RU2355100C2 - Силовая система подачи электропитания с малыми потерями - Google Patents

Силовая система подачи электропитания с малыми потерями Download PDF

Info

Publication number
RU2355100C2
RU2355100C2 RU2006145657/09A RU2006145657A RU2355100C2 RU 2355100 C2 RU2355100 C2 RU 2355100C2 RU 2006145657/09 A RU2006145657/09 A RU 2006145657/09A RU 2006145657 A RU2006145657 A RU 2006145657A RU 2355100 C2 RU2355100 C2 RU 2355100C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
power
star
power supply
inputs
Prior art date
Application number
RU2006145657/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006145657A (ru
Inventor
Свейн Магне ДЬЮВЕ (NO)
Свейн Магне ДЬЮВЕ
Эгиль ХЮСТАД (NO)
Эгиль ХЮСТАД
Original Assignee
Вяртсиля Норвей АС
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вяртсиля Норвей АС filed Critical Вяртсиля Норвей АС
Publication of RU2006145657A publication Critical patent/RU2006145657A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2355100C2 publication Critical patent/RU2355100C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/443—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/45—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/08—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/26—Power factor control [PFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)

Abstract

Использование в электротехнике для питания электродвигателей. Технический результат заключается в снижении токов короткого замыкания в сети и уменьшении потерь мощности в трансформаторе. Система подачи электропитания содержит выпрямительный мост (3), подающий ток в двигатель и имеющий два входа РА и РВ переменного тока, а также по меньшей мере один выход для подачи питания в указанный двигатель М, при этом между указанными входами включен YD трансформатор (2), содержащий обмотки, соединенные звездой и треугольником, и обеспечивающий фазовый сдвиг между указанными вводами около 30° на выбранной основной частоте, а также вторую обмотку, соединенную звездой, с углом 150° относительно первой обмотки, соединенной звездой. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к силовой системе подачи электропитания с малыми потерями, включающей выпрямительный мост и инвертор, подающий ток в двигатель, причем выпрямительный мост имеет два входа для подачи переменного тока, а также по меньшей мере один выход для подачи питания в указанный двигатель.
При подводке электропитания к электродвигателям, например в дизельных электрических силовых установках или в системах нагрева трубопровода на морских платформах, обычно используют выпрямительный мост, включенный в трехфазную электросеть через трансформатор, причем указанный трансформатор обеспечивает подключение двух подводов переменного тока к вводам выпрямительного моста. Однако этому решению присуща проблема, связанная с генерацией помех, включающих высшие гармоники напряжения, которые складываются с полным током нагрузки, идущим через обмотки трансформатора, что представляет собой угрозу для имеющейся электрической схемы в выпрямительном мосте и остальной электрической сети, а также увеличивает потери мощности в трансформаторе. Эта проблема особенно актуальна для 5-й и 7-й гармоник.
Для компенсации 5-й и 7-й токовых гармоник выход трансформаторов приспосабливают для подачи в выпрямительный мост сигналов, между которыми имеется фазовый сдвиг приблизительно 30°. Цель настоящего изобретения заключается в усовершенствовании такого устройства. Специальная конструкция трансформатора с малыми потерями в сочетании с небольшим фильтром позволяет значительно снизить потери в трансформаторе и уменьшить полные нелинейные искажения в системе питания в целом. В патенте США №5446643 дан пример фильтрации 5-й и 7-й гармоник тока за счет трансформаторной связи.
В патенте США №4498127 описана трансформаторная связь, использованная в преобразователе частоты. Этот патент относится к одному из вариантов 12-импульсного силового трансформатора, предназначенного для преобразователя, в котором преобразование мощности осуществляется посредством выпрямительного моста. Таким образом, если к этому устройству подключен симметричный источник питания, первые гармоники идут через трансформатор до выпрямителей. Цель изобретения заключается в подаче первой гармоники непосредственно из источника питания в преобразователь частоты. Кроме того, целью настоящего изобретения является снижение тока короткого замыкания в системе с использованием трансформатора в распределительной электросети.
Цели настоящего изобретения достигаются в соответствии с пунктами формулы изобретения.
Таким образом, настоящее изобретение относится к силовой системе подачи электропитания, в которой трансформатор включен между указанными входами, причем этот трансформатор содержит (но этим не ограничивается) обмотки, соединенные звездой и треугольником, и способен обеспечить между указанными входами сдвиг фаз приблизительно 30° на выбранной основной частоте. При этом 5-я и 7-я гармоники исчезают или по меньшей мере в значительной степени подавляются. Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения подача электропитания на входы трансформатора осуществляется симметрично, чтобы через трансформатор не проходил ток на основной частоте. Таким образом, трансформатор действует как фильтр гармоник.
Кроме того, согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения трансформатор системы содержит также вторую обмотку, включенную звездой и имеющую угол 150° относительно первой обмотки, включенной звездой, для подавления 11-й и 13-й гармоник.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает создание системы, которая улучшает использование низковольтного оборудования путем снижения уровня токов короткого замыкания в сети.
Ниже настоящее изобретение описано со ссылками на сопровождающие чертежи с иллюстративными примерами.
На фиг.1 иллюстрируется известное техническое решение.
На фиг.2 иллюстрируется настоящее изобретение.
На фиг.3 показан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения.
На фиг.4 показана эквивалентная схема, соответствующая настоящему изобретению.
На фиг.1 показан генератор или источник питания Р, соединенный с трансформатором 1 для подачи напряжения на два входа выпрямительного моста 3, например для питания двигателя М. Как сказано выше, недостатком этого решения являются потери в трансформаторе, а также наличие гармоник.
Как показано на фиг.2, настоящее изобретение относится к решению, в котором шины РА и РВ переменного тока идут к двум входам выпрямительного моста. Между этими входами находится трансформаторное устройство, имеющее обмотки с конфигурацией звезда/треугольник (YD), предпочтительно со структурой D0Y11, которая обеспечивает фазовый сдвиг 30°. Такое подключение хорошо известно и в дальнейшем описываться не будет.
Специфическое соединение обмоток трансформатора согласно векторной группе D0Y11 стандарта Международной электротехнической комиссии всегда обеспечивает между двумя обмотками фазовый сдвиг 30°, как зафиксировано в нормах Международной электротехнической комиссии IEC 76. Этот фазовый сдвиг 30° измеряется на основной частоте, которая обычно составляет 50 или 60 Гц. 6-Импульсный выпрямитель, связанный с источником трехфазного напряжения, вносит в систему под нагрузкой гармоники тока. Ток гармоник при таком искажении равен Ithd=6n+1 (n=1, 2, 3…).
Эти гармоники тока будут иметь дополнительный фазовый сдвиг, который можно вычислить как фазовый сдвиг колебания основной частоты, умноженный на порядок гармоники. Кроме того, углы фазового сдвига для 5-й и 7-й гармоник будут противоположными по направлению.
Хорошо известно, что 5-я и 7-я гармоники после трансформатора будут иметь полный сдвиг фаз 180°. Это видно из следующих уравнений:
φ5th=φ1+5φ=30°+5·30°=180°
φ7th=φ1-7φ=30°-7·30°=-180°
Используя эти выводы, можно построить эквивалентную схему, показанную на фиг.4, для системного анализа настоящего изобретения. На фиг.4 используются следующие обозначения:
IR1 = ток 5-й или 7-й гармоники от выпрямителя №1.
IR2 = ток 5-й или 7-й гармоники от выпрямителя №2.
ZT = импеданс короткого замыкания в LLC-трансформаторе, относящийся к 5-й и 7-й гармоникам.
Xd''1 = сверхпереходное реактивное сопротивление в генераторе 1, относящееся к 5-й и 7-й гармоникам тока.
Xd''2 = сверхпереходное реактивное сопротивление в генераторе 2, относящееся к 5-й и 7-й гармоникам тока.
IT = ток гармоник в LLC-трансформаторе.
Ig1 и Ig2 - ток гармоник в генераторе.
Используя закон Кирхгофа для контура тока в эквивалентной схеме, получаем следующие уравнения:
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Решение этих уравнений дает следующий результат:
Figure 00000004
Для симметричного устройства, в котором РА и РВ на фиг.2 и 3 являются симметричными, т.е. Xd''1=Xd''2 и IR1=IR2, уравнения можно упростить следующим образом:
Figure 00000005
Figure 00000006
Искажения напряжения Uthd от каждого отдельного компонента, измеренные на выходах генератора, равны токам гармоник, введенным в генератор, умноженным на сверхпереходное реактивное сопротивление:
Figure 00000007
Таким образом, поскольку входы выпрямительного моста параллельны, через трансформатор не передается большая мощность, а фазовый сдвиг 30° отфильтровывает и, таким образом, подавляет 5-ю и 7-ю гармоники подаваемой мощности.
Так, вариант выполнения настоящего изобретения, показанный на фиг.2, обеспечивает уменьшение токов 5-й и 7-ой гармоник, протекающих через генератор, приблизительно на 75-85%. Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения мощность подается симметрично, так что через LLC-трансформатор не протекает никакой ток основной частоты (60 Гц), и, поскольку остаются только потери, обусловленные токами гармоник, они снижены до 10-20% от номинальных потерь.
Кроме того, искажения напряжения вследствие 5-й и 7-й гармоник уменьшаются до менее чем 3%. Если одно из напряжений питания пропадет, то через LLC-трансформатор будет течь приблизительно 50% тока нагрузки. При асимметричной подаче питания будет наблюдаться лишь небольшое возрастание коэффициента нелинейных искажений.
На фиг.3 показан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором в устройство введена третья обмотка для подавления 11-й и 13-й гармоник. Таким образом, трансформатор обеспечивает векторную группу D0/Y11/Y5 и фазовый сдвиг 150° или 180° для третьей обмотки относительно основных обмоток. Теория для этого случая по существу совпадает с изложенной выше и поэтому здесь не рассматривается.
Вышеописанные варианты выполнения настоящего изобретения основаны на использовании устройства с напряжением питанием 690 В и частотой 60 Гц. Адаптация этих параметров для практического использования очевидна для специалистов в данной области техники и не будет описываться подробно.

Claims (3)

1. Силовая система подачи электропитания с малыми потерями, содержащая выпрямительный мост для подачи тока в двигатель, причем выпрямительный мост имеет два входа для подачи питания переменного тока, а также, по меньшей мере, один выход для подачи питания в указанный двигатель, между указанными входами включен трансформатор YD, содержащий обмотки, соединенные звездой и треугольником, и обеспечивающий фазовый сдвиг между указанными входами около 30° на выбранной основной частоте, при этом трансформатор включает также вторую обмотку, соединенную звездой, с углом 150° относительно первой обмотки, соединенной звездой.
2. Силовая система по п.1, в которой указанная подача питания переменного тока выполняется симметрично.
3. Силовая система по п.1, в которой указанный трансформатор YD образует векторную группу D0/Y1, так что обмотки в целом образуют векторную группу D0/Y11/Y5.
RU2006145657/09A 2004-06-04 2005-06-06 Силовая система подачи электропитания с малыми потерями RU2355100C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20042311 2004-06-04
NO20042311A NO321428B1 (no) 2004-06-04 2004-06-04 Kraftforsyningssystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006145657A RU2006145657A (ru) 2008-07-20
RU2355100C2 true RU2355100C2 (ru) 2009-05-10

Family

ID=35005903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006145657/09A RU2355100C2 (ru) 2004-06-04 2005-06-06 Силовая система подачи электропитания с малыми потерями

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7514898B2 (ru)
EP (1) EP1751839B1 (ru)
KR (1) KR101206699B1 (ru)
CN (1) CN100492832C (ru)
AT (1) ATE519266T1 (ru)
BR (1) BRPI0511697B1 (ru)
HR (1) HRP20110731T1 (ru)
NO (1) NO321428B1 (ru)
RU (1) RU2355100C2 (ru)
WO (1) WO2005119892A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO330369B1 (no) * 2008-12-10 2011-04-04 Wartsila Norway As Komponent for kraftforsyningssystem
NO330667B1 (no) 2009-02-13 2011-06-06 Wartsila Norway As System for kraftforsyning, saerlig pa rigg
US8339820B2 (en) 2009-11-04 2012-12-25 Rockwell Automation Technologies, Inc. Thirty-six pulse power transformer and power converter incorporating same
US8243481B2 (en) 2009-11-04 2012-08-14 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power transformer and power converter incorporating same
EP2375530A1 (en) * 2010-04-09 2011-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Onboard floating drilling installation and method for operating an onboard floating drilling installation
KR20170120203A (ko) 2010-04-09 2017-10-30 지멘스 악티엔게젤샤프트 마린 드릴링 베셀을 위한 전력 공급 시스템
FR2992119B1 (fr) * 2012-06-19 2014-06-20 Converteam Technology Ltd Systeme de conversion d'energie electrique comportant deux transformateurs electriques a deux enroulements secondaires, et chaine d'entrainement comprenant un tel systeme de conversion
GB201220890D0 (en) 2012-11-21 2013-01-02 Rolls Royce Plc An electrical system
CN105122571B (zh) * 2013-02-08 2017-12-26 三井造船株式会社 集装箱堆场以及供电方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB506280A (en) * 1936-11-24 1939-05-24 Siemens Ag Improvements in or relating to three-phase transformer or choking coil arrangements
FR2517489A1 (fr) * 1981-11-30 1983-06-03 Merlin Gerin Convertisseur statique a soupapes electriques comprenant un montage dodecaphase a deux ponts de graetz pour la suppression des harmoniques 5 et 7 du courant reseau
IN169518B (ru) 1987-07-13 1991-11-02 Siemens Ag
CH680888A5 (ru) * 1990-08-30 1992-11-30 Siemens Ag Albis
WO1993023914A1 (en) * 1992-05-11 1993-11-25 Electric Power Research Institute Harmonic blocking converter system
CH685220A5 (de) * 1992-08-18 1995-04-28 Siemens Ag Albis Verfahren und Schaltungsanordnung zur Reduktion von Oberwellen.
DE4232356C2 (de) 1992-09-26 1997-01-09 Inst Solare Energieversorgungstechnik Iset Stromversorgungseinrichtung mit mindestens zwei Stromquellen
CN2419736Y (zh) * 2000-03-17 2001-02-14 北京变压器厂 变流变压器
US7113045B2 (en) * 2003-12-22 2006-09-26 Silicon Laboratories Inc. Power amplifier input structure having a differential output

Also Published As

Publication number Publication date
CN100492832C (zh) 2009-05-27
BRPI0511697B1 (pt) 2017-05-09
ATE519266T1 (de) 2011-08-15
US7514898B2 (en) 2009-04-07
RU2006145657A (ru) 2008-07-20
EP1751839B1 (en) 2011-08-03
US20070247878A1 (en) 2007-10-25
BRPI0511697A (pt) 2008-01-08
NO321428B1 (no) 2006-05-08
KR101206699B1 (ko) 2012-11-29
CN101002376A (zh) 2007-07-18
HRP20110731T1 (hr) 2011-12-31
KR20070024562A (ko) 2007-03-02
NO20042311D0 (no) 2004-06-04
WO2005119892A1 (en) 2005-12-15
EP1751839A1 (en) 2007-02-14
NO20042311L (no) 2005-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2355100C2 (ru) Силовая система подачи электропитания с малыми потерями
JP6181132B2 (ja) 電力変換装置
Cheng et al. A cooperative imbalance compensation method for distributed-generation interface converters
Hansen et al. Harmonic cancellation by mixing nonlinear single-phase and three-phase loads
Luo et al. A new converter transformer and a corresponding inductive filtering method for HVDC transmission system
US6498736B1 (en) Harmonic filter with low cost magnetics
Stieneker et al. Medium-voltage DC research grid Aachen
US5949221A (en) Line powered, primary side connected apparatus injecting voltage compensation into an electric power line using one transformer
Attia et al. Harmonic distortion effects and mitigation in distribution systems
Pinyol Harmonics: Causes, effects and minimization
Li et al. Distributed generation grid-connected converter testing device based on cascaded H-bridge topology
Laka et al. Novel zero-sequence blocking transformer (ZSBT) using three single-phase transformers
Neto et al. Optimized 12-pulse rectifier with generalized delta connection autotransformer and isolated SEPIC converters for sinusoidal input line current imposition
Cheng et al. Operations of the dominant harmonic active filter (DHAF) under realistic utility conditions
Das Harmonic generation effects propagation and control
US11056883B1 (en) System and method for implementing a zero-sequence current filter for a three-phase power system
Pokharel et al. Modeling and simulation of three phase inverter for fault study of microgrids
JP2004104891A (ja) 自励式変換器の試験方法
KR20170035935A (ko) 전압원 컨버터
Huang et al. Digital-controlled single-phase transformer-based inverter for non-linear load applications
JPH11187576A (ja) 分散型電源装置
WO2010066842A2 (en) Component for power supply system
Qiu et al. A delta-type autotransformer based 36-pulse AC-DC converter
RU2320067C2 (ru) Способ повышения эффективности использования электрической энергии
Modi et al. Cascaded LMS Filter-Based Control to Integrate Load Compensation Features in SPV-SyRG-Wind Based Grid-Interactive AC Microgrid