Система электропитания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 53 д 4 Н 02 М 7/ АРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ юл. У 45(57),И техник бретение относится к и может быть использо эААективной системы обеспечивающей высок реобразования энергии ния - расширение обла Положительный эффект электровано в ачес лектрообмоток заг-заф-лы,(21) 3841384/24(088,8)видетельство СС 02 М 7/12, 1980 детельство СССР 02 М 7/10, 1980 питаниячествоизобретменениягается счет соединения ве односторонний встр нутыи треугольник. 8ил. ое каЦель стей придоститильных чный зигИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства в качестве эффективной системы электропитания, обеспечивающей высокое качество преобразования энергии, повышенную унификацию устройства и понижейное число витков вентильных обмоток электромагнитных аппаратов 10 (ЗМА), в частности - преобразовательных трансформаторов.Цель изобретения - расширение области применения.Ка Аиг, 1 изображена принципиаль ная электрическая схема устройства с соединением вентильных обмоток в односторонний встречный зигзаг - замкнутый треугольник, схожим при топо- логическом его изображении с буквой 20 Р - Р-схема (дано соединение в левую и правую Р-схемы в их монтажном виде); на Аиг. 2 - то же, в топологическимнемоническом виде, упрощающем пояснение и понимание принципа действия25 устройства; на фиг. 3 и 4 - то же, при соединении вентильных обмоток в прямую и обратную Р-схемы; на Аиг. 5 и 6 - векторные диаграммы р-х знакопостоянных фазосдвинутых импуль сов 8 выходного напряжения По вентильного блока соответственно при параллельном (по фиг. 1) и последова-. тельном (по фиг3) соединении выводов постоянного тока элементарных структур при угле = 15 , обеспечивающем 12-кратную частоту пульсации (П = 12) напряжения П (в скобках при Я указаны также определенные выЛ.воды Р-схем, разность потенциалов 4 О между которыми, т.е, значения соответствующих линейных или диагональных ЭДС обмоток, являются .наибольшими в данном р -м контуре токопрохождения ( Р = 1,12); на Аиг, 7 и 8 - схемы 4 при П = 18 (= 20) и П = 24 (=7,5 и 22,5), выполненные в блочном виде на основе схем по фиг. 1 или3; на Аиг. 9 - схема при П = 18 с транспозированным присоединением се О тевых обмоток и разделением одной из вентильных обмоток на подсекции; на Аиг. 10 - то же, что на фиг, 1, при выполнении первых и вторых секций Р-схем вентильных обмоток на разных стержнях ЭМА и трех транспозированных присоединениях сетевых обмоток с различной во второй и третьей и одинаковой во второй и четвертой транспозициях трехАазных сетевых обмоток;на фиг, 11 - то же, без транспозициивторой и четвертой сетевых обмоток(на примере верхней половины схемыпо,Аиг, 10); на Аиг, 12 - то же, чтона Аиг. 8, в монтажном, а также вмнемоническом виде, при шестистержневом ЭМА, в частности на двух трехАазных пространственных трансформаторах; на Аиг. 13 - то же, что наАиг, 12, на полностью одинаковых(униАицированных) трансформаторах,один из которых транспозирован (Т),причем в основном трансАорматоре обеР-схемы выполнены с положительным фазовым сдвигом 0= +7,5 и 22,5 О); нафиг. 14 - то же, что на фиг. 13, ноодна Р-схема вентильных обмотокосновного трансАорматора выполнена сположительным (Ц= +22,5 ), а другая,с отрицательным (-7,5) фазовымсдвигом; на Аиг. 15 - то же, что наАиг. 10, при выполнении одноименныхпо Аазе вторых секций разных Р-схемна одном для них стержне (на отдельном трехфазном трансформаторе); наАиг, 16 - схема с многообмоточным индуктивным элементом в рассечках линий (между выводами Р-схем вентильных обмоток ЭМА и вентильным блоком);на Аиг. 17 - схема устройства пофиг. 1 при последовательном соединении двух Р-схем, сдвинутых по фазена 30 зл. град (= +15 ), через шестивентильное кольцо с нумерациейпреобразовательных элементов в порядке естественного их вступления вработу,При.этом приняты следующие обозначения: СО, ВО - сетевые и вентильныеобмотки, Т - транспозированные присоединейия двух из трех выводов схемы одной трехфазной обмотки относительно другой, МП - магнитопровод,ВБ - вентильный блок, Т р - трансформатор, ОТ - основной Тр, ВТ - вспомогательный ТУстройство по фиг. 1 содержит ЭМАна магнитопроводе МП, сетевые обмотки СО которого подключены к выводамАВС первичного источника электроэнергии переменного тока, а вентильныеобмотки ВО, соединенные в левую иправую (ЛП) Р-схемы, подключены свободными выводами к вентильным ячейкам из последовательно согласно соединенных преобразовательных элементов (управляемых или/и неуправляемых3135вентилей), образующих вентильный блокВБ.Выводы пос.тоянного тока вентильных ячеек могут быть подключены наавтономные нагрузки либо соединеныпо три одноименными электродами, образуя катодными и анодными группами3-ячейковые мосты, которые могутбыть соединены параллельно или последовательно между собой, причемнепосредственно или через магнитносвязанные или несвязанные индуктивные элементы. Кроме того, преообразовательные элементы анодной группыверхней элементарной структуры и ка/тодной группы нижней структуры пофиг. 1 могут быть соединены в шестивентильное кольцо (фиг, 17).Но в любом случае числа витковпервых (например, а,х а, х, ) и1вторых (а х , а х ) секций ВОмогут быть установлейй в каждой фазев соотношении 1; И 8//36, в частностидля получения П = 12 - в соотношении1:(2/15 - 1) Ф 1:0,1547(= 15 ).Устройство по фиг. 1 работает следуюшим образом,Как следует из мнемонического изображения схемы на фиг. 1, представленного на фиг. 2, введенные соединенияВО в две разноименные Р-схемы обеспечивают фазовый сдвигсистемы ЭЦСприсоединительных выводов, напримераг Ъ , с относительно системычем в одной из Р-схем угол ч -отрицательный, а в другой - положительный, что приводит к фазовому сдвигусмежных систем линейных ЭДС в Р-схемах на угол 2 ч,Аналогичен результат прн соединенииВО в прямую и обратную Р-схемы(фиг, 3 и 4).Благодаря такому исполнению ВО навыходе ВБ формируется постоянное напряжение, содержащее в своем составе последовательность сдвинутых вовремени знакопостоянных импульсовр у .г8 (= 1 12) одинаковой амплитуды,причем как при параллельном (фиг. 5,на примере схемы по фиг. 1), так ипри последовательном (фиг, 6, на примере схемы по фиг. 3) соединении соответствующих анодных и катодныхгрупп преобразовательных элементовсмежных элементарных структур.Как видно из фиг. 5 и 6, переменная составляющая напряжения П, пуль 80534сирует при ц= 15 с частотой, в 12раз большей частоты преобразуемыхЭДС (П = 12) при сравнительно маломуровне пульсации (к = 6 П,/1, ,457),Такое высокое качество преобразования энергии обеспечено при сравнительно жалом числе витков вторыхсекций Р-схем ВО относительно пер 10 вых секции (к- а х 1/0,1547), что, по сравнению со схемами неполный треугольник и односторонний встречный зигзаг-звезда в известном устройстве, в 3,73 и 2,37 15 раза меньше.Кроме того, вследствие дополнительных модификаций устройства расширены его схемно-функциональные возмож.ности, причем в каждой из них воз 2 О.можно введение дополнительных элементарных структур, полностью совпадающих с основными, т.е, возможнареализация системы в просекционированном исполнении, обеспечивающем до 25 полнительное перераспределение токасильноточной или напряжения высоковольтной нагрузки, повьшение надежности, улучшение МГСП.Так же просто система реализуется ЗО при других значениях П (фиг. 7, П ф=- 18; фиг. 8, П = 24), для чего на основе схем по фиг, 1 или 3 достаточноустановить соответствующее соотношение витков разных секций,т.е, значения угла ( . Причем, выраженное в процентах число витков вторых секций в Р-схемах относительновитков их первых секций примерно равно значению фазового угла, выражен О ного в градусах, т.е, составляет незначительное число. В частности, при- 7,5, необходимом для П = 24,указанное соотношение витков составляет 7,6 Е, что практически не суще .ственно.Помимо указанного возможно. расположение секций данной схемы ВО наавтономных либо на общих для нихстержнях, в частности, три схемы 5 О ВО для П = 18 реализуемы, например,на. двух трехфазных Т в которых секции одной из схем обмоток, напримера х разделены в каждой фазе на две2подсекции (а х з и аз х з ) и нарядус подсекциями других фаз соединеныв правильный замкнутый треугольник(фиг. 9), При этом для обеспеченияП = 18 достаточно выполнить равнымиамплитуды ЭДС присоединительных вы 1358053водов схем ВО, в частности обеспечитьравенство яу = а я = у хТакие разделенные секцйи могутбыть беэ изменения П соединены нетолько в треугольник, как на фиг. 9,но и в трехлучевую звезду, а сетевыеобмотки, соединенные на фиг, 9 в дветранспозированные по присоединениям.звезды - в любые другие схемы, в частности " в треугольники.Особенностью реализации по фиг. 9является полная однотипность выполнения соответствующих схем СО и ВО,в том числе Р-схем ВО, и как следствие - полная одинаковость обоихтрехфазных Т, их взаимозаменяемость(унификация).Возможно также снижение единичноймощности трансформаторов "и использованне традиционных схем треугольник,звезда, либо разомкнутых фазных обмоток для построения систем питанияс Р-схемами (т.е. применение уже готовых стандартных Т), если первые и 25вторые секции Р-схем выполнить наразных стержнях (различных Т, фиг.10), Причем присоединения разных сетевых обмоток, соответствующих даннойР-схеме ВО, возможны как транспозиро- З 0ванные (фиг. 10), так и полностьюодинаковые (фиг. 11), что не влияетна однотипность выполнения ЭМА, системы питания в целом,Однако с целью повышения однотипности (унификации) присоединения се-.тевой обмотки третьего Т (с ВО"Гтреугольником) следует в любом случаевыполнить транспозированными относительно СО первого Т, 40Аналогично исполнение устройствапри П = 24 (фиг. 12-14).Возможно также выполнение вторыхсекций ряда разных Р-схем ВО на отФ,дельных, общих для них стержнях, например, на отдельном 3-фазном Тр,что на примере П = 12 показано нафиг. 15, По сравнению с модификацией. на фиг. 10 и 11 реализации, подобныепоказанной на фиг, 15, обеспечиваютулучшение перераспределения мощности нагрузки по отдельным компонентамЭМА, выравнивание их мощностей. Включение многообмоточного индуктивного элемента (фиг. 1 б) в рассечки линий, соединяющих ВО и ВБ, обес" печивает выравнивание токов, что позволяет обойтись без УР в цепи постоянного тока при параллельном соедине-, нии вентильных мостов.Возможно также выполнение хотя бы одной из секций, по крайней мере, одной Р-схемы вентильных обмоток в качестве сетевой обмотки, а также снабжение ее дополнительными отводами или витками, образующими присоединительные выводы АВС переменного тока.формула изобретения1, Система электропитания, содержащая вентильный блок из преобразовательных элементов и электромагнитный аппарат с прасекционированными сетевыми и вентильными обмотками первые и вторые секции вентильных обмоток смежных фаз соединены попарно в односторонний встречный зигзаг, свободный вывод второй секции данного зигзага подключен к соответствующей паре последовательно согласно соединенных преобразовательных элементов, которые совместно с тремя фаэосдвинутыми зигзагами образуют элементарную трехфазную преобразовательную структуру, в первой из которых анодная группа преобразовательных элементов, а в последней их катодная группа образуют выходные выводы, о т л и ч а ю " щ а я с я тем, что, с целью расширения областей применения, первые секции фазосдвинутйх зигзагов вентильных обмоток данной элементарной структуры соединены между собой последовательно согласно в замкнутый треугольник и образуют с вторыми секциями совместное соединение (х -ю Р-схему).2. Система по п. 1, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что числа витков первой и второй секций установлены в каждой Лазе и соотношении 1: (с 8) /ГЗ где = 0,90- некоторый фазовый угол.3, Система по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что вентильные обмотки по крайней мере в одной из структур соединены в левую, а в смежной - в правую либо соответственно в прямую и обратную Р-схемы.4. Система по пп. 1-3, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что при числе трехфазных сетевых обмоток, больше одной, схемы их .соединения выполнены однотипными.5. Система по п. 4, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что присоединения свободнйх выводов, хотя бы одной трехфазной сетевой обмотки, транспозированы.6, Система по пп. 1-5, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что вентильные ячейки разных элементарных структур соединены параллельно одноименными либо последовательно разноименными группами преобразовательных элементов, непосредственно или через магнитно связанные или несвязанные между собой индуктивные элементы,7. Система по п. 6, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что дополнительно 580538введен многообмоточный индуктивныйэлемент, обмотки которого включенымежду вентильными обмотками и вентильным блоком.. 8. Система по и. 6, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что при последовательном соединении структур преобразовательные элементы аноднойгруппы данной -й. структуры и катодной группы предыдущей ( - 1)-йструктуры соединены в шестивентильное кольцо.9. Система по пп, 1-8, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что трехфазныесетевые обмотки соединены между собой последовательно,1 Ф иис сИ сд хгг 4 (А / 1 ип вфце.П вс о, х/ =о и- д и г1358053 2 Вб2Ур2б 802 2 4о=-ОВ ф Д А у йО 8Фаг. В Составитель Е. Мелтор Н. Егорова Техред М.Ходанич никоваКоррект Ре Шекм Заказ 60 дписно зводственно-полиграфическое предприяти Ти ИИПИ Государств о делам изобрет 3035, Москва, Ж