Преобразователь трехфазного напряжения в постоянное

. Н 02 М 7/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР" Р;1 ь",. ) Ф" ОПИСАН К АВТОРСКОМУ. РЕТЕН И У СВИДЕТЕЛЬС 1 щ 1:,:, 2 (21) 4732466/07. - .: : форматора 1 соединены взвезду йтреуголь- (22) 29.08,89 : .: -,:.: . ник и соединены свходами выпрямитель- (46) 23,08.92,.Бюл. )ч. 31;:..: .ных мостов 10 и 11, Вторичные обмотки 12 (75) В,А, Фокин и О,В. Фокин":. ":.:; : и 13 трансформатора 2.соединены в звезду (56) Авторское свидетельство СССР М, итреугольникиподключеныквыпрямитель:,13870; кл, Н 02 М 7/06, 1981":.:;: .:;.ным.мостам 14 и 15. Выпрямительные мостыАвторское свидетельство СССР й указанных пар по выходу соединены:после, кл. Н 02 М 7/06, 1979 ,", : довательно,"а между"собой эти пары по вы-(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО , ходу соединены параллельно. При этом НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ,: соотношение чисел витков:стороны треу- (57) Использование; в качестве источника . гольника обмотки 4 и его йродолжейие выпитания многофазных мостовых выпрями-"брано равным Л. Указанное выполнение тельных агрегатов. Сущность изобретенияустройства позволяет улучши 1 ь качество устройство содержит два трансформатора 1 электроэнергии пйтающей сети путем прии 2, первичная обмотка 3 одного "из нихближения тока сети к синусойдальной форсоединена в звезду, а первичная обмотка 4: ме без использования -резонансных ф другого-"в треутольник с йродолженнымииндуктивно-емкостных фильтров, 2 ил. сторонами, Вторичные обмотки 8 и 9 транс-б10 20 25 35 40 55 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где применяются многофазные нелинейные потребители,Известны преобразователи трехфазного напряжения в постоянное, содержащие трансформаторы и многофазнье вентильные мосты, присоединенные к вторичным обмоткам этих трансформаторов. В состав устройства входят преобразователи, содержащие трехфазный вентильный мост в цепи вторичной обмотки соответствующего трансформатора:.При этомкаждый такой трансформатор является двухобмоточным, а единственная вторичная обмотка отдельного трансформатора соединена только треугольником, в месте подключения первичной обмотки трансформатора к питающей сети используется уравнительный реактор. Вследствие этого все высшие гармоники тока; рождаемые на входе переменного тока вентильного моста такого устройства, беспрепятственно переходят в цепь первичной обмотки соответствующего двухобмоточного трансформатора и обусловливают вызываемые этим относительно большие тепловые потери. Указанные схемные особенности известного устройства исключают возможность ограничивать с его помощью уровень высших тармоник тока в питающей сети от других параллельно подключенных к ней нелинейных многофазных потребителей.Известен также йреобразователь трехфазного напряжения в постоянное, содержащий два трансформатора, на магнитопроводе каждого иа которых расположены тоехфазная первичная обмотка, соединенная с входными выводами для подключения питающей сети, и две соединенные соответственно в звезду и треугольник вторичные обмотки, каждая из которых подключена к входу одного из выпрямительных мостов, соединенных гю выходу последовательно и подключенных к выходным выводам для подключенйя общей нагрузки,К схемным особенностям известного преобразователя относятся наличие двух трансформаторов, каждый из которых содержит две вторичные обмотки, нагруженные своими многофазными вентильными мостами, соединение одной из вторичных обмоток звездой, а другой треугольником, соединение первичной обмотки первого трансформатора по схеме первого зигзага, а второго - по схеме левого зигзага, К преимуществам относятся возможность ограждения питающей сети и подключенных к ней первичных обмоток каждого трансформатора от проникновения из цепи вторичных обмоток большой группы высших гармоник тока с номерами, на единицу отличающимися от произведения нечетного числа на шесть - пятой, седьмой, семнадцатой и т.д соответствующее уменьшение тепловых потерь и улучшение энергетических показателей; возможность оградить питающую сеть от проникновения из цегги вторичных обмоток трансформаторов другой группы высших гармоник тока с номерами, на единицу отличающимися от произведения нечетного числа на двенадцать - одиннадцатой, тринадцатой, тридцать пятой, тридцать седьмой и т,д. При оценке устройства, предназначенного для улучшения качества электроэнергии питающей сети, важно учесть его возможности: оградить питающую сеть от проникновения в нее на,1 большего числа высших гармоник тока, рождаемых входящими в устройство многофазными мостовыми вентильными (например, диодными) вь 1 прямителями; существенно ограничить высшие гармоники в питающей сети, пришедшие в нее от других нелинейных потребителей, например многофазных дуговых электропечей или диодных мостовых выпрямителей, подключенных к сети через посредство трансформаторов по наиболее распространенным схемам соединения. Если в первом случае требований свойства известного устройства можно считать достаточно хорошими, то во втором случае -явно неудовлетворительными,Цель изобретения - улучшение качества электроэнергии питающей сети путем ограничения уровня высших гармоник тока от присоединенных к ней других многофазных нелинейных потребителей,Первичная обмотка одного трансформатора соединена звездой, а другого - треу-. гольником с продолженными сторонами, причем отношение чисел витков стороны треугольника и его продолжение выбрано равным корню квадратному из трех.На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений на первичной обмотке одного и на отдельных частях первичной обмотки другого трансформаторов,Устройство (фиг. 1) содержит два трансформатора 1 и 2, первичные обмотки 3 и 4 которых присоединены к выводам 5 - 7 трехфазной питающей сети, соединенные звездой и треугольником вторичные обмотки 8 и 9 трансформатора 1 присоединены к входу переменного тока вентильных мостов 10 и 11, а аналогично соединенные вторичныеобмотки 12 и 13 трансформатора 2 - к вен- гом между сигтемами основных составляютильным мостам 14 и 15. Пара вентильных щих линейных токов этих обмоток на уголмостов 10 и 11, как и вентильных мостов 14 пятнадцать градусов, соответствующими уги 5, соединена стороной постоянного тока лами сдвига между системами той или иной15,последовательно, Катодные группы вен высшей гармоники токов этих обмоток, разтильных мостов 11 и 14 соединены дроссе- личием формы кривых несинусоидальныхлем 16, средняя точка 17 обмотки которого (фазных) токов в расположенных на одномявляется одним выходным выводом устрой- стержне магнитопровода обмотках трансства, между тем как общая точка 18 непос- форматоров, соединенных звездой и треуредственного соединения анодных групп 10 гольником, возможностью образования свентильных мостов 10 и 15 образует другой помощью первичных обмоток обоих трансвыходной вывод устройства, К этим выход- форма 1 оров контуров короткого замыканияным выводам присоединена нагрузка 19. для отдельных высших гармониктока, возПервичная обмотка 3 трансформатора 1 можностью такого взаигмодействия магнисоединена звездой, а секционированная 15 тодвижущих сил от несинусоидальныхпервичная обмотка 4 трансформатора 2 -потоков в расположенных наобщемстержтреугольником с продолженными сторона- не магнитопровода обмотках, при которомми, т,е, из двух частей 20 и 21, разделенных оказываются вытесненййми напути потопромежуточными выводами 22 - 24, Секция ков рассеяния отдельные высшйе гармони 21 первичной обмотки 4 соединена треу ки соответствующих магнитйых потоков,гольником, продолжениями сторон которо-Угол сдвига между системами фазныхго являются отрезки лучей звезды, напряжений вторйчных обмоток 8 и 9, расобразующие секцию 20 этой обмотки. На положенных на общих им стержнях магнифиг. 2 а приведены векторные диаграммытопровода трансформатора 1 равей нулю,напряжений на первичной обмотке 3 транс поскольку эти напряжения совпадают поформатора 1, а на фиг, 2 б - на отдельных фазе с соответствующими фазными напрячастях секцйонированной первичной об- жениями первичной обмотки 3 этоготрансмотки 4 трансформатора 2, форматора, то же самое можно сказать оВекторная диаграмма (фиг. 2 а) напря- системах фазных напряжений вторичныхжений на отдельных лучах соединейной ЗО обмоток 12 и 13 трансформатора 2,звездой первичной обмотки 3 известна, си- .Системы линейных напряжений вторичстема тех же векторов напряжений показа- ". ных обмоток 8 и 9 трансформатора 1 взаимна пунктиром на фиг. 2 б для .оценки угла но сдвинуты на угол тридцать градусов исдвига по фазе между системами фазных потому на тот же угол сдвйнуты как системынапряжений на первичной обмотке 3 и эле линейных напряжений на входе мостов 10 иментах секционированной обмотки 4 транс, так и системы основной составляющейформаторов 1 и 2. Из этих векторных . линейных токов на входеэтих мостов, анадиаграмм следует, что при выборе отноше- . логйчные замечания можно сделать относиния чисел витков сторон треугольнйка об.- . тельно систем линейных напряжениймотки 4 и ее продолжения равным корйю из 40 вторичных обмоток 12 и 13, т.е. на входетрех имеет место сдвиг по фазе между сис- мостов 14 и 15, а также основных гармониктемами фазных напряжений на первичных " несинусоидальных входных токов этих мособмотках 3 и 4 на угол пятнадцать градусов; тов.также на пятнадцать градусов взаимно" Вэтихусловияхмагнитодвижущиесилысдвинуты системы линейных напряжений 45 фазобмоток 8 и 9, расположенных наобщемна соединенных звездой вторичных обмот- . стержне магнитопровода трансформатораках 8 и 12 трансформаторов 1 и 2 или на 1, характеризуются совпадением по фазе ихсоединенных треугольником вторичных об-. первых гармоник; взаимным сдвигом на стомотках 9 и 13 тех же трансформаторов; на восемьдесят градусов пятых или седьмых, атакой же угол взаимно сдвинуты системы 50 также семнадцатых и так далее гармониквходных напряжений вентильных мостов 10 этих МДС; совпадением по фазе одиннадцаи 14 или 11 и 15,Поэтомунауголпятнадцать тых или тринадцатых, двадцать третьих,градусов взаимно сдвинуты системы лйней- двадцать пятых, тридцать пятых и тэк далееных токов основной частоты в указанных высших гармоник таких МДС; взаимно прообмотках, 55 тивоположным направлением пятых илиПри описании работы устройства следу- седьмых, семнадцатых и так далее высшихет учитывать особенности электромагнит- гармоник магнитных потоков, создаваемыхных процессов в обмотках МДС этих обмоток; вытеснением этих сотрансформаторов, обусловленные несину- ставляющих магнитного потока на пути посоидальностью токов в них. взаимным сдви- токов рассеяния, вследствие чего они непроходят по стальному сердечнику и потому не пронизывают первичную обмотку 3 и не наводят в ней соответствующие составляющие ЭДС,Аналогичный вид соединения вторичных обмоток 12 и 13 другого трансформатора 2 обусловливает подобное взаимодействие как МДС этих обмоток, так и создаваемых ими магнитных потоков, Поэтому аналогичны электромагнитные процессы в трансформаторе 2, первичная обмотка 4 которого ограждена от каждой из высших гармоник, номер которой на единицу отличается от произведения нечетного числа на шесть, т,е. пятой, седьмой, семнадцатой и т,д, Поскольку известное устройство содержит трансфооматоры с таким же соединением вторичных обмбток, нагруженных вентильными мостами, то такие же электромагнитные процессы характерны также и для него.Высшие гармоники тока, проникающие в первичные обмотки трансформаторов известного устройства из цепи их вторичных обмоток, можно разделить на две группы: гармоники с номерами, отличающимися на единицу от произведения нечетного числа на двенадцать - одиннадцатая, тринадцатая, тридцать пятая, тридцать седьмая и т.д гармоники с номерами, отличающимися на единицу от пролзведенияцелого числа на двадцать четыре, Существенное ограничение или исключение вредного воздействия на питающую сеть первой группы высших гармоник тока достигается в предлагаемомустройсгве, как и в известном, образовайием контуров наименьшего электрического сопротивления в цепи первичных обмоток их трансформаторов и приближением таим образом этих трансформаторов к режиму короткого замыкания для каждой из этих гармоник.Соединение звездой первичной обмотки 3 трансформатора 1, а также наличие такой секционированной первичной обмотки 4 дополнительного трансформатора, которая обеспечивает сдвиг на пятнадцать градусов как между системами входных напряжений вентильных мостов 10 и 14 или 11 и 15, так и между системами основных гармоник входных токов этих мостов, поиводит к следующим особенностям электромагнитных процессов в элементах данного устройства: совпадение по фазе систем основных гармоник линейных токов первичных обмоток 3 и 4 трансформаторов 1 и 2; сдвиг на сто восемьдесят градусов между системами высшей гармоники линейных токОв в первичных обмотках 3 и 4 трансформаторов, номер которой на единицу отличается от5 10 произведения нечетного числа на двенадцать - одиннадцатой, тринадцатой, тридцать пятой и т,д.; образование этими первичными обмотками короткоэамкнутого контура для каждой из указанных высших гармоник тока; обусловленный этим перевод обоих трансформаторов в режим короткого замыкания для указанных высших гармоник тока.Аналогичный эффект ограничения или исключения вредного воздействия на питающую сеть этой одиннадцатая, тринадцатая, тридцать пятая и т,д,) группы высших гармоник тока достигнуто в известном уст ройстве также благодаря взаимному сдвигуна угол пятнадцать градусов между системами фазных напряженийпервичных обмоток трансформаторов, Вместе с тем имеется разница в средствах достижения такого угла 20 сдвига между системами фаэных напряжений первичных обмоток -рансформаторов предлагаемого и известного устройств.В предлагаемом устройстве первичнаяобмотка одного трансформатора соединена 25 звездой, а секционированная обмотка другого трансформатора - треугольником с продолженными сторонами, в известном первичные обмотки обоих трансформаторов выполнены секционированными и сое динены соответственно в правый и левыйзигзаг, В предлагаемом устройстве система фгзных напряжений на первичной обмотке первого трансформатора совпадает с системой фазных напряжений сети, т.е. вообра жалемого источника при его соединениизвездой, в известном система фазных напряжений на первичных обмотках обоихрансформаторов повернута на угол плюсили минус семь с половиной градусов отно сительно системы фазных напряжений такой питающей сети.В случае известного устройства это приведет к тому, что отличается от нуля или ста восьмидесяти градусов угол сдвига между 45 начальными фазами тех одноименных гармоник тока в расположенных на обеем стержне магнитопровода фаз вторичных и пеовичной обмотки любого из трансформаторов. Также отличается от ста восьмидеся ти градусов угол сдвига по фазе междугармониками одинакового номера во вторичной обмотке трансформатора известного устройства и присоединенного к той же сети другого выпрямительного устройства, 55 Следствием отличия от ста восьмидесяти градусов угла сдвига между одноименными высшими гармониками тока в обмотках трансформатора известного устройства и генерируемых в сеть дополнительным выпрямителем является то, что с помощью известного устройства не удается создать цепи с наименьшим электрическим сопротивлением на первичной стороне. трансформатора для гармоник, номер каждой из которых на единицу отличается от произведения нечетного числа на шесть,поэтому с помощью первичных обмоток трансформаторов известного устройства, по которым протекают генерируемые дополнительным выпрямителем высшие гармоники тока, не удается получить такие составляющие МДС, которые противодействуют соот 10 ветствующим составляющим МДС дополнительным выпрямителем в питающую сеть, номер каждой из которых на единицу отличается от произведения нечетного 20 числа на шесть, не может выполнить роль активного фильтра для этой группы гармоник тока, генерируемых в питающую сеть другими неуправляемыми выпрямительными устройствами,Рассмотрим условия совместной работы предлагаемого устройства и присоединенных к той же фазной сети других нелинейных потребителей, генерирующихв эту сеть высшие гармоники тока, Одним из 30 таких мощных потребителей может быть,например, многофазная дуговая сталеплэвильная печь, подключенная к питающей сети через посредство трансформатора, вторичная обмотка которого обычно соедиг нена треугольником, а первичная - звездой 35 Система фэзных напряжений первичной обмотки печного трансформатора совпадает с системой фазных напряжений той первичной обмотки одного из трансформаторов предлагаемого устройства, которая 40 соединена звездой, Гармонический состав токов в первичной обмотке печного трансформатора практически полностью совпадает с гармоническим составом входного тока трехфазного диодного мостового выпрямителя, гармоническим составом тока во вторичных обмотках того трансформатора предлагаемого устройства, первичная обмотка которого соединена звездой,50 Каждая из высших гармоник тока, номер которой отличается на единицу от произведения шести на нечетное число, образует составляющую магнитного потока рассеяния, замыкающуюся главным образом по воздуху, Вследствие параллельного соединения печного трасформатора с трансформатором предлагаемого устройства гармоники тока печного трансформатора также замыкаются через ту первичную обмотку трансформаторов предлагаемого уствторичных обмоток, хотя известное устройство не может шунтировать те высшие гар моники тока, генерируемые ройства, которая соединена звездой, это приводит к появлению составляющих магнитодвижущей силы этой обмотки, начальные фазы которых противоположные начальным фазам соответствующих магнитодвижущих сил в одной из его вторичных обмоток,К этой группе гармоник тока относятся такие, номера которых отличаются на единицу от произведения шести на нечетное целое число, Взаимное противодействие этих гармонических составляющих магнитодвижущей силы первичной обмотки этого трансформатора предлагаемого устройства с гармоническими составляющими того же номера магнитодвижущей силы одной из вторичных обмоток этого трансформатора обусловливает взаимное противодействие тех же составляющих магнитного потока от соответствующих высших гармоник тока; прохождение этих составляющих магнитного потока только по пути потоков рассеяния; наименьшую величину входного сопротивления первичной обмотки трансформатора предлагаемого устройства для указанной группы высших гармоник тока, генерируемых в питающую сеть параллельно подключенным многофазйым нЕлинейным потребителям, например дуговой электро- печью или другим мостовым диодным вы прямителем; существенное уменьшение уровня этой группы выСших гармоник тока в питающей сети и присоединенных к ней линейных цепей; соответствующее улучшение качества электроэнергии питающей сети.Из рассмотренных электромагнитных процессов в предлагаемом и известном устройствах следует практически одинаковая способность ограничить проникновение в питающую сеть высших гармоник тока, возникающих на стороне переменного тока трехфазных диодных выпрямительных мос.тов, т,е. в цепи вторичныхобмоток их трансформаторов, существенное преимущество предлагаемого устройства в отношении качества электроэнергии питающей сети в тех типичных ситуациях, когда к ней оказываются подключенными также другие нелинейные потребители - дуговые электропечи, диодные мостовые выпрямители и т,д,формула изобретения Преобразователь трехфазного напряжения в постоянное, содержащий два трансформатора, нэ магнитопроводе каждого из которых расположены трехфазная первичная обмотка, соединенная с входными выводами дЯя подключения питающей сети, и две соединенные соответственно в звезду и треугольник вторичные обмотки,1757056 12 Составитель В,фокТехред М,Моргентал Реда кт орректор О.Кравцова улла каз 3097 ВНИИПИ Гос Тираж 398венного комитета и113035, Москва, Жно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 оизводс каждая из которых подключена к входу одного из выпрямительных мостов, соединенных по выходу последовательно и подключенных к выходным выводам для подключения общей нагрузки, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения качества злектроэнергии питающей сети путем ограничения уровня высших гармоник тока от присоединенных к ней других многоф .: ных нелинейных потребителей, первичн;обмотка одного трансформатора соединена звездой, а другого - треугольником с пр 5 долженными сторонами, причем отношениечисел витков стороны треугольника ио продолжения выбрано равным б. Подписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб 4/5