Преобразовательный агрегат Советский патент 1987 года по МПК H02M1/12 

11

Изобретение относится к электротехнике и может бьгть использовано в преобразовательных трансформаторно тиристорных агрегатах, предназначенных для питания от автономной сети соизмеримой мощности с повьшенными требованиями к их электромагнитной совместимости.

Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости с автономной питающей сетью соизмеримой мощности путем снижения на входе уровня высших гармоник в диапазоне радиопомех при- минимально необходимой емкости конденсаторов.

На фиг.1.приведена принципиальная схема преобразовательного агрегата; на фиг.2 - эквивалентная схема замещения его в однофазном режиме; на фиг.З - диаграммы напряжений, характеризующие работу преобразовательного агрегата.

Преобразовательный агрегат содержит трансформатор 1 с обмотками 2 и 3 и магнитопроводом 4, а также тиристоры 5-10, блок II системы автоматического управления САУ и конденсаторы 12-14.

Концы первичной обмотки 2 трансформатора 1 образуют входные вьшоды преобразовательного агрегата, к которым подключены конденсаторы 12-14 фильтра радиопомех. Концы вторичной обмотки 3 трансформатора 1 подключены к зажимам переменного тока шестиплечевого вентильного моста на тиристорах 5-10, зажимы постоянного тока которого образуют выходные выводы преобразовательного агрегата. Блок 11 САУ подключен своими выходами к управляющим электродам тиристоров 5-10. Магнитопровод 4 трансформатора I шихтован низкоуглеродистой нелегированной холоднокатаной электротехнической сталью толщиной 0,5- 4 мм.

Преобразовательный агрегат работает следующим образом.

При подаче на входные выводы преобразовательного агрегата сетевого напряжения на вторичных обмотках 3 его трансформатора I формируется трехфазная система напряжений. Блок 11 САУ обеспечивает отпирание тиристоров 5-10 поочередно в порядке их нумерации со сдвигом по фазе в 60 эл. град. На выходе преобразовательного агрегата формируется шес- тиимпульсное выпрямленное напряжение

9 2

В процессе коммутации тиристоров, например отпирании очередного Тиристора 7 (фиг.) и запирании тиристора 5, происходит кратковременное закорачивание вторичных фаз а и b на время спадания тока в тиристоре 5 с Ij до О и нарастании тока в отпираемом тиристоре 7 с О до Ijj . Это время Y определяется суммарным реактансом сети и трансформатора е.: J arc cos (cos об- e) .

На время коммутации тиристоров во вторичном напряжении трансформатора появляются коммутационные просечки в синусоидах напряжения, обусловленные выравниванием - усреднением фазных напряжений U, Uj, U в моменты коммутации очередных пар тиристоров (фиг.За), т.е. тиристорный блок работает как источник коммутационных импульсов напряжения U ( фиг.Зб, где и, U| - импульсы фазы А) .

Поскольку реактансы питающей сети трансформатора ведут себя как индук - тивньй делитель напряжения, величина коммутационного импульса напряже- ния на входных выводах преобразовательного агрегата оказьшается более низкой, достаточной для обеспечения нормированного 5%-ного коэффициента искажения синусоидальности сетевого напряжения (фиг.36,в, фаза ид).

Однако если для обеспечения нормированного коэффициента искажения допустимы просечки сетевого напряжения в десятки и даже в сотни Бсгльт, то уровни высших гармоншс 5 относящихся к спектру радиопомех, не должны npeBbipjaTb десятков милливольт, поэтому их шунтируют конденсаторами 12-14 фильтра радиопомех. Эти конденсаторы образуют с реактансом сети колебательные контуры, возбуждаемые коммутационными импульсами напря

жения.

Возникающие дополнительные переходные процессы в сетевом напряжении в моменты коммутации тиристоров

50 (фйг.Зв, фаза Ug) требуют дополнительного реактирования преобразова- тельного агрегата либо за счет введения реактора фильтра радиопомех либо за счет увеличения реактанса

55 трансформатора, что в обоих случаях ведет к увеличению маесогабаритных ; показателей и установленной мощности трансформаторно-реакторного оборудования.

Однако, если рассмотреть эквивалентную схему замещения фиг.2, где C,j - емкость питающей сети; ..(. - реактивное сопротивление сети; Lg реактивное сопротивление трансформатора; Rm,,i - продольное сопротив- . ление; Ь,ц, R - поперечные сопротивления; Иц - импульсы коммутационных искажений выпрямителя; Ед - ЭДС фазы А питающей сети), потери в стали магнитопровода трансформатора можно использовать как дополнительное фильтрующее и демпфирующее звено, внеся в конструкции магнитопровода трансформатора ряд дополнительных конструктивных и технологических изменений.

Действительно, потери в стали магнитопровода трансформатора скла- дьшаются из потерь на гистерезис Р потерь на вихревые токи Р и добавочных потерь Р. , которые могут достигать 50% от потерь на вихревые токи (и пропорциональны им.) .

Потери в электротехнической стали не подразделяются на составляющие. Однако если потери на гесте- резис определяются только магнитным свойствами стали, то потери на вихревые токи пропорциональные квадрату толщины электротехнической стали и квадрату частоты гармоник тока. Следовательно, при целенаправленном увеличении толщины пластин стали и уменьшении, ее удельного электросопротивления за счет ухудшения качества стали можно обеспечить эффективную дополнительную фильтрацию высши гармоник и демпфирование переходных процессов возбуждения сети без увеличения потерь на основной несущей частоте питающей сети.

Для максимального снижения потер в стали магнитопровода трансформатора преобразователя (вообще) при использовании электротехнической стал толщиной 0,35 (и даже 0,27) мм предлагается шихтовать магнитопро- вод преобразовательного трансформатора толщиной 0,5-4 мм. Низкоуглеродистая сталь имеет пониженное удельное электросопротивление и повышенную максимально допустимую индукцию что ведет к дополнительному квадратичному увеличению потерь на вихревые токи для высших гармоник.

Снижение потерь на гистерезис можно обеспечить улучшением магнит

ных свойств электротехнической низ- к.оуглеродистой нелегированной стали путем придания ей магнитной анизотропии холодной прокаткой стали, Таким образом, специальный преобразовательный трансформатор дол-жен дополнительно выполнять функции фильтрации и.демпфирования высших гармоник в квадратичной зависимости

от номера этих гармоник заградительный трансформатор).

Такой трансформатор имеет коэффициент трансформацииj возрастающий в пределе в квадрате от номера высшей гармоники коммутационных импульсов напряжения. Это позволяет снизить уровень высших гармоник на входных вьшодах преобразовательного агрегата в диапазоне радиопомех при

минимально необходимой емкости конденсаторов, а соответственно, сам уровень искажения сетевого напряжения питающей сети (фиг.Зв, фаза С) т.е.- улучшить электромагнитную совместимость преобразователя с автоно ;- ной сетью ограниченной мощности.

Блок 11 САУ может быть выполнен по многоканальной аналоговой структ - ре и содержать стандартные подблоки

Применительно к трехфазному мостовому вьтрямителю многоканальная аналоговая САУ в простейшем случае содержит шесть каналов по числу тиристоров в выпрямителе. Каждьш канал ic-seимеет устройство синхронизации ( УС ) с сетью ( может быть общим на основе шестифазного трансформатора) ,, Фа зосдвигающие устройства (ФСУ), сигналы с выходов которых подаются на

управляющие электроды тиристоров 5 10.

Каждый сигнал СУ работает с частотой питающей сети. Распределение управляющих сигналов по каналам осуществляется самим входным сетевьЕ. напряжением с помощью трансформатора, шестифазное переменное напряжение которого определяет начало отсчета угла управления сС в каждом канале САУ 11. Фазовый сдвиг управляющих импульсов задается сигналом пправле- ния, общим для всех каналов. На выходах ФСУ формируется фазруправляемые

импульсы. Поскольку для мостовой

схемы выпрямления необходимы сдвоенные через 60 эл.град. управляющие импульсы на входах устройств фор птро- вания.и усиления управляющих импульсов производят их сдваивание путем псдачи сигналов от двух соответствующих ФСУ.

Сдвоенные сформированные и усиленные сигналы подаются поочередно со сдвигом по фазе на 60 эл.град, на управляющие электроды тиристоров 5-10.

Форм.у ла изобретения

1. Преобразовательный агрегат, содержащий трехфазный сетевой согласующий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными вьшо- дами для подключения питающей сети, к каждому и з которых подключен конденсатор сетевого фильтра радиопомех, а его вторичная обмотка подключена к входу тиристорного выпрямителя, выход которого образует выходные выводы для подключения нагрузки, и система автоматического управления

{2

75896

ристорами выпрямителя, отличаю щ и и с я тем, что, с цепью улучшения электромагнитной совместимости с автономной питающей сетью соизмери- 5 мой мощности путем снижения на входе уровня высших гармоник в диапазоне радиопомех при минимально необходимой емкости конденсаторов, указанный трансформатор выполнен с избиратель- 0 но увеличенными в ,05-4 раза,потерями на вихревые токи при пониженных удельных потерях на гистерезис.

2.Агрегат по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что магнитопровод

5 трансформатора выполнен из низкоуглеродистой электротехнической стали толщиной 0,5-5 мм.

3.Агрегат по пп.1 и 2, о т л и- чающийся тем, что электро20 техническая сталь магнитопровода изготовлена нелегированной с пониженным удельным электросопротивлением и холоднокатаной.

/г

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательных транс- формато рно-тиристорньгх агрегатах, предназначенных для питания от автономной сети соизмеримой моодности с повьшенными требованиями к их электромагнитной совместимости. Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости с автономной питающей сетью соизмеримой мощности. Устройство содержит трехфазньй сетевой согласующий трансформатор 1, включенный между сетью и выпрямителем, вьтол- ненным по мостовой схеме на тиристорах 5-10, а также систему автоматического управления 11. К концам пер- вичньпс обмоток трансформатора 1 подключены конденсаторы 12-14 сетевого фильтра. Магнитопровод трансформатора 1 шихтуют из низкоуглеродистой нелегированной холоднокатаной- электротехнической стали толщиной 0,5- 5 мм. Это позволяет выполнить трансформатор с избирательно увеличенными в 1,05-4 раза потерями на вихревые токи при пониженных потерях на гистерезис. Такое выполнение трансформатора позволяет снизить уровень высших гармоник на входе устройства в диапазоне радиопомех при минимально необходимой емкости конденсаторов 12-14. Это приводит к снижению уровня искажения сетевого напряжения питающей сети, что обеспечивает достижение поставленной цели. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., . с S сл :

Uc

фие.З

ВНИИПИ Заказ Тираж 660

Подписное

DnzlrlllrlOct-JXClJ i.4 JV//- l- v v и ..- .

Прои зтГГ-пагшгр. пр-тие, г., Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное

и ..- .