RU91486U1

RU91486U1 - MULTI-PHASE CONVERTER

Info

Publication number: RU91486U1
Application number: RU2009136848/22U
Authority: RU
Inventors: Любовь Эммануиловна Рогинская; Евгений Николаевич Гуляев; Юлия Владиславовна Рахманова
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2010-02-10

Abstract

Многофазный преобразователь, состоящий из двух модулей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с питающей сетью, а обмотка низкого напряжения разделена на две части, при этом каждый из модулей содержит по два мостовых выпрямителя, каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую обмотку, подключенную к питающей сети, фазосдвигающую обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, и разделенную на две части вентильную обмотку, отличающийся тем, что обмотки высокого напряжения преобразовательных трансформаторов выполнены по схеме «неравноплечий зигзаг», при этом сетевая и фазосдвигающая обмотки преобразовательных трансформаторов первого и второго модулей соединены по следующим схемам: в первом модуле конец сетевой обмотки «X1» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Z2», конец сетевой обмотки «Y1» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Х2», конец сетевой обмотки «Z1» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Y2», во втором модуле конец сетевой обмотки «X1» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Y2», конец сетевой обмотки «Y1» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Z2», конец сетевой обмотки «Z1», соединен с концом фазосдвигающей обмотки «X2», при этом начало фазосдвигающих обмоток обоих модулей «А2», «В2», «С2» соединены по схеме «звезда», а начало сетевых обмоток обоих модулей «А1», «B1», «C1» соединены с питающей сетью.A multiphase converter consisting of two modules, each of which contains a converter transformer, the high voltage winding of which is connected to the supply network, and the low voltage winding is divided into two parts, each module contains two bridge rectifiers, each converter transformer contains a network winding connected to the supply network, phase-shifting winding, providing the creation of shear angles of the voltage of the valve winding relative to the voltage of the supply network, and is divided two-part valve winding, characterized in that the high voltage windings of the transformer transformers are made according to the “unequal zigzag” scheme, while the network and phase-shifting windings of the transformer transformers of the first and second modules are connected according to the following schemes: in the first module, the end of the network winding “X1” connected to the end of the phase-shifting winding “Z2”, the end of the phase-shifting winding “Y1” is connected to the end of the phase-shifting winding “X2”, the end of the network winding “Z1” is connected to the end of the phase-shifting winding “Y2” of the module, the end of the network winding “X1” is connected to the end of the phase-shifting winding “Y2”, the end of the network winding “Y1” is connected to the end of the phase-shifting winding “Z2”, the end of the network winding “Z1” is connected to the end of the phase-shifting winding “X2”, while the beginning of the phase-shifting windings of both modules “A2”, “B2”, “C2” are connected according to the “star” scheme, and the beginning of the network windings of both modules “A1”, “B1”, “C1” are connected to the supply network.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может найти применение для питания многофазных выпрямителей.The utility model relates to the field of electrical engineering and can find application for powering multiphase rectifiers.

Известна конструкция многофазного преобразователя, состоящего из преобразовательного трансформатора, обмотка высокого напряжения которого подключена к питающей сети, а вентильная обмотка состоит из набора отдельных обмоток, соединенных по схеме «зигзаг». К вентильной обмотке подключен 24 фазный выпрямитель (Источники питания. Многофазные трансформаторы - преобразователи. Многофазные выпрямители. Силовая электроника, №4 2006 с.50-52.).A known design of a multiphase converter, consisting of a converter transformer, the high voltage winding of which is connected to the mains, and the valve winding consists of a set of separate windings connected in a zigzag circuit. A 24-phase rectifier is connected to the valve winding (Power supplies. Multiphase transformers - converters. Multiphase rectifiers. Power electronics, No. 4 2006 p.50-52.).

Описанная конструкция преобразователя характеризуется следующим недостатком: из-за большого количества вторичных обмоток, имеющих разное количество витков каждая, конструкция преобразовательного трансформатора сильно усложняется.The described design of the converter is characterized by the following disadvantage: due to the large number of secondary windings having a different number of turns each, the design of the converter transformer is greatly complicated.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является многофазный преобразователь, состоящий из двух преобразовательных подстанций, каждая из которых содержит силовой понижающий трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения разделена на две части. При этом первая из двух указанных преобразовательных подстанций содержит n1 преобразователей, а вторая n2 преобразователей. Каждый преобразователь содержит преобразовательный трансформатор с выводами «а», «b», «с» и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель. Каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а так же, по меньшей мере, одну обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети. (Патент РФ №2290742, Н02М 7/08, 2006.06.20.).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a multiphase converter, consisting of two converter substations, each of which contains a power step-down transformer, the high-voltage winding of which is connected to the high-voltage supply network, and the low-voltage winding is divided into two parts. In this case, the first of the two indicated converter substations contains n1 converters, and the second n2 converters. Each converter contains a converter transformer with terminals "a", "b", "c" and at least one bridge rectifier. Each converter transformer contains a network and valve windings, as well as at least one winding, providing the creation of angle of shear voltage of the valve winding relative to the voltage of the supply network. (RF patent No. 2290742, Н02М 7/08, 2006.06.20.).

Приведенная трансформаторная подстанция включает в себя преобразовательный трансформатор, первичная обмотка которого состоит из двух частей: сетевой и фазосдвигающей обмотки. Количество витков сетевой и фазосдвигающей обмоток преобразовательного трансформатора, в первой и второй преобразовательной подстанции различно. Так же по сетевой обмотке протекает фазный ток, а по фазосдвигающей обмотке -линейный ток, следовательно, фазная и фазосдвигающая обмотки должны быть выполнены из провода различного сечения. Все вышесказанное приводит к разнице в активных и индуктивных сопротивлениях обмоток и, следовательно, к разнице между напряжениями короткого замыкания соответствующих трансформаторов. Данный недостаток приводит к различной нагрузке трансформаторов различных преобразовательных подстанций. При колебаниях нагрузки, подключенной к преобразовательным подстанциям, в результате разницы в полном сопротивлении первичных обмоток преобразовательных трансформаторов падение напряжения в трансформаторах различно, что приводит к рассогласованию изменения углов сдвигов вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов относительно напряжения питающей сети. Неравномерность в загрузке трансформаторов и неравномерность изменения углов сдвига, при изменении нагрузки, приводит к тому, что в питающей сети гармоники компенсируются не полностью, повышается коэффициент искажения напряжения питающей сети, что в свою очередь приводит к необходимости установки дорогостоящих фильтрокомпенсирующих устройств.The given transformer substation includes a converter transformer, the primary winding of which consists of two parts: mains and phase-shifting winding. The number of turns of the network and phase-shifting windings of the converter transformer in the first and second converter substations is different. Also, a phase current flows through the network winding, and a linear current flows through the phase-shifting winding, therefore, the phase and phase-shifting windings must be made of wires of different sections. All of the above leads to a difference in the active and inductive resistances of the windings and, therefore, to the difference between the short-circuit voltages of the respective transformers. This disadvantage leads to different loads of transformers of various converter substations. With fluctuations in the load connected to the converter substations, as a result of the difference in the total resistance of the primary windings of the converter transformers, the voltage drop in the transformers is different, which leads to a mismatch in the shift angles of the secondary windings of the converter transformers relative to the supply voltage. The unevenness in the loading of transformers and the non-uniformity of changes in shear angles when the load changes, leads to the fact that the harmonics in the mains are not fully compensated, the distortion coefficient of the mains voltage increases, which in turn leads to the need to install expensive filter-compensating devices.

Задача полезной модели - улучшение энергетических характеристик преобразователя за счет отсутствия разницы в загрузке преобразовательных трансформаторов обоих модулей, снижения коэффициента искажения напряжения питающей сети, снижения потерь в трансформаторе, что приводит к повышению КПД.The objective of the utility model is to improve the energy characteristics of the converter due to the lack of difference in the load of the transformer transformers of both modules, to reduce the distortion coefficient of the supply voltage, to reduce losses in the transformer, which leads to an increase in efficiency.

Для достижения поставленной задачи, в многофазном преобразователе, состоящем из двух модулей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с питающей сетью, а обмотка низкого напряжения разделена на две части, при этом каждый из модулей содержит по два мостовых выпрямителя, каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую обмотку, подключенную к питающей сети, фазосдвигающую обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, и разделенную на две части вентильную обмотку, в отличие от прототипа обмотки высокого напряжения преобразовательных трансформаторов выполнены по схеме «неравноплечий зигзаг», при этом сетевая и фазосдвигающая обмотки преобразовательных трансформаторов первого и второго модулей соединены по следующим схемам: в первом модуле конец сетевой обмотки «X₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Z₂», конец сетевой обмотки «Y₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «X₂», конец сетевой обмотки «Z₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Y₂», во втором модуле конец сетевой обмотки «X₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Y₂», конец сетевой обмотки «Y₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Z₂», конец сетевой обмотки «Z₁», соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Х₂», при этом начало фазосдвигающих обмоток, обоих модулей, «А₂», «В₂», «С₂» соединены по схеме «звезда» а начало сетевых обмоток, обоих модулей, «A₁», «B₁», «C₁» соединены с питающей сетью.To achieve this goal, in a multiphase converter, consisting of two modules, each of which contains a converter transformer, the high voltage winding of which is connected to the supply network, and the low voltage winding is divided into two parts, each of the modules contains two bridge rectifiers, each converter transformer contains a network winding connected to the mains, phase-shifting winding, providing the creation of shear angles of voltage of the valve winding relative to about the voltage of the supply network, and the valve winding divided into two parts, in contrast to the prototype high-voltage windings of converter transformers are made according to the “unequal zigzag” scheme, while the network and phase-shifting windings of converter transformers of the first and second modules are connected according to the following schemes: in the first module the end of the network winding "X ₁ " is connected to the end of the phase-shifting winding "Z ₂ ", the end of the network winding "Y ₁ " is connected to the end of the phase-shifting winding "X ₂ ", the end of the network winding "Z ₁ " is connected with the end of the phase-shifting winding "Y ₂ ", in the second module the end of the phase-shifting winding "X ₁ " is connected to the end of the phase-shifting winding "Y ₂ ", the end of the network winding "Y ₁ " is connected to the end of the phase-shifting winding "Z ₂ ", the end of the network winding " Z ₁ ", connected to the end of the phase-shifting winding" X ₂ ", while the beginning of the phase-shifting windings of both modules," А ₂ "," В ₂ "," С ₂ "are connected according to the star pattern and the beginning of the network windings of both modules , “A ₁ ”, “B ₁ ”, “C ₁ ” are connected to the mains.

Выполнение первичных обмоток преобразовательных трансформаторов одинаковыми по числу витков позволяет равномерно распределить нагрузку между ними. Количество витков рассчитано на фазное напряжение, что позволяет снизить полное сопротивление обмотки преобразовательного трансформатора, а, следовательно, уменьшить потери в ней и повысить КПД преобразователя.The implementation of the primary windings of the transformer transformers with the same number of turns allows you to evenly distribute the load between them. The number of turns is designed for phase voltage, which allows to reduce the impedance of the winding of the transformer transformer, and, therefore, reduce losses in it and increase the efficiency of the converter.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема заявленного преобразователя, состоящего из двух модулей, на фиг.2 - схема соединения обмоток преобразовательного трансформатора одного модуля, на фиг.3 - схема соединения обмоток преобразовательного трансформатора другого соединения первичных обмоток, на фиг.4 - векторная диаграмма вторичных напряжений преобразовательного трансформатора.The essence of the utility model is illustrated by drawings. Figure 1 presents a circuit diagram of the inventive converter, consisting of two modules, figure 2 is a connection diagram of the windings of a transformer transformer of one module, figure 3 is a connection diagram of the windings of a transformer transformer of another connection of primary windings, figure 4 is a vector transformer secondary voltage diagram.

Многофазный преобразователь состоит из двух модулей, каждый из модулей 1 и 2 включает в себя преобразовательный трансформатор 3 и 4, первичная обмотка которого соединена с питающей сетью 5. Вентильные обмотки 6 и 7 преобразовательных трансформаторов 3 и 4 разделены на две части, одна из которых соединена по схеме «звезда» 8, 9, а другая по схеме «треугольник» 10, 11. К каждой вентильной обмотке подключены выпрямительные мосты 12, 13, 14, 15 соединенные между собой последовательно. Каждая из первичных обмоток 16, 17 преобразовательных трансформаторов 3 и 4 имеют сетевую обмотку 20, 21 и фазосдвигающие обмотки 18, 19. В преобразовательном трансформаторе 3 сетевая обмотка 20 и фазосдвигающая обмотка 18 соединены таким образом, что создают угол сдвига напряжения вентильной обмотки 6 относительно напряжения питающей сети +7°30', а в преобразовательном трансформаторе 4 сетевая 21 и фазосдвигающая 19 обмотки соединены таким образом, что создают угол сдвига напряжения вентильной обмотки 9 относительно напряжения питающей сети -7°30'. При этом количество витков в фазосдвигающих обмотках 18 и 19 преобразовательных трансформаторов 3 и 4 одинаковое. Также одинаковое число витков в сетевых обмотках 20 и 21 трансформаторов 3 и 4. Напряжения сетевой и фазосдвигающей обмоток, одной фазы, определяются, соответственно, по формулам:A multiphase converter consists of two modules, each of modules 1 and 2 includes a converter transformer 3 and 4, the primary winding of which is connected to the supply network 5. The valve windings 6 and 7 of the converter transformers 3 and 4 are divided into two parts, one of which is connected according to the "star" scheme 8, 9, and the other according to the "triangle" scheme 10, 11. Rectifier bridges 12, 13, 14, 15 connected to each other in series are connected to each valve winding. Each of the primary windings 16, 17 of the transformer transformers 3 and 4 has a network winding 20, 21 and phase-shifting windings 18, 19. In the transformer transformer 3, the network winding 20 and the phase-shifting winding 18 are connected in such a way that they create an angle of voltage shift of the valve winding 6 relative to the voltage of the supply network + 7 ° 30 ', and in the converter transformer 4 the network 21 and the phase-shifting 19 windings are connected in such a way that they create an angle of the voltage shift of the valve winding 9 relative to the supply voltage -7 ° 30'. The number of turns in the phase-shifting windings 18 and 19 of the transformer transformers 3 and 4 is the same. Also, the same number of turns in the network windings 20 and 21 of the transformers 3 and 4. The voltage of the network and phase-shifting windings of one phase are determined, respectively, according to the formulas:

где: U_сети- напряжение питающей сети, В.where: U _network - voltage of the mains, V.

Принцип работы многофазного преобразователя. За счет соединения первичной обмотки, фазосдвигающей и сетевой части, в «неравноплечий зигзаг», как указано выше, в первом трансформаторе фазные напряжения сдвинуты относительно фазных напряжений, соответствующих фаз питающей сети на угол +7°30', а во втором на угол -7°30'. Фазные напряжения во вторичных обмотках сдвинуты аналогично первичным обмоткам. Нагрузка, через выпрямительные мосты, включена на линейные напряжения. Во вторичных обмотках соединенных по схеме «треугольник» фазные (линейные) напряжения сдвинуты относительно соответствующего фазного напряжения питающей сети в первом трансформаторе на угол +7°30', во втором на угол -7°30' (фиг.4). Во вторичных обмотках соединенных по схеме «звезда» линейные напряжения сдвинуты относительно соответствующего фазного напряжения питающей сети в первом трансформаторе на угол +37°30', во втором на угол +22°30' Благодаря такому соединению обмоток преобразовательных трансформаторов получаем 24 фазный преобразователь. Линейные напряжения вторичных обмоток прикладываются к выпрямительным мостам. В результате получаем в нагрузке выпрямленное напряжение со сниженным коэффициентом пульсаций.The principle of operation of a multiphase converter. Due to the connection of the primary winding, the phase-shifting and network parts, into the “unequal zigzag”, as indicated above, in the first transformer the phase voltages are shifted relative to the phase voltages corresponding to the phases of the supply network by an angle of + 7 ° 30 ', and in the second by an angle of -7 ° 30 '. Phase voltages in the secondary windings are shifted similarly to the primary windings. The load through rectifier bridges is connected to line voltage. In the secondary windings connected according to the "triangle" scheme, the phase (linear) voltages are shifted relative to the corresponding phase voltage of the supply network in the first transformer by an angle of + 7 ° 30 ', in the second by an angle of -7 ° 30' (Fig. 4). In the secondary windings of the star-connected circuit, the line voltages are shifted relative to the corresponding phase voltage of the supply network in the first transformer by an angle of + 37 ° 30 ', in the second by an angle of + 22 ° 30' Thanks to this connection of the windings of the transformer transformers, we get a 24 phase converter. Linear voltages of the secondary windings are applied to the rectifier bridges. As a result, we obtain a rectified voltage in the load with a reduced ripple coefficient.

Благодаря тому, что преобразовательные трансформаторы абсолютно идентичны, равны их коэффициенты трансформации и напряжения короткого замыкания, токовая нагрузка преобразователей одинакова. При такой схеме соединения преобразовательных трансформаторов эквивалентная фазность выпрямителя равна 24, в результате чего уменьшается коэффициент искажения напряжения питающей сети. К обмоткам, соединенным в зигзаг приложено фазное напряжение, а не сочетание фазного и линейного напряжений. По ним протекает одинаковый ток. Это предполагает уменьшение арифметической суммы витков, по сравнению с геометрической, а следовательно уменьшение габаритов преобразователя и потерь в нем (увеличение КПД).Due to the fact that the converter transformers are absolutely identical, their transformation coefficients and short-circuit voltages are equal, the current load of the converters is the same. With such a connection scheme of converter transformers, the equivalent phase of the rectifier is 24, resulting in a decrease in the voltage distortion coefficient of the supply network. To the windings connected in a zigzag phase voltage is applied, and not a combination of phase and linear voltages. The same current flows through them. This implies a reduction in the arithmetic sum of the turns, compared with the geometric, and therefore a decrease in the dimensions of the converter and losses in it (increase in efficiency).

Claims

A multiphase converter consisting of two modules, each of which contains a converter transformer, the high voltage winding of which is connected to the supply network, and the low voltage winding is divided into two parts, each module contains two bridge rectifiers, each converter transformer contains a network winding connected to the supply network, phase-shifting winding, providing the creation of shear angles of voltage of the valve winding relative to the voltage of the supply network, and is divided a two-part valve winding, characterized in that the high voltage windings of the transformer transformers are made according to the “unequal zigzag” scheme, while the network and phase-shifting windings of the transformer transformers of the first and second modules are connected according to the following schemes: in the first module, the end of the network winding “X ₁ "Is connected to the end of the phase-shifting winding" Z ₂ ", the end of the phase-shifting winding" Y ₁ "is connected to the end of the phase-shifting winding" X ₂ ", the end of the network winding" Z ₁ "is connected to the end of the phase-shifting winding" Y ₂ ", in the second module, the end of the network winding "X ₁ " is connected to the end of the phase-shifting winding "Y ₂ ", the end of the network winding "Y ₁ " is connected to the end of the phase-shifting winding "Z ₂ ", the end of the network winding "Z ₁ " is connected to the end of the phase-shifting winding “X ₂ ”, while the beginning of the phase-shifting windings of both modules “A ₂ ”, “B ₂ ”, “C ₂ ” are connected according to the “star” scheme, and the beginning of the network windings of both modules “A ₁ ”, “B ₁ ”, “ C ₁ ”connected to the mains.