Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное с повышенным коэффициентом мощности и рекуперацией энергии. Преобразователь содержит основной трехфазный магнитно неуравновешенный трансформатор, например, с тремя первичными фазными обмотками, подключенными первой группой одноименных выводов к фазным входным выводам, с тремя вторичными обмотками с неравными числами витков, соединенными каждая в «звезду», двумя встречно включенными фазными обмотками на одном из его стержней, число витков каждой из которых равно частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей «звезд», а одноименные выводы подключены к разноименным общим точкам второй и третьей «звезд», вентили, соединяющие последовательно первую «звезду» с каждой из двух других «звезд», причем вывод каждой фазной обмотки первой «звезды» подключен к одноименным электродам трех вентилей, свободные электроды которых подключены к выводам разноименных фазных обмоток второй «звезды» и к выводу одноименной фазной обмотки третьей «звезды», выходные выводы между общими точками электродов других вентилей, объединенных в две разноименные группы, к соответствующим электродам одной из которых подключены выводы первой «звезды», а к другой - второй и третьей «звезд», дополнительный трехфазный трансформатор, обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одной группой одноименных выводов к фазным входным выводам, а общей точкой других выводов непосредственно ко второй группе одноименных выводов первичных фазных обмоток основного трансформатора. Технический результат заключается в возможности повышения коэффициента мощности за счет нейтрализации кратных трем нечетных высших гармоник потребляемого тока и уменьшения разности между действующими значениями линейного тока и его первой гармоникой, а также рекуперации энергии за счет ее части, циркулирующей между основным и дополнительным трансформаторами без подключения тиристоров на первичной стороне. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное с повышенным коэффициентом мощности и рекуперацией энергии.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное (по основному авт. свидетельству №752681, СССР, кл. Н02М 7/12 от 04.02.1976), содержащий основной трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого совместно с последовательно с последовательно соединенными с ними парами встречно-параллельно включенных управляемых вентилей образуют «звезду», связанную с фазными входными выводами, а вторичные обмотки соединены в «звезду» и подключены к выпрямительному мосту, при этом первичные обмотки через дополнительные встречно-параллельно включенные вентили соединены с нулевым входным выводом, а дополнительный комплект вторичных обмоток и дополнительный выпрямительный мост вместе с основными вторичными обмотками и основным выпрямительным мостом соединены по схеме 12-пульсного выпрямителя, в который (по дополнительному авт. свидетельству №860238, СССР, кл. Н02М 7/12 от 02.08.1979) введен дополнительный трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в «звезду», общая точка которой соединена с нулевым входным выводом, с возможностью соединения дополнительной обмотки в «треугольник».

Тиристоры на первичной стороне этого преобразователя обеспечивают 12-пульсное регулирование 12-пульсного выпрямленного напряжения, при соотношении 1:(√3-1) чисел витков вторичных обмоток основного трансформатора. Однако повышенная величина несинусоидальности формы первичного тока преобразователя существенно снижает его энергетические показатели.

Недостатком этого преобразователя с магнитно неуравновешенным основным трансформатором является сложность, обусловленная наличием тиристоров на первичной стороне и низкие энергетические показатели. Кроме того, наличие соединенной в «треугольник» дополнительной обмотки дополнительного трехфазного трансформатора малоэффективно отражается на качестве преобразования.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в наличии тиристоров на первичной стороне, а также повышенная величина несинусоидальности формы первичного тока.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с первичной обмоткой и тремя группами вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в «звезду», вывод каждой фазной обмотки первой из которых подключен к одноименным электродам первых вентилей, другие электроды которых подключены к одноименным с ним выводам разноименных фазных обмоток второй группы и разноименному с ним выводу одноименной фазной обмотки третьей группы, общая точка обмотки второй группы подключена к первому крайнему выводу двух идентичных встречно последовательно соединенных одноименных фазных обмоток четвертой группы, фазные выводы обмоток второй и третьей групп подключены к одноименным электродам вторых вентилей, общая точка которых образует первый полюс, а фазные выводы обмоток первой группы подключены к одноименным электродам третьих вентилей, общая точка которых образует второй полюс, причем число витков фазной обмотки второй группы равно 1,8794⋅w, а число витков фазной обмотки третьей группы - 1,5321⋅w, где w - число витков фазной обмотки первой группы, второй крайний вывод обмоток четвертой группы подключен к общей точке обмотки третьей группы, число витков каждой фазной обмотки четвертой группы равно частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей групп, а первичная обмотка соединена в «треугольник» (заявка на изобретение №2016119947 от 23.05.2016, опубликованная 20.09.2016, Бюл. №26).

Недостатком этого 18-пульсного преобразователя с магнитно неуравновешенным трансформатором является низкий коэффициент мощности, обусловленный соединением его первичной обмотки в «треугольник», при котором имеет место повышенная разность между действующими значениями линейного тока и его первой гармоники.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что при соединении первичной обмотки трансформатора в «треугольник» отсутствует возможность дальнейшего повышения коэффициента мощности, при ее соединении в «звезду» (без выведенного нуля) трансформатор и окружающую среду пронизывает магнитный поток тройной частоты, а при соединении в «звезду» с выведенным нулем происходит загрязнение сети током нулевой последовательности. Что касается возможности включения тиристоров на первичной стороне, то оно не совместимо с режимом 18-пульсного выпрямления.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении коэффициента мощности (за счет коэффициента искажения) преобразователя с магнитно неуравновешенным трансформатором без соединения его первичной обмотки в «треугольник», а также без тиристоров на первичной стороне.

Эта задача решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем основной магнитно неуравновешенный трансформатор, например, с тремя первичными фазными обмотками, подключенными первой группой одноименных выводов к фазным входным выводам, с тремя вторичными обмотками с неравными числами витков, соединенными каждая в «звезду», двумя встречно включенными фазными обмотками на одном из его стержней, число витков каждой из которых равно частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей «звезд», а одноименные выводы подключены к разноименным общим точкам второй и третьей «звезд», вентили, соединяющие последовательно первую «звезду» с каждой из двух других «звезд», причем вывод каждой фазной обмотки первой «звезды» подключен к одноименным электродам трех вентилей, свободные электроды которых подключены к выводам разноименных фазных обмоток второй «звезды» и к выводу одноименной фазной обмотки третьей «звезды», выходные выводы между общими точками электродов других вентилей, объединенных в две разноименные группы, к соответствующим электродам одной из которых подключены выводы первой «звезды», а к другой - второй и третьей «звезд», содержит дополнительный трехфазный трансформатор, обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одной группой одноименных выводов к фазным входным выводам, а общей точкой других выводов непосредственно ко второй группе одноименных выводов первичных фазных обмоток основного трансформатора.

Технический результат заключается в возможности повышения коэффициента мощности за счет нейтрализации кратных трем нечетных высших гармоник потребляемого тока и уменьшения разности между действующими значениями линейного тока и его первой гармоникой, а также рекуперации энергии за счет ее части, циркулирующей между основным и дополнительным трансформаторами без подключения тиристоров на первичной стороне.

На чертеже, в качестве одного из возможных примеров преобразователя с магнитно неуравновешенным трансформатором, приведена принципиальная схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное 18-пульсное напряжение.

Преобразователь содержит вентили 1-9 и выполнен на трехфазном трансформаторе 10, первичная обмотка 11 которого соединена в «звезду» и подключена к фазным входным выводам А, В, С. Трансформатор 10 содержит три трехфазные группы обмоток 12, 13, 14, первая из которых 12 с числом витков w1=w соединена в «звезду» с общей точкой начал, вторая из которых 13 с числом витков 1,8794⋅w также соединена в «звезду» с общей точкой начал, третья из которых 14 с числом витков 1,5321⋅w соединена в «звезду» с общей точкой концов. Трансформатор 10 содержит четвертую группу из двух встречно последовательно соединенных фазных обмоток 15, 16, с числом витков w4 каждой, равной частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей групп, т.е. 0,1736⋅w. Выходные выводы преобразователя 17 и 18 соответственно подключены к общей точке анодов вентилей 19, 20, 21 и к общей точке катодов вентилей 22-27. Концы фаз а1, b1 и с1 обмотки 12 подключены соответственно к анодам вентилей 1, 2, 9; 3, 4, 5 и 6, 7, 8. Общие точки катодов вентилей 5, 6; 8, 9 и 2, 3 подключены соответственно к концам фаз a2, b2, c2 обмотки 13, а катоды вентилей 1, 4, 7 - к началам фаз а3, b3, с3 обмотки 14. Общая точка начал обмотки 13 соединена с началом фазной обмотки 15 с числом витков w4, конец которой соединен с концом фазной обмотки 16 с тем же числом витков w4, начало которой соединено с общей точкой концов обмотки 14. Концы фаз а1, b1, c1 обмотки 12 подключены к катодам вентилей 19, 20, 21. Концы фаз а2, b2, с2 обмотки 13 подключены соответственно к анодам вентилей 24, 23, 22. Начала фаз а3, b3, с3 подключены соответственно к анодам вентилей 25, 26, 27. Преобразователь содержит дополнительный трехфазный трансформатор 28, обмотка 29 которого подключена концами к фазным входным выводам А, В, С, а общей точкой начал - к общей точке начал обмотки 11 трехфазного трансформатора 10.

Шесть из 18-и векторов выпрямляемых напряжений формируются суммой совпадающих по фазе пар линейных напряжений обмоток первой (12) и второй (13) групп. Эти 6 векторов формируют первую симметричную 6-пульсную систему выпрямляемых напряжений. Остальные 12 из 18-и векторов выпрямляемых напряжений формируются суммой линейного напряжения обмотки первой (12) группы и напряжений одноименных фаз обмоток второй (13) и третьей (14) групп, совпадающих по фазе с одним из двух суммируемых напряжений упомянутого линейного напряжения. Эти 12 векторов размещаются на топографической векторной диаграмме попарно между каждой парой смежных векторов 6-пульсной системы и формируют вторую несимметричную 12-пульсную систему выпрямляемых напряжений. В результате функционирования этих двух систем формируется результирующая 18-пульсная система выпрямляемых напряжений.

Однако число витков обмоток в цепи тока второй системы меньше числа витков обмоток в цепи тока первой системы на величину w2-w3=2⋅cos20°⋅w-2⋅cos40°⋅w=1,8794⋅w-1,5321⋅w=0,3473⋅w. Для устранения образующейся вследствие этого в форме выпрямленного напряжения низкочастотной составляющей (300 Гц) необходимо уравнять реактансы в цепях этих двух систем путем уравнивания чисел витков обмоток, участвующих в замыкании токов в этих цепях. Но уравнивание реактансов не должно оказать влияние на величину или/и фазу ни одного из выпрямляемых напряжений. Поэтому между общими точками обмоток 13 и 14 включены встречно последовательно на одном из стержней трансформатора 10 две идентичные обмотки 15 и 16, сумма чисел витков которых равна 0,3473⋅w. В результате сумма напряжений этих обмоток равна нулю, а их реактанс компенсирует недостающую величину реактанса в цепи тока второй системы выпрямляемых напряжений. Таким образом, результирующая 18-пульсная система выпрямляемых напряжений становится симметричной.

Согласно расчетам предлагаемое решение незначительно увеличивает коэффициент превышения расчетной мощности трансформатора с 1,137 до 1,172, т.е. всего на 3%.

Однако на практике такой результат может быть получен только при повышенных значениях коэффициента трансформации, т.к. минимально точные целые числа витков вторичных обмоток w1, w2 и w3 трансформатора 10 равны 4, 7 и 6. Для получения четной разности w2-w3 эти числа витков необходимо удвоить.

В процессе работы преобразователя ток нулевой последовательности магнитно неуравновешенного трехфазного трансформатора 10 циркулирует с тройной частотой между общими точками обмоток 11 и 29. Для положительного полупериода этого тока направление показано стрелками на чертеже. Для отрицательного полупериода этого тока его направление взаимообратное. Линейный ток сети, определяемый геометрической разностью фазных токов обмоток 11 и 29, уменьшается. Отношение линейного тока в случае с дополнительным трансформатором к линейному току первичной обмотки в случае соединения ее в «треугольник» равно ~42,3%. Во столько же раз меньше и необходимая для работы преобразователя мощность питающей сети. В предлагаемом техническом решении и прототипе коэффициент мощности (коэффициент искажения) достигает одинаково высокого значения 0,99. Ток нулевой последовательности в линейном токе сети отсутствует.

Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий основной магнитно неуравновешенный трансформатор, например, с тремя первичными фазными обмотками, подключенными первой группой одноименных выводов к фазным входным выводам, с тремя вторичными обмотками с неравными числами витков, соединенными каждая в «звезду», двумя встречно включенными фазными обмотками на одном из его стержней, число витков каждой из которых равно частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей «звезд», а одноименные выводы подключены к разноименным общим точкам второй и третьей «звезд», вентили, соединяющие последовательно первую «звезду» с каждой из двух других «звезд», причем вывод каждой фазной обмотки первой «звезды» подключен к одноименным электродам трех вентилей, свободные электроды которых подключены к выводам разноименных фазных обмоток второй «звезды» и к выводу одноименной фазной обмотки третьей «звезды», выходные выводы между общими точками электродов других вентилей, объединенных в две разноименные группы, к соответствующим электродам одной из которых подключены выводы первой «звезды», а к другой - второй и третьей «звезд», отличающийся тем, что содержит дополнительный трехфазный трансформатор, обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одной группой одноименных выводов к фазным входным выводам, а общей точкой других выводов непосредственно ко второй группе одноименных выводов первичных фазных обмоток основного трансформатора.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение значения наводимой электродвижущей силы в обмотке статора магнитоэлектрической машины.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 18-пульсное с равными углами коммутации вентилей.

Заявленное техническое решение относится к области электроэнергетики. Новым в устройстве для испытания трансформаторов и реакторов является то, что при переходе с трехфазного режима в однофазный вторичные обмотки выходных однофазных трансформаторов преобразуются в параллельное соединение.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - снижение помех и потерь энергии, повышение надежности.

Источник питания включает в себя две или больше входных форм колебаний, которые имеют форму или которые выбирают так, чтобы после раздельного подъема их уровня и выпрямления их совокупная комбинация приводила бы к получению выходной формы постоянного тока, по существу, с отсутствующими пульсациями.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного 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 в трехфазной сети.

Изобретение относится к области преобразовательной техники, может использоваться в качестве вторичного источника питания, в том числе в устройствах управления светодиодным освещением.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования напряжения, и может быть использовано для питания различных устройств, где требуется высокое напряжение.

Изобретение относится к технике дистанционной передачи и преобразования сверхвысокочастотной электромагнитной энергии в электрическую энергию постоянного тока и может применяться в выпрямителях малой мощности.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено, в частности, для преобразования переменных напряжения и тока в постоянные. .

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим электрическим преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение. Целью изобретения является улучшение функциональных возможностей, повышение надежности при его работе, снижение веса, габарита и стоимости многоуровневого выпрямителя напряжения. Задачей изобретения является реализация многоуровневой схемы выпрямления напряжения без использования силового трансформатора. Предлагаемое устройство позволяет исключить дорогой и габаритный силовой трансформатор из схемы многоуровневого выпрямителя напряжения. При необходимости регулирования выходного напряжения многоуровневого выпрямителя напряжения предлагаемое устройство может быть реализовано на полууправляемых либо полностью управляемых силовых ключах. При необходимости согласования уровней напряжения источника питания и нагрузки многоуровневого выпрямителя напряжения он может быть снабжен простым двухобмоточным согласующим трансформатором напряжения. Поставленная цель достигается тем, что схема многоуровневого выпрямителя напряжения дополнительно содержит по два конденсатора в каждой однофазной выпрямительной ячейке, собранной на двух диодах, а фазы источника многофазного переменного напряжения электрически изолированы друг от друга. Технический результат заключается в снижении веса, габаритов и стоимости, а также улучшении функциональных возможностей многоуровневого выпрямителя напряжения и повышении надежности его работы. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное с повышенным коэффициентом мощности и рекуперацией энергии. Преобразователь содержит основной трехфазный магнитно неуравновешенный трансформатор, например, с тремя первичными фазными обмотками, подключенными первой группой одноименных выводов к фазным входным выводам, с тремя вторичными обмотками с неравными числами витков, соединенными каждая в «звезду», двумя встречно включенными фазными обмотками на одном из его стержней, число витков каждой из которых равно частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей «звезд», а одноименные выводы подключены к разноименным общим точкам второй и третьей «звезд», вентили, соединяющие последовательно первую «звезду» с каждой из двух других «звезд», причем вывод каждой фазной обмотки первой «звезды» подключен к одноименным электродам трех вентилей, свободные электроды которых подключены к выводам разноименных фазных обмоток второй «звезды» и к выводу одноименной фазной обмотки третьей «звезды», выходные выводы между общими точками электродов других вентилей, объединенных в две разноименные группы, к соответствующим электродам одной из которых подключены выводы первой «звезды», а к другой - второй и третьей «звезд», дополнительный трехфазный трансформатор, обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одной группой одноименных выводов к фазным входным выводам, а общей точкой других выводов непосредственно ко второй группе одноименных выводов первичных фазных обмоток основного трансформатора. Технический результат заключается в возможности повышения коэффициента мощности за счет нейтрализации кратных трем нечетных высших гармоник потребляемого тока и уменьшения разности между действующими значениями линейного тока и его первой гармоникой, а также рекуперации энергии за счет ее части, циркулирующей между основным и дополнительным трансформаторами без подключения тиристоров на первичной стороне. 1 ил.

Наверх