SU1035580A1 - Three-phase voltage adjustment device - Google Patents

Abstract

1. УСТРОПСТБО ДЛЯ РЕГУЛИРО-п ВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее трехфазный междуфазный автотрансформатор , фазные обмотки которого соединены в треугольник и выполнены с выводами, две группы выводов дл  пофазного подключени  нагрузки, перва  группа из которых подключена к вершинам треугольника обмоток автотрансформатора , а втора  группа - к выводам питающей сети, и управл емые двунаправленные ключи, соединенные с выводами фазных обмоток автотрансформатора , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, каждый из двунаправленных управл егых ключей включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора . i 2. Устройство ПОП.1, о т л и ч ающеес  тем, что напр жение СЛ каждой пары выводов, соединенных соответствующим управл емым ключом, .сдвинуто между собой на угол , где И1- пульсность схемы регулировани  напр жени .1. INSTALLING FOR THREE-VOLTAGE REGULATING AND CONTAINING THREE-PHASE VOLTAGE, containing a three-phase interphase autotransformer, the phase windings of which are connected in delta and made with leads, two groups of outputs for phase-by-phase connection of the load, the first group of which is connected to the vertices of the windings of the windings of the transformer, and the other part of the load is connected, and the arcs are connected, and the source is connected to a load. to power supply terminals, and controlled bidirectional keys connected to the terminals of the phase windings of the autotransformer, characterized in that, with the aim of expanding the functionality, Tei, each of the bidirectional controlled egyh keys included between a respective pair of terminals of adjacent phase windings of the autotransformer. i 2. Device POP.1, about tl and the fact that the voltage of the trunk of each pair of terminals connected by an appropriate control key is shifted between them by an angle, where I1 is the pulse voltage of the voltage control circuit.

Description

со сдfrom cd

СПSP

00 Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано , например, в регулируемых источниках питани  с, близкой к синусоидальной формой кривой тока нагруз ки. Известны устройства дл  регулировани  Трехфазного напр жени , содержащие односердечниковый междуфазный автотрансфорГ}атор с переключаемым ко эффицие.нтом трансформации,- и управл  ег/п.ю ключи tl iiE23. Недостатками известных устройств  вл ютс  относительно большое количество управл емых ключей и повыи енные суммарные потери в них. Известны также устройства дл  регулировани  трехфазного напр жени , содержащие трехфазный .междуфазный автотрансформатор, которого выполнены с вывoдa 1и и соединены в треугольник и управл емые двунаправленные -ключи, соединенные с выводами дл  пофазного подключени  нагрузки и фазных обмоток, автотрансформатоРа . .. Известные устройства, хот  и имею меньшие потери и лучшие весогабаритные показатели за счет уменьшени  числа yпpaвл e 1ыx ключей, -но при этом не позвол ют использовать автотрансформатор в качестве сглаживающего и согласующего элемента и требуют подбора управл емых ключей в со ответствии с величиной питающего напр жени . Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устрой ство дл  регулировани  трехфазного напр жени , содержащее трехфазный .междуфазный автотрансформатор, фазны обмотки которого соединены в треугол ник и выполнены с выводами, две груп пы выводов дл  пофазного подключени  нагрузки, перва  группа из которых . подключена к вершинам треугольника . обмоток автотрансформатора, а втора  группа - к выводам питающей сети, и управл емые двунаправленные ключи, соединенные с выводами фазных обмоток автотрансформатора Недостатком данного известного устройства  вл ютс  ограниченные воз можности использовани  автотрансформатора устройства в качестве сглаживающего элемента и управл емых ключе с допускаемым напр жением ниже напр жени  питающей сети. Цель изобретени  - расширение фун кциональных возможностей устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  регулирова ни  трехфазного напр жени , содержащем трехфазный междуфазный автотранс форматор, фазные обмотки которого со единены в треугольник и выполнены с выводами, две группы выводов дл  пофазного подключени  нагрузки, одна из которых подключена к вершинам треугольника обмоток автотрансформатора, а втора  группа - к выводам питак цей сети, и управл емые двунаправленные ключи, соединенные с выводами фазных обмоток автотрансформатора, каждый из двунаправленных управл емых ключей включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора . При этом напр жение каждой пары выводов, соединенных соответствующим управл емым ключом, сдвинуто между собой на угол 2T/nif где Кч - пульсность схемы регулировани  напр жени . Такое включение управл емых двунаправленных ключей в схеме устройства позвол ет за счет выбора мест выводов (отпаек) фазных обмоток автотрансформатора использовать управл емые ключи с допустимым напр жением, величина которого меньше напр жени  питающей сети и, в частном случае, может не зависеть от величины напр жени  питающей сети, а также повышаютс  возможности улучшени  формы кривой тока нагрузки. На фиг.1 схематически изображено устройство) на фиг.2 - временные диаграммы , по сн нвдие принцип работы устройства, при 12-пульсном режиме работы и заданной очередности замыкани  управл емых ключей. Устройство дл  регулировани  трехфазного напр жени  {фиг.1) содержит трехфазный источник питани  1, трехфазную нагрузку 2, ключевой коммутатор 3, междуфазный автотрансформатор 4, фазные обмотки которого соединены в треугольник и выполнены с выводами , первую группу выводов 5,6 и 7 подключенную к вершинам треугольника, обмоток автотрансформатора 4, выводы 8,9,10...19 которых соединены с клю коммутатором 3, тиристоры 20, 21... 31 ключевого ко 1мутатора 3, кажда  пара которых образует двунаправ .ленный управл емый ключ этого ключевого коммутатора, вторую группу выводов 32, 33 и 34 дл  пофазного подключени  нагрузки 2 к выводам трехфазного источника питани  1. Устройство дл  регулировани  трехфазного напр жени  работает следующим образом. В каждый момент времени во включенном состо нии находитс  один тиристор ключевого коммутатора 3 и, соответственно, через этот тиристор, например тиристор 20 (21), потенциалы двух отводов 8 и 18 разных фазных обмоток уравниваютс . В результате этого части двух фазных обмоток от соединенных между собой отводов 8 и 18 до общей точки этих обмоток в вершине треугольника оказываютс  сое-, диненными параллельно. Соответственно напр жени  на параллельно соединенных част х обмоток  вл ютс  равными , а напр жени  фазных обмоток взаимозавис щими , причем отношение напр жений фазных обмоток определ етс  отношением чисел витков параллель о соединенных частей фазных обмоток . Так как из-за треугольного соединени  фазных обмоток сумма напр жений трехфазных обмоток равна нулю, то определенное отношение между друга  фазными напр жени ми междуфазного автотрансформатора определ ет и относительную величину напр жени  третьей фазной обмотки. Таким образом , выбором отношени  чисел витков частей обмотки, соедин емых параллельно при помощи ключей 20-31, можно вли ть на отношение фазных напр жений междуфазного автотрансформатора 4 и,следовательно, на отношение фазных напр жений нагрузки 2, Измен   в течение каждого периодапитани  отношени  фазных напр жений автотрансформатора 4 и нагрузки 2 с определенной последовательностью, можно приблизить форму фазных напр жений , и, соответственно, фазных токов нагрузки к синусоидальной. Регулирование величины токов и напр жений нагрузки Достигаетс  как в известных схемах фазового регулировани  изменением сдвига фазы включени  тиристоров относительно напр жени  питани . Приэтом регулирование тиристоров 20-31 возможно как с отстающим , так и с опережающим током. В первом случае тиристоры могут работать в режиме естественной коммутагции , во втором случае необходима принудительнс  кс 1мутаци  тиристоров ил применение полностью управл емых клю чей других типов.00 The invention relates to electrical engineering, in particular, to converter technology, and can be used, for example, in regulated power sources with a sinusoidal shape of the load current curve. Three-phase voltage control devices are known that contain a single-core phase-to-phase autotransformer with a switchable transformation ratio, and control / key switches tl iiE23. The disadvantages of the known devices are the relatively large number of controllable keys and the increased total losses in them. Three-phase voltage control devices are also known, containing a three-phase interfacial autotransformer, which is made from pin 1 and triangle-connected and controllable bidirectional switches connected to the terminals for phase-to-load connection and phase windings, autotransformer. .. Known devices, although I have smaller losses and better weight and size indicators due to a decrease in the number of keys e 1xx keys, but at the same time they do not allow using the autotransformer as a smoothing and matching element and require the selection of control keys in accordance with the size tension The closest technical solution to the invention is a device for controlling a three-phase voltage containing a three-phase interphase autotransformer, the phase windings of which are connected to a triangle and made with leads, two groups of leads for phase-by-load connection, the first group of which. connected to the vertices of the triangle. windings of the autotransformer, and the second group - to the mains supply terminals, and controlled bidirectional keys connected to the phase windings of the autotransformer. The disadvantage of this known device is the limited possibilities of using the device’s autotransformer as a smoothing element and controlled by the key with the voltage allowed below the voltage supply network The purpose of the invention is to expand the functional capabilities of the device. The goal is achieved by the fact that in a device for controlling three-phase voltage, containing a three-phase interphase autotransformer, the phase windings of which are connected in a triangle and made with leads, two groups of leads for phase-by-load connection, one of which is connected to the vertices of the autotransformer windings , and the second group - to the terminals of the power supply network, and controlled bidirectional keys connected to the terminals of the phase windings of the autotransformer, each of the bidirectional controlled keys it is connected between a respective pair of terminals of adjacent phase windings of the autotransformer. In this case, the voltage of each pair of pins connected by an appropriate control key is shifted between them by an angle of 2T / nif, where Kc is the pulsation of the voltage control circuit. Such inclusion of controlled bidirectional keys in the device circuit allows, by choosing the places of the outputs (taps) of the phase windings of the autotransformer, to use controlled keys with a permissible voltage that is less than the supply voltage and, in a particular case, may not depend on the voltage value. supply network, as well as increased possibilities for improving the shape of the load current curve. Fig. 1 schematically shows the device. Fig. 2 shows time diagrams, an explanation of the principle of operation of the device, with a 12-pulse operation mode and a predetermined closure sequence of the controlled keys. The device for adjusting the three-phase voltage (Fig. 1) contains a three-phase power source 1, a three-phase load 2, a key switch 3, an interphase autotransformer 4, the phase windings of which are connected in delta and made with leads, the first group of terminals 5,6 and 7 connected to the vertices of the triangle, the windings of the autotransformer 4, pins 8,9,10 ... 19 of which are connected to the key by switch 3, thyristors 20, 21 ... 31 of the key switch 1 of the switch 3, each pair of which forms the bidirectional control key of this key switch second a group of terminals 32, 33 and 34 for a phase-by-load connection of 2 to the terminals of a three-phase power source 1. A device for regulating a three-phase voltage works as follows. At each moment of time, one thyristor of the key switch 3 is in the on state and, accordingly, through this thyristor, for example, the thyristor 20 (21), the potentials of the two taps 8 and 18 of different phase windings equalize. As a result of this, the parts of the two phase windings from the interconnected taps 8 and 18 to the common point of these windings at the apex of the triangle are connected and are parallel to each other. Accordingly, the voltages on the parallel-connected parts of the windings are equal, and the voltages of the phase windings are interdependent, and the ratio of the voltages of the phase windings is determined by the ratio of the numbers of turns parallel to the connected parts of the phase windings. Since the sum of the voltages of the three-phase windings is zero due to the triangular connection of the phase windings, the relative ratio of the voltage of the third phase winding determines a certain relation between the phase voltage of the phase transformer. Thus, by choosing the ratio of the number of turns of the winding parts connected in parallel with the help of keys 20-31, the ratio of the phase voltages of the interphase autotransformer 4 and, therefore, the ratio of the phase voltage of the load 2, can be influenced. the voltage of the autotransformer 4 and the load 2 with a certain sequence, it is possible to approximate the shape of the phase voltages, and, accordingly, the phase load currents to the sinusoidal one. The regulation of the magnitude of the currents and the voltage of the voltage is achieved, as in the known phase control schemes, by varying the shift phase of the thyristors with respect to the supply voltage. At the same time, the regulation of thyristors 20-31 is possible both with lagging and with leading current. In the first case, the thyristors can operate in the mode of natural commutagation, in the second case, it is necessary to force the thyristors to mutate or use fully controlled keys of other types.

Возможность выбора нгшр жени  на ключах коммутатора 3 ниже и неэависиМО от напр жени  источника питани  1  вл етс  результатом того, что в устройстве отношение фазных напр жений автотрансформатора 4 определ етс  отнсииением чисел витков параллельно соединенных частей обмоток двух фаз, а не отношением чисел витков этих частей к числу витков целой фазной обмотки (как это имеет место в прототипе). Это позвол ет уменьшить напр жени  на ключах путем уменьшени  числа витков параллельно соединенных частей относительно числа витков целой фазной обмотки. Максималь:ное напр жение на ключе равно разнице напр жений соответствующей пары параллельно соедин емых частей обмотки в разомкнутом состо нии всех ключей.The possibility of selecting the switch on the switch 3 keys below and not dependent on the voltage of the power source 1 is a result of the fact that in the device the ratio of the phase voltages of the autotransformer 4 is determined by the ratio of the numbers of turns of the parallel-connected parts of the windings of the two phases, rather than the ratio of the numbers of turns of these parts to the number of turns of the entire phase winding (as is the case in the prototype). This makes it possible to reduce the voltage on the keys by reducing the number of turns of the parallel-connected parts relative to the number of turns of the whole phase winding. Maximum: the voltage on the key is equal to the voltage difference of the corresponding pair of parallel-connected parts of the winding in the open state of all the keys.

При уменьшении напр жений на ключах расчетнс1Я мощность их остаетс  неизменной, так как пропорционально When reducing the voltage on the keys, the calculated power of them remains unchanged, since

уменьшению напр жений на ключах токи ключей увеличиваютс .decreasing the voltages on the keys, the key currents increase.

В цел х исключени  их токов и напр жений нагрузки 2 высших гармоник ниж1г 11-й целеообразно йЫбрать, например дл  интервала, когда включен тирисЛ-ор 24, а вывод 10 соединен с выводом 12 автотрансформатора 4, отношение фазных токов, равнымIn order to exclude their currents and load voltages 2 higher harmonics of the lower 11th target, select, for example, for an interval when L-op 24 is turned on, and pin 10 is connected to pin 12 of the autotransformer 4, the ratio of phase currents equal to

АV V . -Q268)--COif5; t-COS45«): ,2 1-С№7Б°},t)Av v. -Q268) - COif5; t-COS45 "):, 2 1-С№7Б °}, t)

что соответствует отношению чисел витковwhich corresponds to the ratio of the number of turns

(o-k- i-2.-6- 0,2б8 со5-/б.со575. (а)(o-k-i-2.-6- 0.2b8 so5- / b.so575. (a)

Пор док формировани  выходного напр жени  на нагрузке 2 при 12-и пульсном режиме работы и заданной последовательности коммутации -тиристоров 20, 21..31 показан на фиг.2, где Ui - напр жение питани  фазы A и.„. и.. шесть потенциально воз можных напр жений нагрузки 2, соответствующей замыканию шести различных двунаправленных ключей коммутатора 3; напр жение нагрузки 2 вThe order of formation of the output voltage at the load 2 under the 12-pulse mode of operation and the specified switching sequence of the thyristors 20, 21..31 is shown in Fig. 2, where Ui is the supply voltage of phase A and. and .. six potentially possible load voltages 2, corresponding to the closure of six different bidirectional switches of switch 3; load voltage 2 in

фазе А.phase A.

Kate следует из фиг.2, весь перийд питающего напр жени  трехфазного источника 1, распределен на двенадцать равных интервалов. В течение периода питани  тиристоры 20, 21..31 ключевого коммутатора 3 включаютс  в последовательности 20-22-29-31-24-26-21-23-30-25-27-20 , и каждое изменение интервала сопровождаетс  ступенчатым- изменением отношени  фазных токов.Kate follows from FIG. 2, the entire peride of the supply voltage of a three-phase source 1, is divided into twelve equal intervals. During the power period, the thyristors 20, 21..31 of the key switch 3 are turned on in the sequence 20-22-29-31-24-26-21-23-30-30-25-27-20, and each interval change is accompanied by a step change in the ratio phase currents.

Так как при одновременном изменении пол рности всех токов отношение токов не измен ет-с , то при наличии двенадцати интервалов и шести двунаправленных ключей имеетс  шесть различных отношений фазных токов, т.е. заь1ыканию определенного двунаправленного ключа, и соответственно соединению определенной пары отводов автотрансформатора соответствует определённое отношение фазных токов независимо от пол рности проводимости ключа.Since the simultaneous change in the polarity of all currents does not change the current ratio, since there are twelve intervals and six bidirectional keys, there are six different phase current ratios, i.e. Closing a certain bidirectional key, and correspondingly connecting a certain pair of autotransformer taps, corresponds to a certain ratio of phase currents regardless of the polarity of the key conductivity.

Пру увеличении числа пар отводов, соедин емых через ключи, и, соответственно , а частоты переключений ступенчатое изменение отношений фазных токов приближаетс  все более к случаю с неискаженными синусоидальными токами, когда отношени  фазных токов измен ютс  по законуBy increasing the number of pairs of taps connected via keys and, accordingly, and the switching frequencies, a step change in the phase current ratios approaches more and more to the case of undistorted sinusoidal currents, when the phase current ratios change according to the law

i ift:-ic-С05(сЛ+Ч):С05(Ш-1+Ч1-ОТг/.); ;cOu{u;-t- -4 -2.i/),(,) i ift: -ic-С05 (сЛ + Ч): С05 (Ш-1 + Ч1-ОТг /.); ; cOu {u; -t- -4 -2.i /), (,)

где IP - сдвиг фазы между фазным напр жением питани  и фазным током..where IP is the phase shift between the phase supply voltage and the phase current ..

Функциональные возможности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом расширены в результате того, что становитс  возможным ис- пользование междуфазного автотрансформатора .не только в цел х регули фовани  и сглаживани  тока нагрузки, а также в цел х согласовани  номинальных напр жений ключей источника питани . В то врем , когда в прототипе максимальное напр жение на ключах жестко св зано с напр жением питани И в 12-пульсной схеме равно 1,55-кратног/1у фазному напр жению питани , в предлагаемом устройстве номинальное напр жение ключей можно выбрать ниже и независимо от напр жени  питани . Это способствует также увеличению надежности устройства, в частности в случае использовани  в качестве ключей силовых транзисторов . При повышенных напр жени х питани  возможность согласовани  напр жвгНИИ питани  и ключей позвол ет отказатьс  от последовательного включени  тиристоров или транзисторов, что способствует расширению области применени  устройства.The functionality of the proposed device as compared with the prototype is expanded as a result of the fact that it becomes possible to use an interphase autotransformer. Not only in order to regulate and smooth the load current, but also in order to match the nominal voltage of the power supply key. At that time, when in the prototype the maximum voltage on the keys is rigidly connected to the supply voltage, And in a 12-pulse circuit it is 1.55 times / 1 phase of the supply voltage, in the proposed device, the nominal voltage of the keys can be selected below and independently from voltage supply. This also contributes to an increase in the reliability of the device, in particular in the case of using power transistors as keys. At higher supply voltages, the possibility of matching the supply voltage and the keys allows refusing the sequential connection of thyristors or transistors, which contributes to the expansion of the field of application of the device.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ трехфазного напряжения, содержащее трехфазный междуфазный автотрансформатор, фазные обмотки которого соединены в треугольник и выполнены с выводами, две группы выводов для пофазного подключения нагрузки, первая группа из которых подключена к вершинам треугольника обмоток автотрансформатора, а вторая группа - к выводам питающей сети, и управляемые двунаправленные ключи, соединенные с выводами фазных обмоток автотрансформатора , отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, каждый из двунаправленных управляегых ключей включен между соответствующей парой выводов смежных фазных обмоток автотрансформатора. !1. DEVICE FOR REGULATION of three-phase voltage containing a three-phase phase-to-phase autotransformer, the phase windings of which are connected in a triangle and are made with terminals, two groups of terminals for phase-by-load connection, the first group of which is connected to the vertices of the triangle of windings of the autotransformer, and the second group - to the power terminals network, and controlled bidirectional keys connected to the terminals of the phase windings of the autotransformer, characterized in that, in order to extend the functionality, each The second of the bidirectional control keys is connected between the corresponding pair of terminals of the adjacent phase windings of the autotransformer. ! 2. Устройство по п.1, от л и- ! чающееся тем, что напряжение каждой пары выводов, соединенных соответствующим управляемым ключом, сдвинуто между собой на угол 2й7ж, где ш- пульсность схемы регулирования напряжения.2. The device according to claim 1, from l and! The fact is that the voltage of each pair of pins connected by a corresponding controlled key is shifted between them by an angle of 2 ° 7 g, where the pulse width of the voltage control circuit. (Л(L сwith соwith сяcamping сяcamping ооoo 1one 10355801035580 22