Способ уменьшения уравнительного тока двенадцатифазного компенсированного выпрямителя с пятой и седьмой гармониками тока в коммутирующих конденсаторах

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в мощных многофазиых преобразовательных системах электропитания. Цель изобретения - снижение установленной мощности и повышение энергетических показателей выпрямителя. Способ состоит в том, что 6 компенсированном выпрямителе с пятой и седьмой

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) д1) 4 Н 02 М 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г ВМч;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l(21) 3975318/24-07 (22) 10.11.85 (46) 07.02.88. Бюл. У 5 (71) Челябинский политехнический институт нм. Ленинского комсомола (72) Ю.И.Хохлов, И.Л.Краногорцев, С.Г.Ляпкало, С.Н.Семенов и В.Е.Ветчинкин (53) 621.314.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1056396, кл. Н 02 М 7/06, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1124414, кл. Н 02 М 7/06, 1983. (54) СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА ДВЕНАДЦАТИФАЗНОГО КОМПЕНСИРОВАННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ПЯТОЙ И СЕДЬ»

МОЙ ГАРМОНИКАМИ ТОКА В КОММУТИРУЮЩИХ

КОНДЕНСАТОРАХ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в мощных многофазных преобразовательных системах электропитания.

Цель изобретения — снккение установленной мощности и повьппение энергетических показателей выпрямителя. Способ состоит в том, что s компенсированном выпрямителе с пятой и седьмой

1372546 гармониками тока в конденсаторах компенсирующего устройства емкость укаэанных конденсаторов при изменении коэффициента трансформации трансформатора 1 изменяют до значения, при котором появляется режим с повторным эа период питающего напряжения включением вентилей выпрямителя. При этом переменная составляющая тока может быть как усилена, так и ослаблена.

Одновременно с уменьшением емкости конденсаторов из-эа роста емкостного сопротивления увеличиваются напряжения на конденсаторах, возрастает их

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения технико-экономических показателей мощных многофазных преоб6 разовательных систем электропитания электролизных серий, электротермических установок, электропривода и т.д.

Цель изобретения — снижение уста-. новленной мощности и повышение энергетических показателей выпрямителя.

На фиг.1 представлена принципиальная схема двенадцатифазного компенсированного выпрямителя с пятой и седьмой гармониками тока в коммутирующих конденсаторах, в котором реализован предлагаемый способ; на фиг.2осциллограммы токов и напряжений на элементах выпрямителя.

Преобразователь содержит трансформатор 1. В первый шестифаэный блок входит сетевая обмотка трансформатора 1, вентильная обмотка, соединенная в звезду, и диодный выпрямитель

2. Второй шестифазный блок включает в себя сетевую обмотку трансформатора 1, вентильную обмотку, соединенную треугольником, и диодный выпрямитель 3. Кроме того, преобразователь содержит общее для обоих блоков ком30 пенсирующее устройство, содержащее реактор 4 и конденсаторную батарею

5. Возможно другое исполнение преобразователя, он может быть как мостовым, так и нулевым. Компенсирующие 35 устройства могут, включаться как на вторичной, так и на первичной сторокомпенсирующая способность по реактивной мощности. Из-sa возрастания разницы индуктивного сопротивления реактора 4 и емкостно-конденсаторной батареи 5 становится более четким разделение их функций. Реактор выравнивает первые гармоники протекающих через его обмотки токов шестифаэных блоков 2,3. Конденсаторы на пятой и седьмой гармониках осуществляют искусственную коммутацию вентилей с опережением по сравнению с моментом включения их в некомпенсированном выпрямителе. 2 ил. нах преобразовательного трансформатора. Сетевая обмотка трансформатора 1 подключается к питающей сети 6. Диодные выпрямители 2 и 3 по выходу подключены параллельно к нагрузке

7 преобразователя. Осциллограммы отвечают некомпенсированному выпрямителю в случае, когда величина емкости

С = со (фиг.2а) и компенсированному выпрямителю при различной емкости конденсаторной батареи 5 (фиг.2б,в,г).

На всех осциллограммах приняты следующие обозначения: е и i — ЭДС и ток питающей сети; Ub u ib — напряжение и ток вентиля; 13,1 и i< — выпрямленные напряжения и ток двенадцатифазного преобразователя. 1 — выпрямленный

6 ток шестифазного диодного выпрямителя, входящего в один из шестифазных блоков преобразователя; U — напряжение на конденсаторах компенсирующего устройства

Способ осуществляется следующим образом.

В двенадцатифазном выпрямителе в силу сдвига коммутационных процессов в шестифазных блоках на 30 эл.град. разность мгновенных значений выпрямленных напряжений блоков отлична от нуля даже в том случае, когда имеет место полная симметрия параметров шестифазных блоков. B дискретном спект" ре этой разности напряжений содержатся гармоники, кратные шести. Ввиду всегда имеющей место на практике не1372546 симметрии параметров шестифаэных блоков (конструктивные различия ошиновки, разброс параметров вентилей, различие активных и реактивных соп-

5 ротивлений и неизбежно нестрогие витковые соотношения в обмотках трансформаторов и др) в спектре разности напряжений появляются постоянная составляющая и некоторые неканонические гармоники.

Под действием укаэанной разности напряжений в контурах, образованных вентильными обмотками трансформаторов и работающими вентилями блоков, минуя цепь нагрузки, замыкается уравнительный ток с тем же спектром.

В некомпенсированных преобразователях этот ток ограничивается, в основном, индуктивным сопротивлением контуров уравнительного тока. В компенсированном преобразователе в контур уравнительного тока вносится и емкостное сопротивление конденсаторов компенсирующего устройства. Наличие индуктивности и емкости в контурах создает условия для резонансного характера изменения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока. В результате переменная составляющая тока при изменении емкости конденсаторов может быть как усилена, так и ослаблена по сравнению с некомпенсированным преобразователем.

Одновременно с уменьшением емкос35 ти конденсаторов вследствие роста емкостного сопротивления увеличиваются напряжения на конденсаторах, возрастает их компенсирующая способность по реактивной мощности и, следовательно, повышается коэффициент мощности выпрямителя. Максимум коэффициента мощности в компенсированных диодных выпрямителях наблюдается вблизи

rpaHHIJbl появления режима с повторным 45 за период питающего напряжения включением вентилей. Повторное включение вентилей становится возможным ввиду того, что в компенсированных выпрямителях с пятой и седьмой, гармониками тока в конденсаторах спустя

30 эл. град (без учета угла коммутации) после эапирания вентилей обратное напряжение вентилей с ростом напряжения на конденсаторах снижается до

55 нуля.

Вентили могут повторно проводить рабочий ток, создавая тем самым дополнительную отстающую волну тока.

Появление отстающей волны в токах вентилей вызывает аналогичную волну в сетевом токе, а это приводит к тому, что, проходя через максимум, коэффициент мощности выпрямителя при дальнейшем снижении емкости конденсаторов начинает уменьшаться. Таким образом, с точки зрения коэффициента мощности емкость конденсаторов следует выбирать исходя из работы преобразователя вблизи границы появления режима с повторным за период включением вентилей. При такой емкости преобразователь работает вдали от максимума резонансной кривой амплитуды переменной составляющей уравнительного тока, причем амплитуда переменной составляющей уравнительного тока существенно снижается по сравнению с амплитудой того же тока в некомпенсированном выпрямителе.

Кроме того, при снижении емкости конденсаторов и приближении ее к выбранной указанным выше образом в компенсирующем устройстве ввиду возрастания разницы индуктивного сопротивления реактора и емкостного — конденсаторной батареи в компенсирующем устройстве становится все более четким разделение функций реактора и конденсаторной батареи Реактор осуществляет выравнивание первых гармоник протекающих через его обмотки токов шестифазных блоков. Конденсаторы на пятой и седьмой гармониках осуществляют искусственную коммутацию вентилей с опережением по сравнению с моментом включения их в некомпенсированном выпрямителе. В результате выравнивания первых гармоник токов блоков выравниваются выпрямленные токи блоков и, следовательно, уменьшается постоянная составляющая в уравнительном токе. Искусственная ко,.мутация вентилей повышает коэффициент мощности выпрямителя.

При работе преобразователя в некомпенсированном режиме, т,е, при

С = оо (фиг.2а) напряжение на конденсаторах отсутствует U = О, Коммутация вентилей осуществляется только

ЭДС трансформатора (естественная коммутация), поэтому первая гармоника тока сети i существенно отстает по фазе от ЭДС сети е . Коэффициент мощности преобразователя в связи с этим достаточна низок. В токах вентилей

1372546

i>(s проводящую часть периода) имеются заметные провалы, обусловленные тузначительной величиной переменной составляющей в токе шестифазных диодных выпрямителей. Вся эта переменная составляющая входит в уравнительный ток, поскольку выпрямленный ток всего выпрямителя i практически идеально сглажен. Наличие значительной пере- 10 менной составляющей уравнительного тока увеличивает дейстнующие значения токов в ветвях преобразователя, а следовательно, повышает установленную мощность его оборудования. 15

При неправильном выборе емкости конденсаторов (фиг.2б) в компенсированном выпрямителе переменная составляющая уравнительного тока может быть резко усилена и, следовательно, 20 резко усилен укаэанный недостаток некомпенсированного выпрямителя, связанный с протеканием этой составляющей тока. Такой режим практически неприемлем, несмотря на достаточно 25 высокий коэффициент мощности выпрямиe5 H i ) °

На осциллограммах компенсированного выпрямителя (фиг ° 2в) емкость конденсаторной батареи определена по 30 приведенному ниже соотношению. Для преобразовательного стенда номинальные выпрямленный ток I = 5,9 А-, вторичное линейное напряжение трансформатора U „ = 220 В и индуктивное сопротивление контура коммутации Хк

5,66 Ом при q = 0,5. Для преобразот.е.

С вЂ” 1 ) ХкIg + K U (0 037-0 024 g )

>X) I (3 7-1, 6 qT Х„I + К U 0,48-0,23

11,„ — действующее значение линейного напряжения на нто45 ричных обмотках трансформатора;

Х, g

Х + Х, При этом достигается максимум коэффициента мощности и существенное снижение переменной составляющей уравнительного тока, а постоянная составляющая этого тока практически равна т

К нулю.

55 где и — угловая частота напряжения питающей сети;

Хс + Хто

Х„= - -,— - — индуктивное сопротивление контура коммутации;

Х вЂ” индуктивное сопротивление

& питающей сети;

Х вЂ” индуктивное сопротивление тр трансформатора. коэффициент трансформации трансформатора; число параллельно включенных вентильных групп выпрямителя; выпрямленный ток выпрямителя; нателя, схема которого приведена на фиг.1, число параллельно работающих вентильных групп К = 2. Емкость конденсаторов, включенных в фазу конденсаторной батареи С = 16 мкФ.

Осциллограммы, снятые при этом значении емкости, иллюстрируют существенное уменьшение переменкой составляющей уравнительного тока по сравнению с некомпенсиройанным выпрямителем.При этом, как видно из кривой напряжения на вентиле,преобразователь работает на границе режима с повторной проводимостью вентилей. Коэффициент мощно— сти преобразователя нысок,так как угол сдвига фаз первых гармоник кривых е и i близок к нулю.

Осциллограммы при еще меньшей емкости конденсаторов (фиг.2г) показывают, что переменная составляющая уравнительного тока еще уменьшилась.

Однако повторное включение вентилей (кривые Иь и ь) приводит к появлению отстающей волны н нентильном токе, а следовательно, и н токе сети. Угол сдвига фаз первых гармоник е и по сравнению с предыдущим случаем увеличивается, а коэффициент мощности выпрямителя падает. Поэтому величину емкости конденсаторов следует выбирать из условия, обеспечивающего работу компенсированного преобразователя вблизи границы появления режима с повторной пронодимостью вентилей, Формула изобретения

Способ уменьшения ураннит льного тока дненадцатифазного компенсиро137254

C g гмФ л е С 4б миф кймйьм 4"БАЙЯ+ ф444ф

®Ф

Составитель Л.устинкина

Редактор В.Петраш Техред A.Êðàâ÷óê Корректор С.йекмар

Заказ 496/52 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ванного выпрямителя с пятой и седьмой гармониками тока в коммутирующих конденсаторах, содержащего два параллельно подключенных к цепи нагрузки шестифазных выпрямительных блока, каждый иэ которых включает в себя преобразовательный трансформатор и подключенный к нему,шестифаэный диодный выпрямитель, и одно, общее для обоих блоков компенсирующее устройство из реактора и подключенной к нему трехфазной батареи конденсаторов, заключающийся в том, что при изменении коэффициента трансформации тран6

8 сформатора изменяют величину реактивного сопротивления в контуре уравнительного тока шестифаэных блоков, отличающийся тем, что, с целью снижения установленной мощности и улучшения энергетических показателей, указанное изменение величины реактивного сопротивления осуществляют путем доведения величины емкости батареи коммутирующих конденсаторов до значения, соответствующего появлению режима с повторным за период питающего напряжения включением вентилей выпрямителя.