МНОГОФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2001 года по МПК H02M7/02 H02M7/06 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах электроснабжения электролизных, электротермических производств, электрического транспорта и других установок, потребляющих электрическую энергию на постоянном токе.

Известен многофазный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, причем каждое вентильное плечо шестифазных выпрямительных мостов выполнено в виде последовательно соединенных диодной группы (диоды соединены последовательно, параллельно или комбинированно, в частном случае диодная группа представляет собой один полупроводниковый прибор) и рабочей обмотки дросселя насыщения, уложенной на индивидуальный магнитопровод. На этот же магнитопровод уложены обмотки управления и смещения дросселя. Число дросселей насыщения равно числу вентильных плеч, т.е. в каждом преобразовательном блоке равно шести, а, например, в двенадцатифазном агрегате с четырьмя преобразовательными блоками равно двадцати четырем. Обмотки управления всех дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока. Аналогично обмотки смещения всех дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к другому источнику постоянного тока [1].

Такой многофазный выпрямительный агрегат путем изменения тока в обмотке управления (тока управления) обеспечивает сколь угодно плавное регулирование выпрямленного напряжения, что позволяет осуществлять любой необходимый по технологии электрический режим в нагрузке (в частности, стабилизацию выпрямленного тока или напряжения, постоянство ампер-часов за цикл работы, любой другой программный ввод мощности в нагрузку).

Недостатком такого агрегата является высокая установленная мощность дросселей насыщения из-за значительного расхода на их магнитопроводы электротехнической стали. Действительно, включение дросселей насыщения в каждое вентильное плечо преобразовательных блоков, например, в указанном выше двенадцатифазном выпрямительном агрегате требует двадцать четыре стальных магнитопровода. Соответственно велики потери электрической энергии в стали этих магнитопроводов и габариты агрегата, усложнена конструкция преобразователя. Кроме того, для обеспечения симметрии управления (создания равных углов дроссельного управления) требуется тщательный подбор параметров каждого из двадцати четырех дросселей насыщения. Как правило, разброс параметров дросселей насыщения связан с различием характеристик их магнитопроводов. Наличие разброса параметров дросселей насыщения нарушает симметрию дроссельного управления агрегатом.

Известен многофазный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, с вентильными плечами шестифазных выпрямительных мостов, выполненными в виде последовательно соединенных диодной группы и уложенной на магнитопровод рабочей обмотки дросселя насыщения, обмотки управления и смещения которого, уложенные на тот же магнитопровод, соединены последовательно с аналогичными обмотками других дросселей насыщения и подключены соответственно к источникам управления и смещения постоянного тока, причем на индивидуальный магнитопровод уложены рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов [2].

Такой многофазный выпрямительный агрегат, выбранный в качестве ближайшего аналога, требует в два раза меньшее число магнитопроводов в дросселях насыщения. Так, в указанном выше двенадцатифазном выпрямительном агрегате требуется только двенадцать стальных магнитопроводов вместо двадцати четырех. Соответственно он имеет меньшие потери электрической энергии в стали этих магнитопроводов, меньшие габариты агрегата, упрощенную конструкцию преобразователя. Кроме того, в силу использования одного и того же магнитопровода при создании углов дроссельного управления в анодном и катодном вентильных плечах обеспечивается равенство этих углов, что упрощает операцию подбора характеристик дросселей насыщения и повышает симметрию дроссельного управления агрегатом.

Ближайший аналог, однако, в значительной степени сохраняет недостатки агрегата с числом дросселей насыщения, равным числу вентильных плеч. Остается необходимость дальнейшего снижения установленной мощности дросселей насыщения, уменьшения расхода электротехнической стали и потерь электрической энергии в них, а также снижения габаритов, упрощения конструкции и повышения симметрии дроссельного управления агрегатом. Действительно, включение дросселей насыщения в противофазные вентильные плечи каждого из преобразовательных мостов, например, в указанном выше двенадцатифазном выпрямительном агрегате требует двенадцать стальных магнитопроводов. Для обеспечения симметрии управления (создания равных углов дроссельного управления) требуется тщательный подбор параметров каждого из двенадцати дросселей насыщения.

Изобретение решает задачу снижения установленной мощности дросселей насыщения, уменьшения потерь электрической энергии в них, снижения габаритов, упрощения конструктивного выполнения и повышения симметрии дроссельного управления выпрямительных агрегатов. Для этого в многофазном выпрямительном агрегате, состоящем из преобразовательных блоков в виде подключенных выводами переменного тока к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока - к нагрузке шестифазных выпрямительных мостов, каждое вентильное плечо которых выполнено в виде последовательно соединенных диодной группы и уложенной на магнитопровод рабочей обмотки дросселя насыщения, обмотки управления и смещения которого, уложенные на тот же магнитопровод, соединены последовательно с аналогичными обмотками других дросселей насыщения и подключены соответственно к источникам управления и смещения постоянного тока, в котором рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов уложены на индивидуальный магнитопровод, рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения одноименных противофазных вентильных плеч всех шестифазных выпрямительных мостов, подключенных к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора с одинаковой схемой соединения, уложены на один общий магнитопровод. Дроссели насыщения выпрямительного агрегата могут быть размещены в баке преобразовательного трансформатора, в шкафах выпрямительных мостов или выполнены в виде самостоятельных аппаратов.

Предложенный многофазный выпрямительный агрегат удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", поскольку в нем дроссели насыщения включены по оригинальной схеме, позволяющей снизить установленную мощность дросселей насыщения, уменьшить потери электрической энергии в них, уменьшить габариты и упростить конструктивное выполнение преобразователя. Последнее связано как с уменьшением числа дросселей насыщения, так и с упрощением подбора их параметров, поскольку теперь один и тот же магнитопровод дросселя используется в противофазных вентильных плечах всех шестифазных выпрямительных мостов, подключенных к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора с одинаковой схемой соединения. Использование общих магнитопроводов в указанном ряде вентильных плеч обеспечивает равенство углов дроссельного управления этих плеч, что повышает симметрию управления агрегатом.

На чертеже представлена схема одного из возможных (а именно, двенадцатифазного) вариантов предложенного выпрямительного агрегата. Он содержит четыре преобразовательных блока. Каждый блок образован сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора 1, одной из четырех его вентильных обмоток 2, 3, 4 и 5 и одним из четырех шестифазных выпрямительных мостов 6, 7, 8 и 9. По отношению к нагрузке 10 выпрямительные мосты соединены параллельно (возможно последовательное и комбинированное соединение). Выпрямительные мосты 6 и 7 подключены к вентильным обмоткам трансформатора 2 и 3 с одинаковой схемой соединения "звезда". Выпрямительные мосты 8 и 9 подключены к вентильным обмоткам трансформатора 4 и 5 с одинаковой схемой соединения "треугольник". Пары выпрямительных мостов 6 и 7, а также 8 и 9 содержат общие дроссели насыщения с магнитопроводами 11 и 12. На магнитопроводы 11 уложены рабочие обмотки 13 дросселей противофазных вентильных плеч выпрямительного моста 6, а также рабочие обмотки 14 противофазных вентильных плеч выпрямительного моста 7. Аналогично на магнитопроводы 12 уложены рабочие обмотки 15 противофазных вентильных плеч выпрямительного моста 8, а также рабочие обмотки 16 противофазных вентильных плеч выпрямительного моста 9. Обмотки смещения 17 всех шести дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к источнику смещения постоянного тока. Обмотки управления 18 всех шести дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к источнику управления постоянного тока. Таким образом, в предложенном агрегате используется только шесть дросселей насыщения вместо двадцати четырех, что имеет место в агрегате с включением дросселей в каждое вентильное плечо, и вместо двенадцати в ближайшем аналоге.

Работа многофазного выпрямительного агрегата осуществляется следующим образом. При подключении сетевой обмотки трансформатора 1 к питающей сети на его вентильных обмотках 2, 3, 4 и 5 образуется многофазная (в приведенном на чертеже агрегате двенадцатифазная) система напряжений. Исходное магнитное состояние магнитопроводов 11 и 12 задается постоянными токами смещения и управления в обмотках 17 и 18. Точка, изображающая исходное магнитное состояние дросселей насыщения, находится на ненасыщенном участке кривой намагничивания их магнитопроводов. При периодических появлениях положительных напряжений на последовательно соединенных диодных группах мостов 6, 7, 8 и 9 и рабочих обмотках дросселей насыщения 13, 14, 15 и 16 соответствующая диодная группа открывается, а дроссель насыщения выводится из ненасыщенного состояния. В процессе выведения дросселей насыщения углы дроссельного управления создаются одновременно в парах мостов 6 и 7, 8 и 9. Длительность процесса выведения дросселей определяет величину угла дроссельного управления, а следовательно, и величину выпрямленного напряжения на нагрузке 10. После проведения тока вентильным плечом последовательно соединенный дроссель заводится в исходное ненасыщенное состояние. Причем, поскольку на магнитопроводы дросселей 11 и 12 уложены пары противофазных рабочих обмоток 13, 14 и 15, 16, то дроссели насыщения дважды за период напряжения питающей сети выводятся из ненасыщенного состояния, т.е. дважды за период создают углы дроссельного управления (один раз в анодных вентильных плечах, а другой раз в катодных плечах мостов 6 и 7, 8 и 9). Также дважды они заводятся в ненасыщенное исходное состояние. Изменением тока управления в обмотках 18 регулируются углы управления во всех выпрямительных мостах 6, 7, 8 и 9 и сколь угодно плавно регулируется напряжение на нагрузке 10.

Технико-экономический эффект от применения предложенного многофазного выпрямительного агрегата связан со снижением установленной мощности дросселей насыщения, с сокращением расхода электротехнической стали и потерь электрической энергии в магнитопроводах дросселей, с уменьшением габаритов и упрощением конструктивного выполнения выпрямительного агрегата (например, в указанном выше двенадцатифазном выпрямительном агрегате требуется только шесть дросселей насыщения вместо двенадцати в ближайшем аналоге). В предложенном преобразователе упрощен подбор параметров дросселей насыщения и повышена симметрия управления, поскольку теперь один и тот же магнитопровод дросселя используется в противофазных вентильных плечах всех шестифазных выпрямительных мостов, подключенных к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора с одинаковой схемой соединения.

Литература
1. Система управления током серии электролизеров 21/22 корпусов АО "Братский алюминиевый завод". Технический отчет по наладке и испытаниям. Екатеринбург: "Российская электротехническая компания", 1996, рис. 1.

2. Патент N 2100896 (РФ). Многофазный выпрямительный агрегат. / Ю.И. Хохлов. // Бюл. изобр. N 36. - 1997.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, преобразующей энергию переменного тока в энергию постоянного тока. Для снижения мощности дросселей насыщения, уменьшения потерь электроэнергии в них, снижения габаритов, упрощения, конструктивного выполнения и повышения симметрии дроссельного управления, что является техническим результатом, многофазный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде подключенных выводами переменного тока к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока - к нагрузке шестифазных выпрямительных мостов, каждое вентильное плечо которых выполнено в виде последовательно соединенных диодной группы и уложенной на магнитопровод рабочей обмотки дросселя насыщения, обмотки управления и смещения которого, уложенные на тот же магнитопровод, соединены последовательно с аналогичными обмотками других дросселей насыщения и подключены соответственно к источникам управления и смещения постоянного тока, причем рабочие обмотки управления и смещения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов уложены на индивидуальный магнитопровод, выполнен так, что рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения одноименных противофазных вентильных плеч всех шестифазных выпрямительных мостов, подключенных к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора с одинаковой схемой соединения, уложены на один общий магнитопровод. Дроссели насыщения могут быть размещены в баке преобразовательного трансформатора, в шкафах выпрямительных мостов или выполнены в виде самостоятельных аппаратов. Изобретение может быть использовано в системах электроснабжения электролизных, электротермических производств, электротранспорта и др. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Многофазный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде подключенных выводами переменного тока к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока - к нагрузке шестифазных выпрямительных мостов, каждое вентильное плечо которых выполнено в виде последовательно соединенных диодной группы и уложенной на магнитопровод рабочей обмотки дросселя насыщения, обмотки управления и смещения которого, уложенные на тот же магнитопровод, соединены последовательно с аналогичными обмотками других дросселей насыщения и подключены соответственно к источникам управления и смещения постоянного тока, причем рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов уложены на индивидуальный магнитопровод, отличающийся тем, что рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения одноименных противофазных вентильных плеч всех шестифазных выпрямительных мостов, подключенных к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора с одинаковой схемой соединения, уложены на один общий магнитопровод. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что дроссели насыщения размещены в баке преобразовательного трансформатора. 3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что дроссели насыщения размещены в шкафах выпрямительных мостов. 4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что дроссели насыщения выполнены в виде самостоятельных аппаратов.