УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА СИЛОВЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МОДУЛЯХ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА СИЛОВЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МОДУЛЯХ


RU (11) 2109395 (13) C1

(51) 6 H02M5/257, G05F1/30 

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

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

(21) Заявка: 95115801/09 
(22) Дата подачи заявки: 1995.09.11 
(45) Опубликовано: 1998.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: JP, заявка, 63-36004, кл. G 05 F 1/24, 1968. Линковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей переменного напряжения. - Киев: Наукова думка, 1983, с.163, рис.71. 
(71) Заявитель(и): Климаш Владимир Степанович; Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Климаш В.С. 
(73) Патентообладатель(и): Климаш Владимир Степанович; Комсомольский-на-Амуре государственный технический ун 

(54) 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. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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.




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