Система электропитания Советский патент 1987 года по МПК H02M7/162 

13580532

Изобретение относится к электро- позициях трехфазных сетевых обмоток; технике и может быть использовано в на фиг. 11 - то же, без транспозиции различных отраслях народного хозяй- второй и четвертой сетевых обмоток ства в качестве эффективной системы g (на примере верхней половины схемы электропитания, обеспечивающей высо- , 10); на фиг. 12 - то же, что кое качество преобразования энергии, на фиг. 8, в монтажном, а также в повышенную унификацию устройства и . мнемоническом виде, при шестистерж- пониженное число витков вентильных невом ЭМА, в частности на двух трех- обмоток электромагнитных аппаратов 10 фазных пространственных трансформато- (ЗМА) , в частности - преобразователь- рах; на фиг. 13 - то же, что на ных трансформаторов.фиг. 12, на полностью одинаковых

Цель изобретения - расширение об- (унифицированных) трансформаторах, ласти применения.. один из которых транспозирован (Т),

На-фиг. 1 изображена принципиаль- 15 причем в основном трансформаторе обе ная электрическая схема устройства Р-схемы выполнены с положительным фа- с соединением вентильных обмоток в зовым сдвигом (Cf +7,5 и 22,5°); на односторонний встречньй зигзаг - зам- фиг. 14 - то же, что на фиг. 13, но . кнутый треугольник, схожим при топо- - одна Р-схема вентильных обмоток логическом его изображении с буквой 20 основного трансформатора выполнена с Р - Р-схема (дано соединение в левую положительным (tf +22,5°), а другая - и правую Р-схемы в их монтажном виде); .с отрицательным (-7,5°) фазовым на фиг. 2 - то же, в топологически- сдвигом; на фиг. 15 - то же, что на мнемоническом виде, упрощающем пояс- фиг, 10, при выполнении одноименных нение и понимание принципа действия 25 по фазе вторых секций разных Р-схем устройства; на фиг. 3 и 4 - то же, на одном для них стержне (на отдель- при соединении вентильных обмоток ном трехфазном трансформаторе); на в прямую и обратную Р-схемы; на фиг. 16 - схема с многообмоточным ин- фиг. 5 и 6 - векторные диаграммы дуктивным элементом в рассечках ли- знакопостоянных фазосдвинутых импуль- 30. ний (между выводами Р-схем вентиль- сов S, выходного напряжения U вен- ных обмоток ЭМА и вентильным блоком); тильного блока соответственно при па- на фиг. 17 - схема устройства по раллельном (по фиг. 1) и последова- фиг. 1 при последовательном соедине- тельном (по фиг. 3) сфединении выво- нии двух Р-схем, сдвинутых по фазе дов постоянного тока элементарных пк я. 30 зл. град (ц +15°), через ще- структур при угле Cf 15°, обеспечи- стивентильное кольцо с нумерацией вающем 12-кратную частоту пульсации преобразовательных элементов в по- (П 12) напряжения Ug (в скобках рядке естественного их вступления в при 8„ указаны также определенные вы- работу.

воды Р-схем, разность потенциалов 40 При. этом приняты следующие обозна- между которыми, т.е. значения соот- чения: СО, ВО - сетевые и вентильные ветствую1члх линейных или диагональных обмотки, Т - транспозированные при- ЭДС обмоток, являются .наибольшими в соединения двух из трех выводов схеданномf(-M контуре токопрохождения мы одной трехфазной обмотки относи( Р 1,12); на фиг. 7 и 8 - схемы 45 тельно другой, МП - магнитопровод, при П 18 (if- 20) и П 24 ( ВБ - вентильный блок, Тр - трансфор- 7,5 и 22,5), выполненные-в блоч- матор, ОТ - основной Тр, ВТ - вспомо- ном виде на основе схем по фиг. 1 или гательный Тр.Г

3; на фиг. 9 - схема при П 18 с Устройство по фиг. 1 содержит ЭМА транспозированным присоединением се- 50 магнитоп з оводе МП, сетевые обмот- тевых обмот;ок и разделением одной из ки СО которого подключены к выводам вентильных обмоток на подсекции; на . ABC первичного источника электроэнер- фиг. 10 - то же, что на фиг. 1, при гии переменного тока, а вентильные выполнении первых и вторых секций обмотки ВО, соединенные в левую и Р-схем вентильных обмоток на разных gg правую (ЛП) Р-схемы, подключены сво- стержнях ЭМА и трех транспоэированньгх бодными выводами к вентильным ячей- присоединениях сетевых обмоток с раз- кам из последовательно согласно сое- личной во второй и третьей и одина- диненных преобразовательных элемен- ковой во второй и четвертой транс- тов (управляемых или/и неуправляемых

3 1358053 образующих вентильньй блок сирует при cf 15°

раз большей часто ЭДС (П 12) при уровне пульсации

ВБ.

Вывбды постоянного тока вентильных ячеек могут быть подключены на автономные нагрузки либо соединены по три одноименными электродами, образуя катодными и анодными группами 3-ячейковые мосты, которые могут быть соединены параллельно или последовательно между собой, причем непосредственно или через магнитно связанные или несвязанные индуктивные элементы. Кроме того, преообразо- вательные элементы анодной группы верхней элементарной структуры и ка- тодной группы нижней структуры по фиг. 1 могут быть соединены в шести- вентильное кольцо (фиг. 17).

Но в любом случае числа витков первых (например, , ) вторых (а X ( , a,j X.) секций ВО могут быть установлены в каждой фазе в соотношении iKtgt///, в частности для получения П 12 - в соотношении 1:(2/V3 - D 1:0,1547(t/ 15).

Устройство по фиг. 1 работает сле- дуюпщм образом.

Как следует из мнемонического изображения схемы на фиг. 1, представлен- зо при других значениях П (фиг. 7, П

ного на фиг. 2, введенные соединения ВО в две разноименные Р-схемы обеспечивают фазовьй сдвиг ( системы ЭДС присоединительных выводов, например 21 2-1 213 относительно системы ЭДС ВО (,, , Ь,у, ,), при чем в одной из Р-схем угол ( -отрицательный, а в другой - положитель- ньй, что приводит к фазовому сдвигу смежньк систем линейных ЭДС в Р-схе- мах на угол 2if,

Аналогичен результат при соединен ВО в прямую и обратную Р-схемы (фиг. 3 и 4).

Благодаря такому исполнению ВО на выходе ВБ формируется постоянное напряжение, содержащее в своем составе последовательность сдвинутых во времени знакопостоянных импульсов Яд(|и 1,12) одинаковой амплитуды, причем как при параллельном (фиг. 5, на примере схемы по фиг. 1), так и при последовательном (фиг. 6, на примере схемы по фиг. 3) соединении соответствующих анодных и катодных групп преобразовательных элементов смежных элементарных структур.

Как видно из фиг. 5 и 6, переменная составляющая напряжения U, пуль

3 сирует при cf 15°

с частотой, в 12 раз большей частоты преобразуемых ЭДС (П 12) при сравнительно малом уровне пульсации (к.. , «3,А5%) .

/ - D О

Такое высокое качество преобразования энергии обеспечено при сравнительно 1алом числе витков вторых секций Р-схем ВО относительно первых секций (к 3 а, х j.,/а , х , 0,1547), что, по сравнению со схемами неполный треугольник и односторонний встречный зигзаг-звезда в известном устройстве, в 3,73 и 2,37

раза меньше.

Кроме того, вследствие дополнительных модификаций устройства расширены его схемно-функциональные возможности, причем в каж,цой из них возможно введение дополнительных элементарных структур, полностью совпаающих с основными, т.е. возможна реализация системы в просекциониро- ванном исполнении, обеспечивающем дополнительное перераспределение тока сильноточной или напряжения высокоольтной нагрузки, noBbmiBHue надежости, улучшение МГСП.

Так же просто система реализуется.

18; фиг. 8, П - 24), для чего на основе схем по фиг. 1 или 3 достаточно установить соответствующее соотношение витков разных секций,

т.е. значения угла Lf . Причем, выраженное в процентах .число витков вторых секций в Р-схемах относительно витков их первых секций примерно равно значению фазового угла, выраженного в градусах, т.е. составляет незначительное число. В частности, при 1 7,5, необходимом для П 24, указанное соотношение витков составляет 7,6%, что практически не суще.ственно.

Помимо указанного возможно, расположение секций данной схемы ВО на автономных либо на общих для них стержнях, в частности, три схемы

ВО для П 18 реализуемы, например, на. двух трехфазных Тр, в которых секции одной из схем обмоток, например

разделены в каждой фазе на две

а 3 X I ) и наряду

ajXj .

подсекции (а 5 х з с подсекциями других фаз соединены в правильньй замкнутый треугольник (фиг. 9). При этом для обеспечения П 18 достаточно выполнить равными амплитуды ЭДС присоединительных выводов схем ВО, в частности обеспечить равенство z.j у| xf.

Такие разделенные секции могут быть без изменения П соединены не только в треугольник, как на фиг. 9, но и в трехлучевую звезду, а сетевые обмотки, соединенные на фиг. 9 в две транспознрованные по присоединениям -Звезды - в любые другие схемы, в частности - в треугольники.

Особенностью реализации по фиг. 9 является полная однотипность выпол- нения соответствующих схем СО и ВО, в том числе Р-схем ВО, и как след- стви.е - полная одинаковость обоих трехфазных Тр, их взаимозаменяемость (унификация).

Возможно также снижение единичной), мощности трансформаторов Vi использование традиционных схем треугольник, звезда, либо разомкнутых фазных обмоток для построения систем питания с Р-схемами (т.е. применение уже готовых стандартных Тр), если первые и вторые секции Р-схем вьтолнить на разных стержнях (различных Тр, .фиг. 10). Причем присоединения разных се1. Система электропитания, содер жащая вентильный блок из преобразов тельных элементов и электромагнитны аппарат с просекционированными сете выми и вентильными обмотками,, первы и вторые секции вентильных обмоток смежных фаз соединены попарно в одн сторонний встречный зигзаг, свободн вывод второй секции данного зигзага подключен к соответствующей паре по 25 следовательно согласно соединенных преобразовательных элементов, котор совместно с тремя фазосдвинутыми: з загами образуют элементарную трехфа ную преобразовательную структуру, в

тевых обмоток, соответствующих-данной Р-схеме ВО, возможны как транспозиро- ЗО первой из которых анодная группа ванные (фиг. 10), так и полностью преобразовательных элементов, а в одинаковые (фиг. 11), что не влияет последней их катодная группа обра- на однотипность выполнения ЭМА, системы питания в целом.

Однако с целью повышения однотипности (унификации) присоединения сег

35

зуют выходные выводы, отлича щаяся тем, что, с целью расширения областей применения, первые секции фазосдвинуть1Х зигзагов вентильных обмоток данной элементарной структуры соединены между собой последовательно согласно в замкнутый треугольник и образуют с вторьми с циями совместное соединение (х i-ю Р-схему).

тевой обмотки третьего Тр (с ВО - треугольником) следует в любом случае выполнить транспозированными относительно СО первого Тр.

Аналогично исполнение устройства при П 24 (фиг. 12-14).

Возможно также выполнение вторых секций ряда разных Р-схем ВО на от- Дельных, об1Т1их для них стержнях, например, на отдельном 3-фазном Тр, что на примере П 12 показано на фиг. 15. По сравнению с модификацией на фиг. 10 и 11 реализации, подобные

показанной на фиг. 15, обеспечивают улучшение перераспределения мощности нагрузки по отдельным компонентам ЭМА, выравнивание их мощностей.

Включение многообмоточного индук- тивного элемента (фиг. 16) в рассеч- . ки линий, соединяющих ВО и ВБ, обеспечивает выравнивание токов, что позволяет обойтись без УР в цепи постоянного тока при параллельном соедини-, НИИ вентильных мостов.

Возможно также выполнение хотя

бы одной из секций, по крайней мере, одной Р-схемы вентильных обмоток в качестве сетевой обмотки, а также снабжение ее дополнительными отводами или витками, образующими при.соединительные выводы ABC переменного тока./

Фо.рмула изобретения

1. Система электропитания, содержащая вентильный блок из преобразовательных элементов и электромагнитный аппарат с просекционированными сетевыми и вентильными обмотками,, первые. и вторые секции вентильных обмоток смежных фаз соединены попарно в односторонний встречный зигзаг, свободный вывод второй секции данного зигзага подключен к соответствующей паре по- следовательно согласно соединенных преобразовательных элементов, которые совместно с тремя фазосдвинутыми: зигзагами образуют элементарную трехфаз- ную преобразовательную структуру, в

первой из которых анодная группа преобразовательных элементов, а в последней их катодная группа обра-

О первой из которых анодная группа преобразовательных элементов, а в последней их катодная группа обра-

5

0

5

50

55

зуют выходные выводы, отличающаяся тем, что, с целью расширения областей применения, первые секции фазосдвинуть1Х зигзагов вентильных обмоток данной элементарной структуры соединены между собой последовательно согласно в замкнутый треугольник и образуют с вторьми сек - циями совместное соединение (х i-ю Р-схему).

2.Система по п. 1, отличающаяся тем, что числа витков первой и второй секций установлены в каждой фазе в соотношении 1:(tg(f)/Y3 где (,90 - некоторый фазовый угол.

3.Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что вентильные обмотки по крайней мере в одной из структур соединены в левую,

а в смежной - в правую либо соответственно в прямую и обратную Р-схемы.

4.Система по пп. 1-3, отличающаяся тем, что при числе трехфазных сетевьпс обмот-ок,-больше, одной, схемы их .соединения вьшолнены

.однотипными.

5.Система по п. 4, отличающаяся тем, что присоединения свободных выводов, хотя бы одной трехфазной сетевой обмотки, транспо- зированы,

6,Система по пп. 1-3, о т л и -

ячейки разных элементарных структур соединены параллельно одноименными ю либо последовательно разноименными группами преобразовательных элементов, непосредственно или через магнитно связанные или несвязанные между собой индуктивные элементы.

7. Система по п. 6, отличающая с я тем, что дополнительно

8.Система по п. 6, отличающаяся тем, что при последовательном соединении структур преобразовательные элементы анодной группы данной i-й- структуры и катодной группы предьщущей (i - 1)-й структуры соединены в шестивентиль- ное кольцо.

9.Система по пп. 1-

о т л и чаю щаяся тем, что трехфазные сетевые обмотки соединены между собой последовательно.

МП /./ л/ . г-г-г-0 7уЧ

I г г 25 5 .1

«lo -г-0

Xfi а,2 02,2 ,2 I-,г-о

2 f 2Г

it

во(лп) в Б

L-L..... I-.Q

МП xj at 4 2 I

СО

введен многообмоточный индуктивный элемент, обмотки которого включены между вентильнь1ми обмотками и вентильным блоком.

8.Система по п. 6, отличающаяся тем, что при последовательном соединении структур преобразовательные элементы анодной группы данной i-й- структуры и катодной группы предьщущей (i - 1)-й структуры соединены в шестивентиль- ное кольцо.

9.Система по пп. 1-

о т л и V

,

,J . ci

.У

ФагЪ

n«iz

()i2

(Czi

fb /ffgfj Sp..

2()

% 3

h(u2il32l)

%, : (22У22}

c« / (%Г2/;

)

Фиг.5

,f&)

.o« ,

v,(

57f6| a|j

Фиг.6 ,5°

/

Ci

г

с

вГ

,Y

МП во .н

, f

1Ы

Фиг. (2.

СО

7,5° +22,,5° 2Z.5

А2

,5

Фиг.З

ВБ

П24

Фиг.1

г/

Ci

Сз

А

АЗ

со МП

fJugJf

Редактор Н„ Егорова

Составитель Е, Мельникова

Техред М.Ходанич Корректор С, Шекмар

Заказ 6005/54Тираж 659 Подписное

ВНРЖШ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.17

.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве эффективной системы электропитания, обеспечивающей высокое качество преобразования энергии. Цель изобретения - расширение областей применения. Положительный эффект достигается за счет соединения вентильных обмоток в односторонний встречный „зигзаг-замкнутый треугольник, 8. з.п, ф-лы, 1/ ил. со сд 00 о ел СЛЭ