RU2052845C1 - Device for pulse regulation of three-phase voltage - Google Patents

Abstract

FIELD: converters. SUBSTANCE: device has three-phase stepping- up transformer, which secondary winding is connected between corresponding phase terminals for connection of supply line and load. Primary winding of stepping-up transformer is connected between corresponding phase input terminals of two three-phase rectifying bridges. Output of each bridge is by-passed by controlled thyristor or transistor direct current circuit breaker. Starts and ends of phase primary windings of stepping-up transformer are connected to corresponding phase of supply line or load through six triacs. Said six triacs of device are switched off by current break in primary winding of stepping-up transformer by means of direct current circuit breakers at output of three-phase rectifying bridges. Design of device uses minimal number of controlled thyristor or transistor direct current circuit breakers. Device provides smooth regulation of voltage in load up and down with respect to supplying voltage. EFFECT: decreased size and weight, simplified design, simplified control algorithm, decreased cost. 2 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения. The invention relates to a converter technique and is intended to regulate or stabilize a three-phase voltage.

Известно устройство для импульсного регулирования трехфазного напряжения [1] которое в каждой фазе содержит вольтодобавочный двухобмоточный трансформатор, дополнительный автотрансформатор и полупроводниковый коммутатор, выполненный на пяти полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, каждый из которых представляет собой, например, два встречно-параллельных запираемых тиристора или транзисторных ключа. A device for pulse regulation of three-phase voltage [1] which in each phase contains a boost booster double-winding transformer, an additional autotransformer and a semiconductor switch made on five fully controllable keys with two-side conductivity, each of which is, for example, two counter-parallel lockable thyristors or transistor switch.

Недостатками устройства являются большие вес, габариты и стоимость как трансформаторной части, содержащей шесть однофазных трансформаторов, так и полупроводниковой, выполненной на пятнадцати ключах с двусторонней проводимостью. The disadvantages of the device are the large weight, dimensions and cost of both the transformer part containing six single-phase transformers and the semiconductor made on fifteen keys with two-sided conductivity.

Известно также устройство для импульсного регулирования трехфазного напряжения [2] содержащее в каждой фазе вольтодобавочный трансформатор, дополнительный понижающий трансформатор и мостовой коммутатор, выполненный на четырех полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, каждый из которых представляет собой, например, два встречно-параллельных запираемых тиристора или транзисторных ключа. It is also known a device for pulse regulation of three-phase voltage [2] containing in each phase a boost transformer, an additional step-down transformer and a bridge switch made on four fully controllable keys with two-side conductivity, each of which is, for example, two counter-parallel lockable thyristors or transistor switch.

Однако и это устройство имеет большие вес, габариты и стоимость вследствие применения в нем трех однофазных вольтодобавочных трансформаторов, трех однофазных дополнительных трансформаторов и двенадцати полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью. However, this device also has a large weight, dimensions and cost due to the use of three single-phase boost transformers, three single-phase additional transformers and twelve fully controlled keys with two-sided conductivity in it.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для импульсного регулирования трехфазного напряжения [3] содержащее несколько трехфазных выпрямительных мостов, выход каждого из которых зашунтирован полностью управляемым ключом с односторонней проводимостью, например запираемым тиристором, транзистором или однофазным тиристором с узлом искусственной коммутации, 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. Closest to the claimed one is a device for pulse regulation of three-phase voltage [3] containing several three-phase rectifier bridges, the output of each of which is shunted with a fully controlled key with one-side conductivity, for example, a lockable thyristor, transistor or single-phase thyristor with an artificial switching unit, and a three-phase voltage-boosting multi-winding transformer the secondary winding of which is connected between the network and the load, one of the primary windings is connected between the input of the two three-phase rectifier bridges, and the remaining primary windings are connected between the inputs of the additional three-phase rectifier bridge and the terminal of the secondary windings of additional three-phase transformer.

К недостаткам прототипа следует отнести большие вес, габариты и стоимость как трансформаторного оборудования, так и полупроводникового коммутатора. The disadvantages of the prototype include the large weight, dimensions and cost of both transformer equipment and a semiconductor switch.

Цель изобретения улучшение массогабаритных показателей, уменьшение стоимости и упрощение устройства. The purpose of the invention is the improvement of overall dimensions, cost reduction and simplification of the device.

Цель достигается тем, что в устройство введены шесть симисторов, каждый из которых включен между соответствующим фазным входом соответствующего выпрямительного моста и соответствующим им фазным выводам, предназначенным для подключения к сети или нагрузке, и формирователь управляющих импульсов с частотой большей, чем частота сети. The goal is achieved by the fact that six triacs are introduced into the device, each of which is connected between the corresponding phase input of the corresponding rectifier bridge and the corresponding phase outputs intended for connection to the network or to the load, and a control pulse shaper with a frequency higher than the network frequency.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы для двух режимов работы. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device; in FIG. 2 timing diagrams for two operating modes.

Устройство содержит симисторы 1-6, прерыватели постоянного тока, например запираемые тиристоры 7 и 8, включенные в диагонали соответствующих трехфазных выпрямительных мостов, высокочастотный формирователь 9 управляющих импульсов, трехфазный вольтодобавочный трансформатор 10, входные и выходные выводы 11 и 12, предназначенные для подключения соответственно к сети и нагрузке. The device contains triacs 1-6, DC choppers, for example lockable thyristors 7 and 8, included in the diagonals of the corresponding three-phase rectifier bridges, a high-frequency driver 9 of the control pulses, a three-phase boost transformer 10, input and output terminals 11 and 12, intended for connection to network and load.

Входы двух трехфазных выпрямительных мостов, между которыми включена первичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора, посредством шести симисторов подключены к сети, вторичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора включена между сетью и нагрузкой, выход каждого трехфазного выпрямительного моста зашунтирован прерывателем постоянного тока, например запираемым тиристором, а выходы высокочастотного формирователя управляющих импульсов подключены к управляющим электродам как запираемых тиристоров, так и симисторов. The inputs of two three-phase rectifier bridges, between which the primary winding of the three-phase boost transformer is turned on, are connected to the network through six triacs, the secondary winding of the three-phase boost transformer is connected between the mains and the load, the output of each three-phase rectifier bridge is shunted by a DC chopper, such as a lockable thyristor, and high-frequency outputs control pulse shapers are connected to control electrodes of both lockable thyristors, so and triacs.

Устройство в соответствии с предложенным алгоритмом управления (фиг. 2) работает следующим образом. The device in accordance with the proposed control algorithm (Fig. 2) works as follows.

Регулирование напряжения нагрузки вверх относительно напряжения сети производится в режиме вольтодобавки, который обеспечивается при включенном прерывателе постоянного тока (запираемом тиристоре) 8 на интервалах высокочастотного чередования проводящего состояния симисторов 1, 3, 5 с проводящим состоянием прерывателя постоянного тока (запираемого тиристора) 7 (фиг. 2а). Включение симисторов 1, 3, 5 производится кратковременным прерыванием тока в первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 10 путем выключения прерывателя постоянного тока (запираемого тиристора) 8 на время восстановления запирающих свойств указанных симисторов, а регулирование напряжения вольтодобавки изменением длительности проводящего состояния симисторов 1, 3, 5. Regulation of the load voltage upward relative to the mains voltage is performed in the voltage boost mode, which is provided when the DC chopper (lockable thyristor) 8 is turned on at intervals of the high-frequency alternation of the conductive state of the triacs 1, 3, 5 with the conductive state of the DC chopper (lockable thyristor) 7 (Fig. 2a). The triacs 1, 3, 5 are turned on by short-term interruption of the current in the primary winding of the boost transformer 10 by turning off the direct current breaker (lockable thyristor) 8 for the time of restoring the blocking properties of these triacs, and voltage regulation of the boost voltage by changing the duration of the conductive state of the triacs 1, 3, 5.

Регулирование напряжения вниз относительно напряжения сети производится в режиме вольтовычета, при котором включен прерыватель постоянного тока (запираемый тиристор) 7 и переключаются симисторы 2, 4, 6 с прерывателя постоянного тока (запираемым тиристором) 8 (фиг. 2б). Выключение симисторов 2, 4, 6 производится кратковременным прерыванием тока в первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 10 путем выключения прерывателя постоянного тока (запираемого тиристора) 7 на время восстановления запирающих свойств этих симисторов, а регулирование напряжения вольтовычета производится изменением длительности проводящего состояния симисторов 2, 4, 6. Voltage regulation downward relative to the mains voltage is performed in the voltage mode, in which the DC breaker (lockable thyristor) 7 is turned on and triacs 2, 4, 6 are switched from the DC chopper (lockable thyristor) 8 (Fig. 2b). The triacs 2, 4, 6 are turned off by short-term interruption of the current in the primary winding of the boost transformer 10 by turning off the DC breaker (lockable thyristor) 7 for the time of restoring the locking properties of these triacs, and the voltage regulation of the voltage circuit is done by changing the duration of the conducting state of the triacs 2, 4, 6 .

Перевод устройства из режима вольтодобавки в режим вольтовычета и наоборот производится через промежуточный режим, в котором трехфазными полностью управляемыми ключами на трехфазных выпрямительных мостах с прерывателями постоянного тока (запираемыми тиристорами) 7 и 8 первичная обмотка трехфазного вольтодобавочного трансформатора 10 закорочена и напряжение нагрузки равно напряжению сети. The device is switched from the voltage boost mode to the voltage mode and vice versa through the intermediate mode, in which three-phase fully controllable switches on three-phase rectifier bridges with DC breakers (lockable thyristors) 7 and 8, the primary winding of the three-phase voltage boost transformer 10 is shorted and the load voltage is equal to the mains voltage.

Напряжение на нагрузке определяется выражением
U₂ U₁1 + K_т[±Φ(K ωt)] (1) где U₁ и U₂ входное и выходное напряжения;
К_т коэффициент трансформации;
±Φ(K ωt) единичная коммутационная функция реверсивного коммутатора;
К кратность повышения частоты управления относительно частоты сети.The voltage at the load is determined by the expression
U ₂ U ₁ 1 + K _t [± Φ (K ωt)] (1) where U ₁ and U _{2 are the} input and output voltages;
K _t transformation ratio;
± Φ (K ωt) is the unit switching function of the reverse switch;
To the multiplicity of increasing the control frequency relative to the network frequency.

Из выражения (1) следует, что при изменении Φ(Кωt) от +1 до 0 и далее от 0 до -1 выходное напряжение U₂ регулируется от (1 + K_т)U₁ до U₁ и затем от U₁ до (1 К_т)U₁.From the expression (1) it follows that when Φ (Kωt) changes from +1 to 0 and then from 0 to -1, the output voltage U _{2 is} regulated from (1 + K _t ) U ₁ to U ₁ and then from U ₁ to ( 1 K _t ) U ₁ .

Алгоритм переключения ключей устройства для плавного регулирования U₂ в соответствии с выражением (1) может быть реализован в результате сравнения напряжения управления U_у с двумя одинаковыми по амплитуде треугольными опорными напряжениями U_оп1 и U_оп2 (фиг. 2), 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 величина незначительна и не превышает величины, при которой отклонение выходного напряжения выходит за пределы заданной точности регулирования. При малых значениях U_у, лежащих в зоне нечувствительности (в области нуля), устройство работает в промежуточном режиме, в котором включены только прерыватели постоянного тока (запираемые тиристоры) 7 и 8. При плавном увеличении U_у в положительную сторону (фиг. 2а) устройство плавно переходит в режим вольтодобавки, а в отрицательную (фиг. 2б) в режим вольтовычета.The key switching algorithm of the device for smooth regulation of U ₂ in accordance with expression (1) can be realized by comparing the control voltage U _y with two triangular reference voltages U _op1 and U _{op2 of the} same amplitude (Fig. 2), one of which is shifted up and the other down by an amount exceeding the amplitude value of these reference voltages relative to zero, creating a deadband of the device on the control signal. In FIG. 2 dead zone is hatched. Its value is insignificant and does not exceed the value at which the deviation of the output voltage goes beyond the specified control accuracy. With small values of U _у lying in the dead zone (in the zero region), the device operates in an intermediate mode, in which only DC breakers (lockable thyristors) 7 and 8 are turned on. With a smooth increase in U _y in the positive direction (Fig. 2a) the device smoothly switches to the voltage boost mode, and to the negative (Fig. 2b) in the voltage mode.

Предлагаемое устройство как более совершенное, выполненное с минимальным количеством запираемых тиристоров, может заменить известные регуляторы переменного напряжения. Наиболее целесообразно применение устройства для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения в промэнергоблоках мощностью 100-1000 кВА. The proposed device as more advanced, made with a minimum number of lockable thyristors, can replace the known AC voltage regulators. The most appropriate use of a device for regulating or stabilizing a three-phase voltage in pro-power units with a capacity of 100-1000 kVA.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор с вторичной обмоткой, включенной между соответствующими фазными выводами для подключения сети и нагрузки, и с первичной обмоткой, включенной между соответствующими фазными входами двух трехфазных выпрямительных мостов, выход каждого из которых зашунтирован соответствующим полностью управляемым тиристорным или транзисторным прерывателем постоянного тока, отличающееся тем, что введены шесть симисторов, каждый из которых включен соответствующим фазным входом соответствующего выпрямительного моста и соответствующим фазным выводом, предназначенным для подключения к сети или нагрузке, и формирователь управляющих импульсов с частотой большей, чем частота сети. DEVICE FOR PULSE CONTROL OF THREE-PHASE VOLTAGE, containing a three-phase boost transformer with a secondary winding connected between the corresponding phase terminals for connecting the network and the load, and with a primary winding connected between the corresponding phase inputs of two three-phase rectifier bridges, each of which is controlled by a shunt connected to the corresponding or a transistor DC chopper, characterized in that six triacs are introduced, each of which is switched on by the corresponding phase input of the corresponding rectifier bridge and the corresponding phase output, intended for connection to the network or the load, and a control pulse shaper with a frequency higher than the network frequency.

Images