RU2206949C2

RU2206949C2 - Converting device

Info

Publication number: RU2206949C2
Application number: RU2001118954A
Authority: RU
Inventors: А.Т. Бурков; Я.С. Гришин
Original assignee: Петербургский государственный университет путей сообщения
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: converter engineering for high-voltage ac substations. SUBSTANCE: device designed to convert three-phase-to-single-phase current has two rectifier-inverter sets each incorporating multiple-winding three-phase transformer connected to supply mains buses, unit of two series-connected rectifiers, inverter unit, dc unit, and single-phase transformer unit. The latter three units are sectionalized so that each inverter unit has three parallel-connected single-phase voltage inverters. Connected to outputs of each inverter is primary winding of single-phase transformer. Secondary windings of all three single-phase transformers in each section are interconnected in series and connected to load buses. Inputs of each inverter unit are connected to buses of respective dc unit section. Rectifier units of rectifier-inverter sets are connected in series. In addition series circuits formed by higher-harmonic filters of two sections in each set are integrated into common series circuit with common point through common smoothing reactor and are connected to common point of series- connected rectifier units. Output terminal of one of rectifiers in each set isolated from adjacent rectifier is connected to smoothing reactor of like-polarity dc unit section. EFFECT: enhanced efficiency due to improved characteristics of dc unit. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на высоковольтных подстанциях переменного тока, преобразующих напряжение трехфазного переменного тока в напряжение однофазного переменного тока промышленной частоты для последующего использования в тяговом электроснабжении железных дорог переменного тока. The invention relates to a conversion technique and can be used at high voltage AC substations that convert the voltage of a three-phase alternating current into a voltage of a single-phase alternating current of industrial frequency for subsequent use in traction power supply of AC railways.

Известно устройство (см. статью в "Elek. Bahnen." - 1999. - 97, 11, с. 353-362 "Bahnstromumrichter Karlsfeld", авторы: V. Fister и др. - "Электропреобразовательная станция Карлсфельд железных дорог Германии"), в котором предложено использовать статические преобразователи с выходной частотой 16 2/3 Гц. Преобразовательная станция питается от трехфазной сети с напряжением 110 кВ 50 Гц, которое понижается двумя многообмоточными трансформаторами и далее преобразуется в постоянное напряжение выпрямителями, каждый из которых подключен к одной из вторичных обмоток своего трансформатора. На выходах выпрямителей установлены сглаживающие реакторы и фильтры высших гармоник. К шинам звена постоянного тока подключены однофазные автономные инверторы, которые при помощи многообмоточного выходного трансформатора, вторичные обмотки которого соединены последовательно, формируют однофазное синусоидальное напряжение частотой 16 2/3 Гц. В составе трансформатора предусмотрен контрольный фильтр на частоту 16 2/3 Гц. С выхода однофазного многообмоточного трансформатора напряжение подается в линию электропередачи 110 кВ 16 2/3 Гц, от которой питаются трансформаторные подстанции, а последние, в свою очередь, питают тяговую сеть 15 кВ 162/3 Гц. A device is known (see article in "Elek. Bahnen." - 1999. - 97, 11, pp. 353-362 "Bahnstromumrichter Karlsfeld", authors: V. Fister and others - "Electrical Converter Station Karlsfeld of German Railways"), in which it is proposed to use static converters with an output frequency of 16 2/3 Hz. The converter station is powered by a three-phase network with a voltage of 110 kV 50 Hz, which is reduced by two multi-winding transformers and then converted into direct voltage by rectifiers, each of which is connected to one of the secondary windings of its transformer. Smoothing reactors and filters of higher harmonics are installed at the outputs of the rectifiers. Single-phase autonomous inverters are connected to the buses of the DC link, which, using a multi-winding output transformer, the secondary windings of which are connected in series, form a single-phase sinusoidal voltage with a frequency of 16 2/3 Hz. The transformer includes a control filter at a frequency of 16 2/3 Hz. From the output of a single-phase multi-winding transformer, voltage is supplied to a 110 kV 16 2/3 Hz power line, from which transformer substations are fed, and the latter, in turn, feed the 15 kV 162/3 Hz traction network.

Рассмотренное устройство позволяет обеспечить резервирование одного выпрямительного блока другим за счет их параллельного подключения к звену постоянного тока и получить выпрямленное напряжение с приемлемыми для нужд потребителей параметрами (коэффициент волнистости и коэффициент пульсаций). The considered device makes it possible to ensure redundancy of one rectifier unit by another due to their parallel connection to the DC link and to obtain a rectified voltage with parameters acceptable for the needs of consumers (wave coefficient and ripple factor).

Однако коэффициент полезного действия такого преобразователя недостаточно высок, так как в звене постоянного присутствует спектр гармонического состава выпрямленного напряжения U_d, кратный числу пульсаций q=6, что для современных схемных решений не является величиной удовлетворительной.However, the efficiency of such a converter is not high enough, because in the constant link there is a harmonic spectrum of the rectified voltage U _d multiple of the number of ripples q = 6, which is not satisfactory for modern circuit solutions.

Известно другое, более близкое к заявляемому преобразовательное устройство (см. статью в "Elek. Bahnen." - 1997. - 95, 1-2, с.21-26, "Vollstatischer 100-MW-Frequenz-umrichter fur die Bahnstromversorgung der Deutschen Bahn in Bremen", авторы: U.-B. Vogel и др. - "Полупроводниковый преобразователь 100 МВт для электроснабжения Германских железных дорог"). Статический преобразователь питается эл. энергией из энергосистемы переменного трехфазного тока частотой 50 Гц. В состав преобразователя входит понижающий многообмоточный трансформатор, от вторичных обмоток которого получает питание тиристорный выпрямитель с общим блоком искусственной коммутации и с выходными сглаживающими реакторами. Выпрямитель питает промежуточный контур постоянного тока с фильтрами высших гармоник. От шин звена постоянного тока питаются однофазные инверторы, нагруженные на выходные однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены последовательно. В этих обмотках формируется ступенчатое напряжение частотой 16 2/3 Гц, форма которого приближена к синусоиде. Known for another closer to the claimed conversion device (see article in "Elek. Bahnen." - 1997. - 95, 1-2, p.21-26, "Vollstatischer 100-MW-Frequenz-umrichter fur die Bahnstromversorgung der Deutschen Bahn in Bremen ", authors: U.-B. Vogel et al. -" 100 MW Semiconductor Converter for Powering the German Railways "). The static converter is powered by email. energy from the power system of an alternating three-phase current with a frequency of 50 Hz. The converter includes a step-down multi-winding transformer, from the secondary windings of which a thyristor rectifier is supplied with a common artificial switching unit and with output smoothing reactors. The rectifier supplies an intermediate DC circuit with filters of higher harmonics. Single-phase inverters, loaded on the output single-phase transformers, the secondary windings of which are connected in series, are fed from the DC bus. In these windings, a step voltage is formed with a frequency of 16 2/3 Hz, the shape of which is close to a sinusoid.

Такой преобразователь осуществляет преобразование энергии из сети трехфазного тока 50 Гц в энергию однофазного переменного тока 16 2/3 Гц при кпд 96%. При этом последовательное включение двух выпрямительных блоков образует выходное напряжение U_d с гармониками, кратными числу пульсаций q=12, что уменьшает спектр гармонических составляющих по сравнению с аналогом. Наличие 12-ти инверторов напряжения, подключенных к нагрузке последовательно через однофазные трансформаторы, позволяет сформировать напряжение U_н, подаваемое в шины однофазного тока, ступенчатой формы, более приближенной к синусоиде за счет увеличения числа ступеней выходного напряжения.Such a converter converts energy from a three-phase current network of 50 Hz to single-phase alternating current energy of 16 2/3 Hz at an efficiency of 96%. In this case, the series connection of two rectifier blocks forms the output voltage U _d with harmonics that are multiples of the number of ripples q = 12, which reduces the spectrum of harmonic components in comparison with the analogue. The presence of 12 voltage inverters connected to the load in series through single-phase transformers, allows you to generate a voltage U _n supplied to the single-phase current bus, step shape, more close to the sinusoid due to the increase in the number of stages of the output voltage.

Подобный преобразователь полностью исключает несимметрию напряжения и тока в питающей сети и на стороне трех фаз районных потребителей. В основу его построения положен принцип разделения однофазной тяговой нагрузки и питающей трехфазной сети через звено постоянного тока. Such a converter completely eliminates the asymmetry of voltage and current in the supply network and on the side of the three phases of district consumers. Its construction is based on the principle of separation of a single-phase traction load and a supplying three-phase network through a DC link.

Однако такая схема преобразователя усложняет систему управления инверторов, так как усложняется алгоритм работы тиристоров, частота переключения которых в 3 раза меньше частоты питающей сети, и требует дополнительно введения в систему управления генератора тактовых импульсов с частотой 16 2/3 Гц. However, such a converter circuit complicates the control system of inverters, since the thyristor operation algorithm is complicated, the switching frequency of which is 3 times less than the frequency of the supply network, and additionally requires the introduction of a clock pulse generator with a frequency of 16 2/3 Hz into the control system.

Кроме того, такая схема не позволяет регулировать мощность преобразователя из-за отсутствия возможности резервирования элементов в схеме преобразователя. In addition, this scheme does not allow you to adjust the power of the Converter due to the lack of the possibility of redundant elements in the converter circuit.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении коэффициента полезного действия преобразователя путем усовершенствования параметров звена постоянного тока. The technical task of the invention is to increase the efficiency of the Converter by improving the parameters of the DC link.

Указанная задача достигается тем, что преобразовательное устройство содержит один выпрямительно-инверторный агрегат, который включает в себя трехфазный многообмоточный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в звезду и подключена к шинам питающей сети. Кроме того, устройство включает в себя блок из двух последовательно соединенных выпрямителей, подключенных каждый входами к одной из вторичных обмоток трансформатора, соединенных одна в звезду, другая в треугольник. Кроме того, устройство содержит звено постоянного тока, включающее в себя сглаживающий реактор и фильтр высших гармоник. К шинам звена постоянного тока подключен инверторный блок, включающий в себя однофазные автономные инверторы напряжения, к которым первичными обмотками подключены однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены в последовательную цепь, подключенную к шинам нагрузки. This task is achieved by the fact that the conversion device contains one rectifier-inverter unit, which includes a three-phase multi-winding transformer, the primary winding of which is connected to a star and connected to the buses of the supply network. In addition, the device includes a block of two series-connected rectifiers, each connected by inputs to one of the secondary windings of the transformer, connected one to a star, the other to a triangle. In addition, the device contains a DC link, which includes a smoothing reactor and a filter of higher harmonics. An inverter block is connected to the buses of the DC link, including single-phase autonomous voltage inverters, to which single-phase transformers are connected by primary windings, the secondary windings of which are connected in a serial circuit connected to the load buses.

Дополнительно в него введен второй выпрямительно-инверторный агрегат, подключенный к шинам питающей сети параллельно с первым агрегатом. Во втором агрегате первичная обмотка трехфазного многообмоточного трансформатора соединена в зигзаг с нулевым выводом. Инверторный блок, звено постоянного тока и однофазные трансформаторы в каждом агрегате разделены на две секции так, что каждая секция инверторного блока содержит три параллельно соединенных инвертора и подключена к шинам одноименной секции звена постоянного тока. Фильтры высших гармоник обеих секций звена постоянного тока соединены последовательно и общей точкой соединены с общей точкой выпрямителей. Секция вторичных обмоток однофазных трансформаторов включает в себя три указанные обмотки. Последовательные цепи фильтров высших гармоник обоих агрегатов соединены в одну последовательную цепь, и их общая точка через общий сглаживающий реактор соединена с общей точкой, образованной последовательно соединенными выпрямительными блоками обоих агрегатов. Выходной зажим одного из выпрямителей в каждом агрегате, свободный от связи с соседним выпрямителем, подключен к сглаживающему реактору одноименной с ним секции звена постоянного тока. Кроме того, первичная обмотка трехфазного трансформатора первого агрегата выполнена с нулевым выводом. Additionally, a second rectifier-inverter unit has been introduced into it, connected to the supply busbars in parallel with the first unit. In the second unit, the primary winding of a three-phase multi-winding transformer is connected in a zigzag with a zero output. The inverter unit, the DC link and single-phase transformers in each unit are divided into two sections so that each section of the inverter unit contains three inverters connected in parallel and connected to the buses of the same section of the DC link. Harmonic filters of both sections of the DC link are connected in series and connected to a common point by rectifiers. The section of the secondary windings of single-phase transformers includes three of these windings. The series filter circuits of the higher harmonics of both units are connected into one series circuit, and their common point through a common smoothing reactor is connected to a common point formed by series-connected rectifier blocks of both units. The output terminal of one of the rectifiers in each unit, free from communication with an adjacent rectifier, is connected to a smoothing reactor of the same section of the DC link. In addition, the primary winding of a three-phase transformer of the first unit is made with zero output.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что дополнительно в него введен второй выпрямительно-инверторный агрегат, подключенный параллельно с первым агрегатом к шинам питающей сети. При этом первичная обмотка трехфазного многообмоточного трансформатора вновь введенного агрегата соединена в зигзаг с нулевым выводом. New in the proposed device is that it additionally introduced a second rectifier-inverter unit connected in parallel with the first unit to the buses of the mains. In this case, the primary winding of the three-phase multi-winding transformer of the newly introduced unit is connected in a zigzag with a zero output.

Кроме того, новым является то, что инверторный блок, звено постоянного тока и однофазные трансформаторы в каждом агрегате разделены на две секции так, что каждая секция инверторного блока содержит три параллельно соединенных инвертора и подключена к шинам одноименной секции звена постоянного тока. Фильтры высших гармоник обеих секций звена постоянного тока соединены последовательно и общей точкой соединены с общей точкой выпрямителей. Секция вторичных обмоток однофазных трансформаторов включает в себя три указанные обмотки. Последовательные цепи фильтров высших гармоник обоих агрегатов соединены в одну последовательную цепь, и их общая точка через общий сглаживающий реактор соединена с общей точкой, образованной последовательно соединенными выпрямительными блоками обоих агрегатов. Выходной зажим одного из выпрямителей в каждом агрегате, свободный от связей с соседним выпрямителем, подключен к сглаживающему реактору одноименной с ним секции звена постоянного тока. Кроме того, первичная обмотка трехфазного трансформатора первого агрегата выполнена с нулевым выводом. In addition, it is new that the inverter unit, the DC link and single-phase transformers in each unit are divided into two sections so that each section of the inverter unit contains three inverters connected in parallel and connected to the buses of the same section of the DC link. Harmonic filters of both sections of the DC link are connected in series and connected to a common point by rectifiers. The section of the secondary windings of single-phase transformers includes three of these windings. The series filter circuits of the higher harmonics of both units are connected into one series circuit, and their common point through a common smoothing reactor is connected to a common point formed by series-connected rectifier blocks of both units. The output terminal of one of the rectifiers in each unit, free from communication with the adjacent rectifier, is connected to a smoothing reactor of the same section of the DC link. In addition, the primary winding of a three-phase transformer of the first unit is made with zero output.

Сказанное позволяет формировать напряжение на выходе каждой секции каждого агрегата с числом пульсаций, равным 6. Последовательное соединение выпрямителей обоих агрегатов позволяет увеличить число пульсаций в кривой выходного напряжения до 24, что позволяет увеличить не только величину постоянной составляющей выпрямленного напряжения U_d, но и уменьшить его переменную составляющую U_dм. Кроме того, секционное соединение отдельных узлов схемы позволяет резервировать мощность питающей сети, варьируя рабочее состояние отдельных секций преобразовательного устройства, а именно: включая в работу либо все четыре секции обоих агрегатов, либо три, две, одну.The aforesaid makes it possible to form a voltage at the output of each section of each unit with a ripple number equal to 6. Serial connection of rectifiers of both units allows to increase the number of ripples in the output voltage curve to 24, which allows not only to increase the DC component of the rectified voltage U _d , but also to reduce it variable component U _dm . In addition, the sectional connection of the individual nodes of the circuit allows you to reserve the power of the supply network, varying the operating state of the individual sections of the converter device, namely: including in the work either all four sections of both units, or three, two, one.

Сказанное позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям новизны и изобретательского уровня и что существует причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом. The foregoing allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of novelty and inventive step and that there is a causal relationship between the totality of essential features and the achieved technical result.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device.

На фиг. 2 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. In FIG. 2 shows a circuit diagram of the proposed device.

На фиг.3 приведены диаграммы напряжений и токов, формируемых в преобразователе. Figure 3 shows diagrams of voltages and currents generated in the Converter.

Преобразовательное устройство (фиг.1) содержит выпрямительно-инверторные агрегаты 1 и 2, подключенные к шинам 3 питающей сети. Каждый из них содержит трехфазный многообмоточный трансформатор, соответственно, 4, 5, выпрямительный блок 6, 7, звено постоянного тока 8, 9, инверторный блок 10, 11, блок 12, 13 однофазных трансформаторов, подключенных к шинам 14 нагрузки. Первичная обмотка 15 трансформатора 4 (фиг.2) соединена звездой с выведенным нулем, а первичная обмотка 16 трансформатора 5 - зигзагом с выведенным нулем. Вторичные обмотки 17, 18 и 19, 20 обоих трансформаторов 4 и 5 выполнены одна 17, 19 звездой, а другая 18, 20 - треугольником. Выпрямительные блоки 6, 7 содержат каждый два последовательно соединенные выпрямителя, соответственно, 21, 22 и 23, 24. Каждое звено 8, 9 (фиг.1 и 2) постоянного тока включает в себя секции соответственно 25, 26 и 27, 28, содержащие сглаживающие реакторы 29, 30, 31 и фильтры 32, 33, 34, 35 высших гармоник. Инверторные блоки 10, 11 обоих агрегатов 1, 2 разделены каждый на две секции, соответственно, 36, 37 и 38, 39. Каждая секция инверторного блока 10, 11 включает в себя три параллельно соединенных инвертора, соответственно, 40, 41, 42; 43, 44, 45 и 46, 47, 48; 49, 50, 51, и подключена к своей секции, соответственно, 25, 26 и 27, 28 звена постоянного тока. Каждый блок 12, 13 однофазных трансформаторов (фиг. 1), подключенных первичными обмотками к однофазным инверторам напряжения, разделен на секции 52, 53 и 54, 55 (фиг.2), включающие в себя каждая три трансформатора, соответственно, 56, 57, 58; 59, 60, 61 и 62, 63, 64; 65, 66, 67. Вторичные обмотки указанных трансформаторов соединены в своем блоке, соответственно, 52, 53 и 54, 55 последовательно и подключены к шинам 14 нагрузки. Фильтры 32, 33 и 34, 35 в своей паре секций 25, 26 и 27, 28 звена постоянного тока соединены последовательно и общей точкой соединены с общей точкой 68 или 69 выпрямителей 21, 22 и 23, 24. Выпрямительные блоки 6 и 7 обоих агрегатов 1 и 2 соединены последовательно и общей точкой 70 через общий для секций 26 и 27 звена постоянного тока сглаживающий реактор 30 соединены с общей точкой 71 фильтров 33 и 34 этих же секций 26 и 27. Выпрямители 21 и 24 своими выходами, соответственно, точки 72 и 73, свободными от связей с соседними выпрямителями, соединены со сглаживающими реакторами, соответственно, 29 и 31. The Converter device (figure 1) contains a rectifier-inverter units 1 and 2 connected to the buses 3 of the supply network. Each of them contains a three-phase multi-winding transformer, respectively, 4, 5, a rectifier unit 6, 7, a DC link 8, 9, an inverter unit 10, 11, a unit 12, 13 of single-phase transformers connected to the load buses 14. The primary winding 15 of the transformer 4 (figure 2) is connected by a star with the output zero, and the primary winding 16 of the transformer 5 is zigzag with the output zero. The secondary windings 17, 18 and 19, 20 of both transformers 4 and 5 are made one 17, 19 by a star, and the other 18, 20 - by a triangle. Rectifier blocks 6, 7 contain each two series-connected rectifiers, respectively, 21, 22 and 23, 24. Each DC link 8, 9 (FIGS. 1 and 2) includes sections 25, 26 and 27, 28, respectively, containing smoothing reactors 29, 30, 31 and high-harmonic filters 32, 33, 34, 35. The inverter blocks 10, 11 of both units 1, 2 are each divided into two sections, respectively, 36, 37 and 38, 39. Each section of the inverter block 10, 11 includes three parallel connected inverters, 40, 41, 42, respectively; 43, 44, 45 and 46, 47, 48; 49, 50, 51, and connected to its section, respectively, 25, 26 and 27, 28 DC link. Each block 12, 13 of single-phase transformers (Fig. 1) connected by the primary windings to single-phase voltage inverters is divided into sections 52, 53 and 54, 55 (Fig. 2), including each three transformers, respectively, 56, 57, 58; 59, 60, 61, and 62, 63, 64; 65, 66, 67. The secondary windings of these transformers are connected in their block, respectively, 52, 53 and 54, 55 in series and connected to the load buses 14. Filters 32, 33 and 34, 35 in their pair of sections 25, 26 and 27, 28 of the DC link are connected in series and connected by a common point to a common point 68 or 69 of rectifiers 21, 22 and 23, 24. Rectifier blocks 6 and 7 of both units 1 and 2 are connected in series and by a common point 70 through a smoothing reactor 30 common to sections 26 and 27 of the DC link, and connected to a common point 71 of filters 33 and 34 of the same sections 26 and 27. Rectifiers 21 and 24 with their outputs, respectively, points 72 and 73, free from bonds with adjacent rectifiers, connected to smoothing reactors, with Responsibly, 29 and 31.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Трехфазное напряжение 110 кВ промышленной частоты 50 Гц с шин 3 питающей сети подается через понижающие трансформаторы 4 и 5 (фиг.2) на выпрямительные блоки б и 7. На выходе каждого выпрямителя 21, 22 и 23, 24 формируется выпрямленное напряжение, среднее значение которого U_ср=6 кВ. По своему гармоническому составу U_d каждой секции содержит гармоники, кратные 6. При работе четырех выпрямителей 21, 22, 23, 24 на выходе всех блоков выпрямителей формируется напряжение U_d с числом пульсаций напряжения за период, равным 24, так как первичные обмотки 15, 16 трансформаторов 4, 5, соединенные в звезду и зигзаг, образуют сдвиг фаз фазных напряжений трансформаторов на 15 град. эл., а среднее значение суммарного выпрямленного напряжения U_d= 24 кВ. По своему гармоническому составу выходное напряжение U_d имеет гармоники, кратные 24.A three-phase voltage of 110 kV at an industrial frequency of 50 Hz from the busbars 3 of the supply network is supplied through step-down transformers 4 and 5 (Fig. 2) to rectifier blocks b and 7. At the output of each rectifier 21, 22 and 23, 24 a rectified voltage is formed, the average value of which U _cf = 6 kV. In its harmonic composition, U _{d of} each section contains harmonics that are multiples of 6. When four rectifiers 21, 22, 23, 24 are operating, the voltage U _d is generated at the output of all rectifier blocks with the number of voltage ripples for a period equal to 24, since the primary windings 15, 16 transformers 4, 5 connected in a star and a zigzag form a phase shift of the phase voltage of the transformers by 15 degrees. el., and the average value of the total rectified voltage U _d = 24 kV. In its harmonic composition, the output voltage U _d has harmonics that are multiples of 24.

Выпрямленное напряжение U_d после сглаживающих реакторов 29, 30 и 31, принимая более прямоугольную форму, попадает на входы блоков инверторов 36, 37, 38, 39. На отдельный инверторный блок поступает напряжение прямоугольной формы U_cp=6 кВ. Управление автономным инвертором напряжения 40-51 осуществляют таким образом, что интервал проводящего состояния тиристоров инвертора Q_п= 120 град. эл. Кроме того, момент открытия каждого последующего инвертора в своем инверторном блоке сдвинут на угол α=30 град. эл. относительно предыдущего. На вторичной стороне трех последовательно соединенных трансформаторов 56-58, 59-61, 62-64, 65-67 формируется напряжение ступенчатой формы U_н(14), близкое к синусоиде (фиг.3). Тиристоры инверторов, расположенных идентично в разных инверторных блоках, управляются синхронно и синфазно, а именно: в инверторах 40, 43, 46, 49 α=0, в инверторах 41, 44, 47, 50 α=30 град. эл. , в инверторах 42, 45, 48, 51 α=60 град. эл. Цифровые обозначения на диаграммах фиг.3 соответствуют обозначениям элементов схемы на фиг.2.The rectified voltage U _d after smoothing reactors 29, 30 and 31, assuming a more rectangular shape, falls on the inputs of the inverter units 36, 37, 38, 39. A rectangular voltage U _cp = 6 kV is applied to a separate inverter block. The control of an autonomous voltage inverter 40-51 is carried out in such a way that the interval of the conductive state of the inverter thyristors Q _p = 120 deg. email In addition, the opening moment of each subsequent inverter in its inverter unit is shifted by an angle α = 30 degrees. email relative to the previous one. On the secondary side of three series-connected transformers 56-58, 59-61, 62-64, 65-67, a step voltage U _{n (14) is formed} , which is close to a sinusoid (Fig. 3). The thyristors of inverters located identically in different inverter units are controlled synchronously and in-phase, namely: in inverters 40, 43, 46, 49 α = 0, in inverters 41, 44, 47, 50 α = 30 degrees. email , in inverters 42, 45, 48, 51 α = 60 deg. email The digital symbols in the diagrams of FIG. 3 correspond to the symbols of the circuit elements in FIG. 2.

Нагрузка на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя имеет активно-индуктивный характер. Вследствие этого первая гармоника тока нагрузки i_H(1) сдвинута относительно первой гармоники напряжения нагрузки на угол φ₍₁₎.
Ток в звене постоянного тока формируется путем последовательного поляризованного подключения полуволны синусоиды тока нагрузки к шинам звена постоянного тока и поэтому имеет ступенчатую форму. Для выделения постоянной составляющей тока I_d и ограничения спектра высших гармонических составляющих на входах инверторных блоков установлены фильтры 32-35, настроенные на частоту высших гармоник, кратных 100 Гц.The load at the output of the rectifier-inverter converter has an active-inductive character. As a result of this, the first harmonic of the load current i _{H (1) is} shifted relative to the first harmonic of the load voltage by an angle φ ₍₁₎ .
The current in the DC link is formed by sequentially polarized connection of the half-wave sine wave of the load current to the buses of the DC link and therefore has a stepped shape. To isolate the constant current component I _d and limit the spectrum of higher harmonic components, filters 32-35 are installed at the inputs of the inverter units, tuned to the frequency of higher harmonics that are multiples of 100 Hz.

На каждом интервале времени ток i_d проходит через четыре плеча в схеме выпрямления 12-пульсового выпрямительного блока 6. При этом последовательность переключения плеч выпрямления сохраняется такой же, как в обычной мостовой шестипульсовой схеме с соответствующей группой соединения обмоток трансформатора. Такой алгоритм работы плеч обеспечивает равномерную пофазную загрузку питающей сети.At each time interval, the current i _d passes through four arms in the rectification circuit of the 12-pulse rectifier block 6. In this case, the switching sequence of the rectification arms remains the same as in a conventional six-pulse bridge circuit with the corresponding transformer windings connection group. Such a shoulder operation algorithm provides uniform phase-by-phase loading of the power network.

Для второго 12-пульсового выпрямительного блока 7, подключенного к трансформатору 16, ток питающей сети формируется аналогично первому, но со сдвигом 15 град. эл. For the second 12-pulse rectifier unit 7 connected to the transformer 16, the current of the supply network is formed similarly to the first, but with a shift of 15 degrees. email

Ток питающей сети формируется как сумма токов обоих выпрямительных блоков 6, 7 и принимает ступенчатую форму, незначительно отличающуюся от синусоидальной. The current of the supply network is formed as the sum of the currents of both rectifier blocks 6, 7 and takes a stepped form, slightly different from the sinusoidal one.

Улучшение формы тока способствует повышению коэффициента мощности, снижению потерь от высших гармонических составляющих в питающей сети и первичных обмотках трехфазных трансформаторов. Кроме этого, обеспечивается симметричная загрузка фаз энергосистемы. Improving the shape of the current helps to increase the power factor, reduce losses from higher harmonic components in the supply network and the primary windings of three-phase transformers. In addition, a symmetrical loading of the phases of the power system is provided.

Таким образом, осуществляется преобразование трехфазного входного напряжения промышленной частоты в однофазное напряжение той же частоты, которое затем понижается до величины, требуемой для питания электроподвижного состава переменного тока. Thus, a three-phase input voltage of industrial frequency is converted to a single-phase voltage of the same frequency, which is then reduced to the value required to power the AC electric rolling stock.

Наличие второго выпрямительно-инверторного агрегата позволяет регулировать потребление энергии и переходить к режиму пониженного ее потребления. Становится возможным гибкое регулирование мощности в режимах слабой загрузки: 0,25 S_н, 0,5 S_н, 0,75 S_н. При этом некоторое снижение качества выходного напряжения, появляющееся при переходе с полной схемы преобразовательного устройства на секционную, компенсируется снижением величины потребляемой нагрузкой мощности.The presence of a second rectifier-inverter unit allows you to adjust the energy consumption and switch to a mode of reduced consumption. Flexible power control becomes possible in low-load modes: 0.25 S _n , 0.5 S _n , 0.75 S _n . At the same time, a certain decrease in the quality of the output voltage that appears during the transition from the complete circuit of the conversion device to the sectional one is compensated by a decrease in the amount of power consumed by the load.

Claims

A converter device containing one rectifier-inverter unit, including a three-phase multi-winding transformer, the primary winding of which is connected to a star and connected to the busbars of the supply network, a block of two series-connected rectifiers, each connected by inputs to one of the secondary windings of the transformer, connected to one star, the other into a triangle, the rectifier block is connected to the DC link, including a smoothing reactor and a higher harmonic filter, to the buses of which I connect an inverter unit including single-phase autonomous voltage inverters, to which single-phase transformers are connected by primary windings, whose secondary windings are connected in a serial circuit connected to load buses, characterized in that a second rectifier-inverter unit is connected to it in addition, connected in parallel with the first unit to the busbars of the supply network, in which the primary winding of a three-phase multi-winding transformer is connected in a zigzag with a zero output, an inverter block, a link DC and single-phase transformers in each unit are divided into two sections so that each section of the inverter unit contains three inverters connected in parallel and connected to the buses of the same section of the DC link, the filters of the highest harmonics of both sections of the DC link are connected in series and connected to a common point rectifier point, the serial circuit of the secondary windings of single-phase transformers includes the indicated windings of three transformers, and the series filter circuits in the higher harmonics of both units are connected in one serial circuit and their common point through a common smoothing reactor is connected to a common point formed by series-connected rectifier blocks of both units, while the output terminal of one of the rectifiers in each unit, free from communication with an adjacent rectifier, is connected to the smoothing reactor of the DC link section of the same name, in addition, the primary winding of the three-phase transformer of the first unit is made with zero output.