Компенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1984 года по МПК H02M7/155 

1. 1 Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для питания контактной сети на железнодорожном транспорте, в электролизе, в электро приводе. . Известен вьшрямитель, содержащий преобразовательный трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, одна из которых соединена в звезду, а другая - в треугольник, два выпрямительных моста, соединенных по вькор,у параллельно, и уравнивающий трехфазный трансформатор с дв мя трехфазными обмотками, одна из которых включена между первой вторич ной обмоткой преобразовательного . трансформатора и входом ijepBoro выпр мительного моста, а другай - между второй вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом второго вьтрямительного моста. Наличие уравнивающего трансформатора выравнивает токи выпрямительных мостов и улучшает работу выпрямителя lj. Недостатком изв астного выпрямител является низкий коэффициент мощности Особенно он низок при регулировании вькодного напряжения тиристорами выпрямит ел 1}ных мостов (снижается пропорционально глубине регулирования) . Наиболее близким к предлагаемому является компенсированный преобразователь переменного напряжения в пос..тоянное, содержащий преобразовательный трансформатор с одной первичной, первой и второй основными вторичными обмотками, первый и второй основные выпрямительные мосты и компенсационный трансформатор с тремя трехфазными обмотками, одна из которых включе на между первой вторичной обмоткой преобразовательного, трансформатора и входом первого выпрямительного моста, другая - между второй вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом второго выпрямительного моста, а третья обмотка подключена к трехфазной конденсаторной батарее. устройство обладает высоким коэффициентом мощности благодаря тому, что комйутирующее напряжение конденсаторов обеспечивает более раннюю, по сравнению с некомпенсированным преобразователем, искусственную коммутацию вентилей 2 . 42 Однако высокий коэффициент мощности у этого устройства сохраняется лишь в неуправляемом режиме работы. При плавном регулировании напряжения с помощью тиристоров выпрямительных мостов коэффициент мощности резко снижается пропорционально глубине регулирования. Цель изобретения - обеспечение сохранения высокого коэффициента мощности преобразователя при плавном регулировании выпрямленного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в компенсированном преобра зователе переменного напряжения в постоянное, содержащем преобразо вательный трансформатор с одной первичной, первой и второй основными вторичными обмотками, первый и второй основные выпрямительные мосты и компенсационный трансформатор с тремя трехфазными обмотками, одна из которых включена между первой вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом первого выпрямительного моста, другая между второй вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом второго вьшрямительного моста, а третья обмотка подключена к трехфазной конденсаторной батарее, преобразовательный трансформатор снабжен п дополнительными вторичными трехфазными обмотками, каждая из которых подключена непосредственно к входу одного из П дополнительно введенньгх выпрямительных мостов, соединенных по выходу с первым и вторым выпрямительными мостами. Кроме того, в компенсированном преобразователе переменного напряжения в прстоянное при П 1 дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансформатора соединена либо в звезду, либо в треугольник, а при И 2 одна дополнительная вторичная обмотка соединена в звезду, а Другая - в треугольник. Кроме того, дополнительные вьшрямительные мосты выполнены на управляемых, а основные - на неуправляемых вентилях, либо все выпрямительные мосты могут быть выполнены на правля емых вентилях, причем основные и дополнительные выпрямительные мосты по выходу могут быть соединены последовательно или последовательно-парал лельно.

Число витков- у дополнительных обмоток преобразовательного трансформатора выбирается исходя из необходимой глубины регулирования выпрямленного напряженияуправляемыми-вентилями дополнительно введенных выпрямительньк мостов.

На фиг.1 и 2 представлены принципиальные схемы двух из возможных вариантов вьтолнения компенсированного преобразователя переменного напряжения в постоянное .

Преобразователь состоит из преобразовательного трансформатора 1, на стержнях которого расположены трехфазная первичная обмотка 2 и две трехфазные основные вторичные обмотки 3 и 4,. Входы основных вьтрямите ных мостов 5 и 6 соединены с вторич нй1ми обмотками 3 и 4 через расположенные на стержнях компенсационного трансформатора 7 обмотки 8 и 9. Обмотка 10 компенсационного трансформатора 7 соединена с трехфазной конденсаторной батареей 11. На стержнях преобразовательного трансформатора 1 расположены также допол нительные вторичные обмотки 12 и 13 соединенные с входами дополнительных выпрямительных мостов 14 и 15. Работа компенсированного преобра зователя осуществляется следующим образом. При подключении трансформатора 1 первичной обмоткой 2 к питающей сети на основных 3 и 4 и дополнительных 12 и 13 вторичных обмотках появляются напряжения, которые выпрямляются с помощью основных 5 и 6 и дополнительных 14 и 15 выпрямител ных мостов, создавая выпрямленное напряжение на нагрузке. Токи в обмотках 8 и 9 в магнитопроводе компенсационного трансформатора 7 создают встречные магнитные потоки для гармоник бК-ь1, отвечающих К 0,2,4.-., и согласные магнитные потоки для гармоник 6К±.1, отвечающих ,3,5... В результате, суммарный магнитный поток в магнито проводе компенсационного трансформа тора содержит преимущественно пятую и седьмую гармоники. Эти же гармони joi, напряжения наводятся в обмотке 10, а следовательно, и на конденсаторах батареи 11. Напряжения на

конденсаторах трансформируются в контуры коммутации вентилей основных мостов 5 и 6, вызывая опережающую искусственную коммутацию вентилей этих мостов. Вентили.дополнительней мостов 14 и 15 работают в режиме естественной коммутации, поскольку напряжения на конденсаторах батареи 11 не попадают в их контуры коммутации. Искусственная коммутация вентилей мостов 5 и 6 повышает коэффициент мощности всего преобразователя. С целью поддержания высокого коэффициента мощности вентили мостов 5 и 6 для регулирования напряжения не используются, поэтому мосты 5 и 6 могут быть укомплектованы и неуправляемыми вентилями. Таким образом, выпрямительные мосты 5 и 6 наряду со своей основной технологической функцией выполняют функцию компенсации реактивной мощности, а следовательно, и повыщения коэффициента мощности выпрямителя. Для повышения степени компенсации реактивной мощности, а следовательно, и еще большего увеличения коэффи1щента мощности,путем отстройки от режима с повторной проводимостью вентилей, характерного для преобразователей с искусственной коммутацией, выпрямительные мосты 5 и 6 выполняются на управляемых вентилях. Отстройку от режима с повторной проводимостью вентилей обеспечивают отсутствием управляющего импульса на вентилях по время появления на них положительного напряжения в непроводящей части периода. Функцию плавного регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя осуществляют Только дополнительные вьшрямительные мосты 14 и 15. С целью уменьшения снижения коэффициента мощности при регулировании работу выпрямительных мостов 14 и 15 осуществляют сначала в вьшрямительном, а затем в инверторном режимах, выбирая число витков обмоток 12 и 13 так, чтобы вьшрямленное напряжение полностью открытых выпрямительных мостов 14 и 15 составляло примерно половину необходимого по технологии диапазона регулирования на;пряжения всего преобразователя. Предлагаемый компенсированный преобразователь имеет высокий коэффи- . циент мощности, что обеспечивает

снижение потерь электрической энергии и повьшает пропускную способность питакяцей сети по активной мощности. Действительно, при регулировании напряжения тиристорами на глубину 20% (требования, к преобразователям железнодорожного транспорта) в базовом преобразователе ЬобЦ снижается практически пропорционально глубине регулирования, т.е. на 20%. В неуправляемом режиме у базового некомпенсированного преобразователя С05С| 0,93, (,4). Следовательно, при сниженном на 20% напряжении ,73 (Ч- 0,94). В предлагаемом компенсированном преобразователе в неуправляемом режиме co5q 0,9S (,2). Снижениеcosv

в предлагаемом преобразователе примерно пропорционально корню квадратному из глубины регулирования, т.е. составляет порядка 5% Следовательн минимальный coscf 0,93 (igtf 0,40) . Среднее значение i Чср , ,96.

При преобразуемой мощности мВт скомпенсированная предлагаемым преобразователем реактивная мощность равна . ер) 10(0,96-0,67)2,9 мВар.

Известно, что при компенсации 1 кВар реактивной мощности сокращение потерь электрической энергии . в электрических сетях достигает 400 кВт. ч в год.

12

-./4

7

S

У- J J

/

11

± 1 X

J

.1. КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержап1ий преобразовательный трансформатор с одной первичной, первой и второй основными вторичными обмотками, первый и второй основные вьшрямительные мосты и компенсационный трансформатор с тремя трехфазными обмотками, одна из которых включена между первой вторичной обмоткой преобразовательного трансформатора и входом первого выпрямительного моста, другая - между второй вторичной обмоткой преобр азовательного трансформг1тора и входом второго выпрямительного моста, а третья обмотка подключена к трехфазной конденсаторной батарее, о тли чающийся тем, что, с целью сохранения высокого коэффициента мощности при плавном регулировании вьшрямленного напряжения, преобразовательный трансформатор снабжен П дополнительными вторичными трехфазными обмотками, каждая из которых подключена непосредственно к входу одного из П дополнительно введенных выпрямительных мостов, соединенных по выходу с первым и вторым вьтрямительными мостами. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что при И-И дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансформатора соединена в звезду. 3 Преобразователь по п.1, о тл и чающийся тем, что при дополнительная вторичная обмотка преобразовательного трансформатора соединена в треугольник-. 4. Преобразователь по п.1, о Т§ личающийся тем, что при первая дополнительная вторичная (Л обмотка преобразовательного трансфорс матора соединена в звезду, а вторая в треугольник. 5i Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительные выпрямительные мосты выполнены на управляемых, а основные на неуправляемых вентилях. 6.Преобразователь по п.1, отсо личающийся, тем, что все выпрямительные мосты вьшолнены на 4 4iik управляемьк вентилях. 7.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что все основные и дополнительные выпрямительные мосты по выходу соединены последовательно. 8.Преобразователь по пЛ, отличающийся тем, что все основные и дополнительные выпрямительные мосты по выходу соединены последовательно параплельно,

вРг/г. 2

J2 J JJ