Устройство для регулирования трехфазного напряжения на силовых интеллектуальных модулях

 

Предложен регулятор трехфазного напряжения с высокочастотной широтно-импульсной модуляцией напряжения вольтодобавки. Сущность изобретения: регулятор содержит трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого через трехфазный реверсивный тиристорный коммутатор подключена к сети, а вторичная включена в цепь нагрузки. Коммутатор выполнен на четырех трехфазных интеллектуальных модулях и одном запираемом тиристоре. Два из указанных модулей включены по схеме трехфазных ключей на симметричных тиристорах, а два другие - по схеме тиристорных выпрямительных мостов, шунтированных запираемым тиристором. Модули включаются прерыванием тока в первичной обмотке трехфазного трансформатора посредством запираемого тиристора. Устройство, выполненное с минимальным количеством запираемых тиристоров, обеспечивает плавное регулирование напряжения на нагрузке вверх и вниз относительно напряжения сети в заданном диапазоне. Его отличают улучшенные массогабаритные показатели, простота конструкции и алгоритма управления, а также высокие энергетические показатели и быстродействие. 2 ил.

Изобретение относится к энергетической электронике и предназначается для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения.

Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения [1], которое содержит в каждой фазе двухобмоточный трансформатор, дополнительный автотрансформатор и полупроводниковый коммутатор, состоящий из пяти полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью.

К недостаткам устройства следует отнести повышенную сложность и низкие массогабаритные показатели как трансформаторной части, выполненной на шести однофазных трансформаторах, так и полупроводниковой, выполненной на пятнадцати ключах переменного тока.

Известно также устройство для регулирования трехфазного напряжения [2], содержащее в каждой фазе вольтодобавочный трансформатор, дополнительный понижающий трансформатор и мостовой коммутатор, выполненный на четырех полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, каждый из которых представляет собой, например, два встречно-параллельных запираемых тиристора или транзисторных ключа.

Однако и это устройство имеет повышенную сложность и низкие массогабаритные показатели вследствие применения в нем трех однофазных вольтодобавочных трансформаторов, трех однофазных дополнительных трансформаторов и двенадцати полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью.

Наиболее близким, по физической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования трехфазного напряжения [3], которое содержит несколько трехфазных выпрямительных мостов, выход каждого из которых зашунтирован полностью управляемым ключом с односторонней проводимостью (прерывателем постоянного тока) и трехфазный вольтодобавочный многообмоточный трансформатор, вторичная обмотка которого включена между сетью и нагрузкой, одна из первичных обмоток включена между входами двух трехфазных выпрямительных мостов, а остальные первичные обмотки включены между входами дополнительных трехфазных выпрямительных мостов и выводами вторичных обмоток дополнительного трехфазного трансформатора.

К недостаткам прототипа также следует отнести повышенную сложность и низкие массогабаритные показатели как трансформаторного, так и полупроводникового оборудования.

Задачей изобретения является улучшение массогабаритных показателей и упрощение устройства.

В результате решения поставленной задачи достигается следующее: количество полностью управляемых ключей, например, запираемых тиристоров снижено до минимума (до одного), что позволило упростить как силовую часть, так и систему управления устройства; в результате выполнения коммутатора в основном на тиристорах с естественной коммутацией, половина из которых симметричные, появилась возможность объединить охладители тиристоров и за счет этого упростить конструкцию коммутатора с одновременным уменьшением его веса и габаритных размеров; выполнение коммутатора в виде реверсивного моста на четырех трехфазных полупроводниковых ключах позволило применить в устройстве облегченный и упрощенный трансформатор.

Наилучшие результаты от использования данного изобретения следует ожидать при выполнении как симметричных тиристоров, так и выпрямительных мостов в модульном исполнении. Силовые интеллектуальные модули гальванически развязаны друг от друга и от охладителя. Это позволяет устанавливать модули на одном радиаторе, в качестве которого может быть использован корпус преобразователя, что также можно отнести к упрощению конструкции устройства и улучшению его массогабаритных показателей. Дополнительная полезность от использования изобретения, собственно возможность выполнения устройства на силовых интеллектуальных модулях, появилась в результате введения в устройство дополнительных элементов и новых связей.

Техническое решение поставленной задачи достигается за счет выполнения двух выпрямительных мостов на тиристорах и шунтирования этих мостов одним прерывателем постоянного тока, а также за счет введения шести симметричных тиристоров, каждый из которых включен между соответствующим фазным входом соответствующего выпрямительного моста и соответствующим им фазным выводом, предназначенным для подключения к сети или нагрузке и введения формирователя управляющих импульсов с частотой, большей, чем частота сети.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы для двух режимов работы.

Устройство (фиг. 1) содержит четыре силовых интеллектуальных модуля 1 - 4, каждый из которых включает по шесть тиристоров с естественной коммутацией. Оно также содержит трехфазный трансформатор 5, тиристорный или транзисторный прерыватель 6 постоянного тока, высокочастотную систему управления 7, входные 8 и выходные 9 зажимы, предназначенные для подключения соответственно к сети и нагрузке.

Элементы устройства соединены следующим образом.

Каждый из модулей 1 и 2 соединен по схеме трехфазного ключа на симметричных тиристорах, образуя шесть вновь введенных симметричных тиристоров, а каждый из двух других модулей 3 и 4 - по схеме трехфазного выпрямительного моста. Входные зажимы модулей 1 и 4 пофазно объединены и подключены к концам соответствующих фазных первичных обмоток трансформатора 5, входные зажимы модулей 2 и 3 пофазно объединены и подключены к началам соответствующих фазных первичных обмоток трансформатора 5, выходные зажимы модулей 1 и 2 пофазно объединены и подключены к соответствующим фазам входных 8 или выходных 9 выводов устройства, между которыми включены соответствующие фазные вторичные обмотки трансформатора 5, а выходные зажимы трехфазных выпрямительных мостов, выполненных в виде модулей 3 и 4, объединены и зашунтированы прерывателем 6 постоянного тока, выполненным на запираемом тиристоре или транзисторном ключе. При использовании устройства в качестве регулятора полупроводниковый коммутатор целесообразно подключить к входным выводам 8, а в качестве стабилизатора - к выходным выводам 9. На фиг. 1 эти соединения показаны соответственно сплошными и пунктирными линиями.

Устройство (фиг. 1) в соответствии с предложенным алгоритмом управления (фиг. 2) работает следующим образом.

При включении трехфазных тиристорных ключей с естественной коммутацией (модулей) 2 и 4, 1 и 3, 3 и 4 совместно с прерывателем 6 постоянного тока устройство соответственно работает в режимах вольтодобавки, вольтовычета и в режиме закорачивания первичной обмотки трансформатора 5. Перевод устройства из одного режима в другой производиться переключением соответствующих пар модулей с участием прерывателя 6, при помощи которого прерывается ток в первичной обмотке трансформатора 5 на время необходимое для восстановления запирающих свойств тиристоров предыдущей пары модулей с учетом времени включения тиристоров последующей пары модулей.

При шунтировании первичной обмотки трансформатора 5 тиристорными выпрямительными мостами (модулями) 3, 4 и прерывателем 6 напряжение U2 на выходных выводах 9 устройства равно напряжению U1 на входных выводах 8. Регулирование выходного напряжения U2 вверх (фиг.2,а) или вниз (фиг.2,6) производиться чередованием режима закорачивания первичной обмотки трансформатора 5 соответственно с режимом вольтодобавки или режимом вольтовычета с частотой коммутации fk, не меньшей, чем удвоенная частота сети, и изменением длительности шунтирования первичной обмотки трансформатора 5 внутри периода коммутации в соответствии с выражением где U1, U2 - действующие значения напряжений сети и нагрузки; kт - коэффициент трансформации, знаки "+" и "-" перед которым соответственно относятся к режимам вольтодобавки и вольтовычета; tк - продолжительность шунтирования первичной обмотки трансформатора внутри периода коммутации Tк.

Из выражения (1) следует, что при изменении tк от 0 до Tк выходное напряжение U2 регулируется от U1 до (1+kт)U14 вверх или до (1-kт)U1 вниз в зависимости от того, какая из пар перекрестных модулей 2 с 4 или 1 с 3 соответственно переключается с парой модулей 3 и 4 смежных плеч мостового коммутатора.

Алгоритм переключения тиристоров трехфазных ключей мостового коммутатора в модульном исполнении может быть реализован в результате сравнения напряжения управления Uу с двумя одинаковыми по амплитуде треугольными опорными напряжениями Uоп1 и Uоп2 (см. фиг.2,а-б), одно из которых сдвинуто вверх, а другое - вниз на величину, превышающую амплитудное значение этих опорных напряжений относительно нуля, создавая зону нечувствительности устройства на сигнал управления. На фиг. 2 зона нечувствительности заштрихована. Ее ширина незначительна и не превышает величины, при которой отклонение выходного напряжения выходит за пределы заданной точности регулирования. При малых значениях Uу, лежащих в зоне нечувствительности (в области нуля), устройство работает в промежуточном режиме, в котором включены только тиристорные выпрямительные мосты (модули) 3, 4 и прерыватель 6 постоянного тока (запираемый тиристор). При плавном увеличении Uу в положительную сторону (фиг.2, а) устройство переходит в режим вольтодобавки, а в отрицательную (фиг.2, б) - в режим вольтовычета.

Предлагаемое устройство как более совершенное, выполненное с минимальным количеством запираемых тиристоров и имеющее возможность исполнения на силовых интеллектуальных модулях, может заменить известные регуляторы трехфазного напряжения. Наиболее целесообразной областью применения являются промэнергоблоки мощностью 100-1000 кВА.

Источники информации 1. Патент США N 3732485, кл. G 05 F 1/24, 1973.

2. Заявка Японии N 63-36004, кл. G 05 F 1/24, 1968.

3. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей переменного напряжения / Липковский К. А. - Киев: Наук. думка, 1983, 216с. (см. с.163, рис. 71) - прототип.


Формула изобретения

Устройство для регулирования трехфазного напряжения на силовых интеллектуальных модулях, содержащее трехфазный трансформатор с вторичными фазными обмотками, включенными между соответствующими фазами сети и нагрузки и с первичными фазными обмотками, включенными между соответствующими фазными входами двух трехфазных выпрямительных мостов, один из которых шунтирован прерывателем постоянного тока, отличающееся тем, что в него введены шесть симметричных тиристоров, каждый из которых включен между соответствующим фазным входом соответствующего выпрямительного моста и соответствующим ему фазным выводом, предназначенным для подключения к сети или нагрузке, и формирователь управляющих импульсов с частотой, большей частоты сети, оба трехфазных выпрямительных моста выполнены на тиристорах и соединены между собой выходными однополярными зажимами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тиристорных регуляторах, работающих на активную или реактивную нагрузку

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям переменного напряжения в переменное

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для управления электроприборами, имеющими электрическую спираль накала, в том числе электрическом лампочкой, или содержащими электродвигатель, в том числе вентиляторами

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания электродуговых, индукционных и сварочных установок, и может быть использовано в преобразовательной технике в качестве регуляторов напряжения или тока, вольтодобавочных трансформаторов и стабилизаторов напряжения и тока

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах, выпрямителях и инверторах, содержащих несколько групп полупроводниковых ключей, подключенных к различным отпайкам трансформатора

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания электротехнической аппаратуры, систем связи, автоматики и телемеханики

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения

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

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры

Изобретение относится к энергетической электронике и может быть использовано для стабилизации напряжения на высокой стороне понижающей трансформаторной подстанции

Устройство для регулирования трехфазного напряжения на силовых интеллектуальных модулях, силовой трансформатор в качестве выходного, модуль тиристорный, тиристорный модуль, регулятор мощности на тиристоре, регулятор на тиристоре, регулировка напряжения тиристором, напряжение на первичной обмотке трансформатора, регулятор напряжения на тиристоре, охладители для тиристоров, выпрямительный мост на тиристорах, регулятор напряжения на тиристоре схема

Наверх