Трехфазный стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции с однофазным звеном повышенной частоты
Предложено устройство для стабилизации и симметрирования напряжения на низкой стороне трансформаторной подстанции со звеном повышенной частоты, которое обладает улучшенным массогабаритными показателями и быстродействием. Стабилизатор содержит два трехфазных моста, между которыми включен однофазный высокочастотный понижающий трансформатор. Первый мост (модулятор) представляет собой трехфазно-однофазный непосредственный преобразователь повышения частоты с искусственной коммутацией и широтно-импульсным регулированием напряжения. Второй мост (демодулятор) представляет собой однофазно-трехфазный непосредственный преобразователь понижения частоты с естественной коммутацией и дополнительным фазовым регулированием (симметрированием) трехфазного напряжения нагрузки. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к энергетической электронике и предназначено для стабилизации напряжения на низкой стороне трансформаторной подстанции с возможностью симметрирования трехфазного напряжения.
Известен трехфазный стабилизатор напряжения со звеном повышенной частоты [1] , который содержит в каждой фазе высокочастотный понижающий однофазный трансформатор, первый однофазный мост (модулятор), через который первичная обмотка высокочастотного трансформатора подключена к напряжению соответствующей фазы сети или нагрузки и второй однофазный мост (демодулятор), через который вторичная обмотка высокочастотного трансформатора включена в цепь той же фазы нагрузки. При этом во всех фазах устройства мосты-модуляторы и мосты-демодуляторы выполнены на двунаправленных полностью управляемых ключах. Устройство обеспечивает быстродействующую стабилизацию переменного напряжения и при наличии нулевого провода симметрирование трехфазного напряжения. Однако оно имеет большой вес и габариты как трансформаторного, так и полупроводникового оборудования на единицу мощности и ограниченную по мощности область применения, вследствие применения в цепи нагрузки полностью управляющих ключей. Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный стабилизатор напряжения трансформаторной подстанции [2], который взят за прототип. Он включается на низкой стороне главного трехфазного трансформатора подстанции и содержит трехфазный понижающий трансформатор, первый трехфазный мост, фазные выводы которого соединены с соответствующими фазными выводами вторичной обмотки главного трансформатора, предназначенными для подключения нагрузки к подстанции, второй трехфазный мост, выполненный на двунаправленных ключах с естественной коммутацией и своими фазными выводами подключенный к первичной обмотке понижающего трансформатора, включенного своей вторичной обмоткой в цепь нагрузки, а также синхронизированный с сетью узел управления первым и вторым трехфазными мостами, объединенные выводы ветвей которых образуют промежуточное звено постоянного тока. Устройство-прототип имеет меньшее число ключей, которые включены в цепь первичной обмотки понижающего трансформатора и переключаются за счет естественных свойств схемы, однако ему свойственны и недостатки, среди которых прежде всего следует отметить большой вес и габариты трехфазного понижающего трансформатора, работающего на частоте, равной частоте сети, а также низкое быстродействие, из-за большой инерционности звена постоянного тока. Задачей изобретения является улучшение массогабаритных показателей и быстродействия. Решение поставленной задачи достигнуто за счет того, что первый трехфазный мост выполнен на двунаправленных полностью управляемых ключах и предназначен для формирования регулируемых по длительности импульсов переменного напряжения с частотой, повышенной кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а понижающий трансформатор выполнен однофазным и подключен своими первичной и вторичной обмотками к объединенным выводам ветвей соответственно первого и второго трехфазных мостов, при этом вторичная обмотка понижающего трансформатора выполнена со средней точкой, предназначенной для подключения к нулевому проводу нагрузки и, кроме того, узел управления содержит датчик среднего отклонения трехфазного напряжения нагрузки от заданного уровня, выход которого подключен к управляющим входам формирователей управляющих импульсов для ключей первого и второго трехфазных мостов, синхронизирующего входа которых через формирователь синхроимпульсов связаны с выводами для подключения фазных вторичных обмоток главного трансформатора подстанции. Задачей изобретения является также расширение функциональных возможностей собственно стабилизатора, а именно обеспечение симметрирования трехфазного напряжения. Следует отметить, что реализовать симметрирование в структуре прототипа не представляется возможным. Эта дополнительная возможность предлагаемого устройства достигается тем, что первичная обмотка понижающего трансформатора подключена через фильтр к объединенным выводам ветвей первого моста и в узел управления введены три датчика отклонений фазных напряжений нагрузки от того же заданного уровня, выходя которых подключены к соответствующим фазным входам управления формирователя управляющих импульсов для регулирования углов задержки включения соответствующих фазных ключей второго трехфазного моста. Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами, где на фиг. 1 приведена схема устройства с общей стабилизацией трехфазного напряжения, а на фиг. 2 модификация этого устройства с добавлением пофазной коррекции в процессе общей стабилизации для симметрирования трехфазного напряжения. Устройство (фиг. 1) содержит следующие элементы. Трехфазную сеть и нагрузку 1 и 2, главный трехфазный трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 5, однофазный высокочастотный понижающий трансформатор 6 с первичной обмоткой 7 и вторичной обмоткой 8, выполненной со средней точкой, первый трехфазный мост 9, выполненный на двунаправленных полностью управляемых ключах 10-15, второй трехфазный мост 16, выполненный на двунаправленных ключах 17-22 с естественной комутацией, а также узел управления 23, в состав которого входят формирователи 24 и 25 управляющих импульсов для ключей соответственно первого и второго мостов, блок синхронизации 26, датчик 27 среднего отклонения трехфазного напряжения нагрузки. Кроме этих элементов в устройство (фиг. 2) введены датчики 28-30 отклонений фазных напряжений нагрузки и фильтр 31. Элемент устройства (фиг. 1) соединены следующим образом. Первичная обмотка 4 главного трансформатора 3 подключена к сети 1, его вторичная обмотка 5 включена между обмоткой 2 и фазными выводами второго трехфазного трансформатора 16, объединенные выводы ветвей которого подключены к вторичной обмотке 8 однофазного понижающего трансформатора 6. Первичная обмотка 7 однофазного понижающего трансформатора 6 подключена к объединенным выводам ветвей первого трехфазного моста 9, фазные выводы которого подключены к соответствующим фазам нагрузки 2, нулевой провод которой подключен к средней точке вторичной обмотки 8 однофазного понижающего трансформатора 6. При этом управляющие выводы формирователей 24 и 25 управляющих импульсов узла управления 23 подключены к выходу датчика 27 среднего отклонения трехфазного напряжения нагрузки, а их синхронизирующие входы через вход синхронизации 26 связаны с выводами для подключения фазных обмоток трехфазной вторичной обмотки 5 главного трансформатора 3. Дополнительные элементы устройства (фиг. 2) предназначенные для симметрирования трехфазного напряжения нагрузки соединены следующим образом. Фазные управляющие входы формирователя 25 управляющих импульсов для ключей 17 и 20, 19 и 22, 21 и 18 фазных ветвей второго трехфазного моста 16 подключены к выходам датчиков 28, 29 и 30 отклонений соответствующих фазных напряжений нагрузки, а первичная обмотка 7 понижающего трансформатора 6 через фильтр 31 подключена к объединенным выводам ветвей первого трехфазного моста 9, в то время как управляющий вход формирователя 24 управляющих импульсов для ключей первого трехфазного моста 9 также (см. фиг. 1) подключен к выходу датчика 27 среднего отклонения трехфазного напряжения нагрузки 2. Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Первый мост 9, работая в режиме трехфазно-однофазного непосредственного преобразователя частоты с искусственной комутацией, из трехфазной системы линейных напряжений нагрузки, изменяющих с частотой сети fс, формирует регулируемые по длительности импульсы однофазного напряжения Un1 (фиг. 3) с частотой fn = k![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Формула изобретения
1. Трехфазный стабилизатор напряжения трансформаторный подстанции с однофазным звеном повышенной частоты, включенный на низкой стороне главного трансформатора и содержащий понижающий трансформатор, первый трехфазный мост, фазные выводы которого соединены с соответствующими фазными выводами вторичной обмотки главного трансформатора, предназначенными для подключения нагрузки к подстанции, второй трехфазный мост, выполненный на двунаправленных ключах с естественной коммутацией, и узел управления, отличающийся тем, что первый трехфазный мост выполнен на двунаправленных полностью управляемых ключах и предназначен для формирования регулируемых по длительности импульсов переменного напряжения с частотой, увеличенной кратно числу фаз по отношению к частоте сети, а понижающий трансформатор выполнен однофазным и подключен своими первичной и вторичной обмотками к объединенным выводам ветвей соответственно первого и второго трехфазных мостов, при этом вторичная обмотка понижающего трансформатора выполнена со средней точкой, предназначенной для подключения к нулевому проводу нагрузки и, кроме того, узел управления содержит датчик среднего отклонения трехфазного напряжения нагрузки от заданного уровня, выход которого подключен к управляющим входам формирователей управляющих импульсов для ключей первого и второго управляющих мостов, синхронизирующие входы которых через блок синхронизации связаны с выводами для подключения фазных вторичных обмоток главного трансформатора подстанции. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка понижающего трансформатора подключена к объединенным выводам ветвей первого моста через фильтр и в узел управления введены три датчика отклонений фазных напряжений нагрузки от того же заданного уровня, выходы которых подключены к соответствующим фазным входам управления формирователя управляющих импульсов для регулирования углов задержки включения соответствующих фазных ключей второго трехфазного моста.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3