УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2071632 (13) C1

(51) 6 H02M5/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94005233/07 
(22) Дата подачи заявки: 1994.02.14 
(45) Опубликовано: 1997.01.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 731928, кл. G 05 F 1/22, 1976. 
(71) Заявитель(и): Климаш Владимир Степанович; Комсомольский-на-Амуре политехнический институт 
(72) Автор(ы): Климаш В.С. 
(73) Патентообладатель(и): Климаш Владимир Степанович; Комсомольский-на-Амуре политехнический институт 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения без искажения фазы первой гармонической составляющей. Наиболее целесообразной областью применения являются трансформаторные подстанции мощностью 1000 кВА и выше. Сущность изобретения: устройство содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор и тиристорный циклоконвертор в цепи первичной обмотки этого трансформатора. Трехфазный циклоконвертор в цепи первичной обмотки этого трансформатора. Трехфазный циклоконвертор выполнен с однофазным звеном повышенной частоты и представляет собой два последовательно соединенных преобразователя с синхронизированными с семью системами управления, один из которых трехфазно-однофазный мостовой циклоинвертор, а другой однофазно-трехфазный нулевой циклоинвертор. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования или стабилизации напряжения трехфазной электрической сети.

Известен стабилизатор трехфазного напряжения по а.с. СССР N 322836, кл. Н 02 М 5/02, 1970, содержащий в каждой фазе однофазный четырехобмоточный трансформатор, однофазный реверсивный выпрямитель с естественной коммутацией и однофазный инвертор напряжения или тока с соответственно емкостным или индуктивным фильтром на входе.

К недостаткам устройства, прежде всего, следует отнести большой вес, габариты и сложность как трансформаторного, так и полупроводникового оборудования, а также инерционность звена постоянного тока и снижение коэффициента мощности при увеличении угла управления выпрямителем с естественной коммутацией.

Известен также стабилизатор (регулятор) трехфазного напряжения заявка Японии N 63-36004, кл. G 05 F 1/30, 1988), содержащий в каждой фазе однофазный понижающий трансформатор и однофазный мост на ключах с двухсторонней проводимостью и естественной коммутацией, включенный между понижающим и вольтодобавочным трансформаторами.

Однако и это устройство имеет большой вес и габариты трансформаторного оборудования. Ему также свойственно снижение коэффициента мощности в процессе регулирования напряжения из-за естественной коммутации ключей.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор (регулятор) трехфазного напряжения с улучшенными энергетическими показателями по а.с. СССР N 589663, кл. G 05 F 1/30, 1984, который взят за прототип. Устройство содержит в каждой фазе однофазный вольтодобавочный трансформатор и мост на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, а также синхронизированную с сетью систему управления.

Недостатки прототипа сложность устройства из-за большого количества полностью управляемых ключей, а также большой вес и габариты вольтодобавочного агрегата из-за выполнения его на трех однофазных трансформаторах.

Цель изобретения улучшение массогабаритных показателей и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что другая ветвь каждого однофазного моста содержит ключи с естественно коммутацией и подключена к одному из концов соответствующей фазной первичной обмотки, все ветви трех однофазных мостов соединены параллельно, образуя два трехфазных моста, один из которых на полностью управляемых ключах, а другой на ключах с естественной коммутацией и в качестве трехфазного вольтодобавочного агрегата применен трехфазный трансформатор, другие концы первичной обмотки которого объединены, причем введены две синхронизированные с сетью системы управления, одна из которых от трехфазно-однофазного мостового циклоконвертора с искусственной коммутацией, подключенная своим выходом к трехфазному мосту на полностью управляемых ключа и своим управляющим входом к выходу элемента сравнения, а другая от однофазно-трехфазного нулевого циклоконвертора с естественной коммутацией, подключенная своим выходом к трехфазному мосту на ключах с естественной коммутацией.

На фиг;1 приведена принципиальная схема стабилизатора (регулятора) трехфазного напряжения; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие процесс преобразования и изменения напряжения.

Устройство (фиг. 1) содержит входные 1 и выходные 2 выводы, предназначенные для подключения соответственно к трехфазной сети и трехфазной нагрузке, трехфазный трансформатор 3, трехфазно-однофазный мостовой циклоконвертор 4 с искусственной коммутацией на полностью управляемых ключах 5-10 с синхронизированной с сетью системой управления 11, однофазно-трехфазный нулевой циклоконвертор 12 с естественной коммутацией, выполненной в виде трехфазного моста с двухсторонней проводимостью на ключах 13-18 с синхронизированной с сетью системой управления 19, датчик 20 напряжения нагрузки и элемент сравнения 21.

Элементы схемы соединены следующим образом. Два циклоконвертора 4 и 12 с системами управления 11 и 19 соединены последовательно и через них первичная обмотка трехфазного трансформатора 3 подключена к входным 1 или выходным 2 зажимам, а вторичная обмотка включена между входными 1 и выходными 2 зажимами устройства, датчик напряжения 20 нагрузки через элемент сравнения 21 подключен к управляющему входу системы управления 11, а синхронизирующие входы систем управления 11 и 19 подключены к входным зажимам 1, предназначеным для подключения к сети.

Процесс преобразования устройством (фиг.1) трехфазного напряжения сети с обобщенным вектором в трехфазное напряжение нагрузки с обобщенным вектором протекает в три этапа (фиг.2): на первом этапе посредством трехфазно-однофазного циклоконвертора 4 на полностью управляемых ключах 5-10 с системой управления 11 происходит преобразование трехфазного напряжения сети с частотой f1 в однофазное регулируемое промежуточное напряжение с утроенной частотой 3f1; на втором этапе посредством однофазно-трехфазного циклоконвертора 12 на ключах 13-18 с естественной коммутацией и с системой управления 19 происходит преобразование однофазного регулируемого напряжения в трехфазное напряжение с обобщенным вектором , которое имеет двухступенчатую форму, частоту первой гармоники, равную частоте сети f1 и регулируется по величине широтно-импульсным способом; на третьем этапе посредством трехфазного трансформатора 3 происходит уменьшение трехфазного напряжения в коэффициент трансформации кт раз и прибавление его к напряжению сети , формируя на нагрузке трехфазное регулируемое напряжение с обобщенным вектором



где f- фаза напряжения вольтодобавки, которая принимает два значения - 0 рад. (фиг.2,а-б) или рад (фиг.2,в-г), обеспечивающая соответственно противофазность и синфазность напряжения и напряжения добавки по отношению к напряжению .

Устройство работает следующим образом. Полностью управляемые ключи 5-10 моста циклоконвертора 4 (фиг.1) переключаются по алгоритму приведенному на нижних диаграммах фиг. 2, а-г. В соответствии с диаграммой в любой момент времени в работе находятся два ключа, один из нечетной группы с ключами 5, 7, 9, а другой из четной группы с ключами 6, 8, 10. Каждый ключ находится в замкнутом состоянии 60 эл.град. причем в паре с ключом из другой группы он работает 30 эл.град. При замыкании двух ключей, относящихся к одной из ветвей моста, выходные зажимы преобразователя 4 закорачиваются и в последствии через ключи 13-18 преобразователя 12 шунтируют первичную обмотку трансформатора 3, устраняя дроссельный режим его работы при мгновенных значениях uп 0 и uf 0. При замыкании ключей из разных ветвей моста преобразователя 4 на выходе этого преобразователя циклически формируются то положительные, то отрицательные импульсы из линейных напряжений сети. Регулирование длительности этих импульсов от 60 до 0 эл.град. следующих с утроенной частотой сети, осуществляется одновременным взаимным и встречным смещением интервалов проводимости пар ключей 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10 мостового циклоконвертора 4 на 30 эл. град. При дальнейшем смещении интервалов проводимости также на 30 эл. град. импульсное переменное напряжение uп инвертируется и на интервалах полупериодов этого напряжения длительность его прямоугольных импульсов регулируется от 0 до 60 эл.град.

Возможна подача на управляющий вход системы управления 11 как однополярного, так и двухполярного напряжения управления.

При двухполярном напряжении управления, снимаемом непосредственно с выхода элемента сравнения 21 (вычитателя), регулирование напряжения uп производится с инверсией в области uп 0 как показано на фиг.2, б-в, а при однополярном (выпрямленном) напряжении управления регулирование действующего значения промежуточного высокочастотного напряжения uп производится в том же диапазоне, но без инверсии полуволн его первой гармоники. В том и другом случаях, не зависимо от полярности полувон напряжения uп преобразователя 4, стабилизатор (регулятор) обеспечивает режимы вольтоприбавления и вольтовычитания. Эти режимы задаются реверсивным алгоритмом управления (фиг.2) однофазно-трехфазным циклоконвертором 12 на ключах с естественной коммутацией 13-18 (фиг.1).

Ключи преобразователя 12 обладают двухсторонней проводимостью и каждый ключ выполнен, например, на двух встречно параллельно включенных тиристорах, образуя в каждой ветви моста циклоконвертора 12 две пары тиристоров, одна из которых подключена катодами, а другая анодами к фазным первичным обмоткам трансформатора 3. Каждая пара тиристоров в составе ключей 13-18 (см.фиг.2) на протяжении периода напряжения сети работает 180 эл.град. причем при формировании вольтодобавки на интервале 180-т в выпрямительном режиме, а на оставшемся интервале т в инверторном режиме, направляя активную энергию из сети 1 через преобразователи 4, 12 и трансформатор 3 в нагрузку 2, а при формировании вольтовычета наоборот, на интервале 180-т в инверторном режиме, а на интервале т в выпрямительном, направляя активную энергию через преобразователи 4 и 12 из нагрузки 2 в сеть 1 (т фаза тока первичной обмотки трансформатора 3). При таком 180-градусном алгоритме управления, когда в любой момент времени в работе находятся три ключа преобразователя 12, на первичных фазных обмотках трансформатора 3 формируются двухступенчатые напряжения uf (фиг.2, а и фиг.2, г) со средней высотой ступени, равной 1/3 от среднего значения выпрямленного напряжения uп на каждом 60-градусном интервале, равном длительности соответственно каждой ступени.

Средняя высота каждой ступени в кривой мгновенного значения напряжения uf и действующее значение первой гармоники напряжения вольтодобавки регулируются широтно-импульсным способом, вследствие изменения uп (фиг.2, б и 2, в), сформированных из линейных напряжения сети.

Представленные на фиг. 2 алгоритмы управления преобразователями 4 и 12 реализованы синхронизированными с сетью системами управления 11 и 19, которые взяты соответственно от трехфазно-однофазного циклоконвертора с естественной коммутацией.

Предлагаемое устройство позволяет с улучшенным быстродействием регулировать (стабилизировать) напряжение на нагрузке без сдвига первой гармоники. Оно проще, легче и дешевле известного устройства, поскольку в силовой части применено в 2 раза меньше полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью и взамен трех однофазным вольтодобавочным трансформаторам применен один трехфазный.

Устройство имеет хорошую готовность к серийному производству, т.к. ее электрическая часть, включая и силовую схему и систему управления, содержит собственно два известных преобразователя, серийный выпуск которых, известных как реверсивные выпрямители, уже освоен, а перевод реверсивных выпрямителем в режим циклоконверторов весьма прост, в то время как для устройства-прототипа требуются все этапы проектирования, включая как проведение НИРОКР, так и подготовку производства. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее трехфазный трансформатор с вторичными фазными обмотками, включенными между выводами для подключения сети и выводами для подключения нагрузки, первый трехфазный мост, выполненный на двунаправленных ключах с естественной коммутацией, второй трехфазный мост и узел управления, при этом фазные выводы первого трехфазного моста соединены с первыми крайними выводами соответствующих первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора, вторые крайние выводы которых соединены в общую точку, объединенные выводы ветвей первого моста соединены с соответствующими объединенными выводами ветвей второго трехфазного моста, фазные выводы второго моста соединены с соответствующими фазными выводами для подключения сети или нагрузки, отличающееся тем, что второй трехфазный мост выполнен на двунаправленных полностью управляемых ключах и предназначен для формирования импульсов переменного напряжения с частотой, равной утроенной частоте сети и регулируемой длительностью, кроме того, узел управления содержит датчик напряжения нагрузки, подключенный выходом к одному из входов элемента сравнения, к другому входу которого подключен источник сигнала задания, выход которого подключен к входу управления длительностью импульсов формирователя управляющих импульсов для ключей второго трехфазного моста, входы синхронизации которого связаны с выводами для подключения сети, и формирователь управляющих импульсов для ключей первого трехфазного моста, связанный с входами синхронизации с выводами для подключения сети.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru