RU2100896C1

RU2100896C1 - Multiphase rectifier set

Info

Publication number: RU2100896C1
Application number: RU96119121/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Хохлов
Original assignee: Челябинский государственный технический университет
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: running, control, and bias windings of saturable reactors in counter-phase diode sides of each six-phase rectifier bridge are wound on same magnetic core. EFFECT: reduced installed capacity of saturable reactors and energy loss in them; reduced size and simplified design of rectifier set. 1 dwg

Description

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах электроснабжения электролизных, электротермических и других установок, потребляющих энергию на постоянном токе. The invention relates to power conversion technology and can be used in power supply systems of electrolysis, electrothermal and other installations consuming direct current energy.

Известен многофазный диодный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных к одной из вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, с регулированием выпрямленного напряжения путем изменения коэффициента трансформации преобразовательного трансформатора [1]
Недостатком такого выпрямителя является дискретность и инерционность регулирования выходного напряжения. В результате не обеспечивается необходимый по технологии электрический режим в нагрузке (например, стабилизация выпрямленного тока или постоянство ампер-часов за определенный интервал времени и т.п.).Known multiphase diode rectifier unit, consisting of converter units in the form of six-phase rectifier bridges, AC terminals connected to one of the valve windings of the transformer transformer, and DC terminals connected to the load, with regulation of the rectified voltage by changing the transformation coefficient of the transformer transformer [1]
The disadvantage of such a rectifier is the discreteness and inertia of the regulation of the output voltage. As a result, the electric mode required by the technology in the load is not provided (for example, stabilization of the rectified current or constancy of ampere-hours for a certain time interval, etc.).

Известен многофазный выпрямительный агрегат, состоящий из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных к одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, причем каждое вентильное плечо шестифазных выпрямительных мостов выполнено в виде последовательно соединенных диодной группы (диоды соединены последовательно, параллельно или комбинированно, в частном случае диодная группа представляет собой один полупроводниковый прибор) и рабочей обмотки дросселя насыщения, уложенной на индивидуальный магнитопровод. На этот же магнитопровод уложены обмотки управления и смещения дросселя. Число дросселей насыщения равно числу вентильных плеч, т.е. в каждом преобразовательном блоке равно шести, а, например, в двенадцатифазном агрегате с четырьмя преобразовательными блоками равно двадцати четырем. Обмотки управления всех дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока. Аналогично обмотки смещения всех дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к другому источнику постоянного тока [2,3]
Такой многофазный выпрямительный агрегат, выбранный в качестве ближайшего аналога, путем изменения тока в обмотке управления (тока управления) обеспечивает сколь угодно плавное регулирование выпрямленного напряжения, что позволяет осуществлять любой необходимый по технологии электрический режим в нагрузке (в частности, стабилизацию выпрямленного тока, постоянство ампер-часов за цикл работы, любой другой программный ввод мощности в нагрузку).A multiphase rectifier unit is known, consisting of converter blocks in the form of six-phase rectifier bridges, AC terminals connected to one of the three-phase valve windings of the converter transformer, and DC terminals connected to the load, and each valve arm of the six-phase rectifier bridge is made in the form of series-connected diode groups (diodes are connected in series, in parallel or in combination, in the particular case the diode group represents bout a semiconductor device) and the operating winding of saturation throttle laid on the individual magnetic. The control windings and throttle bias are laid on the same magnetic circuit. The number of saturable chokes is equal to the number of valve arms, i.e. in each converter block is six, and, for example, in a twelve-phase unit with four converter blocks is equal to twenty-four. The control windings of all saturation chokes are connected in series and connected to a constant current source. Similarly, the bias windings of all saturation reactors are connected in series and connected to another DC source [2,3]
Such a multiphase rectifier unit, selected as the closest analogue, by changing the current in the control winding (control current) provides arbitrarily smooth regulation of the rectified voltage, which allows any electrical mode required by the technology in the load (in particular, stabilization of the rectified current, constant amperes) -hours per cycle, any other programmed input of power to the load).

Недостатком ближайшего аналога являются высокая установленная мощность дросселей насыщения из-за значительного расхода на их сердечники электротехнической стали. Действительно, включение дросселей насыщения в каждое вентильное плечо преобразовательных блоков, например, в указанном выше двенадцатифазном выпрямительном агрегате требует двадцать четыре стальных сердечника. Соответственно велики потери электрической энергии в стали этих сердечников и габариты агрегата, усложнена конструкция преобразователя. The disadvantage of the closest analogue is the high installed capacity of the saturation chokes due to the significant consumption of electrical steel on their cores. Indeed, the inclusion of saturation chokes in each valve arm of the converter units, for example, in the above twelve-phase rectifier unit, requires twenty-four steel cores. Accordingly, the loss of electrical energy in the steel of these cores and the dimensions of the unit are large, the design of the converter is complicated.

Изобретение решает задачу снижения установленной мощности дросселей насыщения, уменьшения потерь электрической энергии в них, а также уменьшения габаритов и упрощения конструкции выпрямительных агрегатов. Для этого в многофазном выпрямительном агрегате, состоящем из преобразовательных блоков в виде шестифазных выпрямительных мостов, выводами переменного тока подключенных в одной из трехфазных вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, а выводами постоянного тока подключенных к нагрузке, с вентильными плечами шестифазных выпрямительных мостов, выполненными в виде последовательно соединенных диодов группы и уложенной на магнитопровод рабочей обмотки дросселя насыщения, обмотки управления и смещения которого, уложенные на тот же магнитопровод, соединены последовательно с аналогичными обмотками других дросселей насыщения и подключены соответственно к источникам управления и смещения постоянного тока, рабочие обмотки, обмотки управления и смещения дросселей насыщения противофазных вентильных плеч каждого из шестифазных выпрямительных мостов уложены на один общий магнитопровод, причем отношения чисел витков обмоток управления и обмоток смещения к числу витков каждой рабочей обмотки на каждом магнитопроводе уменьшено вдвое. The invention solves the problem of reducing the installed power of saturation chokes, reducing the loss of electrical energy in them, as well as reducing the size and simplifying the design of rectifier units. To do this, in a multiphase rectifier unit, consisting of converter units in the form of six-phase rectifier bridges, AC terminals connected to one of the three-phase valve windings of the converter transformer, and DC terminals connected to the load, with valve arms of the six-phase rectifier bridges made in the form of series-connected diodes of the group and the working winding of the saturation reactor laid on the magnetic circuit, the control and bias winding of which are laid on and the same magnetic circuit, connected in series with similar windings of other saturation chokes and connected respectively to control and bias DC sources, operating windings, control windings and saturation chokes of antiphase valve arms of each of the six-phase rectifier bridges are laid on one common magnetic circuit, and the ratio of numbers turns of control windings and bias windings to the number of turns of each working winding on each magnetic circuit is halved.

Предложенный многофазный выпрямительный агрегат удовлетворяет критерию изобретательский уровень, поскольку в нем дроссели насыщения включены по оригинальной схеме, позволяющей снизить установленную мощность дросселей, уменьшить потери электрической энергии в них, уменьшить габариты и упростить конструкцию преобразователя. The proposed multiphase rectifier unit meets the criterion of inventive step, since saturation chokes are included in it according to the original scheme, which allows to reduce the installed power of the chokes, reduce the loss of electrical energy in them, reduce the dimensions and simplify the design of the converter.

На чертеже представлена принципиальная схема одного из возможных (а именно, двенадцатифазного) вариантов предложенного выпрямительного агрегата. Он содержит четыре преобразовательных блока. Каждый блок образован сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора 1, одной из четырех его вентильных обмоток 2, 3, 4 и 5 и одним из четырех шестифазных выпрямительных мостов 6, 7, 8 и 9. По отношению к нагрузке 10 выпрямительные мосты соединены параллельно (возможно последовательное и комбинированное соединение). Каждый мост содержит противофазные вентильные плечи 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16. В каждый преобразовательный блок включено три дросселя насыщения, выполненных на трех магнитопроводах 17, 18 и 19, общих для вентильных плеч 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16. На магнитопроводы дросселей насыщения уложены рабочие обмотки 20 и 23, 21 и 24, 22 и 25, включенные последовательно с вентильными плечами 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16. Обмотки управления дросселей насыщения блоков 26, 27 и 28 соединены последовательно и подключены к источнику управления постоянного тока. Аналогично включены обмотки смещения дросселей насыщения 29, 30 и 31 и подключены к источнику смещения постоянного тока. The drawing shows a schematic diagram of one of the possible (namely, twelve-phase) options of the proposed rectifier unit. It contains four converter blocks. Each block is formed by the network winding of the transformer transformer 1, one of its four valve windings 2, 3, 4 and 5 and one of the four six-phase rectifier bridges 6, 7, 8 and 9. With respect to load 10, the rectifier bridges are connected in parallel (possibly serial and combination compound). Each bridge contains antiphase valve arms 11 and 14, 12 and 15, 13 and 16. Each converter block includes three saturation chokes made on three magnetic cores 17, 18 and 19 common to valve arms 11 and 14, 12 and 15, 13 and 16. The working windings 20 and 23, 21 and 24, 22 and 25, connected in series with the valve arms 11 and 14, 12 and 15, 13 and 16, are laid on the magnetic circuits of the saturation chokes, and the control windings of the saturation chokes of blocks 26, 27 and 28 are connected in series and connected to a direct current control source. Similarly, the bias windings of the saturation chokes 29, 30 and 31 are connected and connected to a DC bias source.

Работа многофазного выпрямительного агрегата осуществляется следующим образом. При подключении трансформатора 1 к питающей сети на его вентильных обмотках 2, 3, 4 и 5 образуется многофазная (в приведенном на рисунке преобразователе двенадцатифазная) система напряжений. Шестифазные выпрямительные мосты 6, 7 и 8, 9 включением каждого из вентильных плеч 11, 12, 13, 14, 15 и 16 в течение трети периода изменения напряжения питающей сети (не считая интервала коммутации вентилей) создают на нагрузке 10 выпрямленное напряжение. Величина этого напряжения зависит от исходного магнитного состояния магнитопроводов дросселей насыщения 17, 18 и 19, которое задается токами в обмотках смещения 29, 30, 31 и управления 26, 27 и 28. Точка, изображающая исходное магнитное состояние дросселей, находится на ненасыщенном участке кривой намагничивания их магнитопроводов. При периодических появлениях положительного напряжения на последовательно соединенных вентильных плечах и рабочих обмотках дросселей насыщения 11, 20; 12, 21; 13, 22; 14, 23; 15, 24 и 16, 25 соответствующее вентильное плечо открывается, а дроссель выводится из ненасыщенного состояния. Длительность процесса выведения определяет угол дроссельного управления, а следовательно, и величину выпрямленного напряжения на нагрузке 10. После проведения тока вентильным плечом последовательно соединенный дроссель заводится в ненасыщенное состояние, определяемое токами управления и смещения. Причем, поскольку на один магнитопровод дросселя уложено две рабочих обмотки, соединенных с противофазными вентильными плечами, то каждый из дросселей насыщения дважды за период напряжения питающей сети выводится из ненасыщенного состояния, т.е. дважды за период создает угол управления. Также дважды он заводится в ненасыщенное исходное состояние. Это состояние при перенесенных на общий магнитопровод каждого дросселя двух обмоток управления и двух обмоток смещения обеспечивается уменьшенным в два раза суммарным числом их витков. Изменением тока управления регулируется угол управления и сколь угодно плавно регулируется напряжение на нагрузке. The operation of a multiphase rectifier unit is as follows. When the transformer 1 is connected to the supply network, a multiphase (twelve-phase) voltage system is formed on its valve windings 2, 3, 4, and 5. Six-phase rectifier bridges 6, 7 and 8, 9 by turning on each of the valve arms 11, 12, 13, 14, 15 and 16 during the third of the period of the supply voltage change (not counting the valve switching interval) create a rectified voltage at the load 10. The magnitude of this voltage depends on the initial magnetic state of the magnetic cores of saturation chokes 17, 18 and 19, which is set by the currents in the bias windings 29, 30, 31 and control 26, 27 and 28. The point depicting the initial magnetic state of the chokes is located on the unsaturated portion of the magnetization curve their magnetic cores. With periodic occurrences of positive voltage on series-connected valve arms and working windings of saturation chokes 11, 20; 12, 21; 13, 22; 14, 23; 15, 24 and 16, 25, the corresponding valve arm opens, and the throttle is removed from the unsaturated state. The duration of the output process determines the angle of the throttle control, and therefore the value of the rectified voltage at the load 10. After the current is applied by the valve arm, the series-connected inductor is brought into an unsaturated state determined by the control and bias currents. Moreover, since two working windings connected to antiphase valve arms are laid on one magnetic circuit of the inductor, each of the saturation reactors is twice removed from the unsaturated state during the voltage period of the supply network, i.e. twice a period creates a control angle. Also, it is twice brought into an unsaturated initial state. This state, when transferred to the common magnetic circuit of each inductor of two control windings and two bias windings, is ensured by a half-reduced total number of their turns. By changing the control current, the control angle is regulated and the voltage at the load is arbitrarily regulated.

Технико-экономический эффект от применения предложенного выпрямительного агрегата связан с уменьшением установленной мощности дросселей насыщения, сокращением расхода электрической стали и потерь электрической энергии в магнитопроводах дросселей, а также в снижении габаритов и конструктивном упрощении агрегата. The technical and economic effect of the application of the proposed rectifier unit is associated with a decrease in the installed capacity of saturation chokes, a reduction in the consumption of electric steel and losses of electric energy in the chokes of the chokes, as well as a decrease in size and structural simplification of the unit.

Claims

A multiphase rectifier unit consisting of converter blocks in the form of six-phase rectifier bridges, AC leads connected to one of the three-phase valve windings of the converter transformer, and DC terminals connected to the load, and each valve arm of the six-phase rectifier bridges is made in the form of series-connected diode groups and laid on the magnetic circuit of the working winding of the saturation inductor, whose control and bias windings are laid on that e magnetically connected in series with other similar coils and chokes saturation are connected respectively to the control and the DC bias source, characterized in that the working winding, control winding and throttle displacement saturation antiphase valve arms each of six-phase rectifier bridge are placed on a common magnetic core.