Двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/08 

(54) ДВЕНАДЦАТЖАЗНЬШ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В- ПОСТОЯННОЕ

I

Изобретение относится к электро- .технике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания контактной сети постоянного тока электрофицированного жейез-нодоролсного транспорта, в тиристорном электроприводе.

Известен двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное с параллельным соединением двух трехфазных вентильных мостов через уравнительный реактор. Вентильные мосты подсоединены к вентильным обмоткам трансформа:тора, одна из которых соединена в звезду, а другая в треугольник ГЦ

Однако в силу некоторого различия индуктивных сопротивлений коммутации, амплитуд ЭДС вентильных обмоток, наличия высших гармоник шестифазного режима в напряжении питающей сети, средние выпрямленные токи мостов могут существенно отличаться мехсду собой. Уравнительный реактор не выравнивает средние значения выпрямленных токов мостов. Поэтому для обеспечения заданного тока нагрузки требуется повьщенный расход активных материалов из-за разбаланса выпрямленных токов мостов.

1

Наиболее близким к предлагаемому является двенадцатифазньй преобразователь переменного напряжегия в постоянное, содержащий преобразовательtoный трансформатор с двумя вентильными обмотками, одна из которых соединена в звезду и через первичную обмотку токовырав1швающего компенсатора подсоединена к первому трехфазно15му вентильному мосту, а другая соединена треугольником и через вторичную обмотку токовыравнивающего компенсатора, соединенную зигзагом, подключена к второму трехфазному вентиль20ному мосту.

Наличие в рассматриваемом двенадцатифазном преобразователе токовыравниваюцего компенсатора приводит к

39305374

выравниванию средних значений выпря- Вентильная обмотка 12 соединена мленных токов вентильных мостов 12, в звезду и включена последовательно Однако недостатком известного пре- с первичной обмоткой токовьфавниваобразователя является повьшенный рас- ющего компенсатора, состоящей из ход активнЬ1х материалов и потерь элек-5 двух обмоток 54 и 15 i каждой фазе. троэнергии из-за соединения вторичной обмотки токовырав шваюцего компенсатора зигзагом и выполнения его на отдельно от преобразовательного трансформатора магнитопроводе. Цель изобретения - уменьшение мас согабаритных показателей и повьшение коэффициента полезного действия. Цель достигается тем, что в двенадцатифазном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем два трехфазных вентильных моста и трехфазный маглитопровод с шестью б.оковыми стержнями и тремя средними стержнйми, на которых размещены сетевая и две вентильные обмо ки, одна из которых соединена-в звез ду и включена последовательно с первичной обмоткой токовыравнивающего компенсатора, вторичная обмотка кото рого состоит из двух последовательно соединенных обмоток, а выводы пер вичной обмотки токовыравнивающего ко пенсатора соединены с входом перемен ного тока первого трехфазного вентил ного моста, обмотки токовыравнивающего компенсатора расположены на боковых стержнях по обе стороны от соо ветствукицего среднего стержня магнитопровода, причем каждая фаза второй вентильной обмотки соединена последовательно с соответствующей фазой вторичной обмотки токовыравнивакицего компенсатора , образуя цепочку, которая совместно с аналогичными цепочками других фаз соединена по схеме треугольника, выводы которого подклю чены к входу переменного тока второго трехфазного.вентильного моста. а каждая фаза первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора выполнена из двух последовательно соединенных обмоток, расположенных на тех же боковых стержнях, что и вторичные обмотки токовь1равнивакщего компенсатора. На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя. Преобразователь содержит магнитопровод 1:с шестью боковыми стержнями 2-7 и тремя средними стержнями 8-10, на которых расположены сетрвая 11 и две вентильные обмотки I2 и 13. Выводы 16-18 первичной обмотки компенсатора соединены с вио/аон переменного тока первого вентильного моста 19. Каждая фаза вентильной обмотки 13 соединена последовательно с соответству1мцей фазой вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора, состоящей из двух обмоток 20 и 21 в каждой фазе, так что указанное последовательное соединение фаз образует соединение треугольником, выводы 22 24 которого соединены с входом переменного тока второго вентильного моста 25. Рассмотрим вывод соотношения, которое должно соблюдаться между числом витков вторичной обмотки токовыравнивакидего компенсатора и числом витков первичной обмотки. LA- индуктивность первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора (состоит из обмоток 14 и 15) . ид - индуктивность вторичной обмотки токовыравнивакщего компенсатора (состоит из обмоток 20 и 2l). взаимная индуктивность между указанными обмотками квмпенсатора. Комплекс напряжения соответственно на первичной и вторичной обмотках компенсатора 1 V Vfi-J «4fl A I , IА комплексы основных гармоник тока в вентильных обмотках 12 и 13, из которых первая соединена :в звезду, а вторая 13, совместно с вторичной обмоткой компенсатора, образуе т соединение треуполышком. Основные гармоники тока 12-фазно1| , IА совпадаго преобразователя ют по фазе, т.е. л, Если соблвдается равенство (З), напряжение на обмотках компенсатора должно- быть равно нулю. Следовательно, из (1 ) и ( 2 }и))дЧи).и)1,Д(4) Так как обмотки, образующие перви ную и вторичную обмотки компенсатора, сцеплены с одним общим магнитным потоком, то условие ( 5) выполняется при , число витков первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора , число витков вторичной обмотки токош равнива1ощего компенсатора. Индуктивности и взаимная индуктивность упомянутых обмоток КХ/ Чд v. ЛА . . 7) Чй- ЧГ R где R/ii магнитное сопротивление. Равенство 6 может быть выполнено только практически, так как W| - целые числа. Таким образом, при равенстве выпрямленных токов мостов и, соответственно31 уъ:5 напряжения основных гармоник на обмотках компенсатора равно нулю, т.е. отношение чисел витков вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора к его первичной обмотке должно быть примерно равно ТЗ. Устройство работает следующим образом. . В режиме холостого хода магнитный поток, сцепленный с сетевой II и вен тильными обмотками 12 и 13, наводит ЭДС в обмотках 14 и 15 каждой фазы первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора. ЭДС в обмотках 14 и 15 направлены встречно и поэтому напряжение на первичной обмотке компенса-г тора равно нулю. По указанной причине напряжение и на вторичной обмотке компенсатора равно нулю. При работе двенадцатифазного преобразователя под нагрузкой токи в первичной и вторичной обмотках компенсатора вызывают сцепленные.с ними магнитные потоки. При принятой схеме соединения первичной и вторичной обмоток компенсатора магнитшлй по76ток основных гармоник, обусловленный током, протекакядим по указанным обмоткам, отсутствует, так как основные гармоники намагничивающих сил обмоток 14 и 20 и, соответственно, обмоток 15 и 21 направлены встречно. Аналогично намапшчиваннцие силы от высших гармоник тока с порядком 12K+I, где ,2,3 также имеют встречное направление в обмотках 14 и 20 и, соответственно, 15 и 21 каждой фазы. Наоборот, намагничивающие силы от гармоник тока в первичной и вторичной обмотках компенсатора порядка 6К±1, где К - нечетное число, складываются и обуславливают магнитные потоки соответствующей частоты в боковых стержнях 2-7 магнитопровода. Указанные магнитные потоки не проникшэт в средние стержни 8, 9 и 10 и индуктируют ЭДС в обмотках 14 и 15 первичной и 20 и 21 вторичной обмоток компенсатора. Указанные ЭДС в обмотках 14 и 15 и, соответственно, 20 и 21 каждой фазы имеют согласное направление, что приводит, к существенному подавлению гармоник тока порядка 6К+1 ,где К - нечетное число. В результате вентильные обмотки 12 и 13 можно практически рассчитывать на ток 12-фазного режима работы, что имеет преимущество в отношении потерь и нагрева по сравнению с аналогом fl. Принцип выравнивания тока состоит в следующем. Допустим, что по каким-либо причинам Л . В этом случае, как следует из (1 ) и (2), напряжение .Так как напряжение на входе вентильного моста равно разности ме)еду напряжением вентильной обмотки и напряжением на обмотке токовыравнивающего компенсатора, то напряжение на входе первого моста 19 уменьшается, а напряже1ше на входе втоjporo моста 25 увеличивается. Отсюда следует, что, благодаря действию токовыравнивающего компенсатора, ток первого моста 19 должен стремиться к уменьшению, а ток второго моста 25 - к увеличению. Другим положительным свойством токовыравнивающего компенсатора является то, что он выполняет в схеме функцию фильтра гармоник тока 6К±1, где К - нечетные числа, т.е. гармоник с порядковыми номерами 6, 7, 17, 19 и т.д. Это объясняется тем,

что намагничивающие силы от указанных гармоник тока в обмотках токовыравнивающего компенсатора имеют согласное направление и поэтому индуктивное сопротивление для этих гармоник очень велико. Наоборот, для основной гармоники тока и гармоник 12К+1, где ,1,2 индуктивное сопротивление равно нулю, так как намагничива,ющие сил обмоток токовыравнивающего компенсатора имеют встречное направление.

Выигрьш в активных материалах и потерях электроэнергии достигается за;счет объединения магнитопроводов преобразовательного трансформатора и токовыразнивающего компенсатора, а также за счет исключения схемы соединения вторичной обмотки компенсатора в зигзаг. Только за счет исключения схемы соединения в зигзаг,по вторичной обмотке токовыравнивающего компенсатора достигается сокращение расхода меди и умен шение потерь электроэнергии на 14%.

Двенадцатифазный преобразователь с токовыравнивающим компенсатором может быть использован как при параллельном так и последовательном соединении вентильных мостов, так как позволяет повысить жесткость внешней характеристики, улучшить коэффициент мощности и снизить нагрев вентилей.

Формула изобретения .

Двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два трехфазных вентильных моста и трехфазный магнитопроврд с шестью боковыми стержнями и тремя средними сте зжнями, на кото305378

рых размещены сетевая и две вентиль-, ные обмотки, одна из которых соединена в звезду и включена последовательно с первичной обмоткой токо5 выравнивающего; компенсатора, вторичная обмйтка которого.состоит из двух последовательно соединенных обмоток, а выводы первичной обмотки токовыравнивающего компенсатора соединены

10 с входом переменного тока первого трехфазного вентильного моста, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей и повьшения коэффициента

15 полезного действия, обмотки токовыравнивающего компенсатора расположены на боковых.стержнях по обе стороны от соответствующего среднего стержня магнитопровода, причем каждая фаза

2Q второй вентильной обмотки соединена последовательно с соответствующей фазой вторичной обмотки токовыравнивающего компенсатора, образуя цепочку, которая совместно с аналогичными це25 Почками других фаз соединена по схеме треугольника, выводы которого подключены к входу переменного тока второго трехфазного вентильного моста, а каждая фаза первичной обмотки токовыравнивакщего компенсатора выполнена из двух последовательно соединенных обмоток, расположенных на тех же боковых стержнях, что и вторичные обмотки токовыравнивакнцего компенсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Полупроводниковые выпрямители. Под ред. Ф.Ковалева. М., Энергия,

1978,с. 100.

. F.T.Bennell, Rectifiers for

raiIwaytraction substations. - tlectric Power Applications, February

1979,vol 2, N01, p. 23, fig. 2.