RU2037948C1

RU2037948C1 - Compensated ac-to-dc voltage changer

Info

Publication number: RU2037948C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Хохлов
Original assignee: Юрий Иванович Хохлов
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: railway transport d c power supply. SUBSTANCE: first winding 8 and second winding 9 of changer reactor 7 are connected into similar nonequilateral open zigzag circuit with equal number of turns. First winding 8 has shift of resultant mmf vector through angle ± π/12 and second winding 9, through angle ∓ π/12. With power transformer rectifying windings 2 and 3 connected in star and in delta, with phase voltage shift through angle ± π/6, windings 8 and 9 are connected to them through unlike-polarity terminals. With phase voltages of transformer windings 2 and 3 shifted through ± 5π/6, first three-phase winding 8 and second one 9 of reactor are connected to rectifying windings through like-polarity terminals. Third reactor winding 10 and capacitor bank 6 are connected into coupled or noncoupled electric circuit. Rectifier bridges 4 and 5 are connected either in series or in parallel. EFFECT: eliminated unbalance, simplified design of compensator reactor, improved spectral composition of changer line current. 7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для питания выпрямленным током железнодорожного транспорта, электролизных, электротермических установок и других потребителей. The invention relates to power conversion technology and can be used to power a rectified current of railway transport, electrolysis, electrothermal installations and other consumers.

Известен некомпенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с одной сетевой и двумя трехфазными вентильными обмотками, одна из которых соединена в звезду, а другая в треугольник, два выпрямительных моста и трехфазный уравнительный реактор с двумя трехфазными обмотками, одна из которых соединена по схеме разомкнутая звезда и включена пофазно между первой вентильной обмоткой силового трансформатора и входом первого выпрямительного моста, а другая соединена по схеме равносторонний разомкнутый зигзаг и включена пофазно между второй вентильной обмоткой силового трансформатора и входом второго выпрямительного моста [1]
Недостатком преобразователя является достаточно низкий коэффициент мощности, что обусловлено значительным потреблением из питающей реактивной мощности.Known uncompensated AC to DC converter containing a power transformer with one network and two three-phase valve windings, one of which is connected to a star, and the other to a triangle, two rectifier bridges and a three-phase surge reactor with two three-phase windings, one of which is connected according to the scheme an open star and is connected in phase between the first valve winding of the power transformer and the input of the first rectifier bridge, and the other is connected according to the equilateral scheme open zigzag and connected in phase between the second valve winding of the power transformer and the input of the second rectifier bridge [1]
The disadvantage of the converter is a sufficiently low power factor, which is due to the significant consumption of reactive power.

Известен компенсированный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с одной сетевой и двумя трехфазными вентильными обмотками, одна из которых соединена в звезду, а другая в треугольник, два выпрямительных моста и компенсирующее устройство, включающее трехфазную конденсаторную батарею и трехфазный реактор с тремя трехфазными обмотками, первая из которых соединена по схеме разомкнутая звезда и включена пофазно между первой вентильной обмоткой трансформатора и входом первого выпрямительного моста, вторая трехфазная обмотка реактора соединена по схеме равносторонний разомкнутый зигзаг и включена пофазно между второй вентильной обмоткой трансформатора и входом второго выпрямительного моста, а третья трехфазная обмотка реактора и трехфазная конденсаторная батарея включены по схеме несвязанной трехфазной электрической цепи [2]
Этот преобразователь, выбранный в качестве прототипа, обладает высоким коэффициентом мощности.Known compensated AC to DC Converter containing a power transformer with one network and two three-phase valve windings, one of which is connected in a star, and the other in a triangle, two rectifier bridge and a compensating device comprising a three-phase capacitor bank and a three-phase reactor with three three-phase windings the first of which is open-circuit connected according to the circuit and is connected in phase between the first valve winding of the transformer and the input of the first rectifier of the first bridge, the second three-phase winding of the reactor is connected according to the equilateral open zigzag circuit and is switched in phase between the second valve winding of the transformer and the input of the second rectifier bridge, and the third three-phase winding of the reactor and the three-phase capacitor bank are connected according to the scheme of an unconnected three-phase electric circuit [2]
This converter, selected as a prototype, has a high power factor.

Недостатком такого преобразователя является конструктивная асимметрия трехфазного реактора компенсирующего устройства, обусловленная различием числа витков первой и второй его трехфазных обмоток. Это при производстве реакторов усложняет их выполнение, а при эксплуатации выпрямительного агрегата приводит к различию реактансов коммутации в выпрямительных мостах и, следовательно, к ухудшению спектрального состава сетевого тока преобразователя. В частности, в двенадцатифазном выпрямителе последнее обусловлено проникновением в питающую сеть пятой и седьмой гармоник тока. The disadvantage of this converter is the structural asymmetry of the three-phase reactor of the compensating device, due to the difference in the number of turns of the first and second three-phase windings. In the production of reactors, this complicates their implementation, and during operation of the rectifier unit, it leads to a difference in switching reactance in rectifier bridges and, consequently, to a deterioration in the spectral composition of the line current of the converter. In particular, in a twelve-phase rectifier, the latter is due to the penetration of the fifth and seventh harmonics of the current into the supply network.

Для устранения отмеченного недостатка в предлагаемом преобразователе первая и вторая обмотки реактора компенсирующего устройства соединены по аналогичным схемам неравностороннего разомкнутого зигзага, с равным числом витков, Причем первая обмотка выполнена со сдвигом результирующего вектора МДС на угол ±

, а вторая трехфазная обмотка со сдвигом результирующего вектора МДС на угол ∓

.To eliminate the noted drawback in the proposed converter, the first and second windings of the reactor of the compensating device are connected according to similar non-equilateral open zigzag circuits, with an equal number of turns. Moreover, the first winding is made with a shift of the resulting MDS vector by an angle of ±

and the second three-phase winding with a shift of the resulting MDS vector by an angle ∓

.

При выполнении вентильных обмоток силового трансформатора по схемам "звезда" и "треугольник" со сдвигом фазных напряжений на угол ±

первая и вторая трехфазные обмотки реактора подключены к ним разноименными зажимами. При выполнении вентильных обмоток силового трансформатора по схемам "звезда" и "треугольник" со сдвигом фазных напряжений на угол ±

первая и вторая трехфазные обмотки реактора подключены к ним одноименными зажимами. Третья трехфазная обмотка реактора и трехфазная конденсаторная батарея включаются по схеме связанной или несвязанной трехфазной электрической цепи. По отношению к нагрузке первый и второй выпрямительные мосты соединяются последовательно или параллельно.When performing valve windings of a power transformer according to the "star" and "triangle" schemes with a phase voltage shift of an angle ±

the first and second three-phase windings of the reactor are connected to them by unlike clamps. When performing valve windings of a power transformer according to the "star" and "triangle" schemes with a phase voltage shift of an angle ±

the first and second three-phase windings of the reactor are connected to them with the same clamps. The third three-phase winding of the reactor and the three-phase capacitor bank are switched on according to a connected or unconnected three-phase electric circuit. With respect to the load, the first and second rectifier bridges are connected in series or in parallel.

Предложенный преобразователь удовлетворяет критерию изобретательский уровень, поскольку в нем компенсирующее устройство включено по оригинальной схеме, предусматривающей включение обеих рабочих обмоток реактора в неравносторонний зигзаг с равным числом витков, что позволяет упростить конструктивное исполнение реактора этого устройства и улучшить спектральный состав сетевого тока выпрямительного агрегата. The proposed converter satisfies the criterion of inventive step, since the compensating device is included in the original circuit, which provides for the inclusion of both working windings of the reactor in an unequal zigzag with an equal number of turns, which simplifies the design of the reactor of this device and improves the spectral composition of the mains current of the rectifier unit.

На чертеже представлена принципиальная схема одного из вариантов предложенного компенсированного преобразователя переменного напряжения в постоянное со сдвигом фазных напряжений вентильных обмоток трансформатора, соединенных в звезду и треугольник, на угол -π/6, подключением к ним первой и второй трехфазных обмоток реактора разноименными зажимами и соединением третьей обмотки реактора и конденсаторной батареи по схеме связанной трехфазной электрической цепи. The drawing shows a schematic diagram of one of the options for the proposed compensated AC to DC converter with a phase shift of the transformer valve windings connected in a star and a triangle by an angle -π / 6, connecting the first and second three-phase reactor windings with opposite clamps and connecting the third windings of the reactor and capacitor bank according to the scheme of a coupled three-phase electric circuit.

Он содержит преобразовательный трансформатор с сетевой 1 и двумя вентильными обмотками 2 и 3, два выпрямительных моста 4 и 5 и компенсирующее устройство в виде трехфазной конденсаторной батареи 6 и трехфазного реактора 7, на магнитопроводе которого расположены соединенные в неравносторонний разомкнутый зигзаг первая 8 и вторая 9, а также третья 10 трехфазная обмотки. It contains a converter transformer with a network 1 and two valve windings 2 and 3, two rectifier bridges 4 and 5 and a compensating device in the form of a three-phase capacitor bank 6 and a three-phase reactor 7, on the magnetic circuit of which are connected the first 8 and second 9, connected in a non-equilateral open zigzag, as well as the third 10 three-phase windings.

Работа компенсированного преобразователя осуществляется следующим образом. При подключении обмотки 1 трансформатора к питающей сети линейные токи вентильных обмоток 2 и 3, равные входным током выпрямительных мостов 4 и 5, протекая по первой 8 и второй 9 трехфазным обмоткам реактора 7, создают в третьей обмотке 10 токи, спектр которых определяется гармониками 6К±1, где К=1,3,5. The operation of the compensated Converter is as follows. When connecting transformer winding 1 to the mains, the linear currents of valve windings 2 and 3, equal to the input current of rectifier bridges 4 and 5, flowing along the first 8 and second 9 three-phase windings of reactor 7, create currents in the third winding 10, the spectrum of which is determined by 6K ± harmonics 1, where K = 1,3,5.

Эти гармоники (преимущественно пятая и седьмая) перезаряжают конденсаторы батареи 6. Созданные указанными гармониками тока напряжения на конденсаторах трансформируются в контуры коммутации вентилей мостов 4 и 5 и вызывают искусственную опережающую коммутацию вентилей. За счет искусственной коммутации снижается потребление преобразователем реактивной мощности, что повышает коэффициент мощности выпрямительного агрегата. These harmonics (mainly the fifth and seventh) recharge the capacitors of the battery 6. The voltage created by the indicated harmonics of the voltage across the capacitors is transformed into the switching circuits of the valves of the bridges 4 and 5 and cause artificial leading switching of the valves. Due to artificial switching, the consumption of reactive power by the converter is reduced, which increases the power factor of the rectifier unit.

Технико-экономический эффект от применения предложенного компенсированного преобразователя переменного напряжения в постоянное прежде всего связан с упрощением конструктивного исполнения реактора компенсирующего устройства, поскольку первая и вторая обмотки его выполняются по аналогичной схеме с равным числом витков. Другое преимущество состоит в улучшении спектрального состава сетевого тока, преобразователя, что вытекает из конструктивной симметрии указанных обмоток реактора. The technical and economic effect of the use of the proposed compensated converter of alternating voltage to constant is primarily associated with the simplification of the design of the reactor of the compensating device, since the first and second windings are carried out according to a similar scheme with an equal number of turns. Another advantage is to improve the spectral composition of the mains current, the converter, which follows from the structural symmetry of these reactor windings.

Claims

1. COMPENSATED AC VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT, containing a power transformer connected to input terminals for connecting a mains supply with a three-phase network winding and two three-phase valve windings, one of which is connected to a "star" and the other to a "triangle", two rectifier bridges, DC outputs of which are connected to output terminals for connecting the load, and a compensating device including a three-phase capacitor bank and a three-phase reactor with three three-phase windings the first of which is connected in phase between the first valve winding of the transformer and the input of the first rectifier bridge, the second three-phase winding of the reactor is switched in phase between the second valve winding of the transformer and the input of the second rectifier bridge, and the third three-phase winding of the reactor is connected to a three-phase capacitor bank, characterized in that the first three-phase winding of the reactor is connected according to the "nonequilateral open zigzag" scheme with a shift of the resulting vector of magnetomotive forces by an angle of ± π / 12 and the second three-phase winding of the reactor is connected in a similar way with a shift of the resulting vector of magnetomotive forces by an angle ∓ π / 12.
2. The converter according to claim 1, characterized in that the valve windings of the power transformer are made according to the "star" and "triangle" schemes with a phase voltage offset of ± π / 6, and the first and second three-phase reactor windings are connected to them with unlike clamps.

3. The converter according to claim 1, characterized in that the valve windings of the power transformer are made according to the "star" and "triangle" schemes with a phase voltage offset of ± 5π / 6, and the first and second three-phase reactor windings are connected to them with the same clamps.

4. The Converter according to claim 1, characterized in that the third three-phase winding of the reactor and a three-phase capacitor bank are included in a circuit connected to a three-phase electric circuit.

5. The Converter according to claim 1, characterized in that the third three-phase winding of the reactor and a three-phase capacitor bank are included in a circuit that is not connected to a three-phase electrical circuit.

6. The Converter according to claim 1, characterized in that with respect to the load, the first and second rectifier bridges are connected in series.

7. The Converter according to claim 1, characterized in that with respect to the load, the first and second rectifier bridges are connected in parallel.