МЕХАНИЧЕСКИЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Советский патент 1957 года по МПК H02M7/32 

Механические выпрямители, предназначенные для выпрямления переменного тока большой мощности (5÷20 тысяч ампер), но относительно низкого напряжения (до 500 в), в настоящее время получили широкое распространение.

Эти выпрямители обладают высоким коэффициентом полезного действия (97÷99%) и высоким коэффициентом мощности (0,9÷0,95). Они выполняются обычно в виде системы контактов, в цепь которых включены коммутирующие дроссели. Коммутирующие дроссели являются наиболее дорогостоящей и трудоемкой частью аппарата. Для получения высокого к.п.д. и коэффициента мощности сердечники дросселей должны изготовляться из высококачественных сталей, которые должны подвергаться специальной термообработке для получения узкой и прямоугольной петли гистерезиса.

Настоящее изобретение позволяет значительно уменьшить расход стали я меди на коммутирующие дроссели, улучшает систему регулирования запаса надежности и величины тока и упрощает механическую часть выпрямителя.

Это достигается тем, что обмотки сердечников дросселей, включенных в цепь каждой фазы выпрямителя, имеют неодинаковое число витков, рассчитаны на различные токи и напряжения и в период коммутации переключаются контактами поочередно с взаимным сдвигом по времени.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого выпрямителя с двумя приводными валами; на фиг. 2 - схема коммутирующего узла выпрямителя с тремя приводными валами.

Трехобмоточный трансформатор Тр-1 получает питание от высоковольтной сети через разъединитель и масляный выключатель МВ-1 (или высоковольтный пневматический выключатель). Одна вторичная обмотка питает одну систему шин выпрямленного тока через коммутирующие дроссели Др-1 и Др-2 и контакты выпрямителя К-1, К-2 и К-3. Вторая вторичная обмотка питает вторую систему, аналогичную первой, смещенную по фазе на 30°.

Дроссель Др-1 создает задерживающее напряжение, равное линейному напряжению трансформатора, ток же, протекающий через контакты К-1 и К-2, небольшой порядка 10÷20% от суммарной тока выпрямителя.

Дроссель Др-2 создает пониженное задерживающее напряжение (30÷50% от линейного напряжения), но ток, протекающий через контакт К-3, составляет 80÷90% от суммарного тока выпрямителя.

Следовательно, цепочка контактов К-1 и К-2 осуществляет включение и отключение тока при полном напряжении сети, но по контактам не протекает основной ток нагрузки в режиме выпрямления. Цепь же контакта К-3 пропускает основной ток в режиме выпрямления, а при пониженном напряжении, из-за наличия шунта, образованного контактами К-1 и К-2, ток через контакт К-3 не проходит.

Автомат А-1 подключает нагрузочное сопротивление НС-1 и сглаживающий дроссель СД-1. Быстродействующий автомат обратного тока БА-1 отключает выпрямитель со стороны выпрямленного тока при обратных зажиганиях. Дроссель СД-2 является сглаживающим дросселем главной цепи.

Шины выпрямленного тока двух систем обычно соединяются между собой через уравнительные реакторы, не показанные на схеме.

Управление работой контактов К-1 и К-3 производятся толкателями, приводимыми в движение от эксцентрикового вала В-1. Управление контактами К-2 осуществляется от эксцентрикового вала В-2.

Эксцентриковые валы В-1 и В-2 приводятся во вращение отдельными синхронными двигателями СМ-1 и СМ-2. Трехфазный ток подается через кольца к обмоткам роторов двигателей. Статоры двигателей выполняются с тремя отдельными обмотками возбуждения. Изменением тока возбуждения в одной из обмоток осуществляется поворот магнитной оси потока возбуждения двигателя, а следовательно, изменяется фаза включения и отключения соответствующих контактов.

Работа контактов производится следующим образом: первым включается контакт К-1. При этом ток через дроссели Др-1 и Др-2 протекать еще не будет. Следующим включается контакт К-2, замыкающий цепь тока через дроссель Др-1 и контакты К-1 и К-2. При этом дроссель Др-1 перемагничивается, создавая противоэдс, задерживающую нарастание тока нагрузки. После насыщения дросселя Др-1 ток будет быстро нарастать до величины выпрямленного тока нагрузки. После отключения контактов предыдущей фазы включается контакт К-3 и создается вторая параллельная цепь тока через дроссель Др-2. Так как омическое сопротивление дросселя Др-1 в несколько раз больше сопротивления дросселя Др-2, то основной ток нагрузки будет протекать по цепочке дросселя Др-2 и контакту К-3.

После включения контактов К-1 и К-2 второй (последующей) фазы начнется коммутация тока в первой фазе (спадание тока). Во время коммутации тока величина угла коммутации и распределение падений напряжения по коммутируемой цепи определяется индуктивным сопротивлением отдельных участков цепи. На зажимах обмоток параллельна работающих дросселей Др-1 и Др-2, имеющих разные числа витков, а следовательно, и разные индуктивности рассеяния L₁ и L₂ возникают противоэдс Е1 и Е2, направленные встречно действующему линейному напряжению. Так как э.д.с. Е1>Е2, возникает второй контур местной коммутации тока внутри параллельной цепи дросселей Др-1 и Др-2. Токи местной коммутации будут ускорять коммутацию тока в цепочке дросселя Др-2 и замедлять коммутацию тока в цепочке дросселя Др-1.

В цепи дросселя Др-2 процесс коммутации тока оканчивается раньше коммутации всей главной коммутирующей цепи. Очевидно, пока идет коммутация тока в главной коммутирующей цепи, падение напряжения на дросселе Др-2 не может увеличиться более величины индуктивного падения напряжения на дросселе Др-1.

При снижении тока нагрузки в цепи дросселя Др-2 до величины намагничивающего тока произойдет перемагничивание дросселя Др-2 и в тоне нагрузки, протекающем через контакт К-3, образуется ступень малого тока. В этот момент контакт К-3, размыкается. Ток нагрузки продолжают еще протекать через дроссель Др-1 до окончания процесса коммутации тока в главной цепи. Дроссель Др-1 после окончания коммутации тока также перемагничивается, образуется ступень малого тока и размыкаются сначала контакт К-1, а затем К-2.

Таким образом, коммутирующий дроссель как бы расщепляется на два дросселя Др-1 и Др-2. Угол опережения между моментами размыкания отдельных контактов может регулироваться изменением фазы включения контакта К-2 путем поворота магнитной оси двигателя СМ-2 или изменением фазы включения контактов К-1 и К-3, путем поворота магнитной оси двигателя СМ-1.

При этом можно считать, что угол между моментами окончания коммутации тока в главной и местной целях будет лежать в узких пределах, что позволит задать этот угол жестким. Тогда регулирование запаса надежности можно будет осуществлять только для контакта К-1.

Более точная, хотя и несколько более сложная схема регулирования запаса надежности с тремя эксцентриковыми валами показана на фиг. 2.

Наличие трех независимых эксцентриковых валов со своими приводными двигателями СМ-1, СМ-2 и СМ-3 позволяет устанавливать независимо друг от друга: величину тока, запас надежности для цепи контактов К-1 и К-2 и запас надежности для цепи контакта К-3.

Механический выпрямитель переменного тока с двумя коммутирующими дросселями в каждой из фаз, включенными в параллельные цепи, переключаемые контактами, приводимыми в действие синхронными двигателями, отличающийся тем, что, с целью уменьшения веса обметок и сердечников дросселей, обмотки последних имеют неодинаковые числа витков и один из дросселей рассчитан на пониженное задерживающее напряжение (порядка 30-50% от линейного напряжения питания) и на значительный рабочий ток (порядка 80-90% полного тока выпрямителя), а другой - на задерживающее напряжение, равное линейному напряжению питания, и на малый рабочий ток (порядка 20-10% от тока выпрямителя); контакты в цепи первого дросселя размыкаются с опережением по сравнению с моментом размыкания контактов в цепи второго дросселя.