Преобразователь

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при построении систем электроснабжения различных объектов. Целью является улучшение спектрального состава выходного напряжения при одновременном повьш ении унификации используемых в преобразователе выходных трансформаторов. Устр-во содержит трехфазные мостовые инверторы 1 с тр-рами 2-5, первичные обмотки двух из которых соединены в звезду, а двух других - в треугольник. Вторичные обмотки тр-ров 2, 3 соединены в прямой, а тр-ров 4, 5 - в обратньм зигзаг. 5 ил. S (Л OP Ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (58 4

ОПИСАНИК ИЗОБРЕт

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3842221/24-07 (22) 09.01.85 (46) 23.10.88. Бюл. В 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) В.С. Высочанский и Ю.Н. Чаплыгин (53) 621.314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1 272431 кл. Н 02 М 7/515,20.09.83.

Бедферт Б., Хофт P. Теория автономных инверторов. — N.: Энергия, 1969, с. 203.

Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техники. — М.: Высшая школа, 1974, с. 300-302.

„„SU„„3432704 A 1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при построении систем электроснабжения различных объектов. Целью является улучшение спектрального состава выходного напряжения при одновременном повышении унификации используемых в преобразователе выходных трансформаторов. Устр-во содержит трехфазные мостовые инверторы 1 с тр-рами 2-5, первичные обмотки двух из которых соединены в звезду, а двух других — в треугольник. Вторичные обмотки тр-ров 2, 3 соединены в прямой, а тр-ров 4, 5 — в обратный зигзаг. 3

5 ил.

2704

143

В преобразонателе по фиг. 1 используются общеизвестные трехфазные иннерторы напряжения со 180-градусным режимом работы встречно-параллельно включенных управляемых вентилей и диодов. Их работа общеизвестна и не нуждается н пояснении.

Для формирования фазового сдвига

40 на угол q между импульсами управления одной парой инверторов с выходными трансформаторами 2, 3 и другой парой аналогичных инверторов, к которым подсоединены трансформа45 торы 3 и 4, могут быть применены общеизвестные средства фазового управления.

Из рассмотрения векторной диаграм50 мы на фиг. 2 легко установить, что, если параметр а Ф О, то импульсы управления одноименных вентилей инверторов, питающих трансформаторы

2 и 4, синфазны, так же как и син55 фазны импульсы управления вентилей нннерторов, питающих трансформаторы

3 и 5, если же напряжения названных пар инверторов сдвинуты друг относительно друга на угол й/6, то основИзобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к преобразователям со звеном постоянного тока, и может быть использовано при построении систем электроснабжения различных объектов.

Целью изобретения является улучшение спектрального состава выходного напряжения при однонременном повыше:нии унификации используемых в преобразователе выходных трансформаторов.

На фиг. 1 приведена силовая схема преобразователя; на фиг, 2 — век торные диаграммы напряжений трансформаторов каждой пары инверторон, их суммарного напряжения и схемы соединения обмоток трансформаторон 1 на фиг. 3 — кривые суммарного напряже ния на вторичных обмотках каждого иэ трансформаторов и суммарное напряже .ние каждой из двух пар трансформаторов, на фиг. 4 — кривые суммарного напряжения упомянутых пар вторичных обмоток и кривая суммарного вторичного напряжения всех четырех трансформаторов; на фиг. 5 — кривые напряжения на отдельных вторичных обмот ках трансформаторов, ранее использованные при построении кривых фиг.3.

Устройство содержит отдельные (идентичные) трехфазные мостовые инверторы 1 вместе с их блоками управления, трансформаторы 2-5 этих инверторов (все трансформаторы равной мощности и с одинаковыми коэффициентами трансформации), шины 6 постоянного тока, конденсатор 7 между шинами постоянного тока для ограничения влияния индуктивности линии постоянного тока (его применение необязательно), собственно преобразо- ватель 8, шины 9 переменного тока, различные потребители 10-!2 электроэнергии в звене переменного тока с линейной характеристикой, с нелиней,:ной характеристикой и с ЭДС синхронный генератор 13 кпи какой-либо другой источник питания звена переменного тока.

На фиг. 2-5 обозначены первичные обмотки 14 трансформаторон 2 и 4, вторичные обмотки 15 и 16 этих же трансформаторов, векторные диаграм-. мы 17 и 18 основных гармоник кривых напряжений соответственно трансформаторон 2 и 4 lIpH синфазном управлении питающих их инверторов, суммарный вектор 19 оснонных гармо2 I ник фаз А этих трансформаторов (соответственно А и А после взаимного сдвига фаз напряжений питающих их инверторов на угол п /12), вариант формирования напряжения 20 А (А ), суммарное напряжение 21, 22 обмоток 15 и 16 соответственно трансформаторов 2 и 3, суммарное напряжение 23 трансформаторов 2 и 3 на шинах 9 при отсутствии всех остальных источников питания в звене переменного тока, суммарное напряжение

24, 25 обмоток 15 и 16 соответственно

15 трансформаторов 4 и 5, суммарное напряжение 26 трансформаторов 4 и 5 при тех же условиях, что и 23, суммарное напряжение 27 всех трансформаторов, напряжения 28, 29 обмоток 15 и 16

29 трансформатора 4, напряжения 30, 31 обмоток 15 и 16 трансформатора. 5.

Числа витков двух комплектов вторичных обмоток, соединяемых по схеме прямой (в трансформаторах 2, 3) или обратный (в трансформаторах 4, 5) зигзаг, находятся н отношении а, которое через нижеопределяемый угол (выражается как

2tg 9/2 а—

-Гз — ega/2

1432704

25,9= at;

-Гз"

àsin60

1+дсоябО

1+ а/2

55 ные гармоники кривых суммарного напряжения трансформаторов 2 и 3 по отношению к основным гармоникам кривых суммарного напряжения транс5 форматоров 4 и 5 окажутся одинаковыми, но сдвинутыми на угол . = f(a).

В то же время из фиг. 3 (5) следует, что моменты перехода. через ноль кривых 21 и 24 так же, как и ð моменты перехода через ноль кривых

22 и 25, будут попарно совпадать друг с другом.

Как показано на фиг. 2, векторы

17 и 18 являются суммой основных rap- 15 моник вторичных обмоток 15 и 16 трансформаторов. Поскольку из фиг. 2

FD, следует что †= а:1 и если принять

DO что DO = 1, то, ведя отсчет углов гр от оси ординат, получим

I sin 8 + аяЫ(8 + 60) = A<+sin(8 + g/2)

2 где А = 1+2acos60 + а = 1+а+ а, В свою очередь и-е гармоники кривой напряжения обмотки 15 имеют нулевой сдвиг фаз относительно оси ординат— оси отсчета углов, а и-е гармоники кривой налряжения обмотки )6 (век- 35 тор а) сдвинуты относительно этой оси на угол с „ = и ц - ná0, гдето =

= 60 — сдвиг вектора а на диаграмме !8.

Следовательно, 11-я гармоника сум- 40 марной кривой напряжения 26, которой соответствует вектор основной гармоники А, сдвинута относительно ф Э оси ординат на угол ср«

45

asin60 ° 11 2

I+acos60 11 1+ а/2 следовательно, g < = — p/2, а 13-я 50 гармоника этой кривой сдвинута На

yroJI Ч1ь

-13

asin60 13 2 К Ч1 —1+ acos60 13 1+ а/2 следовательно. 1 „= 1) /2.

При повороте вектора А „ относительно оси ординат против часовой стрелки на угол 4 /2 получим, что суммарный угол поворота 11-It (q« ) и 13-й (g, ) гармоник кривой 26 составит величину

<11„ = — 11- +Ц„ -12 У/2

V (против часовой стрелки), 4

q„= - 1з-+Ч„=-!г у/г (против часовой стрелки)

При P/2 = 7,5 ц) =. - 90 о

Ц)11 = — 90

Аналогично, но в противоположные стороны по сравнению с кривой 26, повернуты 11 ÿ и 13-я гармоники обмотки 15 суммарной кривой напряжения

23, основная гармоника которой представлена вектором Ао (вектор а по= вернут в данном случае на угол < =

= — 60 ).

Поэтому 11-е гармоники кривых 23 и 26, как и их 13-е гамроники оказываются в противофазе. Поворот векторов А и A „ навстречу друг другу производится упомянутым дополнительным общеизвестным узлом фазового управления (или установкой соответствующего напряжения смещения в уже имеющемя узле каждого инвертора)

-Гз

g = 2arctg !+ /г °

На фиг. 2 и 4 соответственно при;ведены векторные диаграммы этих на пряжений (19) и их кривые (23, 26) после осуществления упомянутого сдвига на угол (1 = 7 /12 для практически важного случая, когда обеспечиваетея подавление ближайших — 11-й и 13-й ! гармоник. Одновременно также будут, подавлены 35, 37, 59, 61 гармоники и т.д.

Вследствие неравенства мгновенных значений кривых 23 и 26 почти на про тяжении всей полуволны кривой напряжения между парами трансформаторов

2, 3 и 4, 5 потечет уравнительный ток. Этот ток уравняет напряжения отдельных ступеней и кривая 27 суммарного напряжения всех трансформаторов ,преобразователя окажется строго симметричной. Как видно из этой кривой, на каждом интервале времени кри6 14327 вая 27 является полусуммой кривых 23 и 26.

Легко убедиться, что уравнительный ток, содержащий только названные высшие гамронические, оказывается не5 значительным (во всяком случае он не превосходит тех значений, которые имеют токи высших гармонических при !.

Применении общеизвестных LC-фильтв).

В таблице приведены значения уравительных токов от названных выше

1, 13, 35, 37-й гармоник напряжения, стальные высшие гармонические в кри- 15 ой тока (до 59-й) отсутствуют. Токи

ысших гармонических могут быть найены из выражений

2U< п2Х „

20 е п

К или в относительных единицах !

ЕК тР где I, I> соответственно токи 1-й и и-й гармоник, k е — напряжение короткого замыкания трансформатора;Зо

Х„ - суммарное реактивное сопротивление одной фазы одного трансформатора; — напряжение и-й гармоники.

1 таблице приведены значения Т» при

1„= О, I.

Действующее значение тока трансформатора в относительных единицах будет

1 1,08 .

С учетом активной составляющей импеданса трансформатора и эффекта выл. еснения величина I оказывается еще

Е1лиже к 1.

Технико-экономическая эффективность 46 от применения предлагаемого решения состоит в том, что в кривой выходного напряжения подавляются дополнительные гармоники, например ближайший — !1-я и

13-я, унифицируются трансформаторы, по-5< скольку они имеют одинаковую типовую (габаритную) мощность, одинаковое чис ло комплектов обмоток и разнятся только группой соединения обмоток., уравниВается загрузка вентилей всех инверторов и, следовательно, повышается использование вентильного оборудования инверторов, повышается использование трансформаторов, поскольку вторичные

04

6 обмотки существенно различаются по числу витков, то геометрическая сумма векторов их напряжений оказывается блюке к арифметической их сумме;чем в прототипе.

Преобразователь целесообразно использовать для относительно мощных преобразовательных установок, в которых приходится или совместно включать более чем два инвертора, или приходится параллельно включать по несколько вентилей. В частности, оно целесообразно для работы в качестве ведомого инвертора (ВМ) в мощной энергосистеме.

Формула и з о б р е т е н и я

Преобразователь, содержащий два трехфазных мостовых инвертора напряжения с трансформаторными выходами, причем первичная обмотка трансформатора первого инвертора соединена в звезду, .два комплекта вторичной обмотки трансформатора второго инвертора выполнены с отношением чисел витков, равным а, и соединены между собой по схеме прямой зигзаг и последовательно-пофазно с вторичной обмоткой трансформатора первого инвертора, а также первый блок управления, обеспечивающий формирование одноименных по фазе выходных напряжений этих инверторов с взаимным фаэовым сдвигом на угол й/6, отличающийся тем, что, с целью улучшения спектрального состава напряжения при одновременном повышении унификации трансформаторов, он снабжен третьим и четвертым трахфазными инверторами с трансформаторными выходами с аналогично соединенными вторичными обмотками трансформаторов и с аналогично выполненным вторым блоком управления, первичные обмотки трансформаторов второго и четвертого инверторов соединены по схеме треугольник, вторичная обмотка трансформатора первого инвертора выполнена аналогично вторичной обмотке трансформатора второго инвертора — по схеме прямой зигзаг, первичная обмотка трансформатора третьего инвертора соединена по схеме звезда, вторичные обмотки трансформаторов третьего и четвертого инверторов выполнены по схеме обратный зигзаг с аналогичным значением упомянутого параметра а, выходные цепи, об7 1432704

8 разованные вторичными обмотками тран- двух пар инверторов на угол у сформаторов двух пар инверторов- Т

3И причем значение Е выбирают первого, второго и третьего, четвер- !2К того соответственно, соединены в из ряда чисел 1,2,..., а параметр а параллель, упомянутые блоки управле- задают соотношением

5 ния сфазированы между собой через введенный фазосдвигающий узел, обес" а

2 t М /2

-töы/2 печивающий фазовый сдвиг напряжений

13 35 б1

37 59

I% 0,083 0,059 0,0083 0,0073 0,0029 0,0027

1432704

1432704

81 Г 1

Составитель Г. Мыцык

Техред N.Äèäûê Корректор M. Васильева

Редактор С. Пекарь

Заказ 5458/51

Тираж 666 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4