RU2510123C1 - Method to control three-phase sinusoidal voltage - Google Patents
Method to control three-phase sinusoidal voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510123C1 RU2510123C1 RU2012129635/07A RU2012129635A RU2510123C1 RU 2510123 C1 RU2510123 C1 RU 2510123C1 RU 2012129635/07 A RU2012129635/07 A RU 2012129635/07A RU 2012129635 A RU2012129635 A RU 2012129635A RU 2510123 C1 RU2510123 C1 RU 2510123C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- transformer
- phase
- boost
- current
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к силовой электронике и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных и агропромышленных предприятий, в состав потребителей которых входят электронагревательные установки для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения.The invention relates to electrical engineering, in particular, to power electronics and can be used in power supply systems of industrial and agro-industrial enterprises, the consumers of which include electric heating plants for regulating or stabilizing three-phase voltage.
Известны способы регулирования трехфазного напряжения, которые основаны на чередовании режимов положительной и отрицательной вольтодобавки с режимом закоротки вольтодобавочного трансформатора при помощи электронного коммутатора (см. книгу Импульсное регулирование переменного напряжения Б.К. Жарский, В.В. Голубев Препринт - 96 ИЭД АК УССР, Киев, 1975 - 60 с). Известен также способ регулирования трехфазного напряжения, который за счет симметричных и асимметричных чередований режимов вольтодобавки, вольтовычета и закоротки, обеспечивает шестидиапазонное регулирование с улучшенным гармоническим составом трехфазного напряжения (Патент 2232078 РФ, МКИ G05F 1/30, 7 Н02М 5/257. Способ регулирования трехфазного напряжения / B.C. Климаш (Россия) // Открытия. Изобретения, 2002, №25, с.573-574).Known methods for regulating a three-phase voltage, which are based on the alternation of positive and negative voltage boost modes with a short-circuit mode of a voltage boost transformer using an electronic switch (see book Pulse AC voltage control B.K. Zharsky, V.V. Golubev Preprint - 96 IED AK Ukrainian SSR, Kiev, 1975 - 60 s). There is also a method of regulating a three-phase voltage, which, due to symmetrical and asymmetric alternations of the modes of voltage boost, volt-count and short-circuit, provides six-band regulation with improved harmonic composition of the three-phase voltage (RF Patent 2232078,
Недостатком всех этих способов является искажение формы напряжения у потребителей и формы тока в трансформаторном оборудовании и в сети, а также сложность электронного коммутатора и его системы управления.The disadvantage of all these methods is the distortion of the voltage shape of consumers and current forms in transformer equipment and in the network, as well as the complexity of the electronic switch and its control system.
Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на чередовании режима вотльтодобавки с дроссельным режимом с частотой превышающей частоту сети и плавным переходом от полной вольтодобавки до полного вольтовычитания с заданной глубиной модуляции, например, ±10%. Причем верхний предел напряжения потребителей, в состав которых входит основной электронагревательный элемент, определяется коэффициентом трансформации вольтодобавочного трансформатора, а нижний предел величиной добавочного сопротивления в качестве, которого используется дополнительный электронагревательный элемент.Closest to the proposed one is a method based on the alternation of the voltage boost mode with a throttle mode with a frequency exceeding the mains frequency and a smooth transition from full voltage boost to full voltage subtraction with a given modulation depth, for example, ± 10%. Moreover, the upper limit of the voltage of consumers, which includes the main electric heating element, is determined by the transformation coefficient of the boost booster transformer, and the lower limit is the value of the additional resistance as, which is used by the additional electric heating element.
Этот способ позволяет, при помощи одного транзистора регулировать или стабилизировать трехфазное напряжение на входе одной или нескольких трансформаторных подстанций и у потребителей. Он реализует регулирование с высоким быстродействием, при помощи простой силовой схемы и системы управления.This method allows, with the help of a single transistor, to regulate or stabilize a three-phase voltage at the input of one or more transformer substations and for consumers. It implements regulation with high speed, using a simple power circuit and control system.
Однако и этому способу регулирования присуще существенные недостатки, которые заключается в искажении формы напряжения у питания потребителей и формы тока в силовом трансформаторе подстанции и в сети.However, this method of regulation also has significant disadvantages, which consists in distorting the shape of the voltage in the power supply of consumers and the shape of the current in the power transformer of the substation and in the network.
Задачей предлагаемого способа регулирования трехфазного напряжения является сохранение синусоидальной формы напряжения питания потребителей и формы тока в силовом трансформаторе и в сети.The objective of the proposed method for regulating three-phase voltage is to preserve the sinusoidal form of the consumer supply voltage and the current form in the power transformer and in the network.
Решение поставленной задачи достигается тем, что формируют антиискажения тока для первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора посредством колебательного контура, созданного на основе этой обмотки, и суммируют ток первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора с антиискажениями.The solution of this problem is achieved by forming current anti-distortion for the primary winding of the boost transformer by means of an oscillating circuit created on the basis of this winding, and summing the current of the primary winding of the boost boost transformer with anti-distortion.
Техническим результатом является уменьшение потерь у потребителей в одном или нескольких силовых трансформаторах и в линии электропередач и полезное использование энергии потерь на производственные нужды.The technical result is to reduce losses among consumers in one or more power transformers and in power lines and the beneficial use of energy losses for production needs.
Сущность предлагаемого способа поясняется ниже описанием и прилагаемым чертежом, где на фиг.1 представлены физические процессы, иллюстрирующие процесс формирования антиискажения тока первичной цепи, суммирование их с искаженным током первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора посредством колебательного контура и обеспечение синусоидальности тока в силовом трансформаторе подстанции и в сети и напряжения питания потребителей, а на фиг.2 - устройство, реализующее предложенный способ.The essence of the proposed method is illustrated below by the description and the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows the physical processes illustrating the process of forming the anti-distortion of the primary circuit current, summing them with the distorted primary current of the boost transformer by means of an oscillatory circuit, and providing a sinusoidal current in the substation power transformer and in the network and power supply voltage of consumers, and in Fig.2 - a device that implements the proposed method.
На фиг.1 представлены режим вольтодобавки (фиг.1, а), режим вольтовычета (фиг.1, б) и введены следующие обозначения:Figure 1 presents the mode of voltage boosting (figure 1, a), the mode of voltages (figure 1, b) and the following notation is introduced:
IC=I1=Iв+IK - ток сети и через первичную обмотку силового трансформатора (сумма токов через первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора и конденсатор);I C = I 1 = I in + I K is the current of the network and through the primary winding of the power transformer (the sum of the currents through the primary winding of the boost transformer and capacitor);
UC - напряжение сети;U C is the mains voltage;
UH - напряжение нагрузки;U H - load voltage;
Uд - напряжение вольтодобавки;U d - voltage boost;
I1 - ток через первичную обмотку силового трансформатора;I 1 - current through the primary winding of the power transformer;
Iн - ток нагрузки;In - load current;
Iв - ток первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора;I in - the current of the primary winding of the boost transformer;
UK - напряжение на конденсаторе;U K is the voltage across the capacitor;
IК - ток конденсатора (антиискажения тока в силовом трансформаторе и в сети).I K - capacitor current (anti-distortion current in the power transformer and in the network).
Указанные обозначения физических процессов получены в среде Matlab на модели, приведенной на фиг.3.The indicated designations of physical processes were obtained in the Matlab environment using the model shown in Fig. 3.
На фиг.2 введены следующие обозначения:Figure 2 introduced the following notation:
Силовой 1 и вольтодобавочный 2 трансформаторы, полупроводниковый ключ 3 с системой управления 4, блок фильтро-компенсирующих конденсаторов 5, электронагреватель 6 с основным 7 и дополнительным 8 элементами, нагрузку 9, к которой относятся наиболее критичные к качеству напряжению потребители, сеть 10.
Способ функционирует следующим образом.The method operates as follows.
В каждой фазе из тока первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора выделяют первую гармонику путем суммирования тока этой обмотки с антиискажениями, которые получают в колебательном контуре, образованном индуктивностью первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 2 и конденсатором. Энергия для поддержания генерации антиискажений поступает из вторичной цепи вольтодобавочного трансформатора и импульсным способом при помощи электронного ключа добавляется в колебательный контур. При полностью включенном и полностью выключенном полупроводниковом ключе конденсатор колебательного контура не участвует в работе, вследствие того, что его сопротивление во много раз больше первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора. При данном способе регулирования дополнительная активная энергия при вольтоприбавлении направлена из сети в нагрузку, а при вольтовычитании избыточная энергия нагрузки потребляется добавочным сопротивлением.In each phase, the first harmonic is isolated from the primary winding current of the boost-up transformer by summing the current of this winding with anti-distortions, which are obtained in the oscillatory circuit formed by the primary winding inductance of the boost-
При пониженном напряжении в сети 10 полупроводниковый ключ 3 включен, и вольтодобавочный трансформатор повышает напряжение на входе силового трансформатора 1 и на нагрузке 9 до заданного уровня за счет наведения на первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора 2 ЭДС, синфазной с напряжением сети 10. В режиме полной вольтодобавки дополнительный элемент 8 электронагревателя 6 закорочен открытым полупроводниковым ключом 3 и обесточен, т.е. вспомогательный электронагреватель отключен.With a reduced voltage in the network 10, the semiconductor switch 3 is turned on, and the boost transformer increases the voltage at the input of the
При повышении напряжения в сети 10 устройство уменьшает длительность проводящего состояния полупроводникового ключа 3 внутри каждого периода коммутации напряжения нагрузки. При этом происходит изменение величины и направления основного магнитного потока вольтодобавочного трансформатора и на его первичной обмотке наводится противофазная по отношению к напряжению сети ЭДС, сохраняющая тем самым напряжение на нагрузке 9. При этом на интервалах запертого состояния полупроводникового ключа 3 в работу вступает дополнительный элемент 8 электронагревателя 6.With increasing voltage in the network 10, the device reduces the duration of the conductive state of the semiconductor switch 3 within each switching period of the load voltage. In this case, a change in the magnitude and direction of the main magnetic flux of the booster transformer is induced on the primary winding, which is in phase with respect to the voltage of the EMF network, thereby preserving the voltage at load 9. At the same time, an additional heater element 8 comes into operation at intervals of the locked state of the semiconductor switch 3 6.
Величина сопротивления дополнительного нагревательного элемента 8 выбирается из условия обеспечения нижнего предела стабилизации, при котором полупроводниковый ключ 3 полностью выключен. Дополнительный нагревательный элемент 8 в режиме полного вольтовычета выполняет роль защиты трехфазного полупроводникового ключа 3 от перенапряжений.The resistance value of the additional heating element 8 is selected from the condition of ensuring the lower limit of stabilization, at which the semiconductor switch 3 is completely turned off. An additional heating element 8 in the full-voltage mode performs the role of protecting the three-phase semiconductor switch 3 from overvoltage.
Проверка функционирования способа выполнена в результате численных экспериментов на блочно-модульной математической модели в среде Matlab.Verification of the functioning of the method was performed as a result of numerical experiments on a block-modular mathematical model in a Matlab environment.
Схема блочно-модульной математической модели приведена на фиг.3. В ее состав входит трехфазная сеть и нагрузка, силовой (СТ) и вольтодобавочный (ВДТ) трансформаторы, основной (ЭН1) и дополнительный (ЭН2) нагревательные элементы, полупроводниковый ключ, выполненный на IGBT-транзисторе, система управления полупроводниковым ключом (СУ-ТК) включенного в диагональ трехфазного мостового диодного выпрямителя (ДВ), конденсатор (С) колебательного контура.The block modular mathematical model is shown in figure 3. It consists of a three-phase network and load, power (CT) and boost booster (VDT) transformers, main (EN1) and additional (EN2) heating elements, a semiconductor switch made on an IGBT transistor, a semiconductor switch control system (SU-TK) included in the diagonal of a three-phase bridge diode rectifier (LW), a capacitor (C) of the oscillatory circuit.
Результаты экспериментов, которые производились без конденсатора и с ним представлены на фиг.4 и фиг.5. Они показывают единство природы возникновения искажений входного тока (фиг.4) и выходного напряжения (фиг.5) и способа для их устранения. На фиг.4 показаны формы тока сети в одной фазе без колебательного контура (кривая 1) и с колебательным контуром (кривая 2). На фиг.5 - формы напряжений нагрузки одной фазы без колебательного контура (а) и с колебательным контуром (б).The results of experiments that were performed without a capacitor and with it are presented in figure 4 and figure 5. They show the unity of the nature of the occurrence of distortions of the input current (figure 4) and the output voltage (figure 5) and a method for eliminating them. Figure 4 shows the shape of the network current in one phase without an oscillatory circuit (curve 1) and with an oscillatory circuit (curve 2). Figure 5 - forms of load stresses of one phase without an oscillatory circuit (a) and with an oscillatory circuit (b).
Колебательный контур полностью убирает искажения в кривой входного тока во всем диапазоне регулирования (стабилизации) напряжения у потребителей. При данном способе следствием фильтрации тока является устранение искажений в кривой выходного напряжения.The oscillation circuit completely eliminates distortions in the input current curve in the entire range of voltage regulation (stabilization) of consumers. With this method, the consequence of current filtering is to eliminate distortion in the output voltage curve.
Предлагаемый способ, как более совершенный, может найти применение для регулирования и стабилизации трехфазного синусоидального напряжения. Наиболее целесообразной областью применения является предприятия агропромышленного комплекса, в состав потребителей которых входят электронагревательные установки.The proposed method, as more advanced, can find application for regulating and stabilizing a three-phase sinusoidal voltage. The most appropriate field of application is agricultural enterprises, the consumers of which include electric heating plants.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129635/07A RU2510123C1 (en) | 2012-07-12 | 2012-07-12 | Method to control three-phase sinusoidal voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129635/07A RU2510123C1 (en) | 2012-07-12 | 2012-07-12 | Method to control three-phase sinusoidal voltage |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012129635A RU2012129635A (en) | 2014-01-20 |
RU2510123C1 true RU2510123C1 (en) | 2014-03-20 |
Family
ID=49944978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012129635/07A RU2510123C1 (en) | 2012-07-12 | 2012-07-12 | Method to control three-phase sinusoidal voltage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2510123C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3970918A (en) * | 1975-01-13 | 1976-07-20 | Edward Cooper | High speed, step-switching AC line voltage regulator with half-cycle step response |
US5349522A (en) * | 1991-06-14 | 1994-09-20 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for controlling the output voltage of an AC electrical system |
RU2236078C2 (en) * | 2000-03-27 | 2004-09-10 | Климаш Владимир Степанович | Three-phase voltage regulation process |
-
2012
- 2012-07-12 RU RU2012129635/07A patent/RU2510123C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3970918A (en) * | 1975-01-13 | 1976-07-20 | Edward Cooper | High speed, step-switching AC line voltage regulator with half-cycle step response |
US5349522A (en) * | 1991-06-14 | 1994-09-20 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for controlling the output voltage of an AC electrical system |
RU2236078C2 (en) * | 2000-03-27 | 2004-09-10 | Климаш Владимир Степанович | Three-phase voltage regulation process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012129635A (en) | 2014-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Circulating current suppressing control’s impact on arm inductance selection for modular multilevel converter | |
RU2664387C2 (en) | Steplessly variable saturation compensation choke | |
RU155594U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL ELECTRICITY QUALITY REGULATOR FOR THREE PHASE DISTRIBUTION SYSTEMS OF ELECTRICITY SUPPLY OF 0.4 KV | |
Badin et al. | Unity power factor isolated three-phase rectifier with split DC-bus based on the Scott transformer | |
Kouchaki et al. | An analytical inductor design procedure for three-phase PWM converters in power factor correction applications | |
Suresh et al. | Review on harmonics and its eliminating strategies in power system | |
RU157682U1 (en) | HIGH POWER HIGH POWER FREQUENCY CONVERTER WITH ACTIVE RECTIFIERS | |
Bohra et al. | Modulation techniques in single phase PWM rectifier | |
RU2510123C1 (en) | Method to control three-phase sinusoidal voltage | |
Zinoviev et al. | Three-phase AC voltage regulator as part of an autonomous system | |
RU2534028C1 (en) | Power supply source for radar station equipment | |
RU2551427C1 (en) | Method and device of stabilisation of three-phase alternating voltage | |
Krystkowiak et al. | Simulation and experimental models of 3-phase diode rectifier with power electronics current modulator | |
RU2517300C2 (en) | Method for control of static converter in alternating-current generation system in short-circuit conditions | |
RU2540421C2 (en) | Voltage stabiliser at plant's transformer substations | |
RU113436U1 (en) | THREE-PHASE VOLTAGE STABILIZER ON THE HIGH SIDE OF TRANSFORMER SUBSTATIONS | |
RU120293U1 (en) | STABILIZER OF THREE-PHASE SINUSOIDAL VOLTAGE AT THE HIGH SIDE OF TRANSFORMER SUBSTATIONS WITH THE IMPROVED POWER FACTOR | |
RU2600572C2 (en) | Method of controlling voltage and power | |
RU2579437C1 (en) | System for automatic stabilisation of three-phase sinusoidal voltage of transformer substations | |
RU2557074C1 (en) | Voltage stabiliser of transformer substations of enterprise with utilisation of energy loss | |
RU2461949C1 (en) | Voltage stabilisation device on high side of transformer substation of organisation | |
RU2709468C1 (en) | Synchronous generator with monoventile regulator of stator voltage | |
RU200584U1 (en) | MULTI-PHASE STABILIZER | |
Yarlagadda et al. | A zero sequence voltage injection method for cascaded H-bridge D-STATCOM | |
RU2693890C2 (en) | Thyristor reactor control method |