Шестифазный вентильный преобразователь с искусственной коммутацией Советский патент 1980 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относигся к преобразованию электрической энергии, а именно к вентильным преоб|эазоватепям с искусст- венной коммутацией.

Преобразование электрического тока из переменного в постоянный и наоборот с помощью вентильных преобразователей сопровождается потреблением реактивной мощности. Но имеется целый ряд скем преобразователей, в которых за счет дополнительного источника коммутирующего напряжения появляется возможность работать в режимах без потребления или даже с выдачей реактивной мощности. Такие преобразователи получили название преобразователей с искусстве шой коммутацией. В качестве источника дополнительного коммутирующего напряжения могут быть использованы конденсаторы. Необходимое напряжение на конденсаторах при этом образуется за счет протекания через них тока нагрузки преобразователя или одной из высших гармоник тока преобразователя. В зависимости от того, какая гармоника тока протекает через конденсаторы, на них образуются коммутирующие напряжения основной, двойной, тройной и т, д., частоты. Повышение частоты коммутирующего напряжения позволяет снизить мощность конденсаторов без ухудшения энер гетических показателей преобразователя. При этом снинюние мощности конденса торов примерно прямо пропорционально

10 повышению частоты напряжения на них. Это обстоятельство делает перспективным разработку и использование преобразователей с искусственной коммутацией, в которых конденсаторы работают при

15 повышенных частотах.

Известны схемы преобразователей, работающие с основной, двойной и тройной частотой дополнительного коммутирующего напряжения. При этом преобразова20тели, работающие с тройной частотой коммутирующего напряжения являются наибох ее эффективными, так как позволяют сократить установленную мощность конденсатороЬ примерно втрое, К преоб. разователям такого типа относится шести фазный преобразователь с уравнительным реактором зашунтированным конден сатором ij , Недостатком этой скемы является, во-первык, необходимость установки уравнительного реактора значительной мощности и, во-вторык, то, что к запертому вентилю прикладывается напряжеНИ&, примерно вдвое превышающее максимальное выпрямленное напряндание. Последнее обстоятельство особенно важно при создании высоковольтных преобразователей.. . Известен также шестифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное с искусственной коммутацией, содержащей коммутирующий конденсатор, тр ансформатор с трехфазной первичной и двумя трехфазными вторичными обмотками, причем к каждой из вторичных обмоГОК подключен управляемый выпрямитель В этой схеме коммутирующий конденсатор включается между нейтралями вто- ричных вентилей обмоток трансформатора которые соединяются по схеме прямая и обратная звезда. При этом отпадает необходимость в уравнительном реакторе а выходное напряжение преобразователя возрастает вдвое без повышения напря жения на вентилях и на вентильных обмотках трансформатора по сравнению с предыдущим преобразователем 2, Однако непременным условием работо способности этого устройства является обязательное соединение сетевой обмотки трансформатора по схеме треугольник. Это обстоятельство отрицательно сказы™ вается на энергетических характеристика преобразователя, особенно при использовании его в мощных высоковольтных схе мах. Всякий вентильный преобразователь источник высших гармоник тока в системе переменного тока. Высшие гармони ки являются причиной искажения напряже ния Б системе и добавочных потерь в электротехническом оборудования. Для борьбы с высшими гармониками приходит ся создавать дорогостоящие фильтровые устройства. Второй путь борьбы с высшими гармониками, не требущий дополни тельных затрат, это получение двенадца- тифазного режима преобразования при каскадном или параллельном соединении двух преобразовательных мостов. Двенад цатифазный режим достигается с помощь различного соединения обмоток трансфор маторов, питающих преобразовательные мосты. Для преобразовательной с естественной коммутацией, которые потребляют из системы значительную реактивную мощность, фильтрацию высших гармоник совмещают с компенсацией реактивной мощности. При этом дополнительные затраты на фильтрацию оказываются не очень значительными. При использовании преобразователей с искусственной коммутацией, когда преобразователь сам может являться источником реактивной мощности в систему, никакой дополнительной компенсации не требуется. В этом случае задача фршьтрашш высших гармоник приобретает первостепенное значение и связана со значительными дополнительными затратами и усложнением схемы. В этом случае особенно целесообразно получение двенадцатифазного режима. Указанный преобразователь не позволяет осуществить двенадцатифазный режим преобразования, так как он может работать только при вполне определенном соединении обмоток питающего трансформатора, а именно сетевая - треугольник, вентильные - прямая и обратная звезда. Это значительно ухудшает его энергетические характеристики и ограничивает возможности использования его в мошных преобразовательных установках. Вторым серьезным недостатком рассмотренной схемы являются значительные перенапряжения на конденсаторах и на оборудовании схемы в переходных процессах и при авариях в преобразователе. Так, при пропуске зажигания очередного вентиля, время протекания тока через конденсатор увеличивается вдвое, при этом напряжение на нем достигает трехкратного значения от номинального и, следовательно, трехкратные перенапряжения прикладываются к остальным элементам схемы. Это требует увеличения класса тиристоров по напряжению и дополнительного усиления изоляции. Все это значительно увеличивает стоимость оборудования преобразователя и может свести на нет значительный выигрыш в установленной мощности конденсаторов, который может быть .получен при использовании этой схемы. Цель изобретения - устранение указанных недостатков, т. е, улучшение энергетических показателей и повышение надежности преобразователя. Указанная цель достигается тем, что в шестифазном вентильном преобразователе- с искуссгвеиной коммутацией, соцержащем коммутирующий конденсатор, трансформатор с трехфазной первичной и двумя трехфазными вторичными обмот ками, причем к каждой Из вторичных обмоток подключен управляемый преобра эователь, собранный по мостовой схеме трансформатор снабжен дополнительной трехфазной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник и Зашунтированной коммутирующим конденсатором, На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит первичную сете вую обмотку 1 трансформатора, вторичные обмотки 2 трансформатора, коммути рующий конденсатор 3, управляемые вентильные мосты 4, дополнительную трехфазную обмотку 5. Первичная или .сетевая обмотка 1 трансформатора может быть соединена как по схеме звез- да так и по схеме треугольник. Преобразователь работает следующим образом. Шестифазный мостовой преобразователь при работе генерирует третью гармонику тока, которая замыкается в дополнительной обмотке 5, соединенной по схеме разомкнутый треугольник. При этом ток третьей гармоники протекает через конденсатор 3, включенный последовательно в эту обмотку, благодаря чему на нем образуется напряжение тройной частоты. Это напряжение трансформи руется в вентильные, вторичные обмотки 2 трансформатора , и позволяет осуществлять работу преобразователя в режиме с искусственной коммутацией. Предлагаемая схема преобразователя имеет возможность соединения сетевой обмотки трансформатора как по схеме звезда, так и по схеме треугольника, позволяет при каскадном или параллельном соединении преобразователей значительно улучшить их энергетические характеристики за счет осуществления 12-фазного режима преобразо.вания. При этом отпадает необходимость в установке фильтровых устройств, г, е. значитель но сокращаются капитальные и эксплуата ционные расходы. Кроме того, в предложенной схеме через конденсатор протека ет не полный ток нагрузки преобразова.теля, a только ток его третьей гармони- ки. Аварии внутри преобразователя сопро вождаются искахсенйямй этого тока, но его относительная величина изменяется незначительно. В результате величина максимальных перенапряжений на конден-, саторе и на вентилях преобразования при аналогичных авариях оказывается более, чем в два раза меньше, чем в схеме Бу- земанна. Это позволяет значительно снизить стоимость основного оборудования, а следовательно, и всего устройства. Изоляция дополнительной обмотки трансформатора от вентильных обмоток обеспечивает установку конденсаторов на потенциале земли, что особенно важно при каскадном соединении мостов. Это также ведет к снижению капитальных затрат на сооружение преобразователя. Включение коммутирующих конденсаторов в отдельную обмотку трансформатора позволяет путем выбора коэффициента трансформации между этой обмоткой и вентильной обмоткой подобрать наиболее оптимальное напряжение на конденсаторах., что ведет к упрощению и удешевлению всей конденсаторной батареи. , Формуяа изобретения Шестифазный вентильный преобразователь с искусственной коммутацией, содержащий коммутирующий конденсатор, трарюформатор, с трехфазной первичной и двумя трехфазными вторичными обмоткамИ( причем к каждой из вторичных обмоток подключен управляемый преобразователь, собранный по мостовой схеме, отличающийся тем, что с целью улучшения энергетических показателей и повышения надежности, тран- сформатор снабжен дополнительной трехфазной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник и зашунгированной коммутирующим конденсатором. Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Баев А. В., Волков Ю. К., Д&аилин В. П., Корнеев В. Л. Вентильные преобразователи с конденсаторами в силовых цепях. Изд. Энергия, М., 1969. 2.F.Busemar n u{wandl iur Я Be.nde,e stung- von Wechsefiict tersc ae,:, fu« die G -eichtrom-НОcv-vspcinaun.gsObev-trcx i 2 i., .19, 1954.