Устройство для регулирования переменного напряжения

Авторы патента:

САВИН АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ

G05F1/16 - комбинированных с электронными, газоразрядными и(или) полупроводниковыми приборами

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистических

Республик

<1в989539 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 20.07 ° 81! (21) 3318549/24-07 (51) М. Ку .з с присоединением заявки Мо

G 05 F 1/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) ПриоритетвЂ”

Опубликовано 150133. Бюллетень М 2

Дата опубликования описания 1Ы183 (33) УДК 621. 316..722(088.8} вЂ” » » (72) Автор изобретения

A.Ã.ÑàâèH

Калининский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (5 4 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ PEIVJIHPOBAHHH ПЕРЕМЕН НОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, .в частности к преобразовательной технике, и предназначено для регулирования или стабилизации напряжения на нагрузке при необходимости получения напряжения с малой степеньк искажения.

Известно устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее два силовых трансформатора, вторичные обмотки которых подключены к трехфазным вентильиым мэстам, а первичные соединены последовательно (1).

Недостатком этого устройства является обязательное наличие трансформаторов, суммарная мощность равна мощности нагрузки. Поэтому в случаях, когда максимальное напряжение на наг .рузке равно напряжению сети, мощность трансформаторов является йзлишней.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее трайсформаторы, первые обмотки которых включены:пофазно между выходныьш выводами и входами соответствующих вентильных мостов, выводы постоянного тока которых замкнуты накоротко или на накопитель энергий, а их вторые обмотки соединены между собой (23

Недостатком данного устройства является все еще значительная мащность трансформаторои и необходимость применения выходных фильтров для подавления одиннадцатой и тринадцатой гармоник напряжения, что увеличивает габариты и стоимость устройства.

Цель изобретения - уменъыение габаритов и снижение стоимости устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования переменного напряжения, содержащем трансформаторы первые обмотки которых включены пофазно между выходными выводами и входами соответствующих вентильных мостов, выводы постоянного тока которых замкнуты како20,ротко -или на накопитель энергии, вторые обмотки каждой фазы трансформаторов выполнены в виде двух секций, каждая из которых соединена в зигзаг пофазно и включена между соответству24 ющими выходными выводами устройства и входами других вентильных мостов.

При этом числа витков первой и второй секций второй обмотки удовлетворяют условию

30 К1к,р.14 ° з i и (60- вЂ”. k);

2 . 60 . 989539

W W s I A вЂ” 1<

2, 60

2к 73 и где W<1, вЂ” число витков первой секции второй обмотки Ф-го трансформатора; 5

W>< вЂ” число витков второй секции второй обмотки % -ro трансформатора; вЂ” номер трансформатора, Ф =

3, ..., й-1, и вЂ” число трехфазных вентильных мостов;

W вЂ” число витков первых обмоток трансформатора. уменьшение трансформаторной мощнос 5 ти при указанном выполнении вторых обмоток трансформаторов обеспечивается тем, что число трансформаторов становится на единицу меньше числа вентильных мостов и обе обмотки трансформаторов включены непосредственно в цепи переменного тока мостов, а улучшение гармонического состава напряжения достигается за счет увеличения числа мостов, На фиг.1 приведена однолинейная схема устройства.с индуктивным накопителем; на фиг.2 вЂ” схема двухмостового устройства с емкостным накопителем; на фиг.3 и 4 вЂ” временные диаграммы напряжения и векторные диаграм З0 мы, поясняющие принцип работы двухмостового варианта устройства, соответственно; на фиг.5.- временные диагграммы трехмостового варианта устройства. 35

Устройство (фиг.1) содержит и трехфазных вентильных мостов В„-Вй. Если трехфазные вентильные мосты выполнены из управляемых вентилей с односто-4() ронней проводимостью, то их выводы постоянного тока замыкаются либо накоротко, либо на обмотки и обмоточного накопительного дросселя L. При выполнении трехфазных вентильных мостов45 из вентилей с двухсторонней проводимостью (фиг.2) они замыкаются на накопительные конденсаторы С. Между выходными выводами устройства и вывода.ми переменного тока первого трехфазного вентильного моста В 1 включены соединенные друг с другом последовательно обмотки трансформаторов Т-1-ТМ .1.

Вторые обмотки этих трансформаторов включены между выходными выводами А, В и С устройСтва и выводами переменного тока остальных трехфазных вентильных мостов В -ВМ. Вентили мостов переключаются со сдвигом по фазе на угол -Я0 и на этот же угол сдвинуМ ты векторы токов соседних мостов. 60

Для получения необходимого сдвига токов вторая обмотка каждого трансформатора состоит иэ двух секций, соединенных друг с другом в зигзаг с числами витков W и W (фиг.2). Числа 65 витков секций выбираются в соответствии с уравнениями

14.1.й *дЧ,зь i n (ЬО- вЂ” k);

2 60

2 . 60

Wyg 7314Ý s i n где Wg вЂ” число витков второй обмотки, номер трансформатора, Ф =

1, 2, ..., й-1.

Рассмотрим сначала работу двухмостового устройства с емкостным накопителем (фиг.2) . В этом устройстве вентили мостов В и В переключаются со сдвигом по фазе на 300 и- на столько же сдвинуты токи. Для получения указанного сдвига вторая обмотка, соединенная в зигзаг, имеет числа витков

1=142=0, 57714З

Пусть на конденсаторах С имеется какое-то постоянное напряжение Ед.

Тогда при переключении вентилей мостов В и В на их выводах формируются прямоугольно -ступенчатые напряжения, форма которых показана на фиг.З а, б (фазные напряжения). Эти напря-, жения сдвинуты друг относительно друга на 30 . При их сложении с напряжениями на обмотках трансформатора (фиг.Зг) на входных выводах устройства образуется прямоугольно-ступенчатое напряжение U (фиг.3в) .

Мгновенные значения его на отдельных интервалах определяются уравнением

ОЕ-()=3 Е Зь in 30 (ц-1) 2, а где q вЂ” номер интервала.

Действующее значение основной гармоники его равно

UL(= -Е sin 15 =0,466Е, °

415 . о

D ) я

Высшие гармоники имеют порядок и 125+21; 5=1, 2, 3

Величина высших гармоник равна

M(n) =п "ЕЦ)

Поскольку устройство включено последовательно в цепь нагрузки, напряжение на ней равно геометрической разности напряжения сети U и выходного напряжения 0 -(„)(1). Для активной нагрузки векторная диаграмма показана на фиг.4а. Из нее следует, что, изменяя момент отпирания вентилей относительно напряжения сети (угол Е), можно регулировать напряжение на нагрузке от уровня сети до О. Минимальное напряжение на нагрузке имеет место, когда

12 ()= "с

Отсюда может быть определена мощность трансформатора. Поскольку на989539 пряжение на его обмотках несинусоидально, мощность определяется из ус ровня, что индукция в магнитопроводе имеет ту же амплитуду, что и при синусоидальном напряжении. Тогда

5тр "эке j< об ° гДе UsKB =1, 1 1Ucp, U вЂ” среднее за полупериод напряжение на обмотке 1О

k 6 вЂ” обмоточный коэффициент,учитывающий соединение обмоток в зигзаг.

На фиг.Зг находим!

0 =1,11 -(0,244+0,333+0,089)=

=0,123Е =0,265U . Токи мостов находим из соотношения (фиг. 4б) 60 .1 =32 =23H s in вЂ” =0,5183 .

1 2М

Тогда 5 р =1,08 ° 0,2650с,. 0,5183н =

=0,1485„, где 5„ вЂ” мощность нагрузки на фазу.

Таким образом, в двухмостовом варианте устройства мощность трансформатора в два раза меньше чем в прототипе при том же качестве выходного напряжения и одинаковой установленной мощности вентилей. Для дальнейшего уменьшения высших гармоник в выходном напряжении может быть применено трех- иди многомостовое устройство.

На фиг.5 показаны временные диаграммы напряжений трехмостового устрой- 35 ства с емкостным накопителем. В напряжении на его выводах (фиг.5г) содержатся гармоники порядка n=18521, 5* 1,2,3...

Исходя из диаграммы напряжения íà 4п трансформаторе находим эквивалентное напряжение

0з =1, 11- (О, 293+ О, 177 +О, 449+0,217+ зKB

+0,156+0,04) О 351Uc 45

Иэ векторной диаграммы токов (фиг. 4в) находим

32 3з=23н- s in 10 =0,347.

Суммарная мощность трансформаторов 50 равна

=2.1,07.0,3473„ 0,3510с О 265н тР

Рассмотрим работу и мостового устройства с накопительным дросселем 55 (фиг.1).

Предположим, что параметры дросселя выбраны так, что потокосцеплеwe дросселя и его ИДС постоянны, т.е. &О

М вЂ” W 3эW сел 5

1 где W вЂ” число витков обмоток дросселя;

i.- вЂ” выпрямленные токи мостов. &5 j

Тогда в любой межкоммутационный интервал все токи имеют неизменные значения, в момент коммутации происходит перераспределение токов. В результате токи трехфазных вентильных мостов имеют прямоугольно-ступенчатую форму, определяемую уравнением вЂ” У ((1

60 . 60 где q вЂ” - номер интервала.

Ток нагрузки также будет иметь прямоугольно-ступенчатую форму

=3 s ln N (q 1) где 3н,„ вЂ” амплитуда тока нагрузки.

3 соs 60у

В токе нагрузки содержатся высшие гармоники порядка п 6 и 5+ 1, 5=1,2, 3...

Действующее значение тока основной гармоники

Действующее значение тока высших гармоник

3(л Гn3()

При активной нагрузке форма напряжения повторяет форму тока.

Следовательно, путем увеличения числа мостов можно уменьшить степень искажения напряжения до любого уровня.

При этом не происходит увеличение расчетной мощности вентилей, так как. ток нагрузки распределяется между мостами равномерно, и каждый трехфазный вентильный мост рассчитывается на часть тока нагрузки, обратно про-. порциональную числу мостов.

Таким образом, в устройстве достигается уменьшение мощности трансформаторов по сравнению с прототипом и улучшение форьы выходного напряжения без применения фильтров или увеличения установленной мощности оборудования, что позволяет уменьшить габариты и стоимость устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее трансформаторы, первые обмотки которых включены пофазно между выходными выводами и входами соответствующих вентильных мостов, выходы постоянного тока которых замкнуты накоротко или на накопитель энергии, а их вто989539 рые обмотки соединены между собой, отли чающее ся тем, что, с целью уменьшения габаритов и сниже ния стоимости, вторые обмотки каждой фазы трансформаторов выполнены в ви1 5 де двух секций, каждая иэ которых соединена в зигзаг пофазно и включена между соответствующими выходными выводами устройства и входами других вентильных мостов.

2. Устройство по п.1, о т л ивЂ” чающее с я тем, чточиславитков первой и второй секций второй обмотки трансформатора удовлетворяют условию

W>+- -W s in (60- и

2 . 60

-рй s in вЂ” k, 2 . 60

2х N где Ч ® - число витков первой секции второй обмотки трансформатора;

W>+ - число витков второй секции второй обмотки k --ro трансформатора; к вЂ” номер трансформатора, к =

=1,2,..., М -1, % - число витков первых обмоток трансформаторов;

М вЂ” чи сло трехфа з ных ве нтильных мостов °

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2996356/07, кл. С 05 F 1/24, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3233829/07, кл.. G 05 F 1/16, 1981.

989539