Способ уменьшения уравнительного тока двенадцатифазного компенсированного выпрямителя с пятой и седьмой гармониками тока в коммутирующих конденсаторах Советский патент 1988 года по МПК H02M7/06 

сл

к

ю

lOi 4 О5

гармониками тока в конденсаторах компенсирующего устройства емкость указанных конденсаторов при изменении коэффициента трансформации трансформатора 1 изменяют до значения,при котором появляется режим с повторным за период питающего напряжения включением вентилей выпрямителя. При этом переменная составляющая тока может быть как усилена, так и ослаблена. Одновременно с уменьшением емкости конденсаторов из-за роста емкостного сопротивления увеличиваются напряжения на конденсаторах, возрастает их

725А6

компенсирующая способность по реактивной мощности. Из-за возрастания разницы индуктивного сопротивления реактора 4 и емкостно-конденсаторной батареи 5 становится более четким разделение их функций. Реактор выравнивает первые гармоники протекающих через его обмотки токов щестифазных блоков 2,3. Конденсаторы на пятой и седьмой гармониках осуществляют искусственную коммутацию вентилей с опережением по сравнению с моментом включения их в некомпенсированном выпрямителе. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в мощных многофазиых преобразовательных системах электропитания. Цель изобретения - снижение установленной мощности и повышение энергетических показателей выпрямителя. Способ состоит в том, что 6 компенсированном выпрямителе с пятой и седьмой

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повьшения технико-экономических показателей могщых многофазных преобразовательных систем электропитания электролизных серий, электротермических установок, электропривода и т.д.

Цель изобретения - снижение установленной мощности и повышение энер

гетических показателей выпрямителя.

На фиг.1 представлена принципиальная схема двенадцатифазного компесированного выпрямителя с пятой и седьмой гармониками тока в коммутирующих конденсаторах, в котором реализован предлагаемый способ; на фиг,2- осциллограммы токов и напряжений на элементах вьтрямителя.

Преобразователь содержит трансфор матор 1. В первьй шестифазный блок входит сетевая обмотка трансформатора 1, вентильная обмотка, соединенная в звезду, и диодньй вьтрямитель 2. Второй шестифазный блок включает в себя сетевую обмотку трансформатора 1, вентильную обмотку, соединенную треугольником, и диодньй выпрямитель 3. Кроме того, преобразователь содержит общее для обоих блоков компенсирующее устройство, содержащее реактор 4 и конденсаторную батарею 5. Возможно другое исполнение преобразователя, он мохсет быть как мостовым, так и нулевым. Компенсирующие устройства могут включаться как на вторичной, так и на первичной сторо

.

нах преобразовательного трансформатора. Сетевая обмотка трансформатора 1 подключается к питающей сети 6. Диодные вьтрямители 2 и 3 по выходу подключены параллельно к нагрузке 7 преобразователя. Осциллограммы отвечают некомпенсированному вьтрямите- лю в случае, когда величина емкости 10 С 00 (фиг.2а) и компенсированному выпрямителю при различной емкости конденсаторной батареи 5 (фиг.26,в,г), На всех осциллограммах приняты следующие обозначения: е и ig-ЭДС и ток 15 питающей сети; И, и ij, - напряжение и ток вентиля; Uj и ii - вьшрямленные напряжения и ток двенадцатифазного преобразователя, ij - вьтрямленньй ток шестифазного диодного выпрямите- 20 ля, входящего в один из гаестифазных блоков преобразователя; U. - напр яже- ние на конденсаторах компенсирующего устройства

30

25 Способ ос тцествляется следующим образом.

В двенадцатифазном выпрямителе в силу сдвига коммутационных процессов в шестифазных блоках на 30 эл.град. разность мгновенных значений выпрямленных напряжений блоков отлична от нуля даже в том случае, когда имеет место полная симметрия параметров шестифазных блоков. В дискретном спект- 35 ре этой разности напряжений содержатся гармоники, кратные шести. Ввиду всегда имеющей место на практике несимметрии параметров шестифазных блоков (конструктивные различия оп1и- новки, разброс параметров вентилей, различие активных и реактивных сопротивлений и неизбежно нестрогие вит- ковые соотношения в обмотках трансформаторов и др.) в спектре разности напряжений появляются постоянная составляющая и некоторые неканонические гармоники.

Под действием указанной разности напряжений в контурах, образованных вентильны1-1и обмотками трансформаторов и работающими вентилями блоков, минуя цепь нагрузки, замыкается уравнительный ток с тем же спектром, В некомпенсированных преобразователях этот ток ограничивается, в основном, индуктивным сопротивлением контуров уравнительного тока. В компенсированном преобразователе в контур уравнительного тока вносится и емкостное сопротивление конденсаторов компенсирующего устройства. Наличие индуктивности и емкости в контурах создает условия для резонансного характера изменения амплитуды переменной составляющей уравнительного тока. В результате переменная составляющая тока при изменении емкости конденсаторов может быть как усилена, так и ослаблена по сравнению с некомпенсированным преобразователем.

Одновременно с уменьшением емкости конденсаторов вследствие роста емкостного сопротивления увеличиваются напряжения на конденсаторах, возрастает их компенсирующая способность по реактивной мощности и, следовательно, повьшзается коэффициент мощности выпрямителя. Максимум коэффициента мощности в компенсированных диодных вьтрямителях наблюдается вблизи границы появления режима с повторным за период питающего напряжения включением вентилей. Повторное включение вентилей становится возможным ввиду того, что в компенсированных вьтрямителях с пятой и седьмой,гармониками тока в конденсаторах спустя 30 эл. град (без учета угла коммутации) после запирания вентилей обратное напряжение вентилей с ростом напряжения на конденсаторах снижается до нуля.

Вентили могут повторно проводить рабочий ток, создавая тем самым дополнительную отстающую волну тока.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Появление отстающей волны в токах вентилей вызывает аналогичнутт волну в сетевом токе, а это приводит к тому, что, проходя через максимум, коэффициент мощности выпрямителя при дальнейшем снижении емкости конденсаторов начинает уменьшаться. Таким образом, с точки зрения коэффициента МО1ДНОСТИ емкость конденсаторов следует выбирать исходя из работы преобразователя вблизи границы появления режима с повторным за период включением вентилей. При такой емкости преобразователь работает вдали от максимума резонансной кривой амплитуды переменной составляющей уравнительного тока, причем амплитуда переменной составляющей уравнительного тока существенно снижается по сравнению с амплитудой того же тока в некомпенсированном выпрямителе.

Кроме того, при снижении емкости конденсаторов и приближении ее к выбранной указанным вьше образом в компенсирующем устройстве ввиду возрастания разницы индуктивного сопротивления реактора и емкостного - конденсаторной батареи в компенсирующем устройстве становится все более четким разделение функций реактора и конденсаторной батареи. Реактор осуществляет выравнивание первых гармоник протекающих через его обмотки токов шестифазных блоков. Конденсаторы на пятой и седьмой гармониках осуществляют искусственную коммутацию вентилей с опережением по сравнению с моментом включения их в некомпенсированном выпрямителе. В результате выравнивания первых гармоник токов блоков выравниваются вьшрямленные токи блоков и, следовательно, уменьшается постоянная составляющая в уравнительном токе. Искусственная KOi.мутация вентилей повышает коэффициент мощности выпрямителя.

При работе преобразователя в некомпенсированном режиме, т.е. при С 00 (фиг.2а) напряжение на конденсаторах отсутствует U 0. Коммута- нля вентилей осуществляется только ЭДС трансформатора (естественная коммутация), поэтому первая гармоника тока сети ig существенно отстает по фазе от ЭДС сети е. Коэффициент мощности преобразователя в связи с этим достаточно низок. В токах вентилей

1(в проводящую часть периода) имеются заметные провалы, обусловленные значительной величиной переменной составляющей в токе шестифазных диодных выпрямителей. Вся эта переменная составляющая входит в уравнительный ток поскольку вьшрямленный ток всего вьшрямителя ij практически идеально сглажен. Наличие значительной пере- менной составляющей уравнительного тока увеличивает действующие значения токов в ветвях преобразователя, а следовательно, повышает установленную мощность его оборудования,

При неправильном выборе емкости конденсаторов (фиг.26) в компенсированном выпрямителе переменная составляющая уравнительного тока может быть резко усилена и, следовательно, резко усилен указанный недостаток некомпенсированного вьтрямителя, связанный с протеканием этой составляющей тока. Такой режим практически неприемлем, несмотря на достаточно высокий коэффициент мощности выпрямителя (кривые 5

На осциллограммах компенсированного выпрямителя (фиг.2в) емкость конденсаторной батареи определена по приведенному ниже соотношению. Для преобразовательного стенда номинальные вьшрямленный ток Ij 5,9 А, вторичное линейное напряжение трансформатора Uj 220 В и индуктивное соп- ротивление контура коммутации Хц 5,66 Ом при q 0,5. Дпя преобразоi Г У2Д.(Ол037-0 024 а) 1

OXj (3, qjX.Ij К и,ДО,48-0723 q7 j

де со - угловая частота напряжения питающей сети}

у I у

индуктивное сопротивп

ленне контура коммутации; Xg - индуктивное сопротивление

питающей сети;

X, - индуктивное сопротивление трансформатора.

п - коэффициент трансформации

трансформатора; К - число тараллельно включенных вентильных групп вьтрямителя;

I.- выпрямленный ток выпрямителя;

вателя, схема которого приведена на фиг.1, число параллельно работающих вентильных групп К 2. Емкость конденсаторов, включенных в фазу конденсаторной б атареи С 16 мкФ.

Осциллограммы, снятые при этом значении емкости, иллюстрируют существенное уменьшение переменкой составляющей уравнительного тока по сравнению с некомпенсироЁанным выпрямите- лем.При этом, как видно из кривой напряжения на вентиле,преобразователь работает на границе режима с повторной проводимостью вентилей.Коэффициент мощности преобразователя высок,так как угол сдвига фаз первых гармоник кривых е и ig близок к нулю,

Осциллограммы при еще меньшей кости конденсаторов (фиг.2г) показывают, что переменная составляющая уравнительного тока еще уменьшилась. Однако повторное включение вентилей (кривые Ug и ig) приводит к появлени отстающей волны в вентильном токе, а следовательно, и в токе сети. Угол сдвига фаз первых гармоник е и i по сравнению с предыдущим случаем увеличивается, а коэффициент мощности выпрямителя падает. Поэтому величину емкости конденсаторов следует выбирать из условия, обеспеч гаающего работу компенсированного преобразователя вблизи границы появления режима с повторной проводимостью вентилей, т.е.

действующее значение линейного напряжения на вторичных обмотках трансформатора;X.

q

5 р

При этом достигается максимум коэффициента мощности и су1чественное снижение переменной составляющей уравнительного тока, а постоянная составляющая этого тока практически равна нулю.

Формула изобретения

Способ уменьшения уравнительного тока двенадцатифазного компенсированного вьшрямителя с нятой и седьмой гармониками тока в коммутирующих конденсаторах, содержащего два параллельно подключенных к цепи нагрузки шестифазных вьтрямительных блока, каждый из которых включает в себя преобразовательный трансформатор и подключенный к нему шестифазный диодный выпрямитель, и одио,общее для обоих блоков компенсирующее устройство из реактора и подключенной к нему трехфазной батареи конденсаторов, заключающийся в том, что при изменении коэффициента трансформации тран-

f.С 6в ФС:16пяф

i t tgwWf/ WWjw f VvW Sy||WfVrW,4VhtrtW

J4ijv rt AJi/LA

гтл ллг ллл алл

- -VI%WnM IHMMH W

сформатора изменяют величину реактивного сопротивления в контуре уравнительного тока шестифазных блоков, отличающийся тем, что, с целью снижения установленной мощности и улучшения энергетических показателей, указанное изменение величины реактивного сопротивления осуществляют путем доведения величины емкости батареей коммутирующих конденсаторов до значения, соответствующего появлению режима с повторным за период пи тающего напряжения включением вентилей выпрямителя.

С в млф

luiKiauiiuuiiuUtiiJjii

ЛЛАЛЛЛЛ А И ЛЛЛЛ/ ЛЛrWWWSr,