Преобразователь многофазного напряжения в постоянное и способ управления преобразователем Советский патент 1982 года по МПК H02M1/12 H02M7/12 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МНОГОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

1

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано, например, в электрохимическом производстве, а также в металлургической промышленности.

Известны преобразователи напряжения, содержащие трансформаторы-с обмотками, соединенными по разным схемам С1 .

, 10

Недостатком известных схем преобразователей является сложность конструктивного исполнения трансформатора.

Известен также способ управления преобразователем напряжения, заключаю з щийся в подаче управляющих напряжений на выпрямительные -мосты с временным сдвигом Г2 .

Это позволяет улучшить гармонический состав выпрямленного напряжения 20 и сетевого тока Нреобразователя, но ведет к увеличению установленной мощности силового трансформатора преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь многофазного напряжения в постоянное, который содержит согласующий трансформатор и п выпрямительных мостов, выходы KQJOрых соединены параллельно через уравнительные элементы, а входы объединены ГЗ.

Наиболее близким к предлагаемому способу управления преобразователем является способ, заключающийся в подаче п последовательностей управляющих импульсов, причем импульсы, подаваемые на вентили, подключенные к одной фазе, чередуют по замкнутому повторяющемуся циклу с частотой в п раз меньшей частоты напряжения питающей сети С4.

Однако известные преобразователь и способ управления.имеют недостаточно хороший гармонический состав переменного тока и пониженное качество выходного напряжения. Это объясняется тем, что управление преобразовате39/4лем по известному способу ведет к увеличению пульсаций в выпрямленном напряжении и, следовательно, амплитуд его гармонических составляющих. Основной гармоникой является шестая, относительная амплитуда которой в процессе регулирования выходного напряжения преобразователя по известному способу возрастает и может дости гать своего максимального значения, равного 0,2. При заданной величине пульсаций выпрямленного тока это ведет к ухудшению массогабаритных пока зателей за счет увеличения установленной мощности сглаживающего дросселя фильтрующего устройства. Управление преобразователем по известному способу приводит также к изменению формы кривой переменного гока. в которой имеют место гармоники с поряд.ковыми номерами К 6 t1(,2,3,.. Амплитуды отдельных гармонических со ставляющих и их общее относительное содержнаие в кривой переменного тока при некоторых значениях углов подачи управляющих напряжений на вентили до стигают таких же величин, как в шестипульсной схеме. Цель изобретения - улучшение гармонического состава выпрямленного напряжения и тока, потребляемого пре образователем. Поставленная цель достигается тем что преобразователь снабжен R-1 модулями, подключенными к R-1 многофазным вторичным обмоткам согласующего трансформатора, а также R коммутаторами , включенными между блоком управления и управляющими входами вентилей, причем блок.управления дополнен R-1 фазосдвигающими узлами и R(n-1) ячейками временной задержки, включенными между выходами фазосдвигающих узлов и входами коммутаторов, причем п-1 выходов каждого из фазосдвигающих узлов связаны с входом коммутатора через п-1 ячеек временной задержки, а оставшийся выход- не посредственно. Поставленная цель достигается также тем, что согласно способу управления преобразователем подают Rn последовательностей управляющих импульсов, причем импульсы, подаваемые на вентили, подключенные к одной фазе черезуют по замкнутому повторяющемуся циклу с частотой в п раз меньшей частоты напряжения питающей сети, а фазу этих последовательносте импульсов изменяют одновременно, причем разность фаз между и Rn-1 последовательностями импульсов выбирают равной J7/3R-n радиан по частоте напряжения питающей сети. Указанная разность фаз между Rn и Rn-1 последовательностями импульсов осуществляется за счет подачи R(n-l) задающих напряжений, отличающихся на величину U, на входы Я(п-1)-й ячейки временной задержки. Численное значение U рассчитывается исходя из параметров пилы генератора пилообразного напряжения системы импульсно-фазового управления и величины указанного временного сдвига по формуле где максимальное напряжение пилы ; С - длительность пилы. Это позволяет улучшить гармонический состав выпрямленного напряжения и тока, потребляемого преобразователем из сети. На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя с числом выпрямительных мостов R-n (R 2, n 2); на фиг, 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства по фиг. 1. Преобразователь (фиг. 1) состоит из трехфазного трехобмоточного трансформатора, имеющего первичную обмотку 1, соединенную в звезду, вторичные обмотки 2 и 3, соединенные соответственно в треугольник и звезду, и четырех выпрямительных мостов, собранных на тиристорах . Выпрямительные мосты разделены на два модуля, каждый из которых содержит два моста, соединенные на стороне постоянного тока параллельно через уравнительные реакторы 28, 29 и 30, 31. Средние точки уравнительных реакторов выведены и подсоединены к нагрузке 32. Переменные входы мостов в каждом модуле объединены и подключены к выводам вторичных обмоток трансформатора, а управляющие электроды тиристоров связаны с блоком 33 управления через коммутаторы 3 и 35, причем блок 33 управления выполнен в виде двух фазосдвигающих узлов 36 и 37, один выход каждого из которых связан с входом соответствующего коммутатора З и 35 через ячейки 38 и 39 временной за держки соответственно, а второй выход - непосредственно. На фиг. 2 и 3 изображены системы lO и 1 трехфазных напряжений на зажимах обмоток 2 и 3; токи и АЗ тиристоров -15 и 16-27, фазные токи А и S обмоток 2 и 3 ток k6,. потребляемый преобразователем по фиг. 1, напряжения анодных и катодных групп выпрямительных мостов собранных на тиристорах Э, 10-15, 16-21, 22-27 соответственно, выпрямленное напряжение 51 преобразователя по фиг. 1. Реализация предложенного способа управления в приведенной схеме осуществляется следующим образом. Фазосдвигающие узлы Зб и 37 вырабатывают две симметричные шесТифазные последовательности управляющих импульсов с фазовыми углами cL и сЛ -, которые с-соответству ющих выходов фазосдвигающих узлов Зб и 37 поступают на ячейки 38 и 39 аре менной задержки и входы коммутаторов 3 и 35. Ячейки временной задерж ки осуществляют изменение фазового угла управляющих импульсов дискоетно на величину, равную -- -г радиан по частоте напряжения питающей сети. В результате на входы коммутаторов поступает четыре ( Ц последовательности уп}эавляющих импyJ ь сов с-фазовыми углами oL оЦ- + (i -i|- dT+i-l4: (где i 1,2,3.,,,,. R-rt t; dj- текущее значение угла), сдвинутыми по отношению друг к другу на -- радиан по частоте напряжения питающей сети. При этом шестифазные последовательности управляющих импульсов с фазовыми углами d- , cL(j предназначены для управления мостами подключенными к обмотке трансформатора, соединенной в треугольник, а с фазовыми углами ct, 4 мостами, подключенными к обмотке, соедине ной в звезду. Коммутаторы 3 и 35 распределяют управляющие импульсы между тиристорами так, что синфазные тиристоры преобразователя включаются последовательно с временным сдвигом, равным - радиан по частоте напряже ающей сети. Кроме того, комму ния пита татор изменяет величину углов включе ния каждого тиристора по замкнутому повторяющемуся циклу таким образом, что за время полного цикла, содержащего п периодов питания напряжения, углы включения каждого тиристора принимают п значений: в первом периоде своего проводящего состояния импульс управления на тиристор, например. 5 подается с углом ci-i, в следующем с ci-q, затем снова с d.-t и т.д. На нагрузке преобразователя по фиг. 1, управляемого по предлагаемому способу, имеем 6 R-n 2 -пульсный режим выпрямления, для которого коэффициент пульсаций к„ iSuV/ d где Vy - V-гармоника выпрямленного напряжения; Uj - постоянная составляющая выпрямленного напряжения. Например, при 0 0,8 Kf 0,075, при ид 0,45 К„ 0,183 и т.д., в то время как при использовании известных устройства и способа при и 0,8 К 0,168, а при Uj 0, К„ 0,389. Общее относительное содержание высших гармоник в кривой переменного тока преобразователя по фиг. 1, управляемого по предлагаемому способу, составляет 7,8%, в то время как у известных способа и устройства эта величина находится на уровне 31-32 практически во всем диапазоне регулирования выходного напряжения. Увеличение выпрямительных мостов в каждом модуле преобразователя и управление преобразователем по предлагаемому способу обеспечивает-дальнейшее улучшение характеристик преобразователя за счет уменьшения в переменном токе уровня гармоник бЯ- ,| а в выпрямленном напряжении - уровня гармоник 6R-i, где i 1,2,3 без чисел вида jn, j (l,oo). Следовательно, предлагаемый преобразователь, управляемый по предлагаемому способу, является многопульсным преобразователем, отличающимся наряду с высокими технико-экономическими показателями максимальной прос тотой конструктивного исполнения трансформатора. Преобразователь, управляемый -по- предлагаемому способу, может найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства (электрохимия, электрометаллургия, электролизные установки и т.д.). Особен|чостью предлагаемого способа управления является абсолютная просто7 kта его реализации. Экономическая эффективность рассматриваемого предложения определяется более высокими энергетическими показателями по сравнению с известным способом. Суммарный ущерб от несину.соидальности наг1ряжения при использов.ании на металлургических предприятиях средней мощности известных преобразователей, управляемых по известному способу, составляет NWHHMyM 50000 руб. Применение предлагаемого преобразователя, управляемого по предлагаемому способу, позволяет снизить этот ущерб в 10, раза и, следовательно, получить экономический эффект как минимум руб. Формула изобретения 1. Преобразователь многофазного напряжения в постоянное, содержащий согласующий трансформатор по крайней Мере с одной многофазной вторичной обмоткой, а также модуль собранный на п управляемых вентильных мостах, выходы которых соединены параллельно через уравнительные элементы, а входы объединены и подключены к многофазной вторичной обмотке трансформат ра, и блок управления с фазосдвигающим узлом, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения и потребляемого преобразователем тока, он снабжен R-1 упомянутыми модулями, подключенными к введенным R-1 многофазным вторичным обмоткам- согла 8 сующего трансформатора, а также R коммутаторами, включенными между блоком управления и управляющими входами вентилей, причем блок управлеиия дополнен R-T фазосдвигающими уз-. лами и R(n-1) ячейками временной задержки, включенными между выходами ;фазосдвигаю(цих узлов и входами комЬутаторов,п -1 выходов каждого из фазрсдвигающих узлов связаны с входом коммутатора соответственно через п-1 ячеек временной задержки, а один оставшийся выход - непосредственно. 2. Способ управления преобразователем напряжения по п. 1, состоящий в том, что на его вентили подают R-п последовательностей управляющих импульсов, причем импульсы, подаваемые на. подключенные к одной фазе вентили, чередуют по замкнутому повторяющемуся циклу с частотой в п раз меньшей частоты напряжения питающей сети, от л и .4 а ю щ,и и с я тем, что одновременно изменяют фазу этих последовательностей, причем выбирают разность фаз между R-n и R-n-l последовательностями импульсов равной ЗГ/JRп радиан по частоте напряжения питающей сети. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы. М., 1967. 2.Патент США № 3769570, кл. 321-9 Н 02 М 1/12 , 1969. 3.Авторское свидетельство СССР № 395953, кл. Н 02 М 7/08, 1970. k. Авторское свидетельство СССР № 262247, кл. Н 02 Р 13/16, 1968.

5(с(г) I 7(с(2} S((an

8(с(г} ( dfo(i) Ш)

. Г ШгП Wi)A 5Ш Ш1) ms) I i6fd3i 8(dif} 20(3) I m 2fM ШзГ Ш 1S(d3) liJT г i(cLit I I жогj) I 2Ш1) I ) I I /7/6f y| ту fJ/b(} fffit i) «) тз) I Cds) I 17fol }

5i.