Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< 736297

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 030278 (21) 2579173/24-07 (51) М. КЛ. с присоединением заявки ¹

Н 02 М 7/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2505,80. Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 260580 (5З) УАК 6 21. 314 ..632 (088.8) (72) Авторы изобретения

В,А, Фокин и A,К, Кулиш

Запорожский машиностроительный институт им. В.Я, Чубаря (71) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в выпрямитель ных агрегатах относительно большой мощности, например в установках электро5 лиза, регулируемых злектроприводах, а также для выпрямления на линиях и вставках постоянного тока, Известно устройство для выпрямления трехфазного напряжения, содержащее вентильные мосты и трансформаторы (1). Недостаток известного устройства состоит в повышенных тепловых потерях во вторичных обмотках транс- 15 форматора, что обусловлено непосредственной магнитной связью двух нагруженных своими вентильными мостами вторичных обмоток трехобмоточного трансформатора. электромагнит- 20 ное взаимодействие пятой, седьмой гармоник намагничивающих сил магнитно-связанных вторичных обмоток трансформатора аналога соответствует работе условных компонентных трансформаторов и режима короткого замыкания, поскольку начальные фазы этих гармоник тока вторичных обмоток, отличаются на 180 С. Для этих о гармоник тока, генерируемых вейтиль- 30 ными мостами, цепь вторичных обмоток аналога представляет минимальное сопротивление и потому потери в цепи вторичных обмоток силового трансформатора оказываются наибольшими.

Известен также трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное,. содержащий два трехфазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки одного из которых соединены по схеме звезда-звезда, а другого — по схеме звездатреугольник и два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен ко вторичной обмотке соответствующего трансформатора (2) ..

В схеме известного устройства входные з ажиьы первичной обмот ки силового трансформатора присоединены к началам обмотки трехфазного дросселя, входные э ажиком первичной обмотки другого силового трансформатора — к концам . той же.обмотки трехфазного дросселя, а промежуточные выводы обмотки этого трехфазного дросселя - к линейным IIpoBo» дам питающей сети, Такая схема позволяет во много раз увеличить ин736297 дуктивность для пятой и седьмой гармоник входного тока по сранненик с индуктиэностью для первой гармоники входного тока, поскольку дл я токов пятой и седьмой гармоник намагничивающие силы двух равных частей секционированной обмотки дросселя направлены согласно, а для токов первой гармоники — взаимно встречно. Поэтому для токов пятой и седьмой гармоник дроссель равносилен трансформатору в режиме холостого хода, а для токов основной гармони— ки — трансформатору н режиме корот— кого замыкания. Вследствие этого ток пятой и седьмой .гармоник н первичной обмотке каждого из двух силовых трансформаторов оказывается равным току холостого хода дросселя, т.е. близ.ким к нулю и потому первичные обмотки силовых трансформаторов яе создают размагничивающего действия на намагничивающие силы вторичных обмоток от пятой и седьмой гармоник входного тока генерируемых соответствующим вентильным мостом.

Недостаток устройства состоит в недопустимо больших значениях нагряжений на входе вентильных мостов в цепи вторичных обмоток силовых трансформаторов от напряжений пятой и седьмой гармоник, вследствие чего существенно понижается надежность выпрямительного уcrpoAcòâà„Håдопустимо большая величина напряжений пяти ðàòíîé я семикратной частоты обусловлена проиэвед»нием пятой и седьмой высших гармонических входного тока вентильного моста на очень большие сопротивления xorloc того хода вторичной обмотки, пря этом следует учесть„ что вентильный мост с большой индуктивностью сглаживающего фильтра на стороне постоянного тока следует рассматривать как источник тока на стороне входных зажимов переменного тока. Другой недостаток состоит в том, что н нем не используется энергия пятой, седьмой и некоторых других гармоник тока, генерируемых вентильными мостами на его входных зажимах, являющимися разновидностью источников энергии — источниками тока. Пока не решен вОпрос об утилизация постоянно, генерируемой вентильнымя мостами 5, 6 энергии на пятикратной .и семикратной частотах соответствующих входных тока и напряжения,нельзя надеяться на одновременное решение вопросов защиты питающей сети от этих гармонических, повышения надежности работы и энергетических показателей выпрямительного агрегата, Белью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей.

Бель достигается гем, что трех— фазный преобразователь пер»менного напряжения в постоянное, содержащий два трехфазных трансформатора, первичные я вторичные обмотки одного иэ которых соединены по схеме эвез— да-звезда, а другого — по схеме зэез— да-треугольник и два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен ко BTopH÷êoé г?бмотке соответствующего транс— форматора, снабжен доголнятель— ными трехфаэными трансформатором и трехфазным нентяльным мостом, вход которого подклю .ен ко вторичной обмотке дополнятел ного трансформатора соединенной по схеме звезда, причем по выходу все вентяльные мосты соединены последовательно, первичная обмотка дополнительного трансформатора в каждой фазе состоит иэ двух последовательно соединенных секций, общая точка которых подключена к выводу для подкл.о ения cooт нет ст вую— щей фазы питающей сети, начало подключено к первичной обмотке соот— нет ствующей фазы первого основного трансформатора, а конец — к первяч— ной обмотке соответствующей фазы нторого основного трансформатора.

На чертеже изображена пря:- ти— пяальная схема гредлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит основные силовые трансформаторы 1, 2,втo ричные обмотки 3, 4 которых прясое— дянены к входам герем»HHого -.oка тиристорных мостов 5, б> последовательное соединение которых о догол— нительным дяодным мос.ro>» 7 нагруже— но активно-индуктивным пря»MHHKoM

8, первичная обмотка 9 силового трансформатора 1 соедин»на гофаэнопоследовательно о п»рня ной обмот— кой 10 силового трансформатора 2 через секцяонярованную "-.ервичную обмотку дополнительного "..>à3o-êoìï»í— сационного трансформатора )1, части 12 я 13 которой крайHH;HH =.ажимамя прясо»динены к соответс;вующям фазам обмоток 9, !О, а промеж;то i— ными отводами,oбщимя :oчками1 пря— соединены к линейным проне .ам:",ятающей сети. Вторичная обмотка 14 дополнительного трансфсp...sr»pa 1: присоединена к входу перем--,H о тока днодного моста ?, Общим для известного ус;р.-. >»r Hà я предлагаемогo являет ся наля > .» между первичными обмотками главных силоных трансформаторов разд». .»ив ной на дне частя трехфазной обмо..— ки, к средним выводам котo.,о;; пря— соединена питающая се: ü, пря этом обмотки одного ос ror.Horo трансформатора соединены по схеме знезда— звезда, а другого — по схеме звеэ— да-треугольник, что также объ»äHня—

736297 ет предлагаемое устройство с известным прототипом, В этом случае линейные токи первичной обмотки одного основного трансформатора определяются зависимост ями ч 1 """(®a+() )(1)

+n ьд,t "i(c !)û — — — (1 р)

+n

2.3

6) +1" (" <) + Ъ (3) я c — n 6@+11 а линейные токи первичной о мотки

10 другого основного трансформатора 2 — зависимостями

) „=Х1,„((6a l)ut КЯ „,)(4)

"" =-n

+ )) 2.У

i =M I ъ ) Х(6)(+Ми .+>g,37)ОЬ 6g+ 1 (5

Ч ba.t (5)

2Я

=;Я sin((6 +1)() +- )) )) + (5 — ч

6 +1, 6) где (— амплитуда гармоники по6 ) рядка (6 p + фазовый сдвиг этой гармоники;

g, — целое (положителькое или отрицательное) число либо нуль.

Эти токи пеовичкых обмоток 9, 10 основных трансформаторов 1, 2 проходят также и через последовательно соедийекные с ними части

12, 13 обмотки, относящейcÿ к дросселю согласно известному и к трансформатору 11 согласно предлагаемому устройству.

Линейные токи питающей сети определяются в соответствии с принятыми их направлениями ка принципиальной схеме суммой соответствующих токов первичных обмоток 9, 10 главных трансформаторов 1, 2

+n

+i =2 (, 4 94 )ОА n )2. +1 вп((юg l)wt-ч 1

)э.ф+1)(7)

+n

+(> г Ь 98 )oe, „ ) @.1

9((QK i) èÜ- — -ч

2Л

5 2,,1 (8)

+n

=аХ т

C 9C )Ос I 2(7 1

g=-n

4.((2а ))и Ч-,„,,1 л>

Полученные выражения свидетельствуют об исчезновении ряда наибоt0

50

60 лее значител).).:ыx (пятой, седьмой) и некоторых других (например, семнадцатой, девяткалцатой) гармоник в кривой линейного тока сети по сравнению с тем случаем, когда нагрузка постоянного тока получила питание через посредство только одного трансформатора и одного вентильного моста, Это обусловлено относительным изменением ка сто восемьдесят градусов начальной фазы пятой, .седьмой, семнадцатой, девятнадцатой и некоторых других гармоник тока в соответствующих фазах первичных обмоток 9, 10 основных силсвых трансформаторов 1, 2.

Исключение указанных выше гармоник из тока питающей сети достигается и при отсутствии дополнительного трансформатора 11 с его обмотками 1", 13; однако в этом случае в цепи первичных обмоток 9, 10 протекал бы весьма значительный несинусоидалькый ток, в котором амплитуды пятой, седьмой и некоторых других гармоник были бы весьма эначи-.åëüíûìè из-за относительно малых индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток силовых трансформаторов 1, 2, являющихся для этих гармоник цепью нагрузки. Это обусловило бы весьма знагительные потери,в обмотках ;рансформаторов и соответствующий повышенный нагрев обмоток силовых трансформаторов и худшее использование габаритов и массы этих трансформаторов.

Наличие трансформатора 11, соединенного согласко предлагаемой схеме, устраняет этот недостаток.

Вначале устройство работает без учета вторичной обмотки 14 добавочного трансформатора 11 ° Из разметки одкоименкых зажимов частей 12, 13 первичной обмотки трансформатора 11 следует: 1) относительно основной, одиннадцатой, тринадцатой и некоторых других i армоник тоже имеет место взаимно-BcI ðå÷íàÿ магнитная связь частей 12, 13 обмотки трансформатора 11, что соответствует режиму короткого замыкания такого трансформатора; 2) относительно пятой, седьмой, девятнадцатой и некоторых других гармоник входного тока имеет место согласное заключение частей

12, 13 обмотки трансформатора 11, что соответствует режиму холостого хода такого трансформатора (если не учитывать вторичную обмотку 14) .

Следовательно, при исключении из рассмотрения вторичной обмотки 14 трансформатор 11, ке оказывая заметного сопротивления токам основной частоты, позволяет практически полностью подавить пятую, седьмую и некоторые другие гармоники в первичных обмотках 9, 10 главных трансформаторов 1, 2.

736297

Изложенное выше соответствует предварительному предложению об огсутствии вторичной обмотки 14 вспомогательного трансформатора 11, а также диодного моста 7 в составе выпрямительного агрегата, когда разделенная на две части 12, 13 первичная обмотка выполняла для пятой и седьмой гармоник роль обмотки сглаживающего дросселя очень боль— шой индуктивности иэ-за наличия ферромагнитного сердечника. Это не могло не привести к наведению больших напряжений как на обмотках силовых трансформаторов 1, 2 так и на вентилях мостов S 6 от токов этих высших гармонических.

Предложенное введение вторичной обмотки 14 трансформатора 11, нагруженной через диодный мост 7 частью общей нагрузки 8 в его цепи постоянного тока, исключает этот недостаток и позволяет утилизировать энергию, генерируемого основными вентильными мостами 5, 6 на частотах пятой, седьмой и некоторых других гармонических. Это позволяет повысить общий КПД устройства.

Работа диодного моста 7 на выходе вторичной обмотки 14 дополнительного трансформатора 11 характеризуется следующими особенностями, Наименьшие частоты входных напряжений и тока диодного моста 7 равны соответственно пятикратной и семикратной частоте питающей сети. Такими же будут наименьшие частоты напряжения и тока во вторичной обмотке

14 трансформатора 11, которая ь этом случае оказывает размагничивающее действие на намагничивающие силы этих частот, создаваемые :астями 12, 13 первичной обмотки =-того дополнительного трансформатора 11 на пятой и седьмой гармониках, а также уменьшение падений напряжения как на первичных и вторичных обмотках основных трансформаторов 1, 2, так и вентилях мостов 5, 6, обусловленных пятой и седьмой гармониками. Наименьшими частотами напряжения на выходе диодногс моста 7 будут тридцатикратная и сорокадвухкратная частота по отношению к частоте питающей сети. Наименьшими высшими гармоническими входных напряжения и тока диодного моста 7 будут двадцать пятая и тридцать пятая гармоники, поскольку основными в данных условиях являются пятая и седь— мая гармоники. Эти высшие гармоники не оказывают заметного влияния на питающую сеть из-за относительнсй

MBJlocTH их амплитуд по сравнению с основнЫми составляющими этих величин и поскольку питающую сеть для .этих гармоник заменяет цепь иэ последовательного соединения секций 12, 13 первичной обмотки вспомогательного трансформатора 11 с первичными обмотками 9, 10 основных трансформаторов 1, 2. Если дополнительный мост

7 собран нз неуправляемых вентилей, то диапазон плавного регулирования выходного напряжения не ограничивается, поскольку в нижней части диа— пазона регулирования выхсднсгс напряжения пятая и седьмая гармоники входных токов главных вентильных мостов 5,6 уменьшаются пропорционально величинам выходных напряжения и тока такого выпрямителя; вместе с тем применение неуправляемых вентилей в мосте 7 повышает надежность устройства и существенно ограничивает уровень амплитуд двадцать пятой и тридцать пятой гармоник входного тока этого моста.

Формула изобретения

Тре хфаз ный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два трехфазных трансформатора, первичные и вторичные сбмот ки одного из которых соединены по схеме звезда-звезда, а другого по схеме звезда-треугольник и два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен кс втс ричной обмотке соответствующего трансформатора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения на дежности и улучшения энергетических г показателей, снабжен дополнительными тре хфа з ным тран сфсрмат ором и трехфазным вентильным мостом, вход которого подключен ко вторичной обмотке дополнительного трансформатора соединенной по схеме звезда, при чем пс выходу все вентильные мосты соединены последовательно, первичная обмотка дополнительного трансформатора в каждой фазе состоит из двух последовательно соединенных секций, общая тачка которых подключена к выводу для подключения ссст— ветствующей фазы питающей сети, начало подключено к первичной обмотке соответствующей фазы первого основного трансформатор", а конец — к первичной обмотке соответствующей фазы второго оснсвногс т-рансфсрматс ра.

Источники ин фсрмаци и, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 5861, Р 49-50447, 1974.

2. Ващенко A..П. Влияние преобразователей на характеристики. питающей их сети и друг на друга. Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных $ становск Тяжпромэлектропрсект, 10, 1969, с 7 °

736297

Составитель Л. Устин кина

Редактор M.Ëèêoâè÷ Техред A.Ùåïàíñêàÿ Корректор Н. Стец

Заказ 2283/10 Тираж 783 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4