Двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Союз Советски и

Социалистические

Республик

О П И С А Н И Е (i„930537

И 306РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 20.08.80 (21) 2972311/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51)M. Кл.

Н 02 М 7/08

1Ъоудорстееииый комитет

СССР ао днам изооретеиий и открытий

Опубликовано 23.05.82. Бюллетень № 19 (53) УДК 621.314. .6 (088. 8) Дата опубликования описания 23.05.82. (7I) заявитель (54) ДВЕНАДЦАТИФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕИЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразоваI тельной технике, и может быть исполь" зовано для питания контактной сети постоянного тока электрофицированного жеттезнодорожного транспорта, в тиристорном электроприводе.

Известен двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное с параллельным соединением двух трехфазных вентильных мостов через уравнительный реактор. Вентильные мосты подсоединены к вентильным обмоткам трансформатора, одна из которых соединена в звезду, а другая— в треугольник Т13.

Однако в силу некоторого различия индуктивных сопротивлений коммутации, амплитуд ЗДС вентильных обмоток, наличия высших гармоник шестифазного режима в напряжении питающей сети, средние выпрямленные токи мостов могут существенно отличаться между собой. Уравнительный реактор не выравнивает средние значения выпрямленных токов мостов. Поэтому для обеспечения заданного тока нагрузки требуется повышенный расход активных материалов из-за разбаланса выпрямленных токов мостов. т

Наиболее близким к предлагаемому является двенадцатифазный преобразователь переменного напряже -.".я в nof0 стоянное содержащий преобраз овательЭ ный трансформатор с двумя вентильными обмотками, одна из которых соединена в звезду и через первичную обмотку токовыравнивающего компенсато15 ра подсоединена к первому трехфазному вентильному мосту, а другая соединена треугольником и через вторичную обмотку токовыравнивающего компенсатора, соединенную зигзагом, подключена к второму трехфазному вентильному мосту.

Наличие в рассматриваемом двенад цатифазном преобразователе токовырав,нивающего компенсатора приводит к 3 93053 выравниванию средних значений выпрямленных токов вентильных мостов (2).

Однако недостатком известного преобразователя является повьппенный расход активных материалов и потерь элек- троэнергии из-за соединения вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора зигзагом и выполнения его на отдельном, от преобразовательного трансформатора магнитопроводе. 10

Цель изобретения — уменьшение массогабаритных показателей и повышение коэффициента полезного действия.

Цель достигается тем, что в двенадцатифазном преобразователе пере- 1З менного напряжения в постоянное, содержащем два трехфазных вентильных моста и трехфазный магнитоправод с шестью боковыми стержнями и тремя средними стержнями, на которых размещены сетевая и две вентильные обмотки, одна из которых соединена- в звезду и включена последовательно с первичной обмоткой токовыравнивающего компенсатора, вторичная обмотка кото- рого состоит из двух последовательно соединенных обмоток, а выводы первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора соединены с входом переменного тока первого трехфазного вентильного моста, обмотки токовыравнивающего компенсатора расположены на боковых стержнях по обе стороны от соответствующего среднего стержня магнитопровода, причем каждая фаза второй

35 вентильной обмотки соединена последовательно с соответствующей фазой вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора", образуя цепочку, которая совместно с аналогичными цепоч40 ками других фаз соединена по схеме треугольника, выводы которого подключены к входу переменного тока второго трехфазного вентильного моста, а каждая фаза первичной обмотки то43 ковыравнивающего компенсатора выполнена из двух последовательно соединенных обмоток, расположенных на тех же боковых стержнях, что и вторичные обмотки токовшравнивающего компенсатора.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя.

Преобразователь содержит магнитопровод 1 сшестью боковыми стержнями 2-7 и тремя средними стержнями

8-10, на которых расположены сетевая ll и две вентильные обмотки 12 и 13.

7 4

Вентильная обмотка 12 соединена в звезду и включена последовательно с первичной обмоткой токовыравнивающего компенсатора, состоящей из двух обмоток 14 и 15 в каждой фазе.

Выводы 16-18 первичной обмотки компенсатора соединены с входом переменного тока первого вентильиого моста 19.

Каждая фаза вентильной обмотки

13 соединена последовательно с соответствующей фазой вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора, состоящей из двух обмоток 20 и 21 в каждой фазе., так что указанное последовательное соединение фаз образует соединение треугольником, выводы 22—

24 которого соединены с входом переменного тока второго вентильного моста 25.

Рассмотрим вывод соотношения, которое должно соблюдаться между числом витков вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора.и числом витков первичной обмотки. . — индуктивность первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора (состоит из обмоток 14 и 15) .

1 — индуктивность вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора (состоит из обмоток 20 и 21).

11,д- взаимная индуктивность между укаэанными обмотками кбмпенсатора.

Комплекс напряжения соответственно на первичной и вторичной обмотках компенсатора! » комплексы основных гармоник тока в вентильных обмотках 12 и 13, из которых первая соединена в звезду, а вторая 13, совместно с вторичной обмоткой компенсатора, образует соединение.треугольником, Основные гармоники тока 12-фазного преобразователя lg 1 совпадают по фазе, т.е. д„= (з 3 (з}

Если соблюдается равенство (3), напряжение на обмотках компенсатора должно быть равно нулю. Следовательно, из (1) и (2) 9 1 „,=5ЦО1.,,; Ь, .=, ш1 „, „(а) 9305

С учетом 3 имеем

1. = З . (Я

"ль Э

Так как обмотки, образующие первичную и вторичную обмотки компенсатора, сцеплены с одним общим магнитным потоком, то условие (5 ) выполняется при !О 1 К4 + 11 КА, где Р1 - число витков первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора

И1 д- число витков вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора.

Индуктивности и взаимная индуктивность упомянутых обмоток

20 напряжения основных гармоник на об- мотках компенсатора равно нулю, т.е. отношение чисел витков вторичной о6мотки токовыравнивающего компенсатора к его первичной обмотке должно быть примерно равно 1 3.

Устройство работает следующим образом;, В режиме холоСтого хода магнитный поток, сцепленный с сетевой 11 и вентильными обмотками 12 и 13, наводит

ЭДС в обмотках 14 и 15 каждой фазы первичной обмотки токовыравнивающего

1 компенсатора. ЭДС в обмотках 14 и 15 направлены встречно и поэтому напряжение на первичной обмотке компенса-.тора равно нулю. По указанной причине напряжение и на вторичной обмотке компенсатора равно нулю.

При работе двенадцатифазного преобразователя под нагрузкой токи в первичной и вторичной обмотках компенсатора вызывают сцепленные с ними магнитные потоки. При принятой схеме соединения первичной и вторичной обмоток компенсатора магнитный по35

45

55

1 К) КЬ, « КЛ К4 1) = —, = 1.) = р й,„ ь R где 11 ц - магнитное сопротивление. 25

Равенство 6 может быть выполнено только. практически, так как И

И1 д- целые числа.

Таким образом, при равенстве выпрямленных токов мостов и, соответ- 30 ственно

37 6 ток основных гармоник, обусловленный током, протекающим по указанным обмоткам, отсутствует, так как основные гармоники намагничивающих сил обмоток 14 и 20 и, соответственно, обмоток 15 и 21 направлены встречно.

Аналогично намагничивающие силы от высших гармоник тока с порядком

12К+1, где К=1,2,3 также имеют встречное направление в обмотках 14 и 20 и, соответственно, 15 и 21 каждой фазы.

Наоборот, намагничивающие силы от гармоник тока в первичной и вторичной об лотках ко1лпенсатора порядка

6К11, где К вЂ” нечетное число, складываются и обуславливают магнитные потоки соответствующей частоты в боковых стержнях 2-7 магнитопровода.

Указанные магнитные потоки не проникалот в средние стержни 8, 9 и 10 и индуктируют ЭДС в обмотках 14 и 15 первичной и 20 и 21 вторичной обмоток компенсатора. Указанные ЭДС в обмотках 14 и 15 и, соответственно, 20 и 21 каждой фазы имеют согласное направление, что приводит к существенному подавлению гармоник тока порядка 6К+1,где К вЂ” нечетное число. В результате вентильные обмотки 12 и

13 можно практически рассчитывать на ток 1"-фазного режима работы, что имеет преимущество в отношении потерь и нагрева по сравнению с аналогом ()).

Принцип выравнивания тока состоит в следующем.

Допустим, что по каким-либо причинам 3) ) ГЗЛд. В этом случае, как следует из (1 ) и (2), напряжение

U <)Uy . Так как напряжение на входе вентильного моста равно разности между напряжением вентильной обмотки и напряжением на обмотке токовыравнивающего компенсатора, то напряжение на входе первого моста 19 уменьшается, а напряжение на входе втоoro моста 25 увеличивается. Отсюа следует, что, благодаря действию токовыравнивающего компенсатора, ток первого моста 19 должен стремиться к уменьшению, а ток второго моста

25 — к увеличению.

Другим положительным свойством токовыравнивающего компенсатора является то, что он выполняет в схеме функцию фильтра гармоник тока 6K 1, где К вЂ . нечетные числа, т.е. гармоник с порядковыми номерами 6, 7, 17, 19 и т.д. Это объясняется тем, что намагничивающне силы от указан-ных гармоник тока в обмотках токовыравнивающего компенсатора имеют согласное направление и поэтому индуктивное сопротивлени4 для этих гармоник очень велико. Наоборот, для основной гармоники тока и гармоник

12К+1, где К0,1,2 индуктивное сопротивление почти равно нулю, так как намагничивающие силы обмоток токовыравнивающего компенсатора имеют встречное направление.

Выигрыш в активных материалах и потерях электроэнергии достигается за счет объединения .магнитопроводов преобразовательного трансформатора и токовыравнивающего компенсатора, а также за счет исключения схемы соединения вторичной обмотки компенсатора в зигзаг. Только за счет исключения схемы соединения в зигзаг.по вторичной обмотке токовыравнивающего компенсатора достигается сокращение расхода меди и уменьшение потерь электроэнергии на 14 .

Двенадцатифазный преобразователь с токовыравнивающим компенсатором .может быть использован как при параллельном, так и последовательном соединении вентильных .мостов, так как позволяет повысить жесткость внешней характеристики, улучшить ко- эффициент мощности и снизить нагрев . вентилей.

Формула из обретения

Двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два трехфазных вентильных моста и трехфазный магнитопровод с шестью боковыми стержнями и тремя средними стержнямн, на кото930537 рых размещены сетевая и две вентиль-, ные обмотки, одна из которых соединена в звезду и включена последовательно с первичной обмоткой токовыравнивающего.компенсатора, вторичная обмбтка которого состоит из двух последовательно соединенных обмоток, а выводы первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора соединены

)о с входом переменного тока первого трехфазного вентильного моста, о тл и ч а и шийся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей и повышения коэффициента

1S полезного действия, обмотки токовыравнивающего компенсатора расположены на боковых. стержнях по обе стороны от соответствующего среднего стержня магнитопровода, причем каждая фаза второй вентильной обмотки соединена последовательно с соответствующей фазой вторичной обмотки токовыравнива— ющего компенсатора, образуя цепочку, которая совместно с аналогичными цепочками других фаз соединена по схеме треугольника, выводы которого подключены к входу переменного тока второго трехфазного вентильного моста, а каждая. фаза первичной обмотки токовыравнивакщего компенсатора выполнена из двух последовательно соединенных обмоток, расположенных на тех же 6оковых стержнях, что и вторичные обмотки токовыравнивающего компенсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Полупроводниковые выпрямители.

Под рер. Ф.Ковалева. M., "Энергия", 1978, с. 100.

2. F.1.8ennel l, Recti f iers for

railwaytraction substations. - Еiectric Power Appl1cations, February

1979, чо1 2, 801 р. 23, f i g. 2.

930537

90 76 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

Ilo делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ипиал IlIII1 Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Е.Мельникова

Редактор АД1андор Техред Ж.Кастелевич Корректор.A Лаятк о

Заказ 34