RU181985U1

RU181985U1 - Scheme of conversion, distribution and consumption of electricity

Info

Publication number: RU181985U1
Application number: RU2018115956U
Authority: RU
Inventors: Игорь Павлович Боровой
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЗЕНИТ"
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2018-07-31

Abstract

Полезная модель относится к силовой электротехнике, а именно к области полупроводниковой преобразовательной техники (силовой электроники), и может быть использована при питании от трехфазной сети для получения выпрямленного напряжения с двенадцатью пульсациями за период питающей сети для питания промышленной нагрузки и линий электропередач постоянного тока. Входное переменное трехфазное напряжение в параметрическом трансформаторе 1 преобразуется в шестифазное напряжение. Трансформатор 1 выполняет функции стабилизации выходного напряжения, защиты от перенапряжения на входе, перегрузок на выходе и двусторонней фильтрации помех. Шестифазное выходное напряжение трансформатора 1 с помощью двенадцатиимпульсного выпрямителя 2 на диодах Шоттки преобразуется в постоянное напряжение достаточно высокого уровня для минимизации токовых потерь. Осветительные приборы 3 питаются постоянным напряжением, при этом их токи питания низкие, что в совокупности с применением линейных стабилизаторов тока с высоким КПД позволяет получить высокий КПД и высокую надежность системы в целом. 1 ил.The utility model relates to power electrical engineering, namely to the field of semiconductor converting technology (power electronics), and can be used when powered from a three-phase network to obtain a rectified voltage with twelve ripples over the period of the power supply network to power industrial load and DC power lines. The input AC three-phase voltage in the parametric transformer 1 is converted to a six-phase voltage. The transformer 1 performs the functions of stabilizing the output voltage, protection against overvoltage at the input, overloads at the output and two-way interference filtering. The six-phase output voltage of the transformer 1 with the help of a twelve-pulse rectifier 2 on Schottky diodes is converted to a DC voltage of a sufficiently high level to minimize current losses. Lighting devices 3 are powered by constant voltage, while their supply currents are low, which, combined with the use of linear current stabilizers with high efficiency, allows to obtain high efficiency and high reliability of the system as a whole. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к силовой электротехнике, а именно к области полупроводниковой преобразовательной техники (силовой электроники), и может быть использована при питании от трехфазной сети для получения выпрямленного напряжения с двенадцатью пульсациями за период питающей сети для питания промышленной нагрузки и линий электропередач постоянного тока.The utility model relates to power electrical engineering, namely to the field of semiconductor converting technology (power electronics), and can be used when powered from a three-phase network to obtain a rectified voltage with twelve ripples over the period of the power supply network to power industrial load and DC power lines.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.To assess the novelty of the claimed solution, we consider a number of well-known technical devices of a similar purpose, characterized by a combination of features similar to the claimed device.

Известен полупроводниковый выпрямитель по патенту РФ №176888, содержащий два трехфазных стержневых трансформатора, первичные обмотки которых подключены к питающей сети, первичная обмотка одного трансформатора имеет соединение звездой, первичная обмотка другого трансформатора имеет соединение в треугольник, все вторичные обмотки подключены к выпрямительным мостам, соединенным последовательно, и отличающийся тем, что каждый трансформатор имеет две вторичные обмотки звездой, при соотношении числа витков упомянутых вторичных обмоток в каждом трансформаторе, приближенно равном 3,85.Known semiconductor rectifier according to the patent of the Russian Federation No. 176888, containing two three-phase rod transformers, the primary windings of which are connected to the mains, the primary winding of one transformer has a star connection, the primary winding of the other transformer has a triangle connection, all secondary windings are connected to rectifier bridges connected in series , and characterized in that each transformer has two secondary windings with a star, with a ratio of the number of turns of the said secondary windings to each transformer, approximately equal to 3.85.

Из уровня техники известны многофазные полупроводниковые выпрямители, представляющие один из самых распространенных видов статических преобразователей электроэнергии. В основе всех классических выпрямителей лежит использование многофазных выпрямительных мостов с использованием полупроводниковых приборов с односторонней проводимостью, объединенных в анодную и катодную группу. При этом качество выходного напряжения определяется главным образом числом пульсаций за период питающей сети, пропорциональным числу фаз выпрямляемого напряжения.Multiphase semiconductor rectifiers are known in the art, representing one of the most common types of static power converters. The basis of all classical rectifiers is the use of multiphase rectifier bridges using semiconductor devices with one-sided conductivity, combined into an anode and cathode group. The quality of the output voltage is determined mainly by the number of ripples for the period of the supply network, proportional to the number of phases of the rectified voltage.

Наиболее распространенной является двенадцатиимпульсная схема выпрямления, основанная на комбинации соединения вторичных обмоток силового трансформатора звездой и треугольником, что обеспечивает фазовый сдвиг. Упомянутая схема нашла наибольшее распространение для питания линий электропередач постоянного тока, а также в промышленных выпрямителях. Однако качество выходного напряжения двенадцатиимпульсной схемы недостаточно высоко, и во многих случаях требует дополнительной фильтрации (сглаживания), увеличивающей габариты установки.The most common is a twelve-pulse rectification circuit based on a combination of connecting the secondary windings of the power transformer with a star and a triangle, which provides a phase shift. The aforementioned circuit has found the greatest distribution for powering DC power lines, as well as in industrial rectifiers. However, the quality of the output voltage of the twelve-pulse circuit is not high enough, and in many cases requires additional filtering (smoothing), which increases the dimensions of the installation.

Известен статический двенадцатиимпульсный выпрямитель по патенту РФ №144830, предназначенный для питания силовых промышленных электроустановок и линий электропередач постоянного тока, содержащий два последовательно включенных трехфазных выпрямительных моста, один из которых выполняется на неуправляемых вентилях, другой выполнен на управляемых вентилях, оба выпрямительных моста питаются от отдельных трехфазных вторичных обмоток трансформатора, отличающийся тем, что вторичные трехфазные обмотки имеют коэффициенты трансформации, в соотношении которых лежит натуральное число е, при этом вторичная обмотка управляемого моста имеет число витков в 2,71 раза меньшее, и имеют одинаковую схему включения - "звездой", а управляемый мост формирует 6 пульсаций выпрямленного напряжения, состоящих из фрагментов фронтов полуволн, коммутируемых в моменты равенства фронтов модулей полуволн напряжения разных фаз, нарастающий и спадающий фронты при этом чередуются, и сдвинутых относительно пульсаций неуправляемого выпрямительного моста на угол π/6, при этом на выходе выпрямителя образуется суммарное напряжение, имеющее 12 симметричных пульсаций за период питающей сети, достигаемых при минимально возможном общем числе витков вторичных обмоток трансформатора, что позволяет получить выигрыш по массогабаритным показателям выпрямительной установки, снизить непроизводительные затраты электроэнергии, а благодаря значительному уменьшению числа витков обмотки управляемого моста улучшить электромагнитную совместимость устройства с питающей сетью.Known static twelve-pulse rectifier according to RF patent No. 144830, designed to power industrial power plants and DC power lines, containing two serially connected three-phase rectifier bridge, one of which is made on uncontrolled valves, the other is made on controlled valves, both rectifier bridge are powered by separate three-phase secondary windings of a transformer, characterized in that the secondary three-phase windings have transformation ratios, in s in relation to which is a natural number e, while the secondary winding of the controlled bridge has a number of turns 2.71 times smaller, and have the same switching circuit as a “star”, and the controlled bridge generates 6 ripples of the rectified voltage, consisting of fragments of half-wave fronts commutated in the moments of equality of the fronts of the half-wave modules of the voltage of different phases, the rising and falling fronts alternate, and shifted relative to the ripples of the uncontrolled rectifier bridge by an angle π / 6, while at the output of the rectifier a total voltage of 12 symmetrical ripples for the period of the supply network is achieved, achieved at the minimum possible total number of turns of the secondary windings of the transformer, which allows you to gain in weight and dimensions of the rectifier installation, reduce overhead costs of electricity, and due to a significant decrease in the number of turns of the winding of the controlled bridge, improve the electromagnetic device compatibility with the mains.

Основной недостаток данного технического решения, принятого нами за прототип, равно как и другой существующей преобразовательной техники, применяемой в осветительных установках, заключается в неоптимальной структуры преобразования электроэнергии. Осветительные приборы питаются переменным напряжением, что приводит к необходимости применения импульсных преобразователей для питания светодиодов в осветительных приборах, широко применяемых в системах освещения. Импульсные преобразователи являются источниками электромагнитных помех и низконадежным элементом в составе осветительного прибора, в силу особенностей своей схемотехники (наличия в конструкции низконадежных компонентов, таких как электролитические конденсаторы; и наличия каскадов работающих в жестких условиях (ударные токи, высокая плотность тока, выбросы напряжения, локальный перегрев) - ключевые силовые цепи).The main disadvantage of this technical solution, which we adopted as a prototype, as well as other existing converting techniques used in lighting installations, is the non-optimal structure of electric power conversion. Lighting devices are powered by alternating voltage, which leads to the need for pulsed converters to power LEDs in lighting devices that are widely used in lighting systems. Pulse converters are sources of electromagnetic interference and a low-reliable element in the lighting device, due to the peculiarities of their circuitry (the presence in the design of low-reliable components, such as electrolytic capacitors; and the presence of cascades operating in harsh conditions (shock currents, high current density, voltage surges, local overheating) - key power circuits).

Задачей полезной модели является создание схема преобразования, распределения и потребления электроэнергии, отличающейся оптимальной структуры преобразования электроэнергии, характеризующейся отсутствием низконадежных элементов и высоким КПД.The objective of the utility model is to create a scheme for the conversion, distribution and consumption of electricity, characterized by the optimal structure of the conversion of electricity, characterized by the absence of low-reliability elements and high efficiency.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого полезной моделью технического результата.The essence of the claimed technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to solve the technical problem indicated by the applicant and obtain the technical result provided by the utility model.

Согласно полезной модели схема преобразования, распределения и потребления электроэнергии, включающая трансформатор и выпрямитель, характеризуется тем, что трансформатор выполнен в виде параметрического трансформатора с возможностью преобразования трехфазного переменного напряжения в шестифазное напряжение с одновременной стабилизацией выходного напряжения, защитой от перенапряжения на входе и перегрузок на выходе и с двусторонней фильтрацией помех, а выпрямитель выполнен в виде двенадцатиимпульсного выпрямителя на диодах Шоттки с возможностью обеспечения на его выходе постоянного стабилизированного напряжение до 1000В для питания полезной нагрузки с высоким КПД.According to a utility model, a circuit for converting, distributing and consuming electricity, including a transformer and a rectifier, is characterized in that the transformer is made in the form of a parametric transformer with the ability to convert a three-phase alternating voltage into a six-phase voltage with simultaneous stabilization of the output voltage, protection against input overvoltage and output overloads and with bilateral interference filtering, and the rectifier is made in the form of a twelve-pulse rectifier on Schott diodes and capable of providing at its output a stabilized constant voltage is 1000V for feeding payload with high efficiency.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что в заявленной схеме реализуется комплексный подход к преобразованию электроэнергии, с исключением всех негативных составляющих обычных схем. Отсутствие жестких режимов работы (ударные токи, высокая плотность тока, выбросы напряжения, локальный перегрев), максимально возможное сокращение количества преобразований, низкие рабочие токи, минимальное количество компонентов.The claimed combination of essential features ensures the achievement of a technical result, which consists in the fact that the claimed scheme implements an integrated approach to the conversion of electricity, with the exception of all the negative components of conventional schemes. Lack of hard operating modes (shock currents, high current density, voltage surges, local overheating), the maximum possible reduction in the number of conversions, low operating currents, the minimum number of components.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема заявленного устройства.The essence of the claimed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a functional diagram of the claimed device.

Заявленная схема преобразования, распределения и потребления электроэнергии включает параметрический трансформатор 1, двенадцатиимпульсный выпрямитель 2 и полезную нагрузку, например, в виде осветительных приборов 3.The claimed scheme of conversion, distribution and consumption of electricity includes a parametric transformer 1, a twelve-pulse rectifier 2 and a payload, for example, in the form of lighting devices 3.

Заявленная схема работает следующим образом.The claimed scheme works as follows.

Входное переменное трехфазное напряжение в параметрическом трансформаторе 1 преобразуется в шестифазное напряжение. Одновременно параметрический трансформатор выполняет функции стабилизации выходного напряжения, защиты от перенапряжения на входе, перегрузок на выходе и двусторонней фильтрации помех.The input AC three-phase voltage in the parametric transformer 1 is converted to a six-phase voltage. At the same time, the parametric transformer performs the functions of stabilizing the output voltage, protecting against overvoltage at the input, overloads at the output and two-way interference filtering.

Далее шестифазное выходное напряжение параметрического трансформатора 1 с помощью двенадцатиимпульсного выпрямителя 2 на диодах Шоттки преобразуется в постоянное напряжение достаточно высокого уровня для минимизации токовых потерь (на практике до 1000В), которое применяется для распределения в распределительной сети постоянного напряжения с малыми потерями.Next, the six-phase output voltage of the parametric transformer 1 is converted using a twelve-pulse rectifier 2 on Schottky diodes to a DC voltage of a sufficiently high level to minimize current losses (in practice, up to 1000V), which is used to distribute DC voltage with low losses in the distribution network.

Осветительные приборы 3 питаются постоянным напряжением, при этом их токи питания низкие, что в совокупности с применением линейных стабилизаторов тока с высоким КПД, позволяет получить высокий КПД и высокую надежность системы в целом.Lighting devices 3 are powered by constant voltage, while their supply currents are low, which, combined with the use of linear current stabilizers with high efficiency, allows to obtain high efficiency and high reliability of the system as a whole.

Claims

The scheme of conversion, distribution and consumption of electricity, including a transformer and a rectifier, characterized in that the transformer is made in the form of a parametric transformer with the ability to convert a three-phase AC voltage into a six-phase voltage with simultaneous stabilization of the output voltage, protection against overvoltage at the input and overloads at the output and with two-sided noise filtering, and the rectifier is made in the form of a twelve-pulse rectifier on Schottky diodes with the possibility of providing at its output a stabilized constant voltage is 1000V for feeding payload with high efficiency.