початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2052887

СТАБІЛІЗАТОР трифазної напруги З однофазних ланки високої частоти

Ім'я винахідника: Климаш В.С.
Ім'я патентовласника: Климаш Володимир Степанович; Комсомольський-на-Амурі державний технічний університет
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.12.10

Винахід відноситься до перетворювальної техніки і призначене для стабілізації трифазного напруги на низькій стороні трансформаторної підстанції. Суть винаходу: спрощення і полегшення стабілізатора досягається за рахунок введення в нього однофазного ланки підвищеної частоти. Стабілізатор містить два перетворювача частоти, один з яких з ланкою постійного струму (трехфазно-однофазний), а інший з безпосереднім зв'язком і природною комутацією (однофазно-трифазний). Між ними включений однофазний високочастотний понижуючий трансформатор. Стабілізатор забезпечує стабільність напруги на низькій стороні трансформаторної підстанції незалежно від змін напруги мережі, а й від величини і характеру навантаження. При цьому управління стабілізатором здійснюється двома способами. В одному випадку напруга вольтодобавки регулюється без зсуву першої гармоніки, в іншому - з випереджаючим фазосдвіженіем напруги вольтодобавки для компенсації реактивної потужності.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до перетворювальної техніки і призначене для стабілізації напруги на низькій стороні трансформаторної підстанції з можливістю часткової компенсації реактивної потужності.

В умовах зростання цін на енергоносії, зокрема на електроенергію, актуальна проблема створення енергозберігаючих пристроїв, до яких відносяться стабілізатори напруги з компенсацією реактивної потужності. Одночасно з цим при більш швидкому зростанні цін на мідь, ніж на напівпровідники, доцільними стають електроустановки з проміжною ланкою підвищеної частоти, які полегшують трансформаторне обладнання. Вирішенню цих питань присвячено дану пропозицію, яке найкращим чином проявляє свою корисність в електроустановках великої потужності, зокрема в енергоблоках промпідприємств.

Відомий стабілізатор змінної напруги з ланкою високої частоти (авт.св. СРСР N 648960, кл. G 05 F 1/16, Н 02 P 13/16, 1979), який встановлюється на низькій стороні головного трансформатора і містить в кожній фазі високочастотний однофазний Вольтододаткові трансформатор з первинною, вторинною і додатковими обмотками, а і модулятор і демодулятор, розраховані відповідно на струми первинної і вторинної обмоток вольтододавального трансформатора і містять по чотири повністю керованих ключа з двосторонньою провідністю (разом в трифазному варіанті 54 транзистора або заптіра, половина з яких працює в ланцюзі струму навантаження).

Недоліками стабілізатора є обмежена потужність і, отже, область застосування через необхідність застосування в ланцюзі струму навантаження повністю керованих ключів, його складність внаслідок застосування в силовій частині трифазного стабілізатора великої кількості повністю керованих ключів з двосторонньої провідністю і спеціальних багатообмотувальних однофазних трансформаторів, а й внаслідок складності алгоритму управління і реалізує його системи, порівняно великі вага і габарити перетворювача через застосування в ньому трьох однофазних Вольтододаткові трансфоматорів, трьох модуляторів і трьох демодуляторів.

Відомий і стабілізатор трифазного напруги з ланкою високої частоти, що відрізняється від попереднього аналога спрощеною конструкцією однофазних Вольтододаткові трансформаторів (авт.св. СРСР N 589681, кл.Н 02 P 13/14, Н 02 М 5/22, 1978). Він включається на низькій стороні головного трансформатора і містить в кожній фазі високочастотний однофазний двохобмотувальні Вольтододаткові трансформатор, міст-модулятор (інвертор) і міст-демодулятор (конвертор) на повністю керованих ключах з двосторонньою провідністю. До одним з діагоналей цих мостів відповідно підключені первинна і вторинна обмотки однофазних високочастотних Вольтододаткові трансформаторів, інша діагональ моста-модулятора підключена до мережі або до навантаження, а інша діагональ моста-демодулятора включена в ланцюг навантаження.

Однак і цього стабілізатора притаманні недоліки. Він має обмежену по потужності область застосування, порівняно складні силову частину і систему управління, а й велику вагу і габарити як трансформаторного, так і напівпровідникового устаткування на одиницю потужності.

Найбільш близьким до пропонованого є стабілізатор трифазного напруги (авт.св. СРСР N 322836, кл. H 02 P 13/14, H 02 M 5/45, 1970), який взятий за прототип і містить головний трифазний триобмотковий трансформатор, три однофазних або один трифазний випрямляч з синхронізованою з мережею системою управління напругою, три однофазних інвертора з системами завдання частоти, а й датчик напруги навантаження, вихід якого через елемент порівняння підключений до керуючого входу системи управління напругою, причому первинна обмотка головного тpансфоpматоpа підключена до мережі, його вторинна обмотка включена в ланцюг навантаження, а додаткова вторинна обмотка через три однофазних випрямляча або один трифазний випрямляч і три однофазних інвертора підключена до первинних обмоток трьох однофазних понижуючих трансформаторів, вторинна обмотка кожного з яких включена в ланцюг навантаження тієї ж фази, а дві додаткові вторинні обмотки відповідно в ланцюга навантажень попередньої та подальшої фаз. Стабілізація напруги здійснюється зміною кута управління тиристорів випрямляча в функції різниці між сигналом зворотного зв'язку з сигналом завдання.

Недоліки прототипу велику вагу і габарити трансформаторного обладнання і складність внаслідок застосування трьох однофазних чотирьохобмоткову трансформаторів і трьох однофазних інверторів з системами завдання частоти.

Мета винаходу поліпшення масогабаритних показників і спрощення стабілізатора.

Мета досягається тим, що в стабілізатор введені блок синхронізації і підвищення частоти і однофазно-трифазний безпосередній перетворювач частоти з природною комутацією, до складу якого входять три анодні і три катодні тиристорні групи, кожна з яких виконана на двох тиристорах, і синхронізована з мережею система підвищення частоти, причому фазні вторинні обмотки головного трансформатора включені між трифазної навантаженням і трифазним виходом безпосереднього перетворювача частоти, однофазний вхід якого підключений до вторинної обмотці однофазного понижувального трансформатора, вихід блоку синхронізації і підвищення частоти підключений до синхронізує входу системи завдання частоти однофазного інвертора, вхід блоку синхронізації і підвищення частоти підключений до додаткової вторинної обмотці головного тpансфоpматоpа, до якої і підключений синхронизирующий вхід системи зниження частоти безпосереднього перетворювача частоти, керуючий вхід якої підключений до виходу елемента порівняння.

Метою винаходу є і забезпечення часткової компенсації реактивної потужності, яка в прототипі не тільки не проводиться, але, навпаки, має місце додаткове споживання реактивної потужності.

Ця додаткова корисність стабілізатора можливою завдяки тому, що вихід датчика напруги навантаження через елемент порівняння і підключений до керуючого входу системи завдання частоти інвертора (на фіг.1 пунктирна лінія), яка разом з системою зниження частоти безпосереднього перетворювача частоти виконана з можливістю регулювання фази керуючих імпульсів в сторону випередження щодо напруги мережі.

Фиг.1 приведена принципова схема стабілізатора.

Фиг.2 тимчасові діаграми формування вихідної напруги для двох режимів роботи.

На фіг.1 введені наступні позначення: U _з , _U p і U _за, U _ра сигнали завдання і регулювання відповідно фази і амплітуди напруги вольтодобавки.

Стабілізатор (фіг. 1) містить трифазні мережу 1 та навантаження 2, головний трифазний триобмотковий трансформатор 3 з первинної обмоткою 4, вторинною обмоткою 5 і додаткової вторинної обмоткою 6, однофазний понижуючий двохобмотувальні трансформатор 7 з первинною і вторинною обмотками 8 і 9, трехфазно-однофазний перетворювач 10 частоти з ланкою постійного струму, до складу якого входять трифазний випрямляч 11 з синхронізованою з мережею системою 12 керування напругою, однофазний інвертор 13 з системою 14 завдання частоти, блок 15 синхронізації і підвищення частоти, однофазно-трифазний безпосередній перетворювач 16 частоти з природною комутацією , до складу якого входять три анодні 17, 18, 19 і три катодні 20, 21, 22 тиристорні групи, кожна з яких виконана на двох тиристорах і синхронізована з мережею система 23 зниження частоти, датчик 24 напруги навантаження і елемент 25 порівняння.

Первинна обмотка 4 головного трансформатора 3 підключена до мережі 1, його вторинна обмотка 5 включена між навантаженням 2 і вихідними затискачами безпосереднього перетворювача 16 частоти вхідні затискачі якого підключені до вторинної обмотці 9 однофазного понижувального трансформатора 7. Первинна обмотка 8 однофазного понижувального трансформатора 7 підключена до виходу інвертора 13, вхід якого через трифазний випрямляч 111 підключений до додаткової вторинної обмотці 6 головного трансформатора 3, до якої підключені синхронизирующие входи блоку 15 синхронізації і підвищення частоти, системи 12 управління напругою, а й системи 23 зниження частоти, Вихід блоку 15 синхронізації і підвищення частоти підключений до першого керуючому входу системи 14 підвищення частоти, вихід якої підключений до инвертору 13, а вихід датчика 24 напруги навантаження через елемент 25 порівняння підключений до керуючого входу системи 12 управління напругою, вихід якої підключений до випрямляча 11. до додаткових зв'язків для забезпечення компенсації реактивної потужності слід віднести (см.фіг.1 пунктирна лінія) підключення другого керуючого входу системи 14 підвищення частоти інвертора 13 до виходу елемента 25 порівняння з урахуванням того, що і система 14 підвищення частоти і система 23 зниження частоти виконані з можливістю плавного регулювання фази на випередження напруги мережі.

СТАБІЛІЗАТОР працює наступним чином

Перетворювач 10 частоти з ланкою постійного струму з трифазного напруги додаткової обмотки 6 головного тpансфоpматоpа 3 формує однофазне регульоване напруги високої частоти. Це високочастотне напруга знижується однофазним трансформатором 7 і подається на вхід трехфазно-однофазного безпосереднього перетворювача 16 частоти. Тиристорний перетворювач 16 частоти з природною комутацією і відомою мережею з однофазного регульованого напруги високої частоти формує регульоване по величині трифазну напругу з частотою, рівній частоті мережі. Вихідна напруга перетворювача 16 частоти разом з напругою на вторинній обмотці 5 головного трансформатора 3 в сумі становить напруга навантаження 2, яке стабілізується на заданому, наприклад номінальному, рівні за рахунок впливу різницевим сигналом, що знімається з елемента 25 порівняння, на систему 12 управління випрямлячем 11, що входить до складу перетворювача 10 частоти.

При зміні полярності сигналу на виході елемента 25 порівняння, що подається на керуючий вхід системи 23 зниження частоти, остання дискретно зрушує керуючі імпульси, що подаються на анодні 17, 18, 19 і катодні 20, 21, 22 вентильні групи, на напівперіод напруги мережі. Так виробляються зміна полярності додаткового напруги і переклад стабілізатора з режиму вольтодобавки (фіг.2) в режим вольтовичета (фіг.2 б) і навпаки. При цьому незалежно від режиму роботи стабілізатора усередині вентильних груп 17-22 тиристори коммутируются природним шляхом як в випрямному, так і в інверторному режимах роботи безпосереднього перетворювача 16 частоти.

Вищеописаний процес перетворення напруги можна виразити наступними аналітичними співвідношеннями.

Середнє випрямлена напруга додаткової вторинної обмотки 6 головного трансформатора 3

(1) де U ₁ фазна напруга мережі;

K ₁₂ W ₁ / W _2д відношення числа витків первинної обмотки 4 до числа витків додаткової вторинної обмотки 6;

F ( _В) [0,1] передавальна функція випрямляча 11;

_в кут управління тиристорами випpямітеля 11.

Зменшена високочастотним трансформатором 7 вихідна напруга інвертора 13 має прямокутну форму з регульованою амплітудою, що дорівнює

(2) де K _і K ₁₂ глибина вольтодобавки;

K _т коефіцієнт трансформації однофазного понижувального високочастотного трансформатора 7.

Це високочастотне однофазну напругу за допомогою безпосереднього перетворювача 16 частоти перетворюється в трифазну напругу вольтодобавки з двоступеневою формою фазної напруги (фіг.2).

Чинне значення першої гармоніки двоступеневої вольтодобавки

На підставі виразів (3) і (4) отримують

(5)

при _п 0 стабілізатор працює в режимі вольтодобавки, а при _п в режимі вольтовичета, формуючи вихідна напруга без зсуву першої гармоніки.

Виконання системи 14 управління інвертором 13 і системи 23 управління безпосереднім перетворювачем 16 частоти з можливістю регулювання фази _і інвертора і фази _п безпосереднього перетворювача в сторону випередження щодо напруги мережі дозволяє реалізувати спосіб управління стабілізатором з компенсацією реактивної потужності мережі. В цьому випадку _п регулюється всередині полупериода напруги мережі, а _п всередині полупериода напруги високочастотного ланки.

Вихідна напруга стабілізатора з урахуванням виразу (5) і регульованою по фазі вольтодобавки



Найбільш доцільною областю застосування є промислові та агропромислові трансформаторні підстанції потужністю 250-1000 кВА.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. СТАБІЛІЗАТОР трифазної напруги З однофазних ланки високої частоти, що містить головний трифазний триобмотковий трансформатор, однофазний понижуючий двохобмотувальні трансформатор і трехфазно-однофазний перетворювач частоти з ланкою постійного струму, до складу якого входить трифазний випрямляч з синхронізованою з мережею системою управління напруги і однофазний інвертор з системою завдання частоти, а й датчик напруги навантаження, вихід якого через елемент порівняння підключений до керуючого входу системи управління напругою, при цьому первинна обмотка головного трансформатора підключена до мережі, його вторинна обмотка включена в ланцюг навантаження, а додаткова вторинна обмотка через трехфазно-однофазний перетворювач частоти з ланкою постійного струму підключена до первинної обмотці однофазного понижувального трансформатора, що відрізняється тим, що введені блок синхронізації і підвищення частоти і однофазно-трифазний безпосередній перетворювач частоти з природною комутацією, до складу якого входять три анодні і три катодні тиристорні групи, кожна з яких виконана на двох тиристорах, і синхронізована з мережею система зниження частоти, причому фазні вторинні обмотки головного трансформатора включені між трифазної навантаженням і трифазним виходом безпосереднього перетворювача частоти, однофазний вхід якого підключений до вторинної обмотці однофазного понижувального трансформатора, вихід блоку синхронізації і підвищення частоти підключений до синхронізує входу системи завдання частоти однофазного інвертора, вхід блоку синхронізації і підвищення частоти підключений до додаткової вторинної обмотці головного трансформатора, до якої і підключений синхронизирующий вхід системи зниження частоти безпосереднього перетворювача частоти, керуючий вхід якої підключений до виходу елемента порівняння.

2. Стабілізатор по п.1, що відрізняється тим, що вихід датчика напруги навантаження через елемент порівняння підключений до керуючого входу системи завдання частоти інвертора, яка так само, як і система зниження частоти безпосереднього перетворювача частоти виконана з можливістю плавного регулювання фази керуючих імпульсів від 0 до радий в бік випередження щодо напруги мережі.

Версія для друку
Дата публікації 15.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів