Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1980 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в выпрямительных агрегатах относительно большой мощности, например в установках электролиза, регулируемых электроприводах а также для выпрямления на линия-х и вставках постоянного тока. Известно устройство для выпрямления трехфазного напряжения, содержащее вентильные мосты и трансформаторы 1 . Недостаток известного устройства состоит в повышенных тепловых Потерях во вторичных обмотках тран форматора, что обусловлено непосредственной магнитной связью двух нагруженных своими вентильными мос тами -вторичных обмоток трехобмоточ ного трансформатора. Электромагнит ное взаимодействие пятой, седьмой гармоник намагничивающих сил магни но-связанных вторичных обмоток трансформатора аналога соответству ет работе условных компонентных трансформаторов и режима короткого замыкания, поскольку начальные фазы этих гармоник тока вторичных об моток .отличаются на . Для эти гармоник тока, генерируемых вентил ными мостами, цепь вторичных обмоток аналога представляет минимальное сопротивление и потому потери в цепи вторичных обмоток силового трансформатора оказываются наибольшими. Известен также трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное,, содержащий два трехфазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки рдного из которых соединены по схеме звезда-звезда, а другого - по схеме звездатреугольник и. два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен ко вторичной обмотке соответствующего трансформатора 2.. В схеме известного устройства входные зажимы I первичной обмотки силового трансформатора присоединены к началам обмотки трехфазного дросселя, входные зажимы первичной обмотки другого силового трансформатора - к концам той же.обмотки трехфазного дросселя, а промежуточные выводы обмотки этоготрехфазного дросселя - к линейным проводам питающей сети. Такая схема позволяет во много раз увеличить ийдуктивность для пятой и седьмой гармоник входного тока по сравнению с индуктивностью для первой гармоники входного тока, поскольку для токов пятой и седьмой гармоник намагничивающие силы двух равных частей секционированной обмотки дросселя направлены согласно, а для токов первой гармоники - в: аимко встреч-но. Поэтому для токов пятой и седьмой гармоник дроссель равносилен трансформатору в режиме холостого хода, а для токов основной гармоники - трансформатору в режиме короткого замыкания. Вследствие этого ток пятой и седьмой.гармоник в первичной обмотке каждого из двух силовых трансформаторов оказывается равным току холостого хода дросселя Т.е. близ-ким к нулю и потому первичные обмотки силовых трансформаторов не создают размагничивающего деЯстрия на намагничивающие силы вторичных обмоток от пятой И седьмой гар «юник входного тока генерируемых соответствующим вентильным мостом. Недостаток устройства состоит в недопустимо больших значениях напряжений на входе вентильных мостов в цепи вторичных обмоток силовых . трансформаторов от, напряжений пятой и седьмой гармоник, вследствие че;го существенно понижается надежность выпрямительного устройства,.Недопустимо большая величина напряже:Ний пятикратной и семикратной частоты обусловлена произведением пятой и седьмой высших гармонических входного тока вентильного моста на очень большие сопротивления холос:тогЬ хода вторичной обмотки, при этом следует учесть, что вентильный мост с большой индуктивностью сглаживающего фильтра на стороне постоянного тока следует рассматривать как источник тока на стороне входных зажимов переменного тока. ДРУгой недостаток состоит :в том, что в нем не используется энергия пятой, седьмой и некоторых других гармоник тока, генерируемых вентильными мостами на его входных зажи1иах, являющимися разновидностью источников энергии - источниками тока. Пока не решен-вопрос об утилизации постоянно, генерируемой вентильными мостами 5, 6 энергии на пятикратной

.и семикратной частотах соответствующих входных тока и напряжения,нельзя надеяться на одновременное решение вопросов защиты питсшэщей сети от этих гармонических, повышения надежности работы и энергетических показателей выпрямительного агрегата.

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение энергетических показателей.

Цель достигается гем, что трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два трехфазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки одного из которых соединены по схе.ме звезда-звезда, а другого - по схеме звезда-треугольник и два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен ко вторичной дбмотке соответствующего трансформатора, снабжен дополнительными трехфазными трансформатором и трехфазным вентильным мостом, вход которого подключен ко вторичной обмотке дополнительного трансформатора соединенной по схеме звезда, причем по выходу все вентильные мосты соединены последовательно, первичная обмотка дополнительного трансформатора Б каждой фазе состоит из двух последовательно соединенных секций, общая точка которых подключена к выводу для подкл.ючения соответствующей фазы питающей сети, начало подключено к первичной обмотке соответствующей фазы первого основного трансформатора, а конец - к первичной обмотке соответствующей фазы второго основного трансформатора.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого преобразователя ,

Преобразователь содержит основные силовые трансфюр.маторы 1, 2 , вторичные обмотки 3, 4 которых присоединены к входам перемоикого тока тиристорных мостов 5, 6, последовательное соединение которых с дополнительным диодным мостом 7 нагружено активно-индуктивным приемником 0 8, первичная обмотка 9 силового

трансформатора i соединена пофазнопоследовательно с первичной обмоткой 10 силового трансформатора 2 через секционированную перви-:ную обмотку дополнительного (2;азо-компенсационного трансформатора 11, части 12 и 13 которой крайними зажимами присоединены к соответствуюши.м фаза.м обмоток 9, 10, а про -1ежутпчными отводами (общими точкаг-.и) присоединены к линепным проаоддам питающей сети. Е торичкая обмотка 14 дополнительного трансформатора 11 присоединена к входу перем--нного тока диодного моста 7.

Общим для известного у с:т и пре ;лагаемого является наличие между первичными обмотками главныхсиловых трансформаторов разлеленной на две части трехфазной обмотки, к средним выводам которой присоединена питающая сеть, при этом обмотки одного основного трансформатора соединены по схеме звездазвезда, а другого - по схе.ме звезда-треугольник, что также объединиет предлагаемое устройстто с известным прототипом. В этом случае линейные токи пер вичной обмотки одного основного трансформатора определяются зависи мостями .i Ubg-Ou)l-4 (1) о.2. I ,i() ( ,..il а линейные токи первичной обмотки 10 другого основного трансформатора 2 - зависимостями Г Дп ё (bg-i)1ос. , (bg-l)wt 5g5r+ fee-ч 1 где I - амплитуда гармоники рядка (6 + 1) ; ьан ФэзовыЯ сдвиг этой гарМОНИКИ;g - целое (положительное или отрицательное) число либо нуль. Эти токи первичных обмоток 9, 10 основных трансформаторов 1, 2 проходят также и через последовательно соединенные с ними части 12, 13 обмотки, относящейся к дрос селю согласно известному и к транс форматору 11 согласно предлагаемому устройству. Линейные токи питающей сети опр деляются в соответствии с принятыми их направлениями на принципигшь ной схеме суммой соответствующих токов первичных обмоток 9, 10 глав ных трансформаторов 1,2 r (igu m(ag..)«t-4, e.,i.n s..(i2s4)a. c 9c Noc-| ;,ag.i .ос.1. Полученные выражения свидетельствуют об исчезновении ряда наиболее значител1-нь Х (пятой, седьмой) и некоторых других (например, семнадцатой, девятнадцатой) гармоник в кривой линейного тока сети по сравнению с тем случаем, 1 :огца нагрузка постоянного тока получила питание через посредство только одного трансформатора и одного вентильного моста. Это обусловлено относительным изменением ка сто восемьдесят градусов начальной фазы пятой, .седьмой, семнадцатой, девятнадцатой и некоторых других гармоник тока в соответствующих фазах первичных обмоток 9, 10 основных силовых трансформаторов 1, 2. Исключение указанных выше гармоник из тока питающей сети достигается и при отсутствии дополнительного трансформатора 11 с его обмотками 12, 13; однако в этом случае в цепи первичных обмоток 9, 10 протекал бы весьма значительней несинусоидальный ток, в котором амплитуды пятой, седьмой и некоторых других гармоник были бы весьма значительными из-за относительно малых индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток силовых трансформаторов 1, 2, являющихся для зтих гармоник цепью нагрузки. Это обусловило бы весьма значительные потери.в обмотках трансформаторов и соответствующий повышенный нагрев обмоток силовых трансформаторов и худшее использование габаритов и массы этих трансформаторов. Наличие трансформатора 11, соединенного согласно предлагаемой схеме, устраняет этот недостаток. Вначале устройство работает безучета вторичной обмотки 14 добавочного трансформатора 11, Из разметки одноименных зажимов частей 12, 13 первичной обмотки трансформатора 11 следует: 1) относительно основной, одиннадцатой, тринадцатой и некоторых других 1армоник тоже имеет место взаимно-встречная магнитная связь частей 12, 13 обмотки трансформатора 11, что соответствует режиму короткого замыкания такого трансформатора; 2) относительно пятой, седьмой, девятнадцатой и некоторых других гармоник входного тока имеет место согласное заключение частей 12, 13 обмотки трансформатора 11, что соответствует режиму холостого хода такого трансформатора (если не учитывать вторичную обмотку 14), Следовательно, при исключении из рассмотрения вторичной обмотки 14 трансформатор 11, не оказывая заметного сопротивления токам основной частоты, позволяет практически полностью подавить пятую, седьмую и некоторые другие гармоники в первичных обмотках 9, 10 главных трансформаторов 1, 2 .

Изложенное выше соответствует предварительному предложению об отсутствии вторичной обмотки 14 вспомогательного трансформатора 11, а также диодного моста 7 в составе выпрямительного агрегата, когда разделенная на две части 12, 13 первичная обмотка выполняла для пятой и седьмой гармоник роль обмотки сглаживающего дросселя .рчень большой индуктивности из-за наличия ферромагнитного сердечника. Это не могло не привести к наведению больших напряжений как на обмотках силовых трансформаторов 1, 2 так и на вентилях мостов 5, 6 от токов этих (высших гармонических.

Предложенное введение вторичной обмотки 14 трансформатора 11, нагруженной через диодный мост 7 частью общей нагрузки 8 в его цепи постоянного тока, исключает этот недостаток и позволяет утилизировать энергию, генерируемого основными вентильными мостами 5, 6 на частотах пятой, седьмой и некоторых других гармонических. Это позволяет повысить общий КПД устройства.

Работа диодного моста 7 на выходе вторичной обмотки 14 дополнительного трансформатора 11 характеризуется следующими особенностями. Нс1Именьшие частоты входных напряжений :И тока диодного моста 7 равны соответственно пятикратной и семикратной частоте питающей сети. Такими же будут наименьшие частоты напряжения и тока во вторичной обмотке 14трансформатора 11, которая в этом случае оказывает размагничивающее действие на намагничивающие: силы этих частот, создаваемые частями 12, 13 первичной обмотки Зтого дополнительного трансформатора 11 на пятой и седьмой гармониках, а также уменьшение падений напряжения как на первичных и вторичных обмотках основных трансформаторов 1 , 2, так и вентиляхмостов 5, 6, обусловленных пятой и седьмой гармониками. Наименьшими частотами напряжения на выходе диодного моста 7 будут тридцатикратная и сорокадвухкратная частота по отношению к частоте питающей сети. Наименьшими высшими гармоническими входных напряжения и тока диодного моста 7 будут двадцать пятая и тридцать пятая гармоники, поскольку основными в данных условиях являкзтся пятая и седьмая гармоники. Эти высшие гармоники не оказывают заметного влияния на питающую сеть из-за относительной малости их амплитуд по сравнению с основными составляющими этих величин и поскольку питающую сеть дл;я .этих гармоник заменяет цепь из послдовательного соединения секций 12, 13 первичной обмот-ки вспомогательного трансформатора 11с первичными обмотками 9, 10 основных трансформаторов 1, 2, Если дополнительный мост 7 собран из неуправляемых вентилей, то диапазон плавного регулирования выходного напряжения не ограничивается, поскольку в нижней части диапазона регулирования выходного напряжения пятая и седьмая гармоники входных токов главных вентильных мостов 5,6 уменьшаются пропорционально величинам выходных напряжения и тока такого выпрямителя; вместе с тем применение неуправляер их вентилей в мосте 7 повышает надежность устройства и существенно ограничивает уровень амплитуд двадцать пятой и тридцать пятой гармоник входного тока этого моста.

Формула изобретения

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержашлй два трехфазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки одного из которых соединены по схеме звезда-звезда, а другого по схеме звезда-треугольник и два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен ко вторичной обмотке соответствующего трансформатора, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности и улучшения энергетических показателей, снабжен дополнительными трехфазным трансформатором и трехфазным вентильным мостом, вход которого подключен ко вторичной обмотке дополнительного трансформатора соединенной по схрме звезда, причем по выходу все вентильные мосты соединены последовательно, первичная обмотка дополнительного трансформатора в каждой фазе состоит из двух последовательно соединенных секций, общая точка которых подключена к выводу для подключения соответствующей фазы питающей сети , начало подключено к первичной обмотке соответствующей фазы первого основного трансформатора, а конец - к первичной обмотке соответствующей фазы второго основного трансформатора.

Источники информации, принятые.во внимание при экспертизе

1.Патент Японии 5861, № 49-50447, 1974.

2.Ващенко А.П. Влияние преобразователей на характеристики, питающе их сети и друг на друга.Инструктивн указанТ1я по проектированию электротнических промышленных установок

Тяжпромэлектропроект , 10, 1969, с. 7.

Z V

F

к

у V т т