Преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H02M7/68 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к преобразователям со звеном постоянного тока, и может быть использовано при построении систем электроснабжения различных объектов.

Целью изобретения является улучшение спектрального состава выходного напряжения при одновременном повышении унификации используемых в преобразователе выходных трансформаторов

На фиг. I приведена силовая схе- Iма преобразователя; на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений трансфор маторов каждой пары инверторов, их суммарного напряжения и схемы соединения обмоток трансформаторов; на 1ФИГ. 3 - кривые суммарного напряже- iния на вторичных обмотках каждого из :трансформаторов и суммарное напряже- ;Ние- каждой из двух пар трансформа- ; торовJ на фиг. 4 - кривые суммарного напряжения упомянутых пар вторичных обмоток и кривая суммарного вторичного напряжения всех четырех трансформаторов; на фиг. 5 - кривые напря ;жения на отдельных вторичных обмот- ках трансформаторов, ранее использованные при построении кривых фиг.З

Устройство содержит отдельные (идентичные) трехфазные мостовые инверторы I вместе с их блоками управления, трансформаторы 2-5 этих инверторов (все трансформаторы равной мощности и с одинаковыми коэффициентами трансформации), шины 6 постоянного тока, конденсатор 7 между шинами постоянного тока для ограничения влияния индуктивности линии постоянного тока (его применение необязательно), собственно преобразователь 8, шины 9 переменного тока, различные потребители электроэнергии в звене переменного тока с линейной характеристикой, с нелиней- :ной характеристикой и с ЭДС, синхрон ный генератор 3 ипи какой-либо другой источник питания звена переменного тока.

На фиг. 2-5 обозначены первичные обмотки 14 трансформаторов 2 и 4, вторичные обмотки 5 и 16 этик же трансформаторов, векторные диаграммы 17 и 18 основных гармоник кривых напряжений соответственно транс форматоров 2 и 4 при синфазном управлении питающих их инверторов, суммарный вектор 19 основных гармо

0

0

5

0

j

ник фаз А этих трансформаторов ответственно А,, и А

гг

24

после

(СО- взаимного сдвига фаз напряжений питающих их инверторов на угол IT/IZ), вариант формирования напряжения 20 А (}, суммарное напряжение 21, 22 обмоток 15 и 16 соответственно трансформаторов 2 и 3, суммарное напряжение 23 трансформаторов 2 и 3 на шинах 9 при отсутствии всех остальных источников питания в звене переменного тока, суммарное напряжение 24, 25 обмоток 15 и 16 соответственно трансформаторов 4 и 5, суммарное напряжение 26 трансформаторов 4 и 5 при тех же условиях, что и 23, суммарное напряжение 27 всех трансформаторов, напряжения 28, 29 обмоток 15 и 16 трансформатора 4, напряжения 30, 31 . обмоток 15 и 16 трансформатора. 5.

Числа витков двух комплектов вторичных обмоток, соединяемых по схеме прямой (в трансформаторах 2, 3) или обратный (в трансформаторах 4, 5) зигзаг, находятся в отношении а, которое через нижеопределяемый угол (| выражается как

2tg4 /2

Э .J-JJ-

- tgCf/2

5

0

5

0

S

В преобразователе по фиг, I используются общеизвестные трехфазные инверторы напряжения со 180-градусным режимом работы встречно-параллельно включенных управляемых вентилей и диодов. Их работа общеизвестна и не нуждается в пояснении.

Для формирования фазового сдвига на угол tf между импульсами управления одной парой инверторов с выходными трансформаторами 2, 3 и другой парой аналогичных инверторов, к которым подсоединены трансформаторы 3 и 4, могут быть применены общеизвестные средства фазового управления.

Из рассмотрения векторной диаграммы на фиг. 2 легко установить, что, если параметр а О, то импульсы управления одноименных вентилей инверторов, питающих трансформаторы

2и 4, синфазны, так же как и син- фазны импульсы управления вентилей инверторов, питающих трансформаторы

3и 5, если же напряжения названнъгх пар инверторов сдвинуты друг относительно друга на угол Г/б, то основные гармоники кривых суммарного напряжения трансформаторов 2 и 3 по отношению к основным гармоникам кривых суммарного напряжения трансформаторов А и -5 окажутся одинаковы- ми, но сдвинутыми на угол (f f(a).

В то же время из фиг. 3 (5) следует, что моменты перехода через ноль кривых 21 и 24 так же, как и моменты перехода через ноль кривых 22 и 25, будут попарно совпадать друг с другом.

Как показано на фиг. 2, векторы 17 и 18 являются суммой основных гар МОНИК вторичных обмоток 15 и 16 транформаторов . Поскольку из фиг. 2

FD. . следует, а:1, и если принят

что DO 1,

DO то.

ведя отсчет углов

от оси ординат, получим

I :

Isin е + asin(e + 60) ( + где А - jl+2acos60 + а - -xfl+a-K

б u)t;

Т

asin60

l+ cos60 1+ а/2

В свою очередь п-е гармоники криво напряжения обмотки 15 имеют нулевой сдвиг фаз относительно оси ординат - оси отсчета углов, а п-е гармоники кривой напряжения обмотки 16 (век- тор а) сдвинуты относительно этой оси на угол ср nq пбО, гдеср2 60 - сдвиг вектора а на диаграмме 18.

Следовательно, 11-я гармоника суммарной кривой напряжения 26, которой соответствует вектор основной гарМОНИКИ А

24

сдвинута относительно

оси ординат на угол if

-Я

, . asin60-11 l+acos6041

1+ а/2

следовательно, Ц - (f/2, а 13-я гармоника этой кривой сдвинута-На угол Cf,,,

4

asin60-13

5 Г+асоБбО-П 1+ а/2 следовательно. tf,, y/2.

,

д

5

20

2)

При повороте вектора А,. относительно оси ординат против часовой стрелки на угол ф/2 получим, что суммарный угол поворота 11-й (ср„21) / и 13-й ,jZ3 гармоник кривой 26 составит величину

9,з - ,, -12 V/2 (против часовой стрелки),

ЗЕ - 1з|-ьЧ „ -129/2 (против часовой стрелки)

При if/2 7,5° ср„,, ,- 90, 1, - 90

Аналогичио, но в противоположные стороны по сравнению с кривой 26, повернуты 11-я и 13-я гармоники обмотки 15 суммарной кривой напряжения 23, основная гармоника которой представлена вектором Ajj (вектор а по-- вернут в данном случае на угол СР - 60).

)

45

SO

55

25

30

й 35

0

Поэтому 11-е гармоники кривых 23 и 26, как и их 13-е гамроники оказываются в противофазе. Поворот векторов AJJ и А24 навстречу друг другу производится упомянутым дополнительным общеизвестным узлом фазового управления (или установкой соответствующего напряжения смещения в уже имеющемя узле каждого инвертора)

43- . Т

V Carets -у:;

На фиг. 2 и 4 соответственно при- : ведены векторные диаграммы этих напряжений (19) и их кривые (23, 26)

после осуществления упомянутого сдвига на угол (Г /12 для практически важного случая, когда обеспечивается подавление ближайших - 11-й и 13-й гармоник. Одновременно также будут , подавлены 35, 37, 59, 61 гармоники и т.д.

i Вследствие неравенства мгновенных I значений кривых 23 и 26 почти на про- тяжении всей полуволны кривой напряжения между парами трансформаторов 2, 3 и 4, 5 потечет уравнительный ток. Этот ток уравняет напряжения отдельных ступеней и кривая 27 суммарного напряжения всех трансформаторов , преобразователя окажется строго симметричной. Как видно из этой кривой, на каждом интервале-времени кри514327046

вая 27 является полусуг мой кривых 23 обмотки существенно различаются по

числу витков, то геометрическая сумма векторов их напряжений оказьшается

5

И 26.

Легко убедиться , что уравнительный ток, содержащий только названные высшие гамронические, оказьгоается не- значительньм (во всяком случае он, не превосходит тех значений, которые име- itoT токи высших гармонических при Применении общеизвестных ЬС-фильт- |юв).

В таблице приведены значения яительных токов от названных вьше II, 13, 35, 37-й гармоник напряжения, остальные высшие гармонические в кри- зой тока (до 59-й) отсутствуют. Токи высших гармонических могут быть найдены из выражений

ближе к арифметической их сумме-,чем в прототипе.

Преобразователь целесообразно использовать для относительно мощных преобразовательнь1х установок, в ко10 торых приходится или совместно включать более чем два инвертора, или приходится параллельно включать по несколько вентилей. В частности, оно целесообразно для работы в качестве

15 ведомого инвертора (ВМ) в мощной энергосистеме.

Формула изобретения

Преобразователь, содержащий два 2Q трехфазных мостовых инвертора напряжения с трансформаторными выходами, причем первичная обмотка трансформатора первого инвертора соеди- нена в звезду, .два комплекта вторич- 25 ной обмотки трансформатора второго инвертора выполнены с отношением чисел БИТКОВ, равным а, и соединены между собой по схеме прямой зигзаг и последовательно-пофазно с

2U

fi

I,

п2Х,

I

и в относительных единицах

« п

1

Где 1, I.

X.

Преобразователь, содержащий дв 2Q трехфазных мостовых инвертора напряжения с трансформаторными выход ми, причем первичная обмотка тран сформатора первого инвертора соед нена в звезду, .два комплекта втор 25 ной обмотки трансформатора второг инвертора выполнены с отношением чисел БИТКОВ, равным а, и соедине ны между собой по схеме прямой зи заг и последовательно-пофазно с

I, ек п

соответственно гоки 1-й

и п-й гармоник I

напряжение короткого

замыкания трансформатора , зо вторичной обмоткой трансформатора

суммарное реактивное со- первого инвертора, а также первый

ближе к арифметической их сумме-,чем в прототипе.

Преобразователь целесообразно использовать для относительно мощных преобразовательнь1х установок, в которых приходится или совместно включать более чем два инвертора, или приходится параллельно включать по несколько вентилей. В частности, оно целесообразно для работы в качестве

ведомого инвертора (ВМ) в мощной энергосистеме.

Формула изобретения

Преобразователь, содержащий два трехфазных мостовых инвертора напряжения с трансформаторными выходами, причем первичная обмотка трансформатора первого инвертора соеди- нена в звезду, .два комплекта вторич- ной обмотки трансформатора второго инвертора выполнены с отношением чисел БИТКОВ, равным а, и соединены между собой по схеме прямой зигзаг и последовательно-пофазно с

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при построении систем электроснабжения различных объектов. Целью является улучшение спектрального состава выходного напряжения при одновременном повьш ении унификации используемых в преобразователе выходных трансформаторов. Устр-во содержит трехфазные мостовые инверторы 1 с тр-рами 2-5, первичные обмотки двух из которых соединены в звезду, а двух других - в треугольник. Вторичные обмотки тр-ров 2, 3 соединены в прямой, а тр-ров 4, 5 - в обратньм зигзаг. 5 ил. S (Л OP Ч

и.

противление одной фазы одного трансформатора; напряжение гармоники.

3 таблице приведены значения I при 4к 0,1.

I Действующее значение тока трансфор- 4атора в относительньрс единицах будет

: I л| 1,08.,

блок управления, обеспечивающий формирование одноименных по фазе выходных напряжений этих инверторов с взаимным фазовым сдвигом на угол м /б, отличающийся тем, что, с целью улучшения спектрального состава напряжения при одновременном повышении унификации трансформаторов, он Q снабжен третьим и четвертым трахфаз- ными инверторами с трансформаторными выходами с аналогично соединенными вторичными обмотками трансформаторов и с аналогично выполненным вто. С учетом активной составляющей импеданса трансформатора и эффекта вытеснения величина I оказьшается еще блшсе к 1 .

Технико-экономическая эффективность g рым блоком управления, первичные от применения предлагаемого решения обмотки трансформаторов второго и состоит в том, что в кривой выходного четвертого инверторов соединены по напряжения подавляются дополнительные схеме треугольник, вторичная обмот- гармоники, например ближайший - 11-я и ка трансформатора первого инвертора 13-я, унифицируются трансформаторы, no-gQ выполнена аналогично вторичной об- скольку они имеют одинаков-ую типовую мотке трансформатора второго инвер- (габаритную) мощность, одинаковое чис тора - по схеме прямой зигзаг, перло комплектов обмоток и разнятся толь- вичная обмотка трансформатора треть- в:о группой соединения обмоток., уравни- его инвертора соединена по схеме йается загрузка вентилей всех инвер- gg звезда, вторичные обмотки трансфор- торов н, следовательно, повьшается ис- маторов третьего и четвертого инвер- польэование вентильного оборудования торов выполнены по схеме обратный зиг- инверторов, повышается использование заг с аналогичным значением упомяну- грансформаторов, поскольку вторичные того параметра а, выходные цепи, об35

блок управления, обеспечивающий формирование одноименных по фазе выходных напряжений этих инверторов с взаимным фазовым сдвигом на угол м /б, отличающийся тем, что, с целью улучшения спектрального состава напряжения при одновременном повышении унификации трансформаторов, он Q снабжен третьим и четвертым трахфаз- ными инверторами с трансформаторными выходами с аналогично соединенными вторичными обмотками трансформаторов и с аналогично выполненным вто 143270А

разованные вторичными обмотками трансформаторов двух пар инверторов - первого, второго и третьего, четвертого соответственно, соединены в параллель, упомянутые блоки управления сфазированы между собой через введенный фазосдвигающий узел, обес- пёчивакяций фазовый сдвиг напряжений

дв

из за

1

13

35

I

0,083 0,059 0,0083 0,0073 0,0029 0,0027

79

8

двух пар инверторов на угол у

Т Р значение К выбирают

из ряда чисел 1,2,,.., а параметр а задают соотношением

2 tgoyz ,

-tgy/z

I- tgc

IT-t

37

59

61

Alt 824 CZff

фиг. 2

frll

JJ M

25

I 1-ff t

U i

1

LI rr

.%

r

J

Фие.

k

n

-н J

L

J Фиг. 5