Многофазный преобразователь сучкова



Многофазный преобразователь сучкова
Многофазный преобразователь сучкова

 


Владельцы патента RU 2453974:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока. Многофазный преобразователь Сучкова состоит из соединенных трех катушек (1, 2, 3) первичной обмотки по схеме «звезда», подключаемых к фазам сети А, В, С, и соединенных шести катушек (4, 5, 6, 7, 8, 9) вторичных обмоток между собой и с вентилями преобразователя. Каждая катушка вторичных обмоток трансформатора является стороной «шестиугольника». Вентили (10, 11, 12, 13, 14, 15) катодной группы анодами подсоединены к узлам, связывающим катушки вторичных обмоток трансформатора. Вентили (16, 17, 18, 19, 20, 21) анодной группы катодами подсоединены к отпайкам от половины витков катушек вторичных обмоток трансформатора. Изобретение позволяет получить технический результат - уменьшить прямые токи вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить габариты, вес и его стоимость. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока.

Наиболее близким решением из уровня техники к предлагаемому является преобразователь, используемый как элемент более сложного двадцатичетырехфазного преобразователя, состоящего из трехфазного трехобмоточного трансформатора и двух трехфазных вентильных мостов. Трансформатор имеет сетевую (первичную) обмотку и две одинаковые по мощности вентильные (вторичные) обмотки, одна из которых соединена по схеме «треугольник», а вторая - по схеме «звезда». Линейные напряжения и токи вентильных обмоток одинаковые, но схемы разные. Поэтому параметры обмоток разные - разное число витков и разное сечение провода обмоток. Каждый трехфазный вентильный мост состоит из шести вентилей, из которых в каждом мосту одновременно работают два вентиля: один из анодной и другой из катодной группы. Оба моста работают одновременно. Поэтому одновременно работают четыре вентиля. Вентильные мосты преобразователя соединяются меду собой либо последовательно, либо параллельно. Но при параллельном соединении мостов требуется еще и реактор (индуктивность) со средней точкой. Так как у предлагаемого преобразователя реактора не требуется, то вариант прототипа с реактором из дальнейшего рассмотрения исключается (патент РФ №2119711, Н02М 7/12, 1998).

Недостатками известного преобразователя являются сложность конструкции трансформатора и большие затраты на его производство.

Технической задачей заявленного решения является обеспечение уменьшения прямого тока вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить его габариты, вес и стоимость.

Поставленная задача решается посредством того, что в многофазном преобразователе, содержащем трехфазный трансформатор с двойным комплектом вторичных обмоток и вентили, согласно изобретению вторичные обмотки всех фаз трансформатора соединены в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между вершинами «шестиугольника» образуют шестифазную систему напряжений, а вентили соединены в две группы - анодную и катодную, при этом в анодной группе вентилей аноды соединены в один узел, представляющий собой один полюс на стороне постоянного тока, а в катодной группе вентилей катоды соединены в один узел, представляющий другой полюс на стороне постоянного тока, причем каждый вентиль катодной группы своим анодом соединен с одной вершиной «шестиугольника» вторичных обмоток, а каждый вентиль анодной группы своим катодом подсоединен к средней точке одной из вторичных обмоток трансформатора.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 представлена схема многофазного преобразователя напряжения;

- на фиг.2 - векторная диаграмма потенциалов на вентилях.

Многофазный преобразователь Сучкова состоит из трехфазного трансформатора, имеющего три катушки 1, 2, 3 первичной обмотки, соединенные по схеме «звезда» и подключаемые к фазам сети А, В, С, и соединенных между собой шести катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток и соединенных с вентилями преобразователя. Одноименные зажимы (начала) всех катушек помечены знаком «звездочка» (*). При этом начало катушки 4 вторичной обмотки соединено с началом катушки 9 вторичной обмотки, конец катушки 9 вторичной обмотки - с концом катушки 6 вторичной обмотки, начало катушки 6 вторичной обмотки - с началом катушки 5 вторичной обмотки, конец катушки 5 вторичной обмотки - с концом катушки 8 вторичной обмотки, начало катушки 8 вторичной обмотки - с началом катушки 7 вторичной обмотки, конец катушки 7 вторичной обмотки - с концом катушки 4 вторичной обмотки, замыкая контур катушек вторичных обмоток. Каждая катушка вторичных обмоток трансформатора является стороной «шестиугольника».

Вентили 10, 11, 12, 13, 14, 15 анодной группы своими катодами подсоединены к отпайкам от половины витков катушек вторичных обмоток трансформатора. Вентили 16, 17, 18, 19, 20, 21 катодной группы преобразователя своими анодами подсоединены к узлам, связывающим катушки вторичных обмоток трансформатора.

На векторной диаграмме представлены вектора потенциалов на анодах вентилей катодной группы и на катодах вентилей анодной группы относительно центра «шестиугольника» - точки О, потенциал которой принят равным нулю.

Многофазный преобразователь работает следующим образом.

Многофазный преобразователь может работать в двух режимах: в режиме выпрямителя и в режиме инвертора. Работа в режиме неуправляемого выпрямителя при использовании в качестве вентилей полупроводниковых диодов происходит следующим образом: всегда работают два вентиля - один из шести вентилей катодной группы, потенциал на аноде которого наибольший, и один из шести вентилей анодной группы, потенциал на катоде которого наименьший. Поэтому среднее значение тока, протекающего через вентиль - Iв, равно одной шестой части среднего значения тока нагрузки - Iо:Iв=1/6 Iо. Каждый вентиль за период включается один раз. Работают одновременно два вентиля - один вентиль из анодной группы, другой из катодной группы, а не четыре, как это имеет место у прототипа. Поэтому среднее значение прямого тока вентиля, а также потери напряжения и мощности при работе преобразователя меньше, чем аналогичные величины у прототипа, в два раза.

Следует также учесть, что вентили для преобразователя выбираются по прямому току. Поэтому их габариты, вес и стоимость, определяясь меньшим в два раза током, будут меньше, чем у прототипа.

Во времени потенциалы на вентилях изменяются по гармоническому закону, определяемому изменением проекции вектора потенциала на ось ординат при вращении векторов против часовой стрелки с угловой скоростью ω=2πf1, где f1 - частота питающего преобразователь напряжения. Векторная диаграмма потенциалов узлов преобразователя представлена для момента времени, когда вентиль 20 анодной группы меняет работавший до этого момента времени вентиль 19 анодной группы, так как его потенциал на катоде стал больше. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, определявшееся проекцией отрезка 10-19 (см. фиг.2) на ось ординат, меняется на равное ему напряжение, определяемое проекцией отрезка 10-20, и будет определяться этой проекцией до того момента, когда вентиль 10 катодной группы будет заменен другим вентилем 11 катодной группы - в тот момент времени, когда его потенциал на аноде станет больше потенциала на аноде вентиля 10 катодной группы.

В многофазном (двенадцатифазном) преобразователе каждый период питающего напряжения разделяется на двенадцать интервалов времени. В каждом последующем интервале времени закон изменения напряжения на выходе повторяет закон изменения напряжения предыдущего интервала. Введем следующие обозначения: Ni - порядковый номер интервала; Ti - момент времени начала i-гo интервала; Ва - работающий вентиль анодной группы; Вк - работающий вентиль катодной группы. Циклограмма работы вентилей катодной и анодной групп приведена в таблице.

Ni 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ti 0 1,7 3,3 5 6,7 8,3 10 11,7 13,3 15 16,7 18,3
Ba 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 10
Bк 20 20 21 21 16 16 17 17 18 18 19 19

Выразим величину среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя через амплитуду фазного напряжения на выходе шестифазного преобразователя числа фаз U6m, равную амплитуде напряжения на катушке вторичной обмотки фазы. В пределах одного интервала времени двенадцатифазного выпрямителя его напряжение на выходе изменяется по гармоническому закону. Обозначим амплитуду выходного напряжения Uom. Ее можно представить отрезком 10-19 на векторной диаграмме как гипотенузу прямоугольного треугольника при катетах: 0,5U6mSin60° и U6m(1+Sin2 60°). Тогда Uom=l,803U6m.

В пределах интервала времени - Т/24<t<Т/24, где Т - период изменения трехфазного напряжения питающей сети, напряжение на выходе преобразователя изменяется по закону

Uo(t)=Uom Cos ωt.

Поэтому величина среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя Uo определяется средним значением определенного интеграла от функции Uo(t) в пределах от -Т/24 до +Т/24 за одну двенадцатую часть периода:

Uo=1,78U6m.

В момент времени, когда происходит изменение структуры схемы из-за изменившихся потенциалов на вентилях, напряжение на выходе выпрямителя минимально. Определим его величину на примере перехода от первого ко второму временному интервалу, для которого построена векторная диаграмма. Величина выходного напряжения будет минимальная и будет определяться разностью проекций векторов потенциалов вентилей 10 и 19 на ось ординат, т.е. длиной отрезка D-10:

Uomin=U6m(1+Sin2 60°)=1,75U6m.

Выпрямленное напряжение пульсирует с двенадцатикратной частотой в промежутке напряжений 1,75U6m<Uo(t)<1,803U6m при среднем значении

Uo=1,78U6m.

с амплитудой 0,0265U6m, что составляет ниже 1,45% от среднего значения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить прямые токи вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить его габариты, вес и стоимость.

Анализ заявленного технического решения на соответствие требованиям условий патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестных на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования при создании регулируемых электроприводов постоянного тока;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Многофазный преобразователь, содержащий трехфазный трансформатор с двойным комплектом вторичных обмоток и вентили, отличающийся тем, что вторичные обмотки всех фаз трансформатора соединены в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между вершинами «шестиугольника» образуют шестифазную систему напряжений, а вентили соединены в две группы - анодную и катодную, при этом в анодной группе вентилей аноды соединены в один узел, представляющий собой один полюс на стороне постоянного тока, а в катодной группе вентилей катоды соединены в один узел, представляющий другой полюс на стороне постоянного тока, причем каждый вентиль катодной группы своим анодом соединен с одной вершиной «шестиугольника» вторичных обмоток, а каждый вентиль анодной группы своим катодом подсоединен к средней точке одной из вторичных обмоток трансформатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для выработки постоянного напряжения из переменного напряжения с параллельно включенными диодными мостами, преимущественно, для энергопитания железных дорог.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока с повышенными требованиями к качеству выпрямленного напряжения.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием, а также в специализированных силовых преобразователях, например, для зарядных и сварочных агрегатов.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрического транспорта.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника постоянного тока с улучшенным качеством выпрямленного напряжения при однофазном напряжении сети.

Изобретение относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное для питания потребителей с повышенными требованиями к качеству выпрямленного напряжения.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение в качестве неуправляемого или управляемого преобразователя переменного напряжения в постоянное для электропитания преимущественно высоковольтной нагрузки и для питания многоуровневых инверторов напряжения.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока, не предъявляющих повышенных требований к быстродействию, а также для питания различных электротехнических установок, не предъявляющих повышенных требований к пульсации выпрямленного напряжения

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к многопульсным выпрямительным устройствам (ВУ) и автотрансформаторам различного назначения

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения (с коэффициентом трансформации напряжений Кu=0,5 и нулевой точкой преобразователя) может быть использован при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Преобразователь напряжения работает следующим образом. При подключении трехфазного автотрансформатора к трехфазной сети в трех стержнях магнитной цепи автотрансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью. Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестифазный «шестиугольник» ABCDEF с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках вторичной обмотки. Технический результат - сокращение расхода активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехфазным трехстержневым автотрансформатором. 2 ил.

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения (с коэффициентом трансформации напряжений Ku=1 и нулевой точкой преобразователя) относится к преобразовательной технике и может быть использован при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Преобразователь напряжения работает следующим образом. При подключении трехфазного автотрансформатора к трехфазной сети в стержнях магнитной цепи автотрансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью. Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестифазный «шестиугольник» ABCDEF с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках. Технический результат - сокращение расхода активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехстержневым автотрансформатором. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Двенадцатипульсный трансформаторный преобразователь напряжения работает следующим образом. При подключении трехфазного трансформатора к трехфазной сети в стержнях магнитной цепи трансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью. Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестифазный «шестиугольник» ABCDEF с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках вторичной обмотки. Технический результат - сокращение расхода активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехстержневым трансформатором. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора. Технический результат заключается в защите устройства от перегрузки, его малых габаритах и весе, его высокой надежности и удобстве эксплуатации. Для этого заявленное устройство содержит источник постоянного напряжения, инвертор, датчики выходного тока и напряжения, нагрузку, блок контактора с контактами между источником постоянного напряжения и инвертором, дополнительно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, двумя выпрямителями, фильтром нижних частот, двумя компараторами, элементом ИЛИ, таймером и элементом запрета. 1 ил.

Изобретение относится к преобразователю-выпрямителю, выполненному по мостовой схеме Греца, в котором, по меньшей мере, одно плечо выпрямителя, расположенное между отдельным AC-выводом и отдельным DC-выводом, включает в себя ряд однонаправленных электронных компонентов (5), соединенных параллельно, и присоединяемых с помощью набора токопроводящих компонентов с одной стороны к DC-выводу и с другой стороны - к AC-выводу. Изобретение характеризуется тем, что набор компонентов, по меньшей мере, для одного плеча выпрямителя включает в себя множество отдельных сборных шин (9A, 9B) для компонентов, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один конец, соединенный с DC-выводом, при этом однонаправленные компоненты (5) разделены между сборными шинами (9A, 9B) для компонентов с образованием стольких наборов компонентов (71, 72), соединенных параллельно, сколько имеется сборных шин (9A, 9B) для компонентов. Технический результат - возможность соединения в параллель большего числа компонентов без превышения максимально допустимого значения дисбаланса.11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - снижение помех и потерь энергии, повышение надежности. К сети 1 подключено 2mn преобразовательных блоков 2. В каждой ветви преобразовательные мосты связаны с сетью через трансформатор с электрическим сдвигом входных напряжений на 60/n (n>1) электроградусов, где n - число мостов полуцепи (n>1). Полуцепи разбиты по парам, в каждой паре содержатся ветви разных полюсов и трансформаторы одной полуцепи обеспечивают сдвиг напряжений на угол 30/n электроградусов относительно напряжений трансформаторов второй полуцепи, средняя точка полуцепей присоединена через выносную линию к контуру заземления. Трансформаторы всякой последующей ветви обеспечивают сдвиг напряжений на угол 30/mn электроградусов относительно напряжений трансформаторов предыдущей ветви. Блоки содержат выключатели 3, трансформаторы 4, преобразовательные мосты 5. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх