Компенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

.1. КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержап1ий преобразовательный трансформатор с одной первичной , первой и второй основными вторичными обмотками, первый и второй основные вьшрямительные мосты и компенсационный трансформатор с тремя трехфазными обмотками, одна из которых включена между первой вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом первого выпрямительного моста, другая - между второй вторичной обмоткой преобр азовательного трансформг1тора и входом второго выпрямительного моста, а третья обмотка подключена к трехфазной конденсаторной батарее, о тли чающийся тем, что, с целью сохранения высокого коэффициента мощности при плавном регулировании вьшрямленного напряжения, преобразовательный трансформатор снабжен П дополнительными вторичными трехфазными обмотками, каждая из которых подключена непосредственно к входу одного из П дополнительно введенных выпрямительных мостов, соединенных по выходу с первым и вторым вьтрямительными мостами. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что при И-И дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансформатора соединена в звезду. 3 Преобразователь по п.1, о тл и чающийся тем, что при дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансформатора соединена в треугольник-. 4. Преобразователь по п.1, о Т§ личающийся тем, что при первая дополнительная вторичная (Л обмотка преобразовательного трансфорс матора соединена в звезду, а вторая в треугольник. 5i Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительные выпрямительные мосты выполнены на управляемых, а основные на неуправляемых вентилях. 6.Преобразователь по п.1, отсо личающийся, тем, что все выпрямительные мосты вьшолнены на 4 4iik управляемьк вентилях. 7.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что все основные и дополнительные выпрямительные мосты по выходу соединены последовательно. 8.Преобразователь по пЛ, отличающийся тем, что все основные и дополнительные выпрямительные мосты по выходу соединены последовательно параплельно,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51) Н 02 И 7/155 (21) 3623993/24-07 (22) 19.07.83 (46) 15.10.84. Бюл. 38 (72) lO.И.Хохлов, Я.Л.Фишлер, Л.M.Ïåñòðÿåâà и В.П.Светоносов (7 1) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.314.5(088.8) (56). 1. Патент Великобритании

92001486, кл. Н 02 И 7/08, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР йо заявке 93361125/ 14-07, кл.. Н 02 M 7/12, 1981. (54) (57) 1. КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ПРЕОБ РАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ, содержащий преобразовательный трансформатор с одной первичной, первой и второй основными вторичными обмотками, первый и второй основные выпрямительные мосты и компенсационный трансформатор с тремя трехфазными обмотками, одна из которых включена между первой вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом первого выпрямительного моста, другая — между второй вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом второго выпрямительного моста, а третья обмотка подключена к трехфазной конденсаторной батарее, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью сохранения высокого коэффициента мощности при плавном регулировании выпрямленного напряжения, преобразовательный трансформатор снабжен.п дополнительными вторичными трехфазными обмотками, каждая из которых подключена непосредственно к входу одного из П дополнительно введенных выпрямительных мостов, соединенных по выходу с первым и вторым выпрямительными мостами.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что при

11=-1 дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансформатора соединена в звезду.

3. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что при

tl=1 дополнительная вторичная обмот- ка преобразовательного трансформатора соединена в треугольник-.

4. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что при

ted=2 первая дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансфор. матора соединена в звезду, а втораяв треугольник.

5. Преобразователь по п.1, о т- д л и ч а ю шийся тем, что дополнительные выпрямительные мосты выпол-, нены на управляемых, а основные— на неуправляемьм вентилях.

6. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что все выпрямительные мосты выполнены на управляемых вентилях.

7. Преобразователь по п.1, о тличающийся тем, что все основные и дополнительные выпрямительные. мосты по вьмоду соединены последовательно.

8. Преобразователь по п. 1 о тл и ч а ю шийся тем, что все основные и дополнительные выпрямительные мосты по выходу соединены последовательно-. параллельно.

1119144

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для питания контактной сети на железнодорожном транспорте, в электролизе, в электро приводе.

Известен выпрямитель, содержащий преобразовательный трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, одна из которых соединена 10 в звезду, а другая — в треугольник, два выпрямительных моста, соединенных по выходу параллельно, и уравнивающий трехфазный трансформатор с дв мя трехфазными обмотками, одна из 15 которых включена между первой вторич-! ной обмоткой преобразовательного .трансформатора и входом первого выпря мительного моста, а другай — между второй вторичной обмоткой преобразо- 20 вательного трансформатора и входом второго выпрямительного моста. Наличие уравнивающего трансформатора выравнивает токи выпрямительных мостов и улучшает работу выпрямителя (1) . 25

Недостатком известного выпрямителя является низкий коэффициент мощности .Особенно он низок при регулировании выходного напряжения тиристорами выпрямительных мостов (снижается 50 пропорционально глубине регулирова, ния) .

Наиболее близким к предлагаемому является компенсированный преобразо ватель переменного напряжения в пос35 .тоянное, содержащий преобразовательный трансформатор с одной первичной, первой и второй основными вторичными обмотками, первый и второй основные выпрямительные мосты и компенсацион40 ний трансформатор с тремя трехфазными обмотками, одна иэ которых включе. на между первой вторичной обмоткой преобразовательного. трансформатора и входом первого выпрямительного

45 моста, другая — между второй вторичной обмоткой преобразМатейьного . трансформатора и входом второго выпрямительного моста, а третья обмотка подключена к трехфазной конденсаторной батарее. Эго устройство обладает высоким коэффициентом .мощности благодаря тому, что коммутирующее напряжение конденсаторов обеспечивает более раннюю, по срав-. нению с некомпенсированным преобразователем искусственную коммутацию вентилей 2)..

Однако высокий коэффициент мощности у этого устройства сохраняется лишь в неуправляемом режиме работы. При плавном регулировании напряжения с помощью тиристоров выпрямительных мостов коэффициент мощности резко снижается пропорционально глубине регулирования.

Цель изобретения — обеспечение сохранения высокого коэффициента мощности преобразователя при плавном регулировании выпрямленного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсированном преобра зователе переменного напряжения в постоянное, содержащем преобразовательный трансформатор с одной первичной, первой и второй основными вторичными обмотками, первый и второй основные выпрямительные мосты и компенсационный трансформатор с тремя трехфазными обмотками, одна из которых включена между первой вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом первого выпрямительного моста, другая— между второй вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом второго выпрямительного моста, а третья обмотка подключена к трехфазной конденсаторной батарее, преобразовательный трансформатор снабжен П дополнительными вторичными трехфазными обмотками, каждая из которых подключена непосредственно к входу одного из tl дополнительно введенных выпрямительных мостов, соединенных по выходу с первым и вторым выпрямительными мостами.

Кроме того, в компенсированном преобразователе переменного напряжения в постоянное при 11 =1 дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансформатора соединена либо в звезду, либо в треугольник, а при 11 2 одна дополнительная вторичная обмотка соединена в звезду, а другая — в треугольник.

Кроме того, дополнительные выпрямительные мосты выполнены на управляемых, а основные - на неуправляемых вентилях, либо все выпрямительные мосты могут .,быть выполнены на управляемых вентилях, причем основные и дополнительные выпрямительные мосты по выходу могут быть соединены после25

3 1119 довательно или последовательно-параллельно.

Число витков. у дополнительных обмоток преобразовательного трансформатора выбирается исходя из необ5 ходимой глубины регулирования выпрям. ленного напряжения управляемыми-вентилями дополнительно введенных выпрямительных мостов.

На фиг.1 и 2 представлены принци- ..lp пиальные схемы двух из возможных вариантов выполнения компенсированного преобразователя переменного напряжения в постоянное при И =2.

Преобразователь состоит из преобразовательного трансформатора 1, на стержнях которого расположены трехфазная первичная обмотка 2 и две трехфазные основные вторичные обмотки 3 и 4 Входы основных выпрямитель2п ных мостов 5 и 6 соединены с вторичными обмотками 3 и 4 через расположенные на стержнях компенсационного трансформатора 7 обмотки 8 и 9. Обмотка 10 компенсационного трансформатора 7 соединена с трехфазной конденсаторной батареей 11. На стержнях преобразовательного трансформатора 1 расположены также дополнительные вторичные обмотки 12 и 13, соединенные с входами дополнительных выпрямительных мостов 14 и 15.

Работа компенсированного преобразователя осуществляется следующим образом.

При подключении трансформатора

1 первичной обмоткой 2 к питающей сети на основных 3 и 4 и дополнительных 12 и 13 вторичных обмотках появляются напряжения, которые кы- 40 прямляются с помощью основных 5 и 6 и дополнительных 14 и 15 выпрямитель. ных мостов, создавая выпрямленное

1 напряжение на нагрузке. Токи в обмотках 8 и 9 в магнитопроводе ком- 45 пенсационного трансформатора 7 создают встречные магнитные потоки для гармоник 6К+1, отвечающих К=

=0,2,4;... и согласные магнитные потоки для гармоник 6К+1, отве- 50 чающих K=1,3,5... В результате, суммарный магнитный поток в магнитопроводе компенсационного трансформатора содержит преимущественно пятую и седьмую гармоники. Эти же гармони- 55 ки напряжения наводятся в обмотке

10, а следовательно, и на конденса- торах батареи 11. Напряжения на

144 4 конденсаторах трансформируются в кон. туры коммутации вентилей основных мостов 5 и 6, вызывая опережающую искусственную коммутацию вентилей этих мостов. Вентили дополнительных мостов 14 и 15 работают в режиме естественной коммутации, поскольку напряжения на конденсаторах батареи

11 не попадают в их контуры коммутации. Искусственная коммутация вентилей мостов 5 и 6 повышает коэффициент мощности всего преобразователя.

С целью поддержания высокого коэффициента мощности вентили мостов 5 и 6 для регулирования напряжения не используются, поэтому мосты 5 и 6 могут быть укомплектованы и неуправляемыми вентилями. Таким образом, выпрямительные мосты 5 и 6 наряду со своей основной технологической функцией выполняют функцию компенсации реактивной мощности, а следовательно, и повышения коэффициента мощности выпрямителя.

Для повышения степени компенсации реактивной мощности, а следовательно, и еще большего увеличения коэффициента мощности, путем отстройки от режима с повторной проводимостью вентилей, характерного для преобразователей с искусственной коммутацией, выпрямительные мосты 5 и 6 выполняются на управляемьк вентилях. Отстройку от режима с повторной проводимостью вентилей обеспечивают отсутствием управляющего импульса на вентилях по время появления на них положительного напряжения в непроводящей части периода.

Функцию плавного регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя осуществляют только дополнительные выпрямительные мосты 14 и 15. С целью уменьшения снижения коэффициента мощности при регулировании работу выпрямительных мостов 14 и 15 осуществляют сначала в выпрямительном, а затем в инверторном режимах, выбирая число витков обмоток 12 и 13 так, чтобы выпрямленное напряжение полностью открытьк выпрямительньк мостов 14 и

15 составляло примерно половину необходимого по технологии диапазона регулирования .напряжения всего преобразователя.

Предлагаемый компенсированный преобразователь имеет высокий коэффициент мощности, что обеспечивает

1119144

Жив. 1 снижение потерь электрической энергии и повышает пропускную способность питающей сети по активной мощности.

Действительно, при регулировании напряжения тиристорами на глубину

20% (требования. к преобразователям железнодорожного транспорта) в базовом преобразователе toe ф снижается практически пропорционально глубине регулирования, т.е. на 20%. В !О неуправляемом режиме у базового некомпенсированного преобразователя собф" =0,93, (4g q" =0,4) . Следовательно, при сниженном на 20% напряжении соуу" =0,73 (®Ч" =0,94). В пред- 15 лагаемом компенсированном преобразователе в неуправляемом режиме

cost/=0,9$ (Rgb" =0,2) . Снижение cog(p в предлагаемом преобразователе примерно пропорционально корню квадратному из глубины регулирования, т.е. составляет порядка 5%» Следовательно минимальный cosy" =0,93 (9" =0,40) .

Среднее значение 4g go = 0,67, н Р " =0,96.

При преобразуемой мощности

Р=10 мВт скомпенсированная предлагаемым преобразователем реактивная мощность равна Ц Р(1ф< Р- Я,". )

=10(0,96-0,67)=2,9 мВар.

Известно, что при компенсации

1 кВар реактивной мощности сокращение потерь электрической энергии в электрических сетях достигает

400 кВт.ч в год.

1119144

Заказ 7470/43 Тираж 666

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 ° Раушская .наб., д. 4/5

Подписное

Филиап ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л. Устинкина

Редактор Л. Алексеенко Техред С.Легеза Корректор В.Бутяга