Преобразователь переменного напряжения в постоянное

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 11 Н 02 М ОП ИЗОБ НИ К АВТОРСНОМ У И ЕТЕЛЬ ичаю- маг- еди- азде- гнитщийся т нитопров ный треленный ным шун 3. Прся тем, чпроводадвух отпроводов. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Челябинский политехнический институтим. Ленинского комсомола, Свердловскоепроизводственное объединение Уралэлектротяжмаш им. В. И. Ленина и Норильскийвечерний индустриальный институт(54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий трансформатор, на первой части трехстержневого магнитопроводакоторого уложена подключенная к питающейсети первая трехфазная сетевая обмотка,первая трехфа зная вентиль ная обмотка,соединенная в прямую звезду, и вторая трехфазная вентильная обмотка, соединеннаяв обратную звезду, первую шестифазнуювентильную группу, подключенную катодамивентилей на неполную симметричную шестифазную систему напряжений с помощьюотпаек от первой и второй трехфазных вентильных обмоток между анодами противофазных троек вентилей которой включенпервый двухфазный уравнительный реакторсо средней точкой, подключенной к отрицательному выводу для подключения нагрузки,вторую шестифазную вентильную группу,подключенную анодами вентилей на полнуюсимметричную шестифазную систему напряжений первой и второй трехфазных вентильных обмоток, к трем точкам соединения катодов противофазных вентилей которой подключена трехфазная конденсаторная батарея, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня высших гармоник в сетевом токе,ЯО 1078558 А и в выпрямленном напряжении преобразователя, а также улучшение массогабаритных показателей за счет уменьшения установленной мощности конденсаторных батарей и упрощения, трансформатор дополнительно снабжен второй частью трехстержневого магнитопровода, на котором дополнительно уложены подключенная к питающей сети вторая трехфазная сетевая обмотка, третья трехфазная вентильная обмотка, соединенная в прямую звезду, и четвертая трехфазная вентильная обмотка, соединенная в обратную звезду, и дополнительно введены третья шестифазная вентильная группа, подключенная объединенными анодами противофазных вентилей к соответствующи м трем точкам соединения катодов противофазных вентилей второй шестифазной вентильной группы, а катодами вентилей на полную симметричную шестифазную систему напряжений третьей и четвертой вентильных обмоток и четвертая шестифазная вентильная группа, подключенная анодами на неполную симметричную шестифазную систему напряжений с помощью отпаек от третьей и четвертой трехфазных вентильных обмоток, между катодами противофазных троек вентилей которой включен второй дополнительно введенный двухфазный уравнительный реактор со средней точкой, подключенной к положительному выводу для подключения нагрузки. реобразователь по п. 1, отл ем, что первая и вторая част ода трансформатора образую хстержневой магнитопровод, перпендикулярно стержням м том на две части. еобразователь по п. 1, отличающиито первая и вторая части магнитотрансформатора выполнены в виде дельных трехстержневых магнито078558 4. Преобразователь по п. 1, отличающий ся тем, что первая трехфазная сетевая об. мотка соединена в звезду, а вторая трехфазная сетевая обмотка - в треугольник, причем по отношению к питающей сети сетевые обмотки включены параллельно.5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что вторая трехфазная сетевая обмотка соединена в треугольник, к вершинам которого подключены фазные обмотки первой трехфазной сетевой обмотки, причем сво 1Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где требуется преобразование переменного напряжения в плавно регулируемое постоян ное с повышенным коэффициентом мощности в частности на железнодорожном транспорте в электроприводе и др.Известен несимметричный компенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное с тройной частотой напряжения на конденсаторах, содержащий шестифазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в треугольник, а вторичные соединены в две обратные звезды с объединенными нулевыми точками. 15 В состав преобразователя входят также две вентильные группы, одна из которых включена на полные фазные напряжения вторичных обмоток трансформатора, а вторая - на неполные фазные напряжения, В вентильные группы включены конпенсирующие устройства в виде двухфазных реакторов, зашунтированных специально подобранными конденсаторными батареями. Данный преобразователь обладает повышенным коэффициентом сдвига (сов) при плавном ре гулировании напряжения, хорошими регулировочными свойствами и позволяет по сравнению с некомпенсированными выпрямителями, пропустить в нагрузку большую активную мощность 1.Однако данный преобразователь обеспечивает лишь шестифазное преобразование, а следовательно, имеет достаточно высокий уровень высших гармоник в сетевом токе и в выпрямленном напряжении. Кроме того, он работает в режиме с шестидесятиградусной длительностью вентильного тока, что приводит к относительно плохому использованию мощности трансформатора и вентилей.Прототипом данного изобретения является преобразователь переменного напря боднь 1 е выводы первой трехфазной сетевой обмотки подключены к питающей сети.6. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что первая и четвертая шестифазные вентильные группы выполнены на управляемых вентилях, а вторая и четвертая шестифазные вентильные группы - на неуправляемых вентилях.7. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что все шестифазные вентильные группы выполнены на управляемых вентилях. жения в постоянное, содержащий трансформатор, на первой части трехстержневого магнитопровода которого уложена подклЮ- ченная к питающей сети первая трехфазная сетевая обмотка, первая трехфазная вентильная обмотка, соединенная в прямую звезду, и вторая трехфазная вентильная обмотка, соединенная в обратную звезду, первую шести фазную вентильную группу, подключенную катодами вентилей на неполную симметричную шести фазную систему напряжений с помощью отпаек от первой и второй трехфазных вентильных обмоток, между анодами противофазных троек вентилей которой включен первый двухфазный уравнительный реактор со средней точкой, подключенной к отрицательному выводу для подключения нагрузки, вторую шестифазную вентильную группу, подключенную анодами вентилей на полную симметричную шестифазную систему напряжений первой и второй трехфазных вентильных обмоток, к трем точкам соединения катодов противофазных вентилей которой подключена трехфазная конденсаторная батарея, Компенсирующее устройство в этом преобразователе включает также трехфазный реактор, зашунтированный указанной конденсаторной батареей.Нулевая точка реактора компенсирующего устройства, подключена к положительному выводу нагрузки, Прототип имеет повышенный коэффициент сдвига при плавном регулировании напряжения. В нем хорошо используются трансформатор и вентили за счет стодвадцатиградусной длительности вентильного тока, Путем соответствующего выбора напряжений отпаек в прототипе может быть получен любой диапазон регулирования выпрямленного напряжения первой шестифазной вентильной группой, Причем вследствие того, что вторая шестифазная вентильная группа практически не используется . для регулирования напряжения, а напряжения отпаек для первой шестифазной5 на первой части трехстержневого магнитопровода которого уложена подключенная З 5 к питающей сети первая трехфазная сетевая обмотка, первая трехфазная вентильная обмотка, соединенная в прямую звезду, и вторая трехфазная вентильная обмотка, соединенная в обратную звезду, первую шестифазную вентильную группу, подключенную катодами вентилей на неполную симметричную шестифазную систему напряжений с помощью отпаек от первой и второй трехфазных вентильных обмоток, между 50 55 вентильной группы выбираются минимально необходимыми для заданного диапазона изменения выпрямленного напряжения, мощность конденсаторной батареи в компенсирующем устройстве минимальна 2.Однако уровень высших гармоник в сетевом токе и в выпрямленном напряжении прототипа, как и у любых шестифазных преобразователей, остается высоким. Традиционный путь снижения уровня высших гармоник переходом к двенадцатифазному преобразованию за счет соединения вентильных обмоток трансформатора не только в звезду, но и в треугольник не позволяет устанавливать минимальную мощность батареи в компенсирующих устройствах при диапазоне изменения выпрямленного напряжения, не превышающем 50 - 60% от номинального напряжения. Это обусловлено тем, что с помощью отпаек от трехфазной обмотки, соединенной в треугольник, нельзя получить фазные напряжения, меньшие половины фазных напряжений всей обмотки. Кроме того, компенсирующее устройство прототипа требует использования специального трехфазного реактора.Цель изобретения - снижение уровня высших гармоник в сетевом токе и выпрямленном напряжении, а также улучшение массо-габаритных показателей за счет умень шения установленной мощности конденсаторных батарей и упрощение за счет исключения трехфазных реакторов из компенсирующих устройств преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трансформатор,анодами противофазных троек вентилей которой включен первый двухфазный уравнительный реактор со средней точкой, подключенной к отрицательному выводу для подключения нагрузки, вторую шестифазную вентильную группу, подключенную анодами вентилей на полную симметричную шестифазную систему напряжений первой и второй трехфазных вентильных обмоток, к трем точкам соединения катодов противофазных вентилей которой подключена трехфазная конденсаторная батарея, трансформатор дополнительно снабжен второй частью трех- стержневого магнитопровода, на котором дополнительно уложены подключенная к 15 2 О 25 30 45 питающей сети вторая трехфазная сетевая обмотка, третья трехфазная вентильна я обмотка, соединенная в прямую звезду, и четвертая трехфазная вентильная обмотка, соединенная в обратную звезду, и дополнительно введены третья шестифазная вентильная группа, подключенная объединенными анодами противофазных вентилей к соответствующим трем точкам соединения катодов противофазных вентилей второй шестифазной вентильной группы, а катодами вентилей - на полную симметричную шестифазную систему напряжений третьей и четвертой вентильных обмоток, и четвертая шестифазная вентильная группа, подключенная анодами на неполную симметричную шести фаз ную систему напряжений с помощью отпаек от третьей и четвертой трехфазных вентильных обмоток, между катодами противофазных троек вентилей которой включен второй дополнительно введенный двухфазный уравнительный реактор со средней точкой, подключенной к положительному выводу для подключения нагрузки.Кроме того, в данном преобразователе первая и вторая части магнитопровода трансформатора образуют единый трехстержневой магнитопровод, разделенный перпендикулярно стержням магнитным шунтом на две части.При этом первая и вторая части магнитопровода трансформатора выполнены в виде двух отдельных трехстержневых магнитопроводов.Причем первая трехфазная сетевая обмотка может быть соединена в звезду, а вторая трехфазная сетевая обмотка - в треугольник, причем по отношению к питающей сети сетевые обмотки включены параллельно. Кроме того, вторая трехфазная сетевая обмотка соединена в треугольник, к вершинам которого подключены фазные обмотки первой трехфазной сетевой обмотки, причем свободные выводы первой трехфазной сетевой .обмотки подключены к питающей сети.Кроме того, первая и четвертая шестифазные вентильные группы могут быть выполнены на управляемых вентилях, а вторая и четвертая шестифазные вентильные группы - на неуправляемых вентилях.При этом все шестифазные вентильные группы выполнены на управляемых вентилях.На чертеже представлена принципиальная схема одного из вариантов предлагаемого преобразователя переменного напряжения в постоянное,Схема содержит трансформатор 1 с магнитопроводом, разделенным магнитным шунтом 2 на первую 3 и вторую 4 части. На первой и второй частях магнитопровода расположены сетевые 5 и 6 и вентильные 7 -10 обмотки. К вентильным обмоткам подключены первая 11, вторая 12, третья 13 и четвертая 14 шестифазные вентильные группы. В вентильные группы 12 и 13 включена трехфазная конденсаторная батарея 15. В вентильные группы 11 и 14 - двухфазные5 уравнительные реакторы 16 и 17. Преобразователь работает следующим образом,При подключении трансформатора 1 пре образователя переменного напряжения в постоянное к питающей сети за счет различных схем соединения первой 5 и второй 6 сетевых обмоток осуществляется сдвиг коммутационных процессов на 30 эл. град. в третьей 13 и четвертой 14 шестифазных вентильных группах по отношению к первой 11 и второй 12 группам. В результате весь преобразователь работает в режиме двенадцати фазного преобразования, а следовательно, с уменьшенным по сравнению с. 20 прототипом уровнем высших гармоник в сетевом токе и в выпрямленном напряжении, При протекании выпрямленного тока в конденсаторах конденсаторной батареи 15 создаются напряжения двойной (по отношению к питающей сети) частоты, которые входят в контуры коммутации вентилей групп 12 и 13 и осуществляют их искусственную коммутацию. За счет подключения к каждому входному выводу конденсаторной батареи 15 тех вентилей в группах 12 и 13, фазные напряжения трансформатора которых сдвинуты на 90 эл. град, (к выводам конденсаторной батареи подключены катоды противофазчых вентилей фаз С, А и В группы 12 и аноды противофазных вентилей фаз А, В и С группы 13) в кривой тока через з конденсаторы содержатся только 2-я, 10-я, 14 я и т. п. гармоники. Четвертой и кратных ей гармоник тока в конденсаторах в отличие от прототипа, здесь нет, ибо угол 90 эл. град. является периодом для четвертых гармоник, созданных в конденсаторах группами 12 и 13 и протекающих через них во встречном направлении, Б связи с этим напряжения на конденсаторах имеют благоприятную форму, близкую к форме синусоиды двойной частоты, Вентильными группами 12 и 13 выпрямленное напряжение либо вообще не регулируется, либо при выполнении этих групп на управляемых вентилях регулируется в узком диапазоне. Это позволяет обеспечивать высокую эффективность использования конденсаторной батареи 15. Выпрямленное напряжение регулируется плавно вентильными группами 11 и 14. Положение отпаек от вентильных обмоток 7 - 10 выбирается таким, чтобы заданный диапазон регулирования выпрямленного напряжения обеспечивался минимальными напряжениями отпаек, на которые включены группы 11 и 14. В процессе регулирования вентильные группы 11 и 14 переходят из выпрямительного в инверторный режим работы, Использование инверторного режима позволяет снизить потребляемую группами 11 и 14 реактивную мощность и тем самым снизить установленную мощность конденсаторных батарей. Включением конденсаторной батареи только в группы 12 и 13 и одновременное управление только группами 11 и 14 позволяет дополнительно снижать уровень гармоник в сетевом токе и выпрямленном напряжении за счет сдвига коммутационных процессов в группах2 и 13 по отношению к группам 11 и 14, Управление группами 11 и 14, можно осуществлять и поочередно. В этом случае получаем дополнительный эффект в новышении коэффициента сдвига, а следовательно, и возможность дополнительного снижения мощности батареи 15. Наличие двухфазных уравнительных реакторов 16 и 17 обеспечивает нормальную 120-градуснук работу вентилей преобразователя.Таким образом, при использовании изобретения в сетевом токе и в выпрямленном напряжении преобразователя снижается уро вень высших гармоник. В отличие от прототипа в сетевом токе устраняются 11-я и 13-я, а в выпрямленном напряжении 6-я гармоники, что обеспечивает высокое качество электрической энергии, а также уменьшается установленная мощность конденсаторной батареи в результате установки минимальных для заданного диапазонарегулирования напряжений отпаек от вентильных обмоток, что стало возможным лишь за счет предлагаемой схемы соединения всех вентильных обмоток в звезду и поочередного управления вентильными группами, работающими на напряжениях отпаек. Кроме того, из компенсирующих устройств исключаются трехфазные реакторы специального изготовления В 12-фазном варианте прототипа потребовалось бы два таких реактора. Исключение этих двух реакторов обеспечивает снижение капитальных затрат и упрощение устройства в целом.