Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом



Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом
Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом

 


Владельцы патента RU 2563027:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике. Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом осуществляется путем плавного регулирования выпрямленного напряжения, которое осуществляется изменением выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, подключенного зажимами переменного тока ко входу низкочастотного фильтра (Г-образного), выходные зажимы которого подключены к первичной обмотке трехфазного согласующего трансформатора, который вторичными фазными обмотками подключен последовательно с сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора. Плавное регулирование выпрямленного напряжения осуществляется изменением фаз и амплитуд первых гармоник выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Технический результат состоит в упрощении выпрямительного агрегата и его цепей управления, с обеспечением возможности рекуперации электрической энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технике преобразования электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока с помощью вентильных преобразователей с плавным регулированием выпрямленного напряжения.

Известен способ тиристорного управления выпрямительными агрегатами (Бобков В.А., Бобков А.В. Реконструкция преобразовательных подстанций для питания электролизеров алюминия. // Силовая электроника. Тематическое приложение к журналу «Компоненты и технологии». - 2006. - №4. - с. 66-68). При применении этого способа регулирование выпрямленного напряжения агрегатов осуществляют изменением углов управления тиристоров выпрямительных блоков (фазовое управление).

Данный способ обеспечивает плавное регулирование выпрямленного напряжения агрегата, однако ему присущ ряд недостатков. Весьма серьезными недостатками являются сложность конструкции выпрямительного агрегата, большая установленная мощность управляемых полупроводниковых приборов (тиристоров), сложность системы управления. Это связано с тем, что все управляемые полупроводниковые приборы включены во вторичные сильноточные цепи выпрямительных агрегатов (со стороны вентильных обмоток преобразовательных трансформаторов). С возрастанием мощности агрегатов, с осуществлением глубоких вводов на подстанции повышенных напряжений указанные недостатки обостряются. Токи первичных цепей выпрямительных трансформаторов в десятки и сотни раз меньше токов во вторичных цепях, поэтому управление выпрямительными агрегатами более целесообразно осуществлять с первичной стороны трансформаторов. Кроме того, при использовании этого способа управления коэффициент мощности агрегатов снижается до недопустимых для мощных преобразователей величин (коэффициент мощности снижается пропорционально возрастанию глубины регулирования). Последнее является особенно серьезной проблемой, например, в условиях электролизного производства алюминия, поскольку в этом случае выпрямительные агрегаты большую часть времени работают в зарегулированном режиме (при пониженном напряжении) и открываются лишь на время анодного эффекта (вспышки) в ваннах.

Известен способ плавного управления многофазным диодным выпрямительным агрегатом с помощью дополнительно введенного трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, входные зажимы которого подключают к выводам постоянного тока дополнительно введенного трехфазного диодного выпрямительного моста, который входными зажимами подключают к трехфазной вентильной обмотке дополнительно введенного трансформатора, трехфазную сетевую обмотку которого подключают к питающей сети (патент 2402143. Российская Федерация. Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом. / Ю.И. Хохлов., Д.В. Гиззатуллин, А.Г. Осипов // Бюл. изобр. - 2009, №29). Данный способ управления, выбранный в качестве ближайшего аналога, при сохранении плавности регулирования обеспечивает существенное упрощение выпрямительного агрегата, повышение коэффициента мощности и улучшение его основных технических характеристик. Однако данный способ управления не позволяет осуществить рекуперацию электрической энергии из сети постоянного тока через автономный инвертор в питающую сеть и, кроме того, требует применения дополнительно введенного вспомогательного трансформатора.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении выпрямительного агрегата и его цепей управления, а также обеспечении возможности рекуперации электрической энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть при сохранении присущих ближайшему аналогу достоинств.

Данная задача решается применением способа управления многофазным выпрямительным агрегатом по крайней мере с одной парой шестифазных преобразовательных блоков, включенных по схеме двенадцатифазного преобразования, каждый из которых содержит сетевую обмотку, а также трехфазную вентильную обмотку с соответствующей схемой соединения преобразовательного трансформатора, к которой подключают диодный выпрямительный мост, выводами постоянного тока связанный с нагрузкой, состоящего в том, что для обеспечения требуемого режима работы потребителя постоянного тока плавно регулируют выпрямленное напряжение. Плавное регулирование выпрямленного напряжения осуществляют изменением выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, который зажимами переменного тока подключают ко входу низкочастотного фильтра (Г-образного), выходные зажимы которого подключают к первичной обмотке трехфазного согласующего трансформатора, который вторичными фазными обмотками подключают последовательно с сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора. Согласно изобретению выводы постоянного тока трехфазного автономного инвертора напряжения подключают через звено постоянного тока к выводам постоянного тока дополнительного введенного преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией, зажимы переменного тока которого подключают к входу низкочастотного фильтра, который выходными зажимами подключают к дополнительной вторичной трехфазной обмотке преобразовательного трансформатора.

Изменение выходного напряжения автономного инвертора напряжения обеспечивают регулированием либо фазы, либо амплитуды, либо и той, и другой величины первой гармоники модулирующего напряжения.

Вентильные обмотки преобразовательного трансформатора подключают к выводам переменного тока выпрямительных мостов либо непосредственно, либо посредством первичных обмоток реакторов компенсирующего устройства, вторичные обмотки которых включают по схеме, обеспечивающей фильтрацию в коммутирующие конденсаторы нечетно-кратных гармоник токов преобразовательных блоков.

Выпрямительные мосты агрегата со стороны постоянного тока соединяют либо параллельно, либо последовательно.

Принципиальные схемы вариантов выпрямителей, в которых реализован предлагаемый способ управления, представлены на фиг. 1-2. Они содержат шестифазные преобразовательные блоки 1 и 2 с вентильными обмотками 3 и 4 преобразовательного трансформатора 20, общую для них сетевую обмотку 19, а также преобразовательные мосты 6 и 7 соответственно. Схемами соединения обмоток 3 и 4 обеспечивается двенадцатифазный режим преобразования. Помимо сетевой 19 и вентильных обмоток 3 и 4 преобразовательный трансформатор содержит дополнительно введенную вторичную обмотку 5.

Компенсирующее устройство 8 (фиг. 2) содержит трехфазные реакторы 9 и 10, а также коммутирующую конденсаторную батарею 11. Дополнительно введенный преобразователь напряжения 13, подключенный через низкочастотный Г-образный LC-фильтр 12 к дополнительно введенной вторичной обмотке 5, обеспечивает обмен активной мощностью между звеном постоянного тока 14 и сетью переменного тока. Звено постоянного тока, содержащее конденсаторную батарею, обеспечивает питание автономного инвертора напряжения 16, подключенного через низкочастотный фильтр 17 к первичной обмотке согласующего трансформатора 18, вторичная трехфазная обмотка которого включена последовательно с сетевой обмоткой 19 преобразовательного трансформатора 20. Система управления 15 задает моменты коммутации силовых ключей преобразователей 13 и 16.

Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом реализуется следующим образом. После подключения выпрямительного агрегата к питающей сети на выходах преобразовательных блоков 1 и 2 с вентильными обмотками 3 и 4, сетевой обмоткой 19, а также выпрямительными мостами 6 и 7 создается постоянное напряжение. Это напряжение соответствует двенадцатифазному режиму преобразования в силу соединения вентильных обмоток 3 и 4 преобразовательного трансформатора 20 в звезду и треугольник. В то же время на выходе дополнительной вторичной обмотки 5 преобразовательного трансформатора 20 создается трехфазная система напряжений, обеспечивающая работу преобразователя напряжения 13. Преобразователь напряжения 13 через обмотку 5 обеспечивает обмен активной мощностью между звеном постоянного тока 14 и сетью переменного тока, благодаря чему на конденсаторной батарее звена постоянного тока 14 формируется постоянная составляющая напряжения, подаваемая на зажимы постоянного тока преобразователя 13 и автономного инвертора 16. В результате работы системы управления 15 на выводах переменного тока преобразователя напряжения 13 формируется трехфазная система ШИМ-последовательностей. Низкочастотный фильтр 12 служит для выделения из названных ШИМ-последовательностей первых гармоник напряжения, подаваемых на обмотку 5. Благодаря этому по обмотке 5 протекает трехфазная система токов, обеспечивающая передачу электроэнергии между сетью переменного тока и звеном постоянного тока 14. Кроме того, система управления 15 обеспечивает формирование на зажимах переменного тока автономного инвертора 16 трехфазных ШИМ-последовательностей напряжений управления. Благодаря аналогичной работе фильтра 17 на первичную обмотку согласующего трансформатора 18 подается трехфазная система первых гармоник напряжений управления. Указанные первые гармоники трансформируются во вторичную обмотку трансформатора 18. В виду последовательного соединения вторичной обмотки трансформатора 18 с сетевой обмоткой 19 преобразовательного трансформатора 20 напряжение питающей сети в каждой фазе суммируется с напряжением управления. Результирующие напряжения подаются на вход сетевой обмотки 19 преобразовательного трансформатора 20, что обеспечивает наведение в каждом стержне его магнитопровода соответствующих магнитных потоков. В силу того, что напряжения управления регулируются системой управления 15, появляется возможность управления трехфазной системой напряжений, подаваемой на сетевую обмотку преобразовательного трансформатора (амплитудами и фазами их первых гармоник), а следовательно, и выпрямленным напряжением всего преобразовательного агрегата. Кроме того, возможность управления начальными фазами первых гармоник системы напряжений управления позволяет производить компенсацию реактивной мощности путем опережающего сдвига процессов в выпрямительном агрегате по отношению к напряжению питающей сети.

С целью повышения коэффициента мощности выпрямительного агрегата, повышения жесткости его внешней характеристики, обеспечения жесткого равномерного деления выпрямленного тока между шестифазными блоками 1 и 2 при их параллельной работе предлагаемый способ управления может быть реализован в агрегатах с компенсирующим устройством 8, состоящим из двух трехфазных реакторов 9, 10 и трехфазной коммутирующей батареи 11. Компенсирующее устройство включают со стороны вентильных обмоток 3, 4 преобразовательного трансформатора 20. Обтекаемые токами преобразовательных блоков первичные обмотки реакторов 9 и 10 компенсирующего устройства 8 трансформируют во вторичные обмотки характерные для шестифазных блоков первую, пятую, седьмую, одиннадцатую, тринадцатую и т.п. гармоники. По отношению к первой, одиннадцатой, тринадцатой и т.п. гармоникам вторичные обмотки реакторов образуют короткозамкнутую цепь (для указанных гармоник реакторы 9 и 10 работают в режиме трансформатора тока). Протекание этих гармоник по общей вторичной цепи реакторов 9 и 10 обеспечивает жесткое выравнивание выпрямленных токов преобразовательных блоков 1 и 2 при их параллельной работе (фиг. 2). По отношению к пятой, седьмой и т.п. гармоникам реакторы 9 и 10 работают в режиме трансформатора, работающего на емкостную нагрузку, создавая на конденсаторной батарее 11 напряжения соответствующих гармоник. Напряжениями на конденсаторной батарее 11 осуществляется опережающая искусственная коммутация вентилей выпрямительных мостов 6 и 7, что обеспечивает повышение коэффициента мощности выпрямительного агрегата и жесткости его внешней характеристики.

Способ может быть реализован как в выпрямительных агрегатах с последовательным по отношению к нагрузке соединением диодных выпрямительных мостов 6 и 7 (фиг. 1), так и в агрегатах с параллельным соединением выпрямительных мостов (фиг. 2).

Технико-экономический эффект от предлагаемого способа управления многофазным выпрямительным агрегатом состоит в упрощении выпрямительного агрегата за счет исключения из его конструкции дополнительного трансформатора, обеспечивающего питание автономного инвертора. Как и в рассматриваемом ближайшем аналоге, обеспечивается управление величиной выпрямленного напряжения преобразовательного агрегата с возможностью компенсации реактивной мощности за счет регулирования амплитуд и фаз первых гармоник напряжений управления, что обеспечивает повышение коэффициента мощности преобразовательного агрегата даже в его исполнении без компенсирующих устройств. Применение компенсирующего устройства с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечетно-кратных гармоник токов преобразовательных блоков позволяет значительно повысить коэффициент мощности преобразовательного агрегата без существенной загрузки автономного инвертора реактивным током. При использовании такого компенсирующего устройства его установленная мощность примерно в шесть раз меньше той мощности, которая потребовалась бы при традиционном включении компенсирующего устройства на частоту питающей сети. В случае использования такого компенсирующего устройства в преобразовательном агрегате при параллельном соединении преобразовательных мостов относительно потребителя постоянного тока обеспечивается выравнивание токов преобразовательных блоков, благодаря чему появляется возможность исключить из конструкции агрегата специальные устройства, предназначенные для этой цели. Кроме того, использование искусственной опережающей коммутации вентилей преобразовательных мостов позволяет повысить жесткость внешней характеристики преобразовательного агрегата. Дополнительно введенный преобразователь напряжения с широтно-импульсной модуляцией открывает возможность рекуперации электрической энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть, что отличает данный способ управления от ближайшего аналога.

1. Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом, по крайней мере, с одной парой шестифазных преобразовательных блоков, включенных по схеме двенадцатифазного преобразования, каждый из которых содержит диодный мост, подключенный к соответствующей вентильной обмотке общего преобразовательного трансформатора и связанный выводами постоянного тока с нагрузкой, состоящий в том, что осуществляют плавное регулирование выпрямленного напряжения агрегата изменением трехфазной системы выходных напряжений трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, который своими выводами переменного тока подключают через низкочастотный фильтр к первичной обмотке трехфазного согласующего трансформатора, при этом вторичные фазные обмотки согласующего трансформатора подключают последовательно с сетевой обмоткой общего преобразовательного трансформатора, отличающийся тем, что выводы постоянного тока трехфазного автономного инвертора напряжения подключают через звено постоянного тока к зажимам постоянного тока дополнительно введенного преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией, который выводами переменного тока подключают через низкочастотный фильтр к дополнительно введенной вторичной трехфазной обмотке преобразовательного трансформатора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плавное регулирование выпрямленного напряжения осуществляют изменением фаз первых гармоник напряжений управления трехфазного автономного инвертора напряжения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плавное регулирование выпрямленного напряжения осуществляют изменением амплитуд первых гармоник напряжений управления трехфазного автономного инвертора напряжения.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпрямительные мосты преобразовательных блоков подключают к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора непосредственно.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпрямительные мосты преобразовательных блоков подключают к вентильным обмоткам через первичные обмотки реакторов компенсирующего устройства, вторичные обмотки которых включают по схеме, обеспечивающей фильтрацию в коммутирующую конденсаторную батарею нечетно-кратных гармоник тока преобразовательных блоков.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпрямительные диодные мосты преобразовательных блоков соединяют по отношению к потребителю постоянного тока параллельно.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпрямительные диодные мосты преобразовательных блоков соединяют по отношению к потребителю постоянного тока последовательно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится в основном к системам передачи электроэнергии, в частности к подстанции системы передачи электроэнергии. Технический результат заключается в разработке подстанции для работы при высоких напряжениях.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными выпрямителями, выполненными по трехфазной нулевой схеме.

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

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании узлов управления инверторами, входящими в состав систем генерирования энергии переменного тока с жесткими требованиями по электромагнитной совместимости.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, для питания электроподвижного транспорта и для питания электрохимических производств.

Изобретение относится к электронной технике преобразования переменного напряжения в постоянное. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано на электроподвижном составе. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования изменяемого по частоте выходного напряжения. Техническим результатом является снижение потерь выпрямителя тока.

Изобретение относится к области электротехники, называемой «силовая электроника», и может быть использовано в электроустановках при создании статических преобразователей частоты большой мощности с использованием управляемых полупроводниковых приборов (транзисторы или запираемые тиристоры), шунтированных «обратными» диодами.

Изобретение относится к способу эксплуатации блока генерирования озона. Способ включает стадию, на которой в устройство генерирования озона подают поток содержащего кислород газа и стадию, на которой управляют потоком содержащего кислород газа, и управляют мощностью, которую подают из блока питания в устройство генерирования озона так, чтобы получить из устройства генерирования озона заданный выход озона, и так, чтобы обеспечить уменьшение потребления ресурсов, включая содержащий кислород газ и мощность, подаваемую из блока питания.

Изобретение касается модульной системы шкафов преобразователя тока, снабженного по меньшей мере одним модулем (1, 3, 5) фазы, имеющим один верхний и один нижний вентиль (T1, … T6) преобразователя тока, при этом каждый вентиль (T1, … T6) преобразователя тока имеет по меньшей мере две ячейки (2) преобразователя тока и один дроссель (LT1, … LT6) ветви, которые включены электрически последовательно.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазными автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), в частности, для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к преобразованию переменного тока в стабильный по напряжению постоянный с последующим преобразованием его в регулируемый постоянный и переменный для питания потребителей собственных нужд тепловоза.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханической трансмиссии гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, высоковольтными электрическими машинами и низковольтной аккумуляторной батареей, используемой для запуска двигателя внутреннего сгорания.

Многоуровневый преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, содержащий три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для приема, соответственно, трех напряжений (V1, V2, V3), так что V1>V2>V3, один выход (OUT1) переменного тока для передачи напряжения (Va) переменного тока, группу по меньшей мере из шести переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6), расположенных в виде симметричной пирамидальной схемы, как показано на Фиг.1, и схему управления переключением для управления состояниями «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) каждого из шести переключающих элементов.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения.

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей, КПД, в улучшении технологичности изготовления, повышении надежности, расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит шесть силовых фазных полублоков, которые своими силовыми входами подключены к шинам питания постоянного тока, а выходами - к первичным обмоткам фазных трансформаторных узлов, вторичные фазные обмотки которых соединены пофазно согласно последовательно и подключены ко входным выводам трехфазного фильтра, а также систему управления фазными полублоками, формирующую две трехфазные системы сигналов с широтно-импульсной модуляцией, сдвинутые на тактовой частоте fТ на угол π, для управления ключевыми элементами фазных полублоков, трансформаторные узлы выполнены в виде двух трехфазных трансформаторов, первая половина из трех фазных полублоков выполнена в виде первого трехфазного инвертора напряжения по мостовой схеме на транзисторах с обратными диодами, который своим силовым входом подключен к шинам питания постоянного тока, вторая половина из трех фазных полублоков также выполнена по схеме трехфазного инвертора напряжения, своим силовым входом подключенного аналогично к шинам питания постоянного тока, а выходы первого и второго трехфазных инверторов напряжения подключены к трехфазной первичной обмотке одного из двух трехфазных трансформаторов напряжения. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.
Наверх