Пристрій для регулювання змінної напруги

1. Пристрій для регулювання змінної напруги, що містить два трансформатори і три керованих елементи, в якому первинна обмотка першого трансформатора зашунтована колом, яке включає перший керований елемент, тоді як другий керований елемент одним своїм виводом підключено до одного з кінців первинної обмотки першого трансформатора, що відрізняється тим, що третій керований елемент виконано у вигляді моста з двома парами виводів, який містить чотири керованих ключа, ввімкнутих, відповідно, по одному 33486 зміни знаку напруги на них при комутаціях третього керованого елементу, включеного поміж одним з вхідних виводів та крайнім виводом первинної обмотки одного з трансформаторів. Останнє змушує застосовувати примусову комутацію керованих елементів, що ускладнює пристрій та збільшує генерацію пристроєм радіоперешкод. З тієї причини, що вторинну обмотку першого трансформатора включено поміж вхідним виводом та одним з вихідних виводів, а як другий трансформатор застосовано автотрансформатор, проміжний вивід обмотки якого з'єднано з іншим вихідним виводом пристрою, вхід та вихід подібних пристроїв не мають спільної точки, яка використовується у системах електропостачання як нульовий провід. Це робить неможливим застосування подібних пристроїв у системах з нульовим проводом, а також у трифазних чотирипровідних системах. В основу винаходу поставлена задача створити такий пристрій для регулювання змінної напруги, в якому нове виконання взаємозв'язків між трансформаторами та керованими елементами, якісно інше виконання керованих елементів, а також введення нових елементів - керованих ключів та дроселя - дозволило б збільшити діапазон регулювання напруги, покращити масогабаритні показники, знизити викривлення форми кривої вихідної напруги та генерацію радіоперешкод, а також поширити область застосування пристрою, включаючи системи із заземленим нульовим проводом та чотирипровідні трифазні системи. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для регулювання змінної напруги, що містить два трансформатори і три керованих елементи, в якому первинна обмотка першого трансформатора зашунтована колом, яке включає перший керований елемент, тоді як другий керований елемент одним своїм виводом підключено до одного з кінців первинної обмотки першого трансформатора, згідно з винаходом, третій керований елемент виконано у вигляді моста з двома парами виводів, який містить чотири керованих ключа, ввімкнутих, відповідно, по одному ключу у кожне з чотирьох плечей моста, причому перша пара виводів моста з'єднана з двома вихідними виводами пристрою, а до другої пари виводів моста підключено первинну обмотку другого трансформатора, тоді як первинна обмотка першого трансформатора одним кінцем підключена до першого вихідного виводу пристрою, а іншим своїм кінцем за допомогою другого керованого елемента підключена до другого вихідного виводу пристрою, при цьому вторинні обмотки обох трансформаторів з'єднано послідовно і ввімкнено поміж першим вхідним та першим вихідним виводами пристрою, тоді як другий вихідний вивід пристрою з'єднано з його другим вхідним виводом. Поставлена задача вирішується також тим, що послідовно з першим керованим елементом ввімкнено дросель. Технічний результат застосування даного винаходу полягає в тому, що завдяки новому виконанню третього керованого елемента та зміні його взаємозв'язків з трансформатором, яка полягає в тому, що третій керований елемент виконано у вигляді моста з двома парами виводів, який містить чотири керованих ключа, ввімкнутих, відпові дно, по одному ключу у кожне з чотирьох плечей моста, причому перша пара виводів моста з'єднана з двома вихідними виводами пристрою, а до другої пари виводів моста підключено первинну обмотку другого трансформатора, з'являється додаткова можливість інверсного включення первинної обмотки другого трансформатора, що дозволяє використати другий трансформатор для регулювання напруги як у бік підвищення, так і у бік його зниження. Це дозволяє розширити діапазон регулювання напруги, покращити масогабаритні показники пристрою та зменшити вносимі їм викривлення форми вихідної напруги. Остання перевага з'являється завдяки можливості роботи другого трансформатора у лінійному режимі при повністю відкритих керованих ключах відповідних плечей моста. Крім того, технічний результат застосування даного винаходу полягає ще й в тому, що завдяки тому, що первинна обмотка першого трансформатора одним кінцем підключена до першого вихідного виводу пристрою, а іншим кінцем за допомогою другого керованого елемента з'єднана з другим вихідним виводом пристрою, при цьому вторинні обмотки обох трансформаторів з'єднано послідовно і ввімкнено поміж першим вхідним та першим вихідним виводами пристрою, забезпечується додаткова можливість розширення діапазону регулювання напруги за рахунок використання першого трансформатора для регулювання як в бік підвищення напруги, так і в бік зниження напруги шляхом переведення трансформатора у режим індуктивного опору. В результаті несинусоідальність напруги зменшується не тільки завдяки лінійному режиму роботи другого трансформатора, але й завдяки можливості зменшення діапазону регулювання напруги першого трансформатора, працюючого в нелінійному режимі. Крім того, технічний результат застосування даного винаходу полягає в тому, що зменшуються генеровані пристроєм радіоперешкоди, завдяки тому, що послідовно з першим керованим елементом ввімкнено дросель. Це дозволяє згладити фронти комутуємих струмів і, завдяки цьому, зменшити частоти та амплітуди гармонік напруженості електромагнітного поля, що генеруються пристроєм при комутаціях керованих елементів. Ще одним технічним результатом застосування даного винаходу є можливість застосування пристрою у системах із заземленим нульовим проводом та у чотирипровідних трифазних системах завдяки тому, що другий вихідний вивід пристрою з'єднано з його другим вхідним виводом. Подібне рішення дозволяє отримати спільний вузол поміж входом і виходом пристрою, який може бути використано як нульовий провід. Суть винаходу пояснюється фігурою, на якій зображено схему пристрою для регулювання змінної напруги, де 1, 2 - трансформатори з первинними 3, 4 та вторинними 5, 6 обмотками; 7, 8, 9 - керовані елементи; 10-13 - керовані ключі, 14 дросель. Пристрій містить два трансформатори 1, 2 і три керованих елементи 7, 8, 9, в якому первинна обмотка 3 першого трансформатора 1 зашунтована колом, яке включає перший керований елемент 7, тоді як другий керований елемент 8 одним своїм 2 33486 виводом підключено до одного, з кінців первинної обмотки 3 першого трансформатора 1. Згідно з винаходом, третій керований елемент 9 виконано у вигляді моста з двома парами виводів, який містить чотири керованих ключа 10-13, ввімкнених, відповідно, по одному ключу у кожне з чотирьох плечей моста, причому, перша пара виводів моста 9 з'єднана з двома вихідними виводами пристрою, а до другої пари виводів моста підключено первинну обмотку 4 другого трансформатора 2, тоді як первинна обмотка 3 першого трансформатора одним кінцем підключена до першого вихідного виводу пристрою, а іншим своїм кінцем за допомогою другого керованого елемента 8 підключена до другого вихідного виводу пристрою, при цьому вторинні обмотки 5,6 обох трансформаторів з'єднано послідовно і ввімкнено поміж першим вхідним та першим вихідним виводами пристрою, тоді як другий вихідний вивід пристрою з'єднано з його другим вхідним виводом. Згідно з винаходом, послідовно з першим керованим елементом 7 ввімкнено дросель 14. Пристрій для регулювання змінної напруги працює таким чином. Трансформатор 1, що регулюється за допомогою керованих елементів 7, 8, кожний з яких складається, наприклад, з пари зустрічно-паралельних тиристорів, забезпечує плавне змінювання напруги. Регулювання в бік підвищення вихідної напруги здійснюють зміною кута управління α1 тиристорів керованого елемента 8 в діапазоні (0-Е1), де Е1-максимальна позитивна вольтодобавка трансформатора 1, що відповідає його коефіцієнту трансформації. У кожному полуперіоді вихідної напруги спочатку, при переході напруги через нульове значення, включається один з тиристорів керованого елемента 7, що шунтує первинну обмотку 3 трансформатора 1. Напруга на виході трансформатора 1 у цьому випадку дорівнює вхідній, бо індуктивний опір трансформатора 1 з замкнутою накоротко первинною обмоткою практично дорівнює нулю. В момент часу, що визначається кутом управління осі, включається відповідний тиристор керованого елементу 8, що призводить до вимкнення раніше включеного тиристора керованого елемента 7 через зміну на ньому полярності напруги. В результаті, напруга на виході трансформатора 1 зростає скачком на величину E1sinα1 і протягом частини полуперіода, що залишилася, дорівнює сумі вхідної напруги і вольтодобавки, що додається трансформатором 1. Таким чином, залежно від кута управління осі напруга на виході трансформатора 1 дорівнює (Uвx+ E1(α1)). За допомогою трансформатора 2 здійснюється ступеневе регулювання напруги шляхом переключення керованих ключів 10-13 керованого елемента 9. Залежно від стану керованих ключів можливі три ступені регулювання: - позитивна вольтодобавка +Е2 при включених керованих ключах 10, 12; - нульова добавка при включених керованих ключах 12, 13 або 10, 11; - негативна вольтодобавка -Е2 при включених керованих ключах 11, 13. При зміні напруги на вході пристрою незмінність напруги Uном на його виході підтримується спільним регулюванням трансформаторів 1 та 2. Так, при вхідній напрузі Uвх