Преобразовательный агрегат

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательных трансформато рно-тиристорньгх агрегатах, предназначенных для питания от автономной сети соизмеримой моодности с повьшенными требованиями к их электромагнитной совместимости. Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости с автономной питающей сетью соизмеримой мощности. Устройство содержит трехфазньй сетевой согласующий трансформатор 1, включенный между сетью и выпрямителем, вьтолненным по мостовой схеме на тиристорах 5-10, а также систему автоматического управления 11. К концам первичньпс обмоток трансформатора 1 подключены конденсаторы 12-14 сетевого фильтра. Магнитопровод трансформатора 1 шихтуют из низкоуглеродистой нелегированной холоднокатанойэлектротехнической стали толщиной 0,5- 5 мм. Это позволяет выполнить трансформатор с избирательно увеличенными в 1,05-4 раза потерями на вихревые токи при пониженных потерях на гистерезис. Такое выполнение трансформатора позволяет снизить уровень высших гармоник на входе устройства в диапазоне радиопомех при минимально необходимой емкости конденсаторов 12-14. Это приводит к снижению уровня искажения сетевого напряжения питающей сети, что обеспечивает достижение поставленной цели. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., . с S сл :

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 Н 02 M 1/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ s>)."..., 1

1 с

-: 1

l (Фиг 1. (21) 4033481/24-07 (22) 08.01.86 (46) 15.06.87. Бюл. № 22 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовой полупроводниковой техники Завода "Электровыпрямитель" (72) В.Н.Филатов (53) 621.314.6 (088.8) (56) Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и .элементы. М.: 1972, с.31, 73, 76, 80.

Розанов О.К. Основы силовой преобразовательной техники. M.:Ýíåðãèÿ, 1979, с.392. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛВНЬЙ АГРЕГАТ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательных трансформат6рно-тиристорных агрегатах, предназначенных для питания от автономной сети соизмеримой мощности с повьппенными требованиями к их электромагнитной совместимости. Цель изобретения — улучшение электромагнитной совместимости с автономной питающей сетью соизмеримой мощности. Устройст. во содержит трехфазный сетевой согласующий трансформатор 1, включенный между сетью и выпрямителем, выполненным по мостовой схеме на тиристорах 5-10, а также систему автоматического управления 11. К концам первичных обмоток трансформатора 1 подключены конденсаторы 12-14 сетевого фильтра. Магнитопровод трансформатора 1 шихтуют из низкоуглеродистой нелегированной холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0,55 мм. Это позволяет выполнить трансформатор с избирательно увеличенными в 1,05-4 раза потерями на вихревые токи при пониженных потерях на гистерезис. Такое выполнение трансформатора позволяет снизить уровень высших гармоник на входе устройства в диапазоне радиопомех при минимально необходимой емкости конденсаторов 12-14. Это приводит к снижению уровня искажения сетевого напряжения питающей сети, что обеспечивает достижение поставленной цели.

2 з.п. ф-лы, 3 ил.

131

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательных трансформаторнотиристорных агрегатах, предназначенных для питания от автономной сети соизмеримой мощности с повышенными требованиями к их электромагнитной совместимости.

Цель изобретения — улучшение электромагнитной совместимости с автономной питающей сетью соизмеримой мощности путем снижения на входе уровня высших гармоник в диапазоне радиопомех при минимально необходимой емкости конденсаторов.

На фиг.! .приведена принципиальная схема преобразовательного агре— гата; на фиг.2 — эквивалентная схема замещения его в однофазном режиме; на фиг.3 — диаграммы напряжений, характеризующие работу преобразовательного агрегата.

Преобразовательный агрегат содержит трансформатор 1 с обмотками 2 и 3 и магнитопроводом 4, а также тиристоры 5-10, блок 11 системы автоматического управления САУ и конденсаторы 12-14.

Концы первичной обмотки 2 трансформатора 1 образуют входные выводы преобразовательного агрегата, к которым подключены конденсаторы 12-14 фильтра радиопомех. Концы вторичной обмотки 3 трансформатора 1 поцключены к зажимам переменного тока шестиплечевого вентильного моста на тиристорах 5-10, зажимы постоянного тока которого образуют выходные выводы преобразовательного агрегата.

Блок 11 САУ подключен своими выходами к управляющим электродам тирис— торов 5-10. Магнитопровод 4 трансформатора 1 шихтован низкоуглеродистой нелегированной холоднокатаной электротехнической сталью толщиной 0,54 мм.

Преобразовательный агрегат работает следующим образом.

При подаче на входные выводы преобразовательного агрегата сетевого напряжения на вторичных обмотках 3 его трансформатора 1 формируется трехфазная система напряжений. Блок

11 САУ обеспечивает отпирание тиристоров 5-10 поочередно в порядке их нумерации со сдвигом по фазе в

60 эл. град. На выходе преобразовательного агрегата формируется шестиимпульсное выпрямленное напряжение.

7589

5

1О

2

В процессе коммутации тиристоров, например отпирании очередного тиристора 7 (фиг.l) и запирании тиристора 5, происходит кратковременное закорачивание вторичных фаз а и Ь на время спадания тока в тиристоре 5 с Х до 0 и нарастании тока в отпи—

J раемом тиристоре 7 с 0 до I, Это время определяется суммарным реактансом сети и трансформатора е — are cos(сов М, — е ).

На время коммутации тиристоров во вторичном напряжении трансформатора появляются коммутационные просечки в синусоидах напряжения, обусловленные выравниванием — усреднением фазных напряжений U U, U, в моменты коммутации очередных пар тиристоров (фиг.За), т.е. тиристорный блок работает как источник коммутационных импульсов напряжения U (фиг.36, где UÄ П д — импульсы фазы А).

Поскольку реактансы питающей сети трансформатора ведут себя как индуктивный делитель напряжения, величина коммутационного импульса напряжения на входных выводах преобразовательного агрегата оказывается более низкой, достаточной для обеспечения нормированного 57-ного коэффициента искажения синусоидальности сетевого напряжения (фиг.Зб,в, фаза U<).

Однако если для обеспечения нормированного коэффициента искажения допустимы просечки сетевого напряжения в десятки и даже в сотни вальт, то уровни высших гармоник, ° относящихся к спектру радиопомех, не должны превышать десятков милливольт, поэтому их шунтируют конденсаторами

l2-14 фильтра радиопомех. Эти конденсаторы образуют с реактансом сети колебательные контуры, возбуждаемые коммутационными импульсами напряжения. !

Возникающие дополнительные переходные процессы в сетевом напряжении в моменты коммутации тиристоров (фиг.3в, фаза U>) требуют дополнительного реактирования преобразовательного агрегата либо за счет введения реактора фильтра радиопомех

1 либо за счет увеличения реактанса трансформатора, что в обоих случаях ведет к увеличению массогабаритных показателей и установленной мощности трансформаторно-реакторного оборудования.

3 3175

Однако, если рассмотреть эквивалентную схему замещения (фиг.2, где

С„ — емкость питающей сети; I.c — ре- активное сопротивление сети; L реактивное сопротивление трансформа- 5 тора; К,д — продольное сопротивление; L,,К вЂ” поперечные сопротивления; U„ — импульсы коммутационных искажений выпрямителя; F> — ЭДС фазы А питающей сети), потери в стали 10 магнитопровода трансформатора можно использовать как дополнительное фильтрующее и демпфирующее звено, внеся в конструкции магнитопровода трансформатора ряд дополнительных 15 конструктивных и технологических изменений.

Действительно, потери в стали магнитопровода трансформатора складываются из потерь на гистерезис Р,, потерь на вихревые токи P и добавочных потерь РА, которые могут достигать 50% от потерь на вихревые токи (и пропорциональны им).

Потери в электротехнической стали не подразделяются на составляющие. Однако если потери на гестерезис определяются только магнитными свойствами стали, то потери на вихревые токи пропорциональные квадрату толщины электротехнической стали и квадрату частоты гармоник тока.

Следовательно, при целенаправленном увеличении толщины пластин стали и

35 уменьшении ее удельного электросопротивления за счет ухудшения качест— ва стали можно обеспечить эффективную дополнительную фильтрацию высших гармоник и демпфирование переходных процессов возбуждения сети без увеличения потерь на основной несущей . частоте питающей сети.

Для максимального снижения потерь в стали магнитопровода трансформатора преобразователя (вообще) при использовании электротехнической стали толщиной 0,35 (и даже 0,27) мм предлагается шихтовать магнитопровод преобразовательного трансформатора толщиной 0,5-4 мм. Низкоуглеродистая сталь имеет пониженное удельное электросопротивление и повышенную максимально допустимую индукцию, что ведет к дополнительному квадратичному увеличению потерь на вихревые токи для высших гармоник.

Снижение потерь на гистерезис можно обеспечить улучшением магнит-, 89 4 ных свойств электротехнической низкоуглеродистой нелегированной стали путем придания ей магнитной анизотропии холодной прокаткой стали.

Таким образом, специальный пре/ образовательный трансформатор должен дополнительно выполнять функции фильтрации и.демпфирования высших гармоник в квадратичной зависимости от номера этих гармоник (заградительный трансформатор) .

Такой трансформатор имеет коэффи-циент трансформации, возрастающий в пределе в квадрате от номера высшей гармоники коммутационных импульсов напряжения. Это позволяет снизить уровень высших гармоник на входных выводах преобразовательного агрегата в диапазоне радиопомех при минимально необходимой емкости конденсаторов, а соответственно. сам уровень искажения сетевого напряжения питающей сети (фиг.3в, фаза С), т.е.- улучшить электромагнитную совместимость преобразователя с аг>тономI ной сетью ограниченной мощности., Блок 11 САУ может быть выполнен по многоканальной аналоговой структуре и содержать стандартные подблоки.

Применительно к трехфазному мостовому выпрямителю многоканальная аналоговая САУ в простейшем случае содержит шесть каналов по числу тнрис-торов в выпрямителе. Каждый канал имс имеет устройство синхронизациц (УС ) с сетью (может быть общ м на основе шестифазного трансформатора), фазосдвигающие устройства (ФСУ), сигналы с выходов которых подаются на управляющие электроды тиристоров 510.

Каждый сигнал СУ работает с частотой питающей сети. Распределение управляющих сигналов по каналам осу"-: ществляется самим входным сетевым напряжением с помощью трансформатора. шестифазное переменное напряжение ко— торого определяет начало отсчета угла управления в каждом канале

САУ 11. Фазовый сдвиг управляющих импульсов задается сигналом управления, общим для всех каналов. На гыходах ФСУ формируется фазоуправляемые импульсы. Поскольку для мостовой схемы выпрямления необходимы сдвоенные через 60 эл.град. Управляющие импульсы на входах устройств формпрсвания.и усиления управляющих импуль-

1317589

LIP.

8ПдцПП 3аказ 2430/51 Тираж 660 Подписное

Произв.-полигр. пр — тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сов производят их сдваивание путем псдачи сигналов от двух соответствующих ФСУ.

Сдвоенные сформированные и усиленные сигналы подаются поочередно со сдвигом по фазе на 60 эл,град, на управляющие электроды тиристоров

5-10.

Форму л а и з о б р е т ения

1. Преобразовательный агрегат, содержащий трехфазный сетевой согласующий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения питающей сети, к каждому из которых подключен конденсатор сетевого фильтра радиопомех, а его вторичная обмотка подключена к входу тиристорного выпрямителя, выход которого образует выходные выводы для подключения нагрузки, и система автоматического управления тиристорами выпрямителя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения электромагнитной совместимости с автономной питающей сетью соизмери5 мой мощности путем снижения на входе уровня высших гармоник в диапазоне радиопомех при минимально необходимой емкости конденсаторов, указанный трансформатор выполнен с избирательно увеличенными в 1,05-4 раза по- терями на вихревые токи при пониженных удельных потерях на гистереэис.

2. Агрегат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что магнитопровод трансформатора выполнен иэ ниэкоуглеродистой электротехнической стали толщиной 0,5-5 мм.

3. Агрегат по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что электро20 техническая сталь магнитопровода изготовлена нелегированной с пониженным удельным электросопротивлением и холоднокатаной.

Рмг а/1