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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть испол зовано для питания контактной сети электрифицированного железнодорожного транспорта, в электролизе и тиристорном электроприводе. Известен 12-фазный преобразовате содержащий два трансформатора. Сете вая обмотка первого трансформатора соединена взвезду, а второго. - в треугольник. Вентильные обмотки у обоих транс(1юрматоров имеют одинако вую схему соединения и подключены к последовательно или параллельно соединенным мостам jНедостатками данного 12-фазного преобразователя являются повышенные потери в сетевых и вентильных обмот ках транс(1юрматоров от гармоник ток порядка 6к i1, где к 1, а также повышенные потери в вен тил.чх трехфазных мостов от тех же . гармоник. Преобразователь имеет повышенное индуктивное сопротивление коммутации, что связано с необходимостью защиты вентилей при внутреннем коротком замыкании (например пробое вентиля; и защиты трансформатора при коротком замыкании одной вентильной обмотки. Повышенное индуктивное сопротивление коммутации приводит к ухудшению коэ(|)фициента мощности и к увеличению потерь.Кроме того, данный преобразователь имеет относительно высокий расход активных материалов из-за наличия двух преобразовательных трансформаторов. Наиболее близким к изобретению является 12-фазный преобразователь, содержащий два преобразовательных трансформатора, причем сетевая обмотка первого соединена в звезду, а второго - в треугольник. Вентильные обмотки имеют одинаковую схему соединения и каждая из них под| ючена к трехфазному мосту. Мосты соединены последовательно или па39раллельно. 12-фаэный преобразователь содержит трехфазный компенсатор трансформаторного типа с двумя обмотками на отдельном магнитопроводе. Гармоники тока в сетевых и вентильных обмотках порядка 6к+1, где к 1,3,5.-. практически подав-лены,индуктивное сопротивление коммутации может быть значительно умен шено вследствие того, что при пробое вентиля или при коротком замыкании одной вентильной обмотки ток короткого замыкания ограничивается обмот кой компенсатора Г2. Недостатком преобразователя является относительно высокий расход активных материалов и высокие потер электроэнергии, что обусловлено выполнением преобразователя на трех магнитопроводах. Цель изобретения - снижение расхо да активных материалов и nofepb элек троэнергии. Эта цель достигается тем, что в двенадцатифазном преобразователе пе ременного напряжения в постоянное, содержащей два трехстержнепых магни топровода, на стержнях которых разм щены две сетевые обмотки и две вентильные обмотки, первая из которых соединена в звезду, при этом каждая вентильная обмотка подключена к раз ным трехфазным вентильным мостам, причем между первыми и вторыми сете выми и вентильными обмотками и между первой и второй сетевыми обмотками осуществлена магнитная связь и трехфазный компенсатор трансформаторного типа, каждая из двух обмот которого соединена последовательно с соответствующей сетевой обмоткой, витки каждой фазы сетевых и вентиль ных обмоток расположены концентрически по отношению к двум рядом расположенным стержням разных магнито11роводов, каждая из обмоток ком пенсатора образована из двух катушек, размещенных на двух рядом расположенных стержнях разных магнитопроводов, при этом одноименные выво ды сетевых обмоток пофазно соединены между собой и подключены к питаю щей сети, вторая вентильная обмотка соединена в треугольник, а обмотки трехфазного компенсатора, принадлежащие одной фазе, соединены в зигзаг. Кроме того, с целью сокращения расхода меди обмоток компенсатора, между рядом расположенными стержнями разных магнитопроводов установлены два магнитных шунта. На фиг. 1 представлена схема двенадцатифазного преобразователя, совмещенная с сечением магнитопроводов в радиальном направлении; на фиг. 2 - сечение магнитопроводов в осевом направлении вдоль двух рядом расположенных стержней разных магнитопроводов; на фиг. 3 принципиальная электрическая схема преобразователя. Двенадцатифазный преобразователь содержит магнитопроводы 1 и 2, каждый из которых включает в себя три стержня 3 и k с размещенными на них первой 5 и второй 6 сетевыми обмотками. На тех же стержнях размещены вентильные 7 и 8 обмотки. Первая 7 вентильная обмотка соединена в звезду, а вторая 8 - в треугольник.Витки сетевых 5 и 6 и вентильных 7 и 8 обмоток расположены концентрически по отношению к двум рядом расположенным стержням 3 и i. Вентильная обмотка 7 подключена к мосту 9, а вентильная обмотка 8 - к мосту 10. На стержнях 3 и k расположены катушки 11 и 12, образующие первую обмотку трехфазного компенсатора. На тех же стержнях расположены катушки 13 и 14 ,образующие вторую обмотку компенсатора. Первая обмотка компенсатора соединена последовательно с первой 5 сетевой обмоткой, а вторая обмотка последовательно с второй 6 сетевой обмоткой. Одноименные 15 и 16 выводы первой 5 и второй 6 сетевых обмоток подключены к выводам 17 19 питающей сети. Для уменьшения магнитного сопротивления магнитному потоку, вызванному токами в катушках 11 и а также 12 и 13 от высших гармоник, порядок которых равен 6к + 1, где к 1,3,5.-., между рядом расположенными стержнями от разных магнитопроводов могут быть установлены магнитные шунты 20 и 21 (г. 2). Магнитное сопротивление указанному магнитному потоку уменьшается из-за наличия магнитного пути 22. При этом для получения требуемой индуктивности обмоток компенсатора сокращается расход меди упомянутых обмоток. Между первой 5 сетевой и первой 7 вентильной обмотками осуществляется сильная магнитная связь. Аналогично между второй 6 сетевой и второй 8 вентильной обмотками осуществлена сильная магнитная связь. Между первой 5 и второй 6 сетевыми обмотками осуществлена слабая магнитная связь Указанные магнитные связи могут быть осуществлены, например путем использования чередующихся обмоток, при этом первые 5 и 7 обмотки располагаются на одном радиальном расстоянии, а вторые 6 и 8 обмотки на другом радиальном расстоянии от центра двух рядом расположенных стержней 3 и . Могут быть использованы также и концентрические обмотки. При этом сетевые 5 и 6 обмотки располагаются поэтажно по высоте стержней на одном уровне, а обмотки 7 и В на другом уровне те, что торцы обмоток 5 и 7 и соответственно 6 и 8 находятся на одном концентре. Применение чередующихся обмоток предпочтительнее из-за меньшего индукти ного сопротивления коммутации. При холостом ходе преобразовател в катушках 11 и 12 первой обмотки и 13 и I второй обмотки компенсатора наводятс ЭДС от основного магнитно го потока, который образуется из со падающих по направлению и равных по величине магнитных потоков в рядом расположенных стержнях 3 и .Пр принятом соединении ЭДС в катушках 11 и 12 встречно направлены.Аналогично и в катушках 13 и }k ЭДС такж встречно направлены. Поэтому напряжение на обмотках компенсатора рав но нулю. В нагрузочном режиме преобразова теля в сетевых 5 и 6 и вентильных 7 и 8 обмотках течет ток основной и высших гармоник, порядок которых равен 12к + 1, где к 1,2,3 Основная и указанные высшие гармоники тока в катушках 11 и 14 компенсатора вызывают встречно направленные магнитные потоки. Аналогично указанные токи в катушках 12 и 13 также вызывают встречно направлен ные магнитные поля. Это означает, что компенсатор не ограничивает амплитуды основной и высших гармоник, порядок которых равен 12к + 1, где к 1. 2, 3.. , так как компен926сатор для упомянутых основной и высших гармоник работает в режиме противовключения его обмоток. Наоборот, высшие гармоники тока, порядок которых равен 6к t 1, где к 1,3,5... вызывают в катушках 11 и 1, а также соответственно в катушках 12 и 13 согласно направленные магнитные поля, замыкающиеся по сердечникам и ярмам магнитопроводов,г.е.по тем же путям, что и основные магнитные потоки.При этом магнитные поля от гармоник тока , порядок которых равен 6к 4 1 , где к 1,3, 5..., в стержнях 3 и k имеют противоположные направления. Так как сопротивление магнитных путей, по которым замыкаются указанные магнитные поля, достаточно мало, то компенсатор оказывает сильное подавляющее воздействие на гармоники, порядок которых равен 6к+1, где к 1,3,5. Поэтому указанные гармоники практически исключаются. При трехфазном коротком замыкаНИИ, например, первой вентильной обмотки 7, ток короткого замыкания течет в первой сетевой обмотке 5 и в катушках 11 и 12 с первой обмотки компенсатора. Магнитные потоки в катушках 11 и 12 замыкаются по магнитным путям с малым магнитным сопротивлением, которое увеличивается изза эффекта насыщения стали. Магнитные потоки, сцепленные с катушками 11 и 12, индуктируют в них ЭДС ограничивающие ток короткого замыкания.Естественно, что этот ток ограничивается также индуктивностью рассеяния обмоток 5 и 7 трансформатора. Однако в отличие от обычного преобразовательного трансформатора, индуктивность рассеяния-указанных обмоток может быть небольшой, что позволяет выполнить преобразователь с повышенным коэффициентом мощности. Экономический эффект достигается за счет объединения магнитных систем двух преобразовательных трансформаторов и компенсатора. Только за счет объединения магнитных систем преобразовательных трансформаторов расход активных материалов и потери электроэнергии уменьшаются теоретически а 16%. Кроме того, сокращаются затраты на изоляционные материалы обмоток компенсатора, так как указанные обмотки включены вблизи нулевой точ-. ки звезды. Формула изобретения 1. j |вeнaдцaтифaзный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два трехстержневых магнитопровода, на стержнях котор размещены две сетевые обмотки и две вентильные обмотки, первая из кото рых соединена в звезду, при этом каждая вентильная обмотка подключен к разным трехфазным вентильным мостам, причем между первыми и вторыми сетевыми и вентильными обмотками и между первой и второй сетевыми обмотками осуществлена магнитная связь, и трехфазный компенсатор тра сформаторного типа, каждая из двух обмоток которого соединена последовательно с соответствующей сетевой обмоткой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода активных материалов и потерь электроэнергии, витки каждой, фазы сетевых и вентильных обмоток расположены концентрически по отношению к двум рядом расположенным о.1ержням разных магнитопроводов,каждая из обм 28 ток компенсатора образована из двух катушек, размещенны.х на двyxJэядoм расположенных стержнях разных магнитопроводов, при этом одноименные выводы сетевых обмоток пофазнр соединены между собой и подключены к питающейсети, вторая вентильная обмотка соединена в треугольник, а обмотки трехфазного компенсатора, принадлежащие одной фазе, соединены в зигзаг. 2. Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что с целью уменьшения расхода меди обмоток компенсатора, между рядом расположенными стержнями разных магнитопроводов установлены два магнитных шунта. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Полупроводниковые выпрямители.Под.ред.Ф.Ковалева. М., Энергия, 1978, с. 100. 2. Электрические станции, сети и системы. Экспресс-информация, ВИНИТИ, 47, 1971, с. 6, рис. 1.

.3 «.,s