NO833604L - Likerettertransformator - Google Patents

Description

Likerettertransformator. Foreliggende oppfinnelse angår gene-relt likerettertransformatorer anvendt med likeretteranordninger og andre effektomformingsanordninger for transformering av vekselstrømssignal til likestrøm, nærmere bestemt angår oppfinnelsen en likerettertransformatorkrets for enveis, 6-puls-operasjon, 120° diode og sekundær viklingsledning, med en integral faseforskyvningsviklingsanordning og uten en interfase transformator.

Flere trans formatorsammenstillinger får anvendelse med halv-ledereffektlikeretter er velkjent. Transformatorprimærviklinger er kjente sammenstillinger, og er forbundet med en trefaset vekselstrømslinje for å tilveiebringe spenningen til likeretterene via en sekundærvikling forbundet med forsyningsspenninger ved jevnt fordelte fasevinkler. Siden likeretteren har en tendens til å trekke en firkantbølgestrøm fra strømforsynings-systemet er de en kilde for harmoniske strømmer i strømforsyn-ingssystemet. Slike harmoniske strømmer induserer støyspenninger i tilliggende kommunikasjonskretser og bevirker ytterligere og uønskedet oppvarming i motorer, kondensatorer og generatorer.

For å redusere harmoniske er det vanlig praksis ved likeretterinstallasjoner å øke antallet likeretter-faser (d.v.s.antall pulser som fremkommer ved det likerettede likestrømssignalet). i På store likeretterinstallasjoner er ikke det uvanlig med 96-fase operasjon. For å tilveiebringe denne mulige multi-fase operasjonen er det vanlig å anvende 6-puls kretser med fasefor-skjøvne likerettertransformatorer, som har delta eller y-primær viklinger. Sekundærviklingene og likeretterne for hver trans-iformator er identiske. Typisk 24-fase likerettersystem består som et eksempel av 4 likerettertransformatorer som hver er anordnet for 6-puls operasjon og forbundet som følgende: (1) y-pluss 7 - 1/2° forskyvning, (2) y-minus 7-1/2° forskyvning (3) delta pluss 7-l/2°forskyvning, og (4) delta minus ,7-1/2° forskyvning. Denne anordning tilveiebringer totalt 24-fase-operasjoner og teoretisk har vekselstrømstiden harmoniske av kun multipler av 2 4- 1. Det er klart at andre kombinasjoner av faseforskyvning er mulig for å tilveiebringe

et 24-fasessystem.

For å tilveiebringe denne multi-faseoperasjonen krever tidligere kjente likeretterkretser en separat faseforskyning-transformator med en type likeretteranordninger og en fase-forskyvningsvikling som en del av likerettertransformatoren, og en interfasetransformator ved den andre type likeretteranordninger. En fordel ved foreliggende oppfinnelse er elimineringen av faseforskyvningstransformatoren ved den første konstruksjonen,og eliminering av interfasetransformatoren ved den andre konstruksjonen.

Oppfinnelsen i dens bredeste form innbefatter en likeretter-transf orma toranordning som har en sekundærvikling og en primærvikling som ér tilpasset for forbindelse med et trefaset strømforsyningssystem for å tilveiebringe et likerettet vekselstrømsignal fra en sekundær strømforsyning som er ved en forutbestemt faseforskyvning med hensyn til primærviklingen, og idet likerettertransformatoranordningen innbefatter en magnetisk kjerneinnretning som tilveiebringer en magnetisk fluxbane for nullfrekvensfluxene,og som har en fluxreturbane og elektrisk viklingsinnretning, idet den elektriske viklingsinnretningen innbefatter en sik-sak i primærvikling tilpasset for forbindelse med trefasete forsyningssystemer, idet sik-sak i primærviklingen innbefatter tre spoler, idet hver av de tre spolene har en første del og en andre del, og hvor den første og andre delen hver har et forutbestemt velgbart antall viklinger valgt for å tilveiebringe den forutbestemte faseforskyvningen mellom primær-og sekundær-viklingen, idet sekundær-viklingen dessuten innbefatter en seksfaset stjernesekundærvikling, idet den seksfasede stjernesekundærviklingen har en felles terminal og flere utgangsterminaler, hvor jernflux-returbanen tillater spenningen ved den felles terminalen å svinge, flere likeretterinnretninger som har første og andre terminaler, idet hver første terminal er forbundet med en av flere utgangsterminaler, og idet de andre terminalene er forbundet sammen, slik at detlikerettede vekselstrømsignalet blir frembrakt mellom fellesterminalen og den andre terminalen.

Ved den forløpige utførelse av oppfinnelsen beskrevet her,

har likerettertransformatoren en sik-sak i primærspolen og en seksfaset stjernesekundærspole. En likeretteranodeter-minal er forbundet med hver vikling til sekundær-spolen. Katodeterminalene til likeretteren er forbundet sammen slik

at den likerettede vekselsspeninngen blir frembrakt mellom sentralterminalen til y-sekundærspolen og katodeterminalene. Den magnetiske fluxbanekretsen for likerettertransformatoren er tre enfasede kjerner eller magnetiske ekvivalenter derav.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av et eksempel av en foretrukket utførelse-form, og med henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Fig 1 viser skjematisk en tidligere kjent likerettertransformatorkrets. Fig 2 viser skjematisk en tidligere kjent faseforskyvningstransformator.

i

Fig 3 viser skjematisk en tidligere kjent likerettertransformatorkrets. Fig 4 viser en likerettertransformatorkrets konstruert i isamsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig 5 viser skjematisk en tidligere kjent faseforskyvnings-trans formator.

)Fig 6 viser en enfaset kjerneform egnet for utførelse av oppfinnelsen på fig 4.

Fig 7 viser en firebenet kjerneform egnet for utførelse av foreliggende oppfinnelse på fig 4.

i

Fig 8 viser en fembenet kjerneform egnet for utførelse av foreliggende oppfinnelse på fig 4. Fig 9 viser en enkeltfaset kapselformkjerne egnet for utfør-else av oppfinnelsen på fig 4. Fig 10 viser en firebenet kapselkjerneform egnet for utfør-else av oppfinnelsen på fig 4. Fig 11 viser en fembenet kapselformet kjerne egnet for ut-førelse av oppfinnelsen på fig 4. Fig 12 viser en fire-sløyfekjerne egnet for utførelse av oppfinnelsen på fig 4.

For å bedre forstå foreliggende oppfinnelse, skal det beskrives to versjoner av tidligere kjente likerettertransformatorer.

Fig 1 viser en tidligere kjent likerettertransformator 10. Likerettertransformatoren 10 har en y-primærvikling 12a, seksfaset stjernesekundær vikling 14, og er viklet på tre enfasede kjerner eller magnetiske ekvivalenter derav (ikke vist på fig 1).Y-primærviklingen 12 innbefatter spoler 13,15 og 16. Likerettertransformatoren 10 frembringer enkel-y - likeretting med 120° likeretterledning og 6-puls utgangs-signal. En interfasetransformator er ikke anvendt. To tilliggende dioder, f.eks.dioden 24 og 25, leder samtidig.

Når primærstrømmene i lederfasen må være like,er også sekun-dærstrømmene like. Den tidligere kjente likeretterkretsen på fig 1 tilveiebringer en ikke sinusformet spredning på hver fase med en nullsekvens -komponent. Enfasede kjerner tillater null-sekvens-komponenten. Den tilstedeværelse er nød-vendig for egnet operasjon, som derved tillater svingning av en inngangs:nøy±ral terminal 26, og en utgangsnøytral terminal 28.

Selv om svært ønskelig,har likerettertransformatoren 10

ikke blitt anvendt i utstrakt grad på grunn av behovet for en separat faseforskyvningstransformator, slik som en faseforskyvningstransformator 30, vist på fig 2, for å slette de harmoniske kildestrømmene , når flere likerettede

transformatorer, som likerettertransforraator 10, er anvendt sammen. Likerettertransformatoren 10 kan ikke bli anvendt med en deltaprimærvikling, som er velkjent for fagmann på området. Transformatoren ifølge foreliggende oppfinnelse overvinner lett problemet på grunn av at den kan bli konstruert for en hver grad av faseforskyvning, som derved ellimine-rer behovet for separate faseforskyvningstransformatorer (slike som faseforskyvningstransformatoren 30 på fig 2),

da flere likerettede transformatorer, lik likerettertransformator 10 er anvendt sammen.

En populær, tidligere kjent likerettertransformatorkrets

er vist på fig 3. Med henvisning til fig 3, blir det vist en likerettertransformator 32, som anvender en delta-forbundet primærvikling 34 og doble y-sekundærviklinger 36 og 38. En nøitral terminal 38 til sekundærviklingen 36 ble forbundet med en nøytral terminal 42, for sekundærviklingen 38, via en interfasetransformator 44. Foreliggende oppfinnelse er direkte erstatning for likerettertransformatoren 32, d.v.s. likerettet likestrømsutgangsspenning ifølge foreliggende oppfinnelse, er i hovedsak identisk med den til likerettertransformator 32. En fordel ved foreliggende oppfinnelse er elimineringen av interfasetransformatoren 44. Siden interfasetransformatoren 44 registrerer en stor del av likerettertransformator .32, :medfører dens eliminering reduserte kostnader, og øket virkningsgrad. Ved likerettertransformator 32 har faseforskyvningen blitt inkorporert i den delta-forbundne primærvikling 32, som vist på fig 3.

To tidligere kjente likeretteranordninger med faseforskyvning, har blitt beskrevet. Den første sammenstillingen er likerettertransformatoren 10 på fig 1 for anvendelse med en faseforskyvningstransformator (som vist på fig 2). En interfase transformator er unødvendig for denne sammenstillingen. Den andre sammenstillingen er vist ved hjelp av likerettertransformator 32 på fig 3, hvor delta-forbundet primærvikling 34 tilveiebringer faseforskyvning, men interfasetransformatoren 44 er nødvendig.

Fig 4 viser en likerettertransformator 110 som innbefatter en primærvikling 112 og en sekundærvikling 114. En serie kombinasjoner av spoler 116 og 118 på primærviklingen 112

er forbundet mellom en nøytral terminal 12 0, og en strøm-forsyningslinjeleder 122. Spolene 116 og 118 er anordnet for å tilveiebringe en f aseforskyvning <p,

En serie kombinasjoner av spoler 124 og 126 er forbundet mellom den nøytrale terminal 120 og en strømforsyningsleder 128. Spolene 124 og 126 er også sammensatt for å tilveiebringe f aseforskyvning <|>. En seriekombinas jon av spolene 130 og 132 er dessuten forbundet mellom nøytralterminalen 120 og en strømforsyningsleder 134. Spolene 130 og 132 er også anordnet for å tilveiebringe f aseforskyvning

Ved den sekundære viklingen 114 er første terminaler til spolene 136,138,140,142,144 og 146 forbundet sammen med en nøytral terminal 148. Spenningene ved spolene 136,138,140, 142,144 og 146 er forskjøvet 60 elektriske grader. En andre terminal for spole 136 er forbundet med en anodeterminal til en likeretter 150, en andre terminal for spole 138 er forbundet med en anodeterminal til en likeretter 160, en andre terminal for spole 140 er forbundet med en anodeterminal til en likeretter 158. En andre terminal for spole 142 er forbundet med en anodeterminal til en likeretter 156', en andre terminal for spole 144 er forbundet med en anodeterminal til en likeretter 154, en andre terminal for spole 146 er forbundet med en anodeterminal til en likeretter 152. Katodeterminalene for likeretterene 150,152,154,156,158 og 160 er forbundet med en leder 162. Lederen 160 er forbundet med nøytral-terminalen 148, og en likerettet vekselstrømspenning fremkommer mellom lederene 160 og 162. Ved drift leder to tilliggende spoler (eller faser) til sekundærviklingen 14 samtidig. Hver fase, og dens tilknyttede likeretter, fører strøm for 120 elektriske grader.

Kjerne (ikke vist på fig 4) for likerettertransformatoren 110 må være slik at nøytralterminalen 148 kan svinge, som derved tillater at summen av fluxer i trefasene skal være ikke null. D.v.s. kjernen må innbefatte en jernfluxreturbane for null-fase sekvensfluxene. Trefasede, trebenede kjerner kan ikke bli anvendt. Likerettertransformatoren 110,vist skjematisk på fig 4, kan bli anvendt ved forskjellige kjerneanordninger innbefattende: 3 enfasede kjerneformer slik som en enfaset kjerneform 226 på fig 6, en firebenet kjerneform 228 på fig 7, en fembenet kjerneform 230 på fig 8, tre enfasede kapsel-formede kjerner,slik som en enfaset, kapselformet kjerne 232 på fig 9, en firebenet kapselformet kjerne 234 på fig 10, en fembenet kapselformet kjerne 236 på fig 11 og en firesløyfe-kjerne 238 på fig 12, som innbefatter kjerner 240,242,244 og og 246, og spoler 248,250 og 252. En annen magnetisk kjerne, magnetisk ekvivalent, med tre enfasede kjerner er egnet for utførelse av foreliggende forbindelse. Spolene anordnet paralellt med hverandre på fig 4 er viklet på samme kjernene, ben til kjernene vist på fig 6 til 12. D.v.s. spolene 116,126, 140 og 146 er viklet på ett ben, spolene 124,132,138 og 144

er viklet på et annet ben, spolene 118,130,136 og 142 er viklet på et tredje ben.

Likerettertransformatoren 110 kan bli anvendt ved likeretter-systemer som krever flere faser for å slette vekselstrøm-harmoniske når store blokker med likestrøm er nødvendig. Likerettertransformator 110 kan bli sammenstilt for å tilveiebringe faseforskyvning 0, som er nødvendig for et multippelfasesystem. Så snart den ønskede faseforskyvning er kjent kan den bli tilveiebragt ved å velge riktig omdrei-ningsforhold mellom spolene 116 og 118 ( og spolene 124 og 126 og spolene 130 og 132) Faseforskyvningen blir bestemt ved hjelp av følgende ligning:

hvor Nj_ er antall viklinger i spolen 118,126 og 132, og hvor N2er antall viklinger i spolene 116,124 og 130.

Ved den ovenfor beskrevne, foretrukne utførelse for foreligg-: ende oppfinnelse er visse forbindelser mellom anode og katode-terminaler for likeretterene 150,152,154,156,158 og 160 beskrevet. Anode og katodeterminalene til likeretterene'150,152, 154,156,158 og 160 kan bli reversert, som derved reverserer polariteten til den likerettede vekselstrømspenningen mellom lederene 160 og 162. I stedet for likeretterene 150,152,154, 156,158 og 16 0 kan andre halvlederanordninger bli anvendt med likerettertransformatoren 110. Tyristorene kan f.eks. bli anvendt for å tilveiebringe variabel spenningsstyring.

Det er kvalitativt ikke vanskelig å se at foreliggende oppfinnelse, vist på fig 4 virker tilfredsstillende. Antatt at kretsen vist på fig l,blir tilført fra fasef orskyvningstransfontatoren 200 ,vist på fig 5. Faseforskyvningstransformatoren 200 blir viklet på tre enfasede kjerner (ikke vist på fig 5) eller magnetiske ekvivalenter. Faseforskyvningstransformatoren 200 innbefatter en primær vikling 202 og en sekundær vikling 204. Sekundærviklingen 204 innbefatter en spole 206,208 og 210, første terminalen på spolene 206,208 og 210 og er forbundet sammen ved en nøytral terminal 212. Primærviklingen 202 innbefatter spoler 214,216,218,220,222 og 224. Første terminaler for spolene 216, 218 og 222 er forbundet sammen ved en nøytral terminal 226.

Det har tidligere vært kjent at faseforskyvningstransforma-"toren 200 har en balansert trefase utgangsspenning f linje til linje, med en balansert trefaset inngang, linje til linje. En nøytral terminal 212 for faseforskyvningstransformatoren 200 er ustabil,svinger og har en høy impedanse. Dersom spolene 13,15 og 16 til likerettertransformatoren 10, vist på fig 1, er forbundet med spolene 206,208 og 210 henholds-vis, for faseforskyvningstransformatoren 200 på fig 5, virker likerettertransformatoren 10 normalt. Dersom inngangs-nøytralterminalen 26 for likerettertransformatoren 10 (fig 1) nå er forbundet med nøytralterminalen 212 til faseforskyvningstransformatoren 200 (fig 5) flyter ingen nøytral strøm. Forbindelsen har ikke forstyrret operasjonen av likerettertransformatoren 10. Resultatet er parallellføring i hver fase av sekundærvikling 204 for faseforskyvningstransformator 200 og primærviklingen 12 for likerettertransformatoren 10. Det er derfor tillatelig å sette spolene 206,208,210,214,216,218, 220,222 og 224 til faseforskyvningstransformatoren 200 på kjernene (ikke vist på fig 1) til likerettertransformatoren 10. Eliminering av den nå overflødige y-primærviklingen 12 til likerettertransformatoren 10 og sekundærviklingen 204 for faseforskyvningstransformatoren 200 resulterer i likerettertransformatoren 110 (fig 4) ifølge foreliggende oppfinnelse.

Vinkel .<j> angitt i primærdelen av fig 4 er definert av hvor mange viklinger er på seksjon 116 og 118. På grunn av symetri og effektivitetsytelse er seksjonene 116,124 og 132 valgt med samme antall viklinger, og likeledes er seksjon 118,126 og 132 valgt med samme kjente antall viklinger.

Antall viklinger ved seksjonen 116 og 118 kan bli valgt i løpet av driften på en hver av de tidligere kjente måtene ved tidligere kjente anordninger. For et slikt formål kan viklingsseksjonene 116 og 118 (likeledes 124 og 126, og 130 og 132) være forsynt med uttak som kan bli selektivt forbundet på en hver kjent måte, f.eks .avlastningsuttaksbrytere~ eller pålastningsuttagsbrytere , eller boltede ledd, etc. Konstruksjonsdetaljer ved uttagsendringsanordningen utgjør

i og for seg ikke noen del av oppfinnelsen og er ikke beskrevet nærmere her.

Anordningen vist på fig 4 gir en effektiv og økonomisk likerettertransformatoranordning for å begrense harmon-

iske og samtidig tilveiebringe en kilde for store blokker med likerettet vekselstrømtorsyning, for å tilføre en likestrømslast.

Claims (10)

1. Likerettertransformator med en sekundærvikling og en primærvikling, som er tilpasset for forbindelse ..med et trefaset strømforsyningssystem for å tilveiebringe et likerettet vekselstrømssignal fra en sekundær strømforsyning, som er ved en forutbestemt faseforskyvning i forhold til primærviklingen, karakterisert ved magnetisk kjerneinnretning som tilveiebringer en magnetisk fluxbane for nullsekvens fluxer, og som har en fluxreturbane og elektrisk viklingsinnretning, idet den elektriske viklingsinnretningen innbefatter en sik-sak-i-primær-vikling for forbindelse med det trefasede strømforsyningssystemet, idet sik-sak-i-primærviklingen innbefatter tre spoler, som hver har en første del og en andre del, hvor den første og andre delen hver har et forutbestemt valgbart antall viklinger,valgt for å tilveiebringe den forutbestemte faseforskyvningen mellom primær og sekundærviklingen, idet sekundærviklingen innbefatter videre en seksfasestjerne-sekundærvikling, idet seksfasestjernesekundærviklingen har en felles terminal og flere utgangsterminaler, hvor jernflux-returbanen tillater at spenningen ved den '.felles . terminalen oskillerer, flere likeretterinnretninger med første og andre terminaler, idet hver av de første terminalene er forbundet med en av utgangsterminalene, og idet de andre terminalene er bundet sammen, slik at det likerettede vekselstrømssignalet blir frembrakt mellom fellesterminalen og de andre terminalene.

2. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved at den magnetiske kjernen innbefatter tre enfasede, magnetiske kjerneformer.

3. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved ved at den magnetiske kjernen innbefatter en fembenet magnetisk kjerneform.

4. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved at den magnetiske kjernen innbefatter en firebenet - sløyfe magnetisk kjerne.

5. Transformator ifølge' krav 1, karakterisert ved at den magnetiske kjernen innbefatter en kapslet, magnetisk kjerneform.

6. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved at den magnetiske kjernen innbefatter en firebenet, kapslet magnetisk kjerne.

7. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved at den magnetiske kjernen innbefatter en fembenet, kapslet magnetisk kjerneform.

8. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved at den magnetiske kjernen innbefatter en magnetisk kjerne,magnetisk ekvivalent med tre enfasede magnetiske kjerner.

9. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved at den første terminalen til hver av likkeretterene innbefatter en anodeterminal, og at den andre terminalen til hver av likeretterinnretningene innbefatter en katodeterminal.

10. Transformator ifølge krav 1, karakterisert v e d at den første terminalen til hver av likeretterinnretningene innbefatter en katodeterminal,og at den annen terminal til hver av likeretterinnretningene innbefatter en anodeterminal .