Двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

(72) Автор изобретеиии

1

И.А.Зборовский

Б1АьЛ 10. ь.1 (7l) заявитель (54) ДВЕНАДЦАТИфАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕИЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания контактной сети электрифицированного железнодорожного транспорта, в электролизе и тиристорном электроприводе.

Известен 12-фазный преобразователь, содержащий два трансформатора. Сетевая обмотка первого трансформатора

1О соединена в-звезду, а второго, - в треугольник. Вентильные обмотки у обоих трансформаторов имеют одинаковую схему соединения и подключены к последовательно или параллельно

15 соединенным мостам (1).

Недостатками данного 12-фазного преобразователя являются повышенные потери в сетевых и вентильных обмотках трансформаторов от гармоник тока порядка бк + 1, где к = 1,3,5..., а также повышенные потери в вентилях трехфазных мостов от тех же .гармоник. Преобразователь имеет повышенное индуктивное сопротивление коммутации, что связано с необходимостью защиты вентилей при внутреннем коротком замыкании (например пробое вентиля) и защиты трансформатора при коротком замыкании одной вентильной обмотки. Повышенное индуктивное сопротивление коммутации приводит к ухудшению коэффициента мощности и к увеличению потерь.Кроме того, данный преобразователь имеет относительно высокий расход активных материалов из-за наличия двух преобразовательных трансформаторов.

Наиболее близким к изобретению является 12-фазный преобразователь, содержащий два преобразовательных трансформатора, причем сетевая обмотка первого соединена в звезду, а второго — в треугольник. Вентильные обмотки имеют одинаковую схему соединения и каждая из них подклю" чена к трехфазному мосту. Мосты соединены последовательно или па936292

3 раллельно. 12-фазный преобразователь содержит трехфазный компенсатор трансформаторного типа с двумя обмотками на отдельном магнитопроводе ° Гармоники тока в сетевых 5 и вентильных обмотках порядка бк+1, где к = 1,3,5... практически подав-лены, индуктивное сопротивление коммутации может быть значительно уменьшено вследствие того, что при пробое вентиля или при коротком замыкании одной вентильной обмотки ток короткого замыкания ограничивается обмоткой компенсатора (2 ).

Недостатком преобразователя является относительно высокий расход активных материалов и высокие потери электроэнергии, что обусловлено выполнением преобразователя на трех магнитопроводах.

Цель изобретения - снижение расхода активных материалов и потерь электроэнергии.

Эта цель достигается тем, что в двенадцатифаз ном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащеМ два трехстержнеьых магнитопровода, на стержнях которых разме30 щены две сетевые обмотки и две вентильные обмотки, первая из которых соединена в звезду, при этом каждая вентильная обмотка подключена к разным трехфазным вентильным мостам, причем между первыми и вторыми сетевыми и вентильными обмотками и между первой и второй сетевыми обмотками осуществлена магнитная связь и трехфазный компенсатор трансформаторного типа, каждая из двух обмоток

40 которого соединена последовательно с соответствующей сетевой обмоткой, витки каждой фазы сетевых и вентиль" ных обмоток расположены концентрически по отношению к двум рядом

45 расположенным стержням разных магнитойроводов, каждая из обмоток компенсатора образована из двух катушек, размещенных на двух рядом расположенных стержнях разных магнитопроводов, при этом одноименные выводы сетевых обмоток пофазно соединены между собой и подключены к питающей сети, вторая вентильная обмотка соединена в треугольник, а обмотки и трехфазного компенсатора, принадлежащие одной фазе, соединены в зигзаг.

Кроме того, с целью сокращения . расхода меди обмоток компенсатора, между рядом расположенными стержнями разных магнитопроводов установлены два магнитных шунта.

На фиг. 1 представлена схема двенадцатифазного преобразователя, совмещенная с сечением магнитопроводов в радиальном направлении; на фиг. 2 - сечение магнитопроводов в осевом направлении вдоль двух рядом расположенных стержней разных магнитопроводов; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема преобразователя.

Двенадцатифазный преобразователь содержит магнитопроводы 1 и 2, каждый из которых включает в себя три стержня 3 и 4 с размещенными на них первой 5 и второй б сетевыми обмотками. На тех же стержнях размещены вентильные 7 и 8 обмотки. Первая 7 вентильная обмотка соединена в звезду, а вторая 8 - в треугольник.Витки сетевых 5 и 6 и вентильных 7 и

8 обмоток расположены концентрически по отношению к двум рядом расположен" ным стержням 3 и 4. Вентильная об" мотка 7 подключена к мосту 9, а вентильная обмотка 8 - к мосту 10. На стержнях 3 и 4 расположены катушки

11 и 12, образующие первую обмотку трехфазного компенсатора. На тех же стержнях расположены катушки 13 и 14,образующие вторую обмотку компенсатора.Первая обмотка компенсатора соединена последовательно с перво" 5 сет е вой обмот кой, а вторая обмот капоследовательно с второй б сетевой обмоткой. Одноименные 15 и 16 выводы первой 5 и второй 6 сетевых обмоток подключены к выводам 17 - 19 питающей сети.

Для уменьшения магнитного сопро" тивления магнитному потоку, вызванному токами в катушках 11 и 14, а также 12 и 13 от высших гармоник, порядок которых равен бк + 1, где к = 1,3,5..., между рядом расположенными стержнями от разных магнитопроводов могут быть установлены магнитные шунты 20 и 21 (Фиг. 2). Магнитное сопротивление указанному магнитному потоку уменьшается из-за наличия магнитного пути 22. При этом для получения требуемой индуктивности обмоток компенса ора сокращается расход меди упомянутых обмоток.

936292

Экономический эффект достигается за счет объединения магнитных систем двух преобразовательных трансформаторов и компенсатора. Только за счет объединения магнитных систем преобразовательных трансформаторов расход активных материалов и потери электроэнергии уменьшаются теоретически

-на 1Я. Кроме того, сокращаются затраты на изоляционные материалы обмоток компенсатора, так как указанные обмотки включены вблизи нулевой точ" ки звезды.

Между первой 5 сетевой и первой 7 вентильной обмотками осуществляется сильная магнитная связь. Аналогично между второй 6 сетевой и второй 8 вентильной обмотками осуществлена сильная магнитная связь. Между первой 5 и второй 6 сетевыми обмотками осуществлена слабая магнитная связь.

Указанные магнитные связи могут быть осуществлены, например, путем использования чередующихся обмоток, при этом первые 5 и 7 обмотки располагаются на одном радиальном расстоянии, а вторые 6 и 8 обмотки— на другом радиальном расстоянии от центра двух рядом расположенных стержней 3 и 4.

Иогут быть использованы также и концентрические обмотки. При этом сетевые 5 и 6 обмотки располагаются "поэтажно" по высоте стержней на одном уровне, а обмотки 7 и 8на другом уровне тд м, что торцы обмоток 5 и 7 и соответственно 6 и 8 находятся на одном концентре. Применение чередующихся обмоток предпочтительнее из-за меньшего индуктив ного сопротивления коммутации.

При холостом ходе преобразователя в катушках 11 и 12 первой обмотки и

13 и 14 второй обмотки компенсатора наводятся ЭДС от основного магнитного потока, который образуется из сов падающих по направлению и равных по величине магнитных потоков в рядом расположенных стержнях 3 и 4.При принятом соединении ЭДС в катушках

11 и 12 встречно направлены.Аналогично и в катушках 13 и 14 ЭДС также встречно направлены. Поэтому напряжение на обмотках компенсатора равно нулю.

В нагрузочном режиме преобразователя в сетевых 5 и 6 и вентильных

7 и 8 обмотках течет ток основной и высших гармоник, порядок которых равен 12к + 1, где к = 1,2,3...

Основная и указанные высшие гармоники тока в катушках 11 и 14 компенсатора вызывают встречно направленные магнитные потоки. Аналогично указанные токи в катушках 12 и

13 также вызывают встречно направлен ные магнитные поля. Это означает, что компенсатор не ограничивает амплитуды основной и высших гармоник, порядок которых равен 12к «+ 1, где к = 1. 2, 3..., так как компен30

° 5 сатор для упомяну-ых основной и высших гармоник работает в режиме противовключения его обмоток. Наоборот, высшие гармоники тока, порядок которых равен бк t 1, где к 1 3,5... вызывают в катушках 11 и 14, а также соответственно в катушках 12 и 13 согласно направленные магнитные поля, замыкающиеся по сердечникам и ярмам магнитопроводов,т.е. по тем же путям, что и основные магнитные потоки.При этом магнитные поля от гармоник тока, порядок которых равен бк + 1, где к = 1,3, 5..., в стержнях 3 и

4 имеют противоположные направления. Так как сопротивление магнитных путей, по которым замыкаются указанные магнитные поля, достаточно мало, то компенсатор оказывает сильное подавляющее воздействие на гармоники, порядок которых равен бк+1, где к = 1,3,5. Поэтому указанные гармоники практически исключаются.

При трехфазном коротком замыкании, например, первой вентильной обмотки 7, ток короткого замыкания течет в первой сетевой обмотке 5 и в катушках 11 и 12 с первой обмотки компенсатора. Магнитные потоки в катушках 11 и 12 замыкаются по магнитным путям с малым магнитным сопротивлением, которое увеличивается изза эффекта насыщения стали. Магнитные потоки, сцепленные с катушками 11 и

12, индуктируют в них ЭДС ограничивающие ток короткого замыкания. Естественно, что этот ток ограничивается также индуктивностью рассеяния обмоток 5 и 7 трансформатора. Однако в отличие от обычного преобразовательного трансформатора, индуктивность рассеяния указанных обмоток может быть небольшой, что позволяет выполнить преобразователь с повышенным коэффициентом мощности.

9362

Формула изобретения

3. .фвенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два трехстержневых магнитопровода, на стержнях которых размещены две сетевые обмотки и две вентильные обмотки, первая из которых соединена в звезду, при этом каждая вентильная обмотка подключена к разным трехфаэным вентильным мостам, причем между первыми и вторыми сетевыми и вентильными обмотками и между первой и второй сетевыми обмотками осуществлена магнитная связь и трехфазный компенсатор трансформаторного типа, каждая из двух обмоток которого соединена последовательно с соответствующей сетевой обмоткой, отличающийся 20 тем, что, с целью уменьшения расхода активных материалов и потерь электроэнергии, витки каждоЯ, Фазы сетевых и вентильных обмоток расположены концентрически по отношению к двум рядом расположенным стержням разных ма гнитопроводов, каждая из обмо92 8 ток компенсатора образована из двух катушек, размещенных на двух рядом расположенных стержнях разных магнитопроводов, при этом одноименные выводы сетевых обмоток пофазно соединены между собой и подключены к питающей сети, вторая вентильная обмотка соединена в треугольник, а обмотки трехфазного компенсатора, принадлежащие одной фазе, соединены в зигзаг.

2. Преобразователь по и, 1, о тл и ч а ю шийся тем, что с целью уменьшения расхода меди обмоток компенсатора, между рядом расположенными стержнями разных магнитопроводов установлены два магнитных шунта. ь

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Полупроводниковые выпрямители.Под.ред.ф.Ковалева. И., "Энергия", 1978, с ° 300.

2. Электрические станции, сети и системы, Экспресс-информация, ВИНИТИ,h 47, 1973, с. 6, рис. l.