом иэ однофазных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 тиристоры включаются и отключаются попарно путем поочередной подачи отпирающих импульсов на ту па-55 ру тиристоров, на которой в момент коммутации напряжение сети Г действует в прямом направлении тиристоров. Причем, сумма углов управления

Я 4 пар тиристоров каждого однофазного тиристорного мостового преобразователя равна (Збц — д1) эл. град., а сумма соответствующих пар тиристоров разных однофаэных тиристорных мостовых преобразователей — 180 эл. град. Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы постоянная составляющая тока на выходе однофазных . тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 превышала переменную составляющую, что достигается путем задания величины до, которая практически находится в пределах нескольких эл.градусов. На диаграммах фиг,2 угол d o(из-за малости не указан,т.е. рассмотрен идеальный случай, когда ак- тивное сопротивление цепи обмоток 2,3 трансформатора 1, равно О.

Допустим, к моменту времени, соответствующему углу (фиг.2), работают тиристоры 8,9 и 12,13 а напряжения

U .и U на выходах однофаэных тиристорных мостовых преобразователей 5 и 6 противоположны напряжению U сети, как показано на фиг. 2 по осям 19 и 20 соответственно. При угле

) подаются отпирающие импульсы на тиристоры 7 и 10. При этом под действием напряжения U с сети эти тиристоры отпираются, а тиристоры 8 и 9 запираются, в результате чего напряжение U на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 5 меняет свой знак и начинает совпадать с напряжением e H. ITT1 e o(«

11) 1Ф

180 — Ы „„подаются отпирающие импульсы на тиристоры 11 и 14, в результате чего зти тиристоры отпиратся, а тиристоры 12, 13 запираются и напряжение С на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 6 также меняет свой знак и начинает совпадать с напряжением Г сети, При угле ot 1 1= 360 — cf „ от) ) нирающие импульсы подаются на тири, сторы 12 и 13, что приводит к отпиранию тиристоров 12, 13 и запиранию тиристоров 11, 14. Начиная с момента времени, соответствующего углу о 1 1д напряжение U на выходе однофазного тиристорного мостового преобразователя 6, меняя свой знак. вновь противоположно напряжению U сети.

Далее, подавая отпирающие импульсы на тиристоры 8, 9 при угле d>

9)9

= 360 — e! „ и т.д,, получим диаграммы напряжений П и Г с пред151!738 о ставленных на фиг, ? по осям 19 и

20 соответственно.

Так как обмотки 16 дросселя 15 и

2 трансформатора 1 включены согласно-последовательно, а обмотки 17 дросселя 15 и 3 трансформатора 1 встречно-последовательно1 то, когда намагничивающие силы обмоток дрос-. селя 15, вызванные напряжением сети, складываются, намагничивающие силы первичных обмоток трансформатора 1 должны вычитаться или же, наоборот, когда указанные намагничивающие силы складываются в трансформаторе

1, должны вычитаться в дросселе

15. В связи с этим каждый раз,. когда напряжение, прикладываемое на левую (на последовательно включение обмотки 16 и 2) части схемы изменяется по направлению в результате переключения тиристоров мостовых преобразователей 5 и 6, указанное на— пряжение переходит от трансформатора 1 на дроссель 15 или обратно.

Например, рассмотрим состояние схемы фиг, 1 на отрезке времени, соответствующем участку 0 + с(, „, указанному на фиг.2, На данном отрезке времени начала обмоток 16 и 17 дросселя 15 подключены через открытые тиристоры 9 и 13 к одному и тому же входному выводу. Т.е. напряжение сети приложено к обеим обмоткам дросселя 15 в одинаковом направлении. Поэтому магнитные потоки этих обмоток, связанные с напрядением сети складываются, А начала .обмоток 2 и 3 трансформатора 1 на данном отрезке времени подключены через обмотку дросселя 15 и мостовые преобразователи 5 и 6 разным входным выводам, Поэтому на участке 0 — Ы7 „ напряжение на дросселе

15 равно напряжению сети, а напряжение на трансформаторе 1 равно нулю.

Нетрудно убедиться в том, что начиная с момента времени, соответствующего углу g,, когда про7,1о1 исходит переключение тиристоров преобразователя 5, условия сложения соответствующих магнитных потоков обмоток дросселя 15 и трансформатора 1 изменяются: указанные потоки в трансформаторе 1 складываются, а в дросселе 15 вычитаются.

ПОэтОмУ на участке <,1о „1 14 на— пряжение на дросселе 15 равно нулю, 5р как все остальные углы определяются

5

45 а трансформатор 1 работает так же, как и обычный трансформатор, первичная обмотка которого состоит из двух параллельных ветвей — обмоток

2 и 3. Следовательно, ЭДС (т.е. напряжение) вторичной обмотки и трансформатора 1 отличается от ЭДС первичной обмотки, равной и противоположной напряжению сети, на величину коэффициента трансформации, ñ т.е. 1t = — †. Кривая вольтодо а К, баночного напряжения построена согласно следующему равенству:

\ б

2К 7К, К, и имеет вид, показанный на фиг.2 по оси 22.

Преобразователи 5 и 6 практически используются в качестве обычных переключателей для переключения полярности напряжений, подводимых к правой и левой частям схемы фиг.1, но так как такое переключение осуществляется в течение каждого периода напряжения сети, и тиристоры не являются полностью управляемыми элементами, работа укаэанных переключателей подчинена определенным условиям: чтобы на выходе переключателей не возникала большая постоян- . ная составляющая напряжения, сумма моментов каждого переключения близка к 360 эл,град, а чтобы тиристоры не выключатлись самопроизвольно в моменты прохождения переменного тока через нуль, переключатели собраны по схеме мостового выпрямителя, благодаря чему в тиристорах схемы создается дополнительный постоянный ток, который складывается с переменным током нагрузки и исключает спадание тока в тиристорах до нуля на рабочем интервале. Из четырех углов управления c(7,О, d!! 9, 1 11,14

I и а,2 только один может быть выбран

I о произвольно в пределах 0-180, так условия c(7 1о + < 8 > = 360

1 11, 14 + 1$ 1g 360 1» 7,1î + 11, 14

180, Угол c(7,1q регулируется в зависимости от требуемого напряжения на выходе регулятора и каждому значению соответствует определенная диаграмма выходного напряжения, которая получается как сумма напряжений сети

151 1738 и вольтодобавочной обмотки и приведена на фиг. ? по оси 23.

При угле с,, « = О (и значениях других углов управления, определяемых углом d „) напряжение- I. „ oáмотки 4 трансформатора 1 состоит из полных полупериодов синусоиды, т.е, имеет форму синусоиды. С увеличением угла c(„ полупериоды напряжения Пц„ 1р ( сужаются и состоят из симметричных участков синусоиды. При угле e(, =

90 эл. град, напряжение Р 8„ О.

При дальнейшем увеличении угла

7, 1о полупериоды напряжения Р ь* вновь 15 расширяется, но с обратным знаком, и при a „ = 180 эл.град. становятся полной синусоидой.

В соответствии с этим с изменением угла c(« от 0 до 180 эл.град 20 напряжение Ut, на выходе РПН будет изменяться в пределах

1.1с 1 gp макс -U gух 1- с + вд юникс

25 где U максимальное значение

Ьд м<1кС напряжение U p, обмотки

4 трансформатора 1, Причем при номинальном, среднем и максимальном значениях холодного напряжения его коэффициент гармоник 30 равен нулю, н то нремя как в схемах прототипа и аналогов предлагаемого

РПН коэффициент гармоник выходного напряжения равен нулю только при его максимальном и минимальном значениях.

А при среднем значении вьгходного напряжения его коэффициент гармоник достигает максимума. Поэтому при одинаковых пределах регулирования выходного напряжения коэффициент гармоник выходного напряжения в предлагаемом РПН меньше, чем у известных в 2 раза, В реальном случае, когда Л к 0 из-за неравенства площадей положи- 45 тельных и отрицательных участков диаг рамм, представленных на фиг. 2 по осям 19 и 20, на выходах однофазных тирисгорных мостовых преобразователей

5 и 6 появляются постоянные составляющие напряжений, под действием которых поддерживаются необходимые постоянные составляющие токов и их выходных цепях.

Режим, при котором углы управления преобразователей 5 и 6 связаны между собой QcJIoBHeM с1„, + Ы„

180 эл„град. является одним из возможньж режимов работы регулятора, Одкако в общем случае соблюдение этого условия не обязательно. Работоспособность устройства не нарушается и тогда, когда преобразователи 5 и 8 управляются независимо друг от друга.

Они могут быть подключены даже к совершенно разным источникам питания с разными напряжениями и частотами.

В частности, один из указанных преобразователей вообще может быть закорочен. Во всех этих случаях напряжение Г д вторичной обмотки 4 трансформатора 1 будет определяться указанным равенством. Например, если будет закорочен преобразователь 6, т.е. U„ = О, то согласно указанному равенству будем иметь вд

U кривая напряжения т

Вд в ином масштабе будет повторять кривую напряжения 1), Технико-экономическая эффективность

РПН по сравнению с прототипом заключается в повышении надежности работы, снижении эксплуатационных расходов из-за отсутствия необходимости высококвалифипированного ухода (поскольку не требуется применение сложных средств для обеспечения нормальной работы), улучшении экономических характеристик потребителей ввиду лучшего качества выходного напряжения, Надежность коммутации тиристоров повышается из-за невозможности произвольного изменения тока и коммутационного напряжения в момент коммутации. Кроме того, н предлагаемом устройстве управляющие импульсы на тиристоры могут быть поданы в благоприятные с точки зрения коммутации моменты времени.

При использовании данного РПН зна-, чительно облегчается задача фильтрации высших гармонических составляющих выходного напряжения, поскольку выходное напряжение РПН содержит гармонические составляющие только нечетного порядка, которые не изменяются в зависимости от нагрузки. При включении трех РПН по трехфазной схеме для питания трехфазных потребителей из-за взаимного уничтожения в линейных напряжениях гармонических составляющих кратных трем выходное напряжение устройства значительно приближается к синусоиде, что дает возможность применять РПН без применения каких-либо дополнительных фильтрующих устройств.

9 15

Формула изобретения

Регулятор переменного напряжения, содержащий трансформатор с одной основной и двумя вольтодобавочными обмотками и однофазный тиристорный мостовой преобразователь, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы, улучщения формы кривой и гармонического состава, а также повышения стабильности величины выходного напряжения, в него введены двухобмоточный дроссель и дополнительный однофазный тиристорный мостовой преобразователь, причем первая вольтодобавочная обмотка трансформатора соединена согласно последовательно с одной из обмоток двухобмоточного дросселя и включена в цепь постоянного тока однофазного тиристорного мосто11738 10 вого преобразователя, а вторая вольтодобавочная обмотка трансформатора соединена встречно последовательно с другой обмоткой двухобмоточного дрос5 селя и включена в диагональ постоянного тока дополнительного однофазного тиристорного мостового преобразователя, основная обмотка трансформатора включена между входным и выходным выводами, а диагонали переменного тока однофазных тиристорных мостовых преобразователей подключены к входным выводам, кроме того, сумка углов управления пар тиристоров каждого однофазного тиристорного мостового преобразователя равна 360, а сумма углов управления соответствующих пар тиристоров разных однофазных мостовых преобразователей — 180