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![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/4/45315.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/4/45316.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2