КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 1995 года по МПК H02M7/08 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для питания выпрямленным током железнодорожного транспорта, электролизных, электротермических установок и других потребителей.

Известен некомпенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с одной сетевой и двумя трехфазными вентильными обмотками, одна из которых соединена в звезду, а другая в треугольник, два выпрямительных моста и трехфазный уравнительный реактор с двумя трехфазными обмотками, одна из которых соединена по схеме разомкнутая звезда и включена пофазно между первой вентильной обмоткой силового трансформатора и входом первого выпрямительного моста, а другая соединена по схеме равносторонний разомкнутый зигзаг и включена пофазно между второй вентильной обмоткой силового трансформатора и входом второго выпрямительного моста [1]
Недостатком преобразователя является достаточно низкий коэффициент мощности, что обусловлено значительным потреблением из питающей реактивной мощности.

Известен компенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с одной сетевой и двумя трехфазными вентильными обмотками, одна из которых соединена в звезду, а другая в треугольник, два выпрямительных моста и компенсирующее устройство, включающее трехфазную конденсаторную батарею и трехфазный реактор с тремя трехфазными обмотками, первая из которых соединена по схеме разомкнутая звезда и включена пофазно между первой вентильной обмоткой трансформатора и входом первого выпрямительного моста, вторая трехфазная обмотка реактора соединена по схеме равносторонний разомкнутый зигзаг и включена пофазно между второй вентильной обмоткой трансформатора и входом второго выпрямительного моста, а третья трехфазная обмотка реактора и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме несвязанной трехфазной электрической цепи [2]
Этот преобразователь, выбранный в качестве прототипа, обладает высоким коэффициентом мощности.

Недостатком такого преобразователя является конструктивная асимметрия трехфазного реактора компенсирующего устройства, обусловленная различием числа витков первой и второй его трехфазных обмоток. Это при производстве реакторов усложняет их выполнение, а при эксплуатации выпрямительного агрегата приводит к различию реактансов коммутации в выпрямительных мостах и, следовательно, к ухудшению спектрального состава сетевого тока преобразователя. В частности, в двенадцатифазном выпрямителе последнее обусловлено проникновением в питающую сеть пятой и седьмой гармоник тока.

Для устранения отмеченного недостатка в предлагаемом преобразователе первая и вторая обмотки реактора компенсирующего устройства соединены по аналогичным схемам неравностороннего разомкнутого зигзага, с равным числом витков, Причем первая обмотка выполнена со сдвигом результирующего вектора МДС на угол ± , а вторая трехфазная обмотка со сдвигом результирующего вектора МДС на угол ∓ .

При выполнении вентильных обмоток силового трансформатора по схемам "звезда" и "треугольник" со сдвигом фазных напряжений на угол ± первая и вторая трехфазные обмотки реактора подключены к ним разноименными зажимами. При выполнении вентильных обмоток силового трансформатора по схемам "звезда" и "треугольник" со сдвигом фазных напряжений на угол ± первая и вторая трехфазные обмотки реактора подключены к ним одноименными зажимами. Третья трехфазная обмотка реактора и трехфазная конденсаторная батарея включаются по схеме связанной или несвязанной трехфазной электрической цепи. По отношению к нагрузке первый и второй выпрямительные мосты соединяются последовательно или параллельно.

Предложенный преобразователь удовлетворяет критерию изобретательский уровень, поскольку в нем компенсирующее устройство включено по оригинальной схеме, предусматривающей включение обеих рабочих обмоток реактора в неравносторонний зигзаг с равным числом витков, что позволяет упростить конструктивное исполнение реактора этого устройства и улучшить спектральный состав сетевого тока выпрямительного агрегата.

На чертеже представлена принципиальная схема одного из вариантов предложенного компенсированного преобразователя переменного напряжения в постоянное со сдвигом фазных напряжений вентильных обмоток трансформатора, соединенных в звезду и треугольник, на угол -π/6, подключением к ним первой и второй трехфазных обмоток реактора разноименными зажимами и соединением третьей обмотки реактора и конденсаторной батареи по схеме связанной трехфазной электрической цепи.

Он содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 1 и двумя вентильными обмотками 2 и 3, два выпрямительных моста 4 и 5 и компенсирующее устройство в виде трехфазной конденсаторной батареи 6 и трехфазного реактора 7, на магнитопроводе которого расположены соединенные в неравносторонний разомкнутый зигзаг первая 8 и вторая 9, а также третья 10 трехфазная обмотки.

Работа компенсированного преобразователя осуществляется следующим образом. При подключении обмотки 1 трансформатора к питающей сети линейные токи вентильных обмоток 2 и 3, равные входным током выпрямительных мостов 4 и 5, протекая по первой 8 и второй 9 трехфазным обмоткам реактора 7, создают в третьей обмотке 10 токи, спектр которых определяется гармониками 6К±1, где К=1,3,5.

Эти гармоники (преимущественно пятая и седьмая) перезаряжают конденсаторы батареи 6. Созданные указанными гармониками тока напряжения на конденсаторах трансформируются в контуры коммутации вентилей мостов 4 и 5 и вызывают искусственную опережающую коммутацию вентилей. За счет искусственной коммутации снижается потребление преобразователем реактивной мощности, что повышает коэффициент мощности выпрямительного агрегата.

Технико-экономический эффект от применения предложенного компенсированного преобразователя переменного напряжения в постоянное прежде всего связан с упрощением конструктивного исполнения реактора компенсирующего устройства, поскольку первая и вторая обмотки его выполняются по аналогичной схеме с равным числом витков. Другое преимущество состоит в улучшении спектрального состава сетевого тока, преобразователя, что вытекает из конструктивной симметрии указанных обмоток реактора.

Назначение: изобретение может быть использовано для питания выпрямленным током железнодорожного транспорта, электролизных серий, электротермических установок и т. д. Сущность изобретения: для устранения конструктивной ассиметрии и упрощения выполнения реактора компенсирующего устройства, а также улучшения спектрального состава сетевого тока преобразователя первая 8 и вторая 9 обмотки реактора 7 соединены по аналогичным схемам неравностороннего разомкнутого зигзага с равным числом витков. Причем первая обмотка 8 выполнена со сдвигом результирующего вектора МДС на угол ± π/12, а вторая 9 - на угол ∓ π/12. При выполнении вентильных обмоток силового трансформатора 2 и 3 по схемам "звезда" и "треугольник" со сдвигом фазных напряжений на угол ± π/6 обмотки 8 и 9 к ним подключены разноименными зажимами. При сдвиге фазных напряжений обмоток 2 и 3 трансформатора на угол ± 5π/6 первая 8 и вторая 9 трехфазные обмотки реактора подключены к вентильным обмоткам одноименными зажимами. Третья обмотка реактора 10 и конденсаторная батарея 6 соединяются по схеме связанной или не связанной электрической цепи. Выпрямительные мосты 4 и 5 включаются либо последовательно, либо параллельно. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий силовой трансформатор с соединенной с входными выводами для подключения питающей сети трехфазной сетевой обмоткой и двумя трехфазными вентильными обмотками, одна из которых соединена в "звезду", а другая в "треугольник", два выпрямительных моста, выходы постоянного тока которых связаны с выходными выводами для подключения нагрузки, и компенсирующее устройство, включающее трехфазную конденсаторную батарею и трехфазный реактор с тремя трехфазными обмотками, первая из которых включена пофазно между первой вентильной обмоткой трансформатора и входом первого выпрямительного моста, вторая трехфазная обмотка реактора включена пофазно между второй вентильной обмоткой трансформатора и входом второго выпрямительного моста, а третья трехфазная обмотка реактора подключена к трехфазной конденсаторной батарее, отличающийся тем, что первая трехфазная обмотка реактора соединена по схеме "неравносторонний разомкнутый зигзаг" со сдвигом результирующего вектора магнитодвижущих сил на угол ± π/12 , а вторая трехфазная обмотка реактора соединена по аналогичной схеме со сдвигом результирующего вектора магнитодвижущих сил на угол ∓ π/12 .
2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вентильные обмотки силового трансформатора выполнены по схемам "звезда" и "треугольник" со сдвигом фазных напряжений на угол ± π/6 , а первая и вторая трехфазные обмотки реактора подключены к ним разноименными зажимами. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вентильные обмотки силового трансформатора выполнены по схемам "звезда" и "треугольник" со сдвигом фазных напряжений на угол ± 5π/6, а первая и вторая трехфазные обмотки реактора подключены к ним одноименными зажимами. 4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что третья трехфазная обмотка реактора и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме, связанной трехфазной электрической цепи. 5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что третья трехфазная обмотка реактора и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме, не связанной трехфазной электрической цепи. 6. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что по отношению к нагрузке первый и второй выпрямительные мосты соединены последовательно. 7. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что по отношению к нагрузке первый и второй выпрямительные мосты соединены параллельно.