1
(21)4285914/24-07
(22)27.07.87
(46) 30.09.89. Бюл. № 36
(71)Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта и Производственное объеди- HCiffle Уралэлектротяжмаш им.В.И.Ленина
(72)Е.И. Беркович, А.В. Ефимов,
А.С. Низов, Л.М. Пестряева, В.П.Све- тоносов, Р.И.- Урманов, Я.Л, Фшилер и А.Ы. Штин
(53) 621.314.632(088.8) (56) Соколов С.Д. и др. Полупроводниковые преобразовательные агрегаты тяговых нодстанций. М.: Транспорт, 1979, с. 217.
Соколов С,Д. и др. Экспериментальные исследования выпрямительно-инвер- торного агрегата с регулированием выпрямленного напряжения. - В кн.: Повьпнение надежности н эффективности системы тягового электроснабжения/Под ред. С.Д. Соколова. Труды ВНИИЖта, вып. 618. М.: Транспорт, 1979, с. 121- 25, рис, 1. -А в е
(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования выпрямленного напряжения двенадцатипульсных преобразователей на тяговьш подстанциях электрифицированных железных дорог и городского электрического транспорта, где важно обеспечить стабильное напряжение в заданных пределах. Цель изобретения - повышение КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения. Цель достигается за счет последовательного соединения двух шестипульсньк преобразователей с подключением одного из них к вентйль-- ной обмотке, состоящей из основной секции, соединенной в треугольник, и частей регулировочной секции, соединенных с основной и между собой по схеме, обеспечивающей угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными:
315
напрялсениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки в пределах от О до 8 .Представлены три конкретных исполнения этой схемы,где уголS незначителен. Для тех диапазонов.регулирования, которые требуются для тяговых подстанций, угол 8 составляет 5-6 эл. град, что не влияет на достижение цели.
18324
Плавно изменяя углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35- 40 нервого шестипульсного мостового
выпрямителя 2, подключенного к вен-- тильной обмотке 5, и вентилей 41-46 второго выпрямителя 3, подключенного к обмотке 6, получают необходимый диапазон регулирования. 3 з.п. ф-лы,
10-7 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования выпрямленного напряжения двенадцатипульсных преобразователей на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и городского электрического транспорта, где важно обеспечить стабильное напряжение в заданных пределах .Цель изобретения - повышение КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения. Цель достигается за счет последовательного соединения двух шестипульсных преобразователей с подключением одного из них к вентильной обмотке, состоящей из основной секции, соединенной в треугольник, и частей регулировочной секции, соединенных с основной и между собой по схеме, обеспечивающей угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки в пределах от о до δ. Представлены три конкретных исполнения этой схемы, где угол δ незначителен. Для тех диапазонов регулирования, которые требуются для тяговых подстанций, угол δ составляет 5-6 эл.град, что не влияет на достижение цели. Плавно изменяя углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенного к вентильной обмотке 5, и вентилей 41-46 второго выпрямителя 3, подключенного к обмотке 6, получают необходимый диапазон регулирования. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования выпрямленного нанряжения двенадцатипульсных пре- образователей на тяговьсс подстанциях электрифицированных железнь х дорог и городского электрического транспорта, где требуется обеспечить стабильное напряжение в заданных пределах.
.Цель изобретения - повышение КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения.
На фиг. 1 представлена принципи- альная схема преобразователя при соединении частей регулировочной секци Б треугольник и зигзаг; на фиг. 2 и 3 варианты соединения второй вентильной обмотки; на фиг. 4 - вектор- нал диаграмма соединения регулировочной секции вентшхьной обмотки в зигзаг, обеспечивающего совпадение но фс1зе линейных напряжений основной секции вентильной обмотки и одноимен ных суммарных линейных напряжений основной и обеих частей регулировочной секцийJ на фиг. 5 - векторная диаграмма, определяющая, что угол мелоду одноименными линейными напряжениями первой вентильной обмотки, основная секция которой соединена в звезду, и второй вентильной обмотки, основная секция которой соединена в треугольник, равен 30 эл. град.; на фиг. 6 и 7 - векторые диаграммы напряжений основной и регулировочной секций для вариантов соединений второй вентильной обмотки по фиг. 2 и 3 соответственно .
Угол S -угол сдвига векторов линейных напряжений основной секции (а., Ъд, с, ) и одноименных суммарных линейных напряжений основной и регулировочной секций (ад, Ь,, с. и а , Ъд, Сд), для соединения второй вентильной обмотки по фиг. 2 равен
arcsin
.3w,
0
5
0 5 0 5 С
где w,, W - числа витков соответственно основной и регулировочной секций. Для соединения второй вентильной
обмотки по фиг. 3 угол S равен
w;43s
arcsin
(2)
2лj()2-3wдw Из выражений (1) и (2) очевидно, что угол 8 незначителен и для rex диапазонов регулирования, которые требуются для тяговых подстанций, составляет 5 и 6 эл. град, соответственно для соединений по фиг. 2 и 3, что практически не влияет на достижение поставленной цели.
Чистый двенадцатипульсный режим работы регулируемого преобразователя при соединении второй вентильной обмотки трехфазного трансформатора по фиг, 2 наблюдается только при равенстве 120 эл. град, углов регулирования обоих шестипульсных мостовых выпрямителей, т.е. (i и Oi 120 эл. град. Для соединения по фиг. 3 чистый двенаддатипульсный режим работы при 0(д О эл. град.
Wy - число витков основной секции первой вентильной обмотки; и. число витков регулировочной секции первой вентильной обмотки.
Регулируемый преобразователь по фиг, 1 содержит трехфазный трансформатор 1 и два последовательно включенных шестипульсных мостовых выпрямителя 2 и 3. Трехфазный трансформатор 1 имеет одну сетевую обмотку 4 и две вентильные обмотки 5 и 6, одна
51
из которых соединена в звезду, а другая - в треугольник. Каладая фаза вентильных обмоток 5 и 6 состоит из основных и регулировочных секций 7-10. Обмотки фаз а bu, ci регулировочной секции 8 первой вентильной обмотки 5 соединены последовательно и согласно с обмотками одноименных фаз аи, Ьц, Си основной секции 7. Регулировочная секция 10 второй вентршьной обмотки б состоит из первой и BTopofi одинаковых частей 10.1 и 10.2. Обмотки фаз ад, Ъд, Сд первой части 10.1 регулировочной секции подключены последовательно и согласно с обмотками одноименных фаз ад, Ъ, сдосновной секции 9. соединенной в треугольник, а
. 1,1 II обмотки фаз а., Ъд, с. второй части
начало обмотки фазы а л соединено с наII
чалом обмотки фазы Ъд, начало обмотки фазы Ъд соединено с началом обмотки фазы с , начало обмотки фазы с. АIfА
с началом обмотки фазы а. .
д
Шестипульсные мостовые выпрямители 2 и 3 содержат в каждом плече основной неуправляемый (вентили 11-22) и два дополнительных вентиля, один из которых - неуправляемый (вентили 23 - ), а другой - управляемый (вентили 35-46).
В каждом плече катодных групп шес- типульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 дополнительные вентили соединены мелсду собой катодами, т.е. вентили 23 и 35, 24 и 36, 25 и 37, 29 и 41, 30 и 42, 31 и 43, общая точка- катодов подключена к аноду основного неуправляемого вентиля плеча катодной группы, т.е. вентили 23 и 35 подключены к вентилю 11, вентили 24 и 36 - к вентилю 12, вентили 25 и 37 - к вентилю 13, вентили 29 и 41 - к вентилю 17, вентили 30 и 42 - к вентилю 18, вентили 31 и 43 - к вентилю 19 Катоды основных неуправляемых вентилей каждой катодной группы соединены между собой, т.е. вентили 11-13 и 17-19.
В каждом плече анодных групп шес- типульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 дополнительные вентили соединены анодами, т.е. вентили 26 и.38, 27 и 39, 28 и 40, 32 и 44, 33 и 45, 34 и 46, общая точка анодов подключена к катоду основного неуправляемого вен18326
тиля плеча анодной группы, т.е. иен- тнпи 26 и 38 подключены к вентилю 14, вентили 27 и 39 - к вентилю 15, вентили 28 и 40 - к вентилю 16, венти- ли 32 и 44 - к вентилю 20, вентили 33 и 45 - к вентилю 21, вентили 34 и 46 - к вентилю 22. Лноды основных неуправляемых вентилей каждой анодной
0 группы соединены между собой, т.е. вентили 14-16 и 20-22. Общие точки обмоток основной и регулировочной секций 7 и 8 фаз а, Ъ, с первой вен- тильн.ой обмотки 5 подсоединены к обс щим точкам анода и катода дополнительных неуправляемых вентилей 23 и 26, 24 и 27, 25 и 28 соответственно. Свободные точки обмоток регулировочной секции 8 фаз а, Ъ, с подсоединеQ ны к общим точкам анода и катода дополнительных управляемых вентилей 35 и 38, 36 и 39, 37 и 40 соответственно. Общие точки обмоток основной секции 9 и первой части 10.1 регулиро5 вочной секции фаз а, Ъ, с соединены с общими точками анода и катода дополнительных неуправляемых вентилей 29 и 32, 30 и 33, 31 и 34 соответственно.
Свободные точки обмоток второй части 10.2 регулировочной секции фаз а, Ъ, с подсоединены к общим точ- кам анода и катода дополнительных управляемых вентилей 43 и 46, 41 и 44, 42 и 45 соответственно.
Основные неуправляемые, дополнительные неуправляемые и управляемые вентрши представляют собой групповые вентили.
Число витков основной секции 9 и каждой из частей 10.1 и 10.2 -регулировочной секции определено выражениями:
Г7 я 1 I WA W, W, -- W..
0
5
А - Г л - .
При соединении обмотки 6 в соответствии с фиг. 2 число витков секции 10 определяется выражением
0.. .
(3)
При соединении обмотки 6 в соответствии с фиг. 3 число витков сек- ции 9 определяется выражением
)3( Wii+VlJ. )+-J(wa-Wli) ( 3V«.+ ) / / N
ид -2 n t/I
a число витков секции 10 - выражением
,, I .il fili3waiwi) , ,
A ..2 .
Регулируемый преобразователь работает следующим образом.
Допустим, что в начальный момент времени ток проводят вентили 22, 34, 30i 18, 16, 28, 23, 11, т.е. угол регулирования дополнительных управляемых вентилей обоих шёстипульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 равен к и 120 эл. град. В этом случае выпрямленное напряжение определяется только напряжениями основных секций 7 и 9 вентильных обмоток 5 и 6 и составляет
Ud, 1.35 ( и,,), (6) где Uj - выIIpя шeннoe напряжение при
120 эл. град.;
получаем, что выпрямленное напряжение
изменяется от Uj Ui до Ui Ui .
«1 о «nil 02. Диапазон регулирования регулируемого преобразователя равен
а . 2
(8)
10
а, 15
и
1л
1(4
и
ЛА
линейное напряженна основной секции 7, соединенной в звезду;
линейное нанряжение основной секции 9, соединенной в треугольник.
Если уменьшать углы регулирования дополнительных, управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенных к
20
25
где ац - диапазон регулирования нер- вого шестипульсного мостового выпрямителя; диапазон регулирования второго шестинульсного мостового вынрямителя.
Диапазон регулирования первого шестипульсного мостового выпрямителя определяется выражением
а SS-)
Диапазон регулирования второго шестипульсного мостовог о выпрямителя равен
л . 00)
Прн соединении второй вентильной обмотки 6 по фиг. 2 регулируемый пре-, образователь работает следующим об- i разом.
Допустим, что в начальный момент времени ток проводят вентили 22, 34, 30, 18, 16, 28, 23, , т.е. угол ренервой веит1шьной обмотке 5, и допол 30 гулнрования дополнительных управляе- нительных управляемых вентилей 41-46 мых вентилей обоих шёстипульсных мос- второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенных к второй вентильной обмотке 6, то выпрямленное напряжение начинает возрастать и при 35 полностью открытых дополнительньгх управляемых вентилях 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2
товых выпрямителей 2 и 3 равен 120 зл. град. В этом случае выпрямленное напря}кение определяется только нанряжениями основных .секций 7 и 9 вентильных обмоток 5 и 6 и составляет
и, 35(и,,,,). Если уменьшать углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенных к первой вентильной обмотке 5, и дополнительных управляемых вентилей 41- 46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенных к второй вентильной обмотке 6, то выпрямленное напряжение начинает возрастать и при полностью открытых дополнительных управляемых вентилях 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и дополнительных управляемых вентилях 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3 (oiu О эл. град.) достигает величины
и дополнительных управляемых вентилях 41-46 второго шестипульсного мое- 40 тового выпрямителя 3( oi О эл. град.) достигает величипьг
ис5г - 1 35 (и + Щ - TJuL +3и2д),( 7)
где и,- выпрямленное напряжение при
OiJ
sо/у О эл.град.; напряжение регулировочной секции 8;
45
UQ,- напряжение одной части регу QA
лировочнрй .секции 10 второй вентильной обмотки.
Таким образом, плавно изменяя уг- регулирования oi 11 и oi. дополнительных управляемых вентилей первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенного к первой вентильной обмотке 5, и второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенного к второй вентильной обмотке 6,
получаем, что выпрямленное напряжение
изменяется от Uj Ui до Ui Ui .
«1 о «nil 02. Диапазон регулирования регулируемого преобразователя равен
а . 2
(8)
а,
где ац - диапазон регулирования нер- вого шестипульсного мостового выпрямителя; диапазон регулирования второго шестинульсного мостового вынрямителя.
Диапазон регулирования первого шестипульсного мостового выпрямителя определяется выражением
а SS-)
Диапазон регулирования второго шестипульсного мостовог о выпрямителя равен
л . 00)
Прн соединении второй вентильной обмотки 6 по фиг. 2 регулируемый пре-, образователь работает следующим об- i разом.
гулнрования дополнительных управляе- мых вентилей обоих шёстипульсных мос-
товых выпрямителей 2 и 3 равен 120 зл. град. В этом случае выпрямленное напря}кение определяется только нанряжениями основных .секций 7 и 9 вентильных обмоток 5 и 6 и составляет
30 гулнрования дополнительных управляе- мых вентилей обоих шёстипульсных мос- 35
40
45
50
5
и, 35(и,,,,). Если уменьшать углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенных к первой вентильной обмотке 5, и дополнительных управляемых вентилей 41- 46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенных к второй вентильной обмотке 6, то выпрямленное напряжение начинает возрастать и при полностью открытых дополнительных управляемых вентилях 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и дополнительных управляемых вентилях 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3 (oiu О эл. град.) достигает величины
d, 1,35(и,,,
V H 3
(uJM.
Таким образом, плавно изменяя углы регулирования и дополнительных управляемых вентилей первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и второго шестипульсного место-, вого выпрямителя 3, получаем, что выпрямленное напряжение изменяется от
Uci, UdM4Hfl° d, JMa.cДиапазон регулирования регулируемого преобразователя определяется выражением (8), диапазон регулирования первого шестинульсного мостового выпрямителя - выражением (9), а диапазон регулирования второго шестипульсного мостового выпрямителя - выражением I-,
я i A±3Wiwij:3(w4)2
W.
I.
При соединении второй вентильной обмотки 6 по фиг. 3 регулируемый преобразователь работает следующим образом.
Допустим, что в начальный момент времени ток проводят вентили 22, 34, 30, 18, 16, 28, 23, II, т.е. угол регулирования дополнительных управляемых вентилей обоих шестипульсных мостовых выпрямителей 2 и 3 равен
О
120 эл.град. В атом случае выпрямленное напряжение определяется только напряжениями основных секций 7 и 9 вентильных обмоток 5 и 6 и состав ляет
и
.35 (а,(и,,.+ и;д)Г d, - ,
-зи,,,и,,).
Если уменьшать углы регулирования дополнительных управляемых вентилей 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2, подключенных к первой вентильной обмотке 5, и дополнительных управляемых вентилей 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, подключенных к второй вентршьной обмотке 6, то. выпрямленное напряжение начинает возрастать и при полностью открытых дополнительных управляемых вентгшях 35-40 первого шестипульсного мостового выпрямителя 2 и дополнительных управляемых вентилях 41-46 второго шестипульсного мостового выпрямителя об U ()(,д О эл. град. достигает величины
1,35(и,
uL
и.лд
2ЛУ 23
Таким образом, плавно изменяя углы регулирования и дополнительных управляемых вентилей первого шести-
пульсного мостового выпрямителя 2 и второго шестипульсного мостового выпрямителя 3, получаем, что выпрямленное напряжение изменяется от Uj
dMH««° d2 ,
Диапазон регулирования регулируемого преобразователя определяется ражением (8), диапазон регулирования первого шестипульсного мостового выпрямителя - выражением (9), а диапазон регулирования второго шестипульсного мостового выпрямителя - выражением
а.
-i Al- ifA.
4(
w;)-
0
5
0
5
0
5
0
5
При работе регулируемого преобразователя в чистом двенадцатипульсном режиме в заданном диапазоне регулирования его КПД на 0,5%, а коэффициент мощности - на 3,0% вьше по сравнению с известным устройством.
Формула изобретения
I. Регулируемый преобразователь, содержаш;ий трехфазный трансформатор с сетевой обмоткой, первой вентильной обмоткой, соединенной в звезду, каждая фаза первой вентильной обмотки состоит из основной, с числом витков Wu, и регулировочной, с числом
о I „
ВИТКОВ Wu, секции, соединенных последовательно и согласно, первый шес- типульсный мостовой выпрямитель, в каждом плече которого имеются основной неуправляемый вентиль и два дополнительных вентиля, один из которых неуправляемый, а другой - управляемый, в каждом плече катодной группы шестипульсного мостового выпрямителя дополнительные вентили соединены между собой катодами, общая точка катодов подключена к аноду основного неуправляемого вентиля плеча катодной группы, а катоды основных неуправля- емьк вентилей катодной группы соединены между собой, в каждом плече анодной группы дополнительные вентили соединены анодами, общая точка анодов подключена к катоду основного неуправляемого вентиля плеча анодной группы, а аноды основных неуправляемых вентилей анодной группы соединены между собой, общая точка обмоток основной и регулировочной секций каждой фазы подсоединена к общей точке анода и катода дополнительных неуправляемых веи пшей разных плеч одно- i-iMeiiHoii фазы, свободный вывод обмотки регулировочной секции каждой фазы подсоединен к общей точке анода н катода дополнительных управляемых вентилей разнь х нлеч одноименной фазы, о т л и ч а ю щ и и с я тем, чт с далью повьшения КПД и коэффициента мощности путем увеличения кратности частоты пульсации выпрямленного напряжения, первый шестипульсный мостовой выпрямитель включен последовательно с дополнительно введенным, идентичным ему, вторым шестипульсньш мостовым выпрямителем, введена вторая дополнительная вентильная обмотка, состоящая из основной секции, соединенной в треугольник, и п частей регулировочной секции, которые соеди- Hei&i с основной секцией и между собой по схеме, обеспечивающей угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноиь енными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки в пределах от О до § ,. где
( , . -v3(v/y.+Vli. )--J(wu-Vc4.) (SWuL+Va )
О ± arcsin ----i-2.i J-L i-11:-S-U,
4wi I -
при этом подключение общих точек об- - моток основной и регулировочной сек-, ций и свободных выводов обмоток регулировочных секций производится также, как в первом шестипульсном мостовом выпрямителе.
угольник в прямой последовательности чередования фаз, каждая обмотка первой части регулировочной секции соединена с обмотками второй части регулировочной секции соединена с обмотками второй части регулировочной секции зигзагом в прямой последовательности чередования фаз, число витков основ- ной секции второй вентильной обмотки в -0 раз больше числа витков основ- . ной секции первой вентильной обмотки, а число витков каждой части регулировочной секции второй вентильной обмотки в т1У раз меньше числа витков .-регулировочной секции первой вентиль- ной обмотки, при этом угол сдвига между линейнььми напряжениями основной
секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарт1ыми линейньЕми напряжениями основной н регулировочной секций этой же вентильной обмотки равен нулю.
W,
:lf ili a.iYiltz i:lii i
при этом угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки равен
S ±arcsin E l3l l3 2 - 4( f
V,
ЛlYil l) IN ISlZlliii 3wa.+w) A 2 - - . a число витков регулировочной секции второй вентильной обмотки определено выражением
I -J3(w.,.+W)-T|{wij.-Wj.)OwjJ +Vjj)
д - -- 2
при этом угол сдвига между линейными напряжениями основной секции второй вентильной обмотки и одноименными суммарными линейными напряжениями основной и регулировочной секций этой же вентильной обмотки равен
±arcsin i libllJI i 5Ii lai5l
4v
Фие.2
Редактор А. Огар
г
-л
п
Составитель Е. Мельникова . /
Техред М.Дидык Корректор С. Черни
фиг,3
