Параметрический источник постоянного тока

)5 Н 02 М 7/ БРЕТЕНИ ПИСАНИ АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТВУ орно-ме,Завеня- объеди- .И.Лениванов а. матс рное ьных ус 9, стр.65, ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕ НТ СССР)(21) 4918530/07 (22) 07.02,91 (46) 15.12;92. Бюл. М 46 (71) Завод-атуз при Норильском г таллургическом комбинате им.АП гина и Научно-производственное нение "Уралэлектротяжмаш" им.В на (72) Г.В.Иванов, А.Л.Амромин, В.Г. С.П. Раковский (56) Фишлер Я.Л. и др. Трансфор оборудование для преобразовател тановок, МЭяергоатомиздат, 198 фиг,1 - 31,Авторское свидетельство СССР М 1403297, кл. Н 02 М 7/12, 1987,(54) ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Использование: изобретение может быть использовано в качестве стабилизированного источника питания для электротермических, электролизных и другихзлектротехнологических установок. Сущность изобретения: устройство состоит иэ трехфазного трехстержневого реактора 1 с основными стабилизирующими обмотками 2-4 и двумя системами трехфазных вспомогательных обмоток 5 - 7 и 8-10, соединенных. с основными по схемам правого и левого неравносторонних зигзагов; двух трехстержневых преобразовательных трансформаторов 12, 13, сетевые обмотки 14-16 и 17-191781799 которых выполнены с отпайками и подключены к соответствующим вспомогательным обмоткам 5-7 и 8-10; трех устройств 20-22, 23 - 25 и 60,61 для переключения отпаек под нагрузкой; четырех трехфазных вентильных мостов, входами подключенных к вентильным обмоткам 26 - 28 и 29 - 30 трансформаторов; компенсирующих обмоток 56, 57, расположенных на четвертых стержнях преобразовательных трансформаторов; компенсирующих конденсаторов 58, 59 и Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в силовойпреобразовательной технике в качествестабилизированного источника питания дляэлектротермических, электролизных и других электротехнологических установках,Известен параметрический источниктока, в котором сетевые обмотки преобразовательного трансформатора началамиподключены к питающей сети, а концами 10пофазно включены к выводам обмоток треходнофазных стабилизирующих реакторов ифазных конденсаторов стабилизирующейконденсаторной батареи, а свободные выводы последних подключены соответственно к отстающей и опережающей фазампитающей сети по отношению к началамфазных сетевых обмоток трансформатора,В этом устройстве выпрямительныеблоки выполнены по нулевой схеме "две обратные звезды" с уравнительным реактором. Недостатком этой установки являютсябольшие габариты трех однофазных стабилизирующих реакторов и батареи стабилизирующих конденсаторов, изменение 25коэффициента мощности в сторону ухудшения при регулировании стабилизированного тока нагрузки в широких пределах,Известен также компенсированныйпреобразователь, содержащий также трехфазный преобразовательный трансформатор, который началами сетевой обмоткиподключен к питающей сети, а концами пофазно последовательно подключен к трехфазной компенсирующей конденсаторной 35батарее, свободные выходные выводы которой подключены к общим выводам трехфазного стабилизирующего реактора истабилизирующей трехфазной конденсаторной батареи, имеющей равные индуктивные и емкостные сопротивления начастоте питающей сети, а свободные выводы обмоток стабилизирующего реактора иконденСаторов стабилизирующей конденстабилизирующей конденсаторной батареи 11, Наличие множества регулировочных отпаек у сетевых обмоток 14-16 и 17-19, компенсирующих обмоток 56, 57 и устройств 20-22, 23-25, 60, 61 для переключения отпаек под нагрузкой, позволяет регулировать стабилизированный ток нагрузки в широких пределахбез потребления реактивной мощности из сети, улучшая тем самым энергетические показатели устройства. 1 ил. саторной батареи также подключены соответственно к отстающей и определяющей фазам питающей сети по отношению сетевых обмоток преобразовательного трансформатора, вентильные обмотки выполнены также по схеме "две обратные звезды" с уравнительным реактором и подключены к выпрямительным блокам, выполненным по нулевой схеме.В этой установке по сравнению с предыдущей уменьшены габариты стабилизирующего реактора за счет совмещения трех однофазных реакторов в один трехфазный, а также за счет определенного выбора величины емкости компенсирующей батареи, обеспечивающей уменьшение суммарной конденсаторной мощности. Однако эта установка не лишена недостатков. В ней не предусмотрено регулирование стабилизированного тока нагрузки в широких пределах, Она имеет шестифазную пульсацию выпрямленного напряжения, что не всегда удовлетворяет требованиям технологических процессов, например, при получении качественных цветных металлов путем электролиза и других электрохимических процессов. Кроме того недостатками этой установки является наличие уравнительного реактора значительной мощности, по обмоткам которого протекает половина выпрямленного тока преобразователя, а также низкое использование преобразовательного трансформатора из-за необходимости наличия двух трехфазных вентильных обмоток для нулевой схемы преобразования.Следующим существенным недостатком данной установки является возникновение аварийного режима при случайных о рывах цепи нагрузки постоянного гока обили при исчезновении одной из фаз питающей сети, т.к. эти причины вызывают короткое замыкание со стороны питающей сети для такого источника тока. Кроме того в выпрямительном блоке данной установки при 45пробое вентиля в любом иэ плеч будут возникать двух- и трехфазные короткие замыкания вентильных обмоток, что можетвызвать выход из строя здоровых вентилейдвух других плеч. 50В связи с этим приходится искусственно увеличивать сопротивления короткогозамыкания преобразовательных трансформаторов для нулевых схем, Указанныенедостатки приводят к существенному повышению установленной мощности трансформаторного оборудования и снижениюнадежности данной установки,Целью изобретения является обеспечение стабилизации тока в нагрузке в широком диапазоне его регулирования,улучшение формы выходного напряжения,повышение надежности, улучшение массогабаритных и энергетических показателей.В параметрическом источнике постоянного тока, содержащем трехфазный стабилизирующий реактор, основные обмоткикоторого одними выводами соединены свходными выводами для подключения питающей сети, стабилизирующую конденсаторную батарею, компенсирующиеконденсаторы, а также основной преобразовательный блок, включающий преобразовательный трехфазный трансформатор, натрех стержнях магнитопровода которого, 15расположены трехфазные сетевая и вентильная обмотки, и вентили, согласно изобретению. стабилизирующий реактордополнительно снабжен двумя системамитрехфазных вспомогательных обмоток, одни выводы которых соединены со свободными выводами основных обмоток реакторапо схемам, соответственно, правого и левого неравностороннего зигзага, конденсаторы стабилизирующей конденсаторной 25батареи соединены в звезду, концы которойподключены к соответствующим общим точкам соединения основных и вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора,магнитопровод трансформатора, основного 30преобразовательного блока дополнительноснабжен четвертым стержнем, на которомрасположена дополнительно введеннаякомпенсирующая обмотка, выполненная сотпайками от соответствующих частей ее 35витков,.которая через дополнительно введенное первое устройство для переключения отпаек под нагрузкой зашунтированаодним из компенсирующих конденсаторов,трехфаэная сетевая обмотка преобразовательного трансформатора соединена в звезду и выполнена в каждой фазе с отпайкамиот соответствующих частей ее витков и через дополнительно введенное второе устройство для переключения отпаек под нагрузкой соединена с трехфаэным входом преобразовательного блока, соединенным со свободными выводами одной иэ указанных систем вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора, вентили соединены по схеме двух трехфазных выпрямительных мостов, соединенных по выходу постоянного тока параллельно, причем, начала и концы трехфазной вентильной обмотки преобразовательного трансформатора подключены к диагоналям переменного тока соответствующих выпрямительных мостов, общие точки соединения анодных и катодных групп вентилей которых образуют выходные выводы для подключения нагрузки, и дополнительно введен идентичный основному дополнительный преобразовательный блок, соединенный по выходу параллельно с основным, причем трехфазный вход дополнительного преобразовательного блока соединен со свободными выводами другой системы вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора.В предлагаемом устройстве включение вспомогательных обмоток трехфазного реактора позволяет создавать сдвиг фаз между напряжениями сетевых обмоток четырехстержневых преобразовательных трансформаторов ЗОО, что обеспечивает 12- ти фазную пульсацию выпрямленного напряжения преобразователя, одновременно существенно уменьшаются относительная установленная мощность трехфазного реактора по отношению к выходной мощности преобразователя, чем в прототипе.Наличие большого количества регулировочных отпаек у сетевых и компенсирующих обмоток и устройств для переключения отпаек под нагрузкой специальных четырех- стержневых трансформаторов позволяет регулировать стабилизированный ток нагрузки в широких пределах без потребления реактивной мощности из сети, улучшая тем самым энергетические показатели устройства, Наличие четвертых стержней у преобразовательных трансформаторов создает путь для замыкания потоков нулевой последовательности кратным путем и тем самым обеспечивается продолжительность работы вентилей трехфазных мостов в течение 1/3 части периода без применения громоздких двухфазных уравнительных реакторов. Причем масса вентильных обмоток в каждом преобразовательном трансформаторе заявляемого устройства уменьшается в 2 раз по сравнению с общей массой двух вентильных обмоток в прототипе, что позволяет1781799уменьшить установленную мощность транс- сд ф 30форматорного оборудования. Кроме того бдвиг аз по ме нап яжг, в тевых обмоток 14-16 и 17-19, и соотвжду р ениями сепредлагаемом устройстве осуществляетсб- , , оответстглубокое ограничение аварийных токов пр бя венно вентильных обмоток 26-28- 8 и 29-31пробое вентилей в любом из плеч 5 13,и прео разовательных т анср форматоров 12 ич за счет 3, что обеспечивает 12-ти фазныналичия в аварийном контуре большого со- и еобф зныи режимо- преобразования трехфаэными мостами, выивления нулевой последовательностиполненными на вентилях 32-37, 38-43 44 хфь,а также исключаются аварийные режим 49 50 - 55. Нпри случайных исчезновениях одной фы , - . аличие четве тыхсети или при обрыве цепи постоянного ток 10азы магнитопроводов и еоб азоватР Р в тельныхчто позволяет существенно повь са, трансформаторов 12 и 13 сор оздает путь длядежность устройства,ить на- замыкания магн итного потока третьих гармоник, В результате напряжения на о мотНа чертеже представлена принципи- ках 26-28 и 29-31обмотальная схема устройства,ках - 8 и 29-31, кроме основнойПараметрический источуяу д Р ать третьи гармогармоники б т со е жник посто- ники, кото ые вы авянного тока м,цркю е фстержневой реакто 1 с ор х азныи трех- значения нап ряжении параллельно работатор с основными . ющих: вентильных обмоток 26-28 и 29 стабилизирующими обмотками 2 - 4 и двумя Эток - и 9-31.системами трехфазных вспомбгательных и оп скан- то создает условие ля од дновременногообмо о 5-7 8-10 РопУсканиЯ тока двУмЯ вентилЯми во всехток - и - , включенными к выво четы ех т ехфа н хдам основных обмоток по хр р фазных мостах в междукоммук по схеме в правые и тационном интервале. П и этлевые неравносторонние зигзаги ст бр е. Ри этом продолжиги, ста или- тельность пооводимости везирующая трехфаэная конденса б - 0 б уторная а- составлять 120 О бя в звезду и своими фазныхуравнительных еакто ов.выводами подключенная к общим точ .25соединения основных и вспомо ам точкам . да вентильного тока б етуд составлять 1/4обмоток трехфазного еакт 1в помогательных часть вып ямленнр ого тока установки. Потоные четырехстержневые пре бреактора, трехфаз- ки третьей га моники тР рех основных стержные трансформаторы 12 13и ео раэователь- ней четы ехсте жнр р евых трансформаторовобмотками 14-16 и 17 - 19,и с сетевыми 12, 13, и охо ями - и - , имеющими боль д т наво ить ЭД3, проходя по четвертому стержню, бушое количество ег пи ову д ЭДС третьеи гармоники в комво регулировочных отпаек и пенсирующих обмотках 56, 57 кподключенными к выходным выводам вспотках которыемогательных обмоток трехфа - Ру щподключены своими выв одами на компенсиустр йс 20-22 23-25х аэного реакто- рующие кон енпереключения отпаек под нагруз н Нап яжениян- 5, для ства переключения по нагченными соответственнои - , вклю- торах 58 и 59, т анср сформируясь через конур утации вентилей обеспечиваютмежду выводами т ы коммтока трехфаэных вентильных их искусственн ю комм тмостов, собранных на в 32- 3вентилях -4 и 44- дит к повышению коэ и и ну нную коммутацию, что приво 55 компенсирующими обмотками 56 57 40четвертых стержнях магнитопроводов перм, на установки, близкой к едини е, Для бц,Д яо еспевого и второго трансформаторов ичения стабилизации выхо н гд о о тока пара ми большое количество отпаек и т ех а, имеющи- метры стабилизи ю их ору щ бмоток 2-4в отпаек рехфэщ реактора батареи стабилиных своими выводами к компен- зи ю их консирующим конденсата 58 59Рующих конденсаторов 11 должны выбиен аторам и через ус раться из условиятройства 60, 61 переключения отпаек поднагрузкой, Катоды вентилей 32-34, 38-40,со 11(1 + К) = - ,44-46, 50-52 обьединены в общую точку и где 1 - ин ктивобразуют положительныи где 1 - индуктивность одной из стабилизиныи выходной вывод Рующих обмоток 2-4;62, а аноды вентилей 35-37, 41-43, 47-49, 50 С - ем53-55 обьедине бнены в о щую точку и образу- реи 11;- емкость одного конденсатора батают отрицательный выходной вывод 63 пара- Мметрического источника постоянного тока.Кт - -- коэффициент оээимоин.Устройство работает следующим обЬ аразом. При подключении сту ройства к 55 дуктивной связи между стабилизи ю имипитающей сети эа счет соединения вспомо- обмотками 2 - 4 и в эилизирующимиток - и - 0 трехфаэного ками 5-10.реактора 1 в правые и левые неравносто-. При таком по бр е зигзаги по отношению основных лизирующпод оре параметров стабистабилизирующих обмоток 2-4 возникает 14-16 17-19их элементов сетевые обмототкит - и - трансформаторов 12, 13 запи1781799 10 Составитель Г,ИвановТехред М,Моргентал Корректор С,Патрушева Редактор Заказ 4280 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/5 Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 тываются от источника с неизменным током в нагрузке. Неизменность тока в сетевых обмотках 14 - 16 и 17 - 19 обеспечивает стабилизацию выпрямленного тока в нагрузке при изменении сопротивления нагрузки в 5 широких пределах. Регулирование тока в нагрузке осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации между сетевыми 14-16, 17 - 19 и вентильными 26 - 28, 29 - 31 обмотками с помощью устройств 20- 10 22 и 23 - 25 переключения под нагрузкой регулировочных отпаек сетевых обмоток, при этом в сетевых обмотках сохраняется неизменный ток, Одновременно с переключением отпаек на сетевых обмотках 15 переключающими устройствами 20-22 и 23-25 происходит переключение регулировочных отпаек на компенсирующих обмотках 56 - 57 с помощью переключающих устройств 60 и 61, и тем самым поддержива ется высокий коэффициент мощности установки при глубоком регулировании стабилизированного тока нагрузки,Формула изобретенияПараметрический источник постоянно го тока, содержащий трехфазный стабилизирующий реактор, основные обмотки которого одними выводами соединены с входными выводами для подключения питающей сети, стабилизирующую конденса торную батарею, компенсирующие конденсаторы, а также основной преобразовательный блок, включающий преобразовательный трехфазный трансформатор, на трех стержнях магнитопровода которого 35 расположены трехфаэные сетевая и вентильные обмотки, и вентили, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения стабилизации тока в цепи нагрузки в широком диапазоне его регулирования, улучше ния формы выходного напряжения, повышения надежности и улучшения массо- габаритных и энергетических показателей, стабилизирующий реактор дополнительно снабжен двумя системами трехфаэных 45 вспомогательных обмоток, одни выводы которых соединены со свободными выводами основных обмоток реактора по схемам, соответственно правого и левого неравно- сторонних зигзагов, конденсаторы стабилизирующей конденсаторной батареи соединены в звезду, концы которой подключены к соответствующим общим точкам соединения основных и вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора, магнитопровод трансформатора основного преобразовательного блока дополнительно снабжен четвертым стержнем, на котором расположена дополнительно введенная компенсирующая обмотка, выполненная с отпайками от с 1 еответствующих частей ее витков, которая через дополнительно введенное первое устройство для переключения отпаек под нагрузкой зашунтирована одним из компенсирующих конденсаторов, трехфаэная сетевая обмотка преобразовательного трансформатора соединена в звезду и выполнена в каждой фазе с отпайками от соответствующих частей ее витков и через дополнительно введенное второе устройство для переключения отпаек под нагрузкой соединена с трехфазным входом преобразовательного блока, соединенным со свободными выводами одной из указанных систем вспомогательных обмоток стабилизирущего реактора, вентили соединены по схеме двух трехфазных выпрямительных мостов, соединенных по выходу постоянного тока параллельно, причем начала и концы трехфазной вентильной обмотки преобразовательного трансформатора подключены к диагоналям переменного тока соответствующих выпрямительных мостов, общие точки соединения анодных и катодных групп вентилей которых образуют выходные выводы для подключения нагрузки, и дополнительно введен идентичный основномудополнительный преобразовательный блок, соединенный по выходу параллельно с основным, причем трехфазный вход дополнительного преобразовательного блока соединен со свободными выводами другой системы вспомогательных обмоток стабилизирующего реактора.