SU1757056A1 - Преобразователь трехфазного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

Использование: в качестве источника питани  многофазных мостовых выпр мительных агрегатов. Сущность изобретени : устройство содержит два трансформатора 1 и 2, первична  обмотка 3 одного из них соединена в звезду, а первична  обмотка 4 другого - в треугольник с продолженными сторонами. Вторичные обмотки 8 и 9 транс Г ; форматора 1 соединены |;з в езду и треуг оль-- : ник и соединены с входами в йпр мите ль- ных мостов 10 и 11. Вторичные обмотки Т2 и 13 тра нсформатора 2 соединены в звезду и треугрЛьник и пЬдклкМенЫ к выпр  итель- ным мЬстам 14 и 15. Выпр мительные мосты; указанных пар по выхойусрединены последовательно , а мёжду србрй эти пары по выходу соединены паралле льнр. .При э;том сорт нршение чисел :витуё сторо нь г треугольника обмотки 4 и его продолжение вы-, брано равным VJ Указанное выполнение -устройства позвол ет улучшить качество электроэнергии питакнцей сети путем приближени  тока сети к синусоидальной фор- :ме без испрльзовайй  резонансных индуктйвно:емкрстных фильтров. 2 ил. а XJ О 8

Description

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в различных отрасл х промышленности, где примен ютс  многофазные нелинейные потребители,

Известны преобразователи трехфазного напр жени  в посто нное, содержащие трансформаторы и многофазнь-е вентильные мосты, присоединенные к вторичным обмоткам этих трансформаторов. В состав устройства вход т преобразователи, содержащие трехфазный вентильный мост в цепи вторичной обмотки соответствующего трансформатора.

При этом каждый такой трансформатор  вл етс  двухобмоточным, а единственна  вторична  обмотка отдельного трансформатора соединена только треугольником, в месте подключени  первичной обмотки трансформатора к питающей сети используетс  уравнительный реактор. Вследствие этого все высшие гармоники тока, рождаемые на входе переменного тока вентильного моста такого устройства, беспреп тственно переход т в цепь первичной обмотки соответствующего двухобмо- точного трансформатора и обусловливают вызываемые этим относительно большие тепловые потери. Указанные схемные особенности известного устройства исключают возможность ограничивать с его помощью уровень высших гармоник тока в питающей сети от других параллельно подключенных к ней нелинейных многофазных потребителей .

Известен также преобразователь трехфазного напр жени  в посто нное, содержащий два трансформатора, на магнитопроводе каждого из которых расположены трехфазна  первична  обмотка, со- единенна  с входными выводами дл  подключени  питающей сети, и две соединенные соответственно в звезду и треугольник вторичные обмотки, кажда  из которых подключена к входу одного из выпр мительных мостов, соединенных по выходу последовательно и подключенных к выходным выводам дл  подключени  общей нагрузки,

К схемным особенност м известного преобразовател  относ тс  наличие двух трансформаторов, каждый из которых содержит две вторичные обмотки, нагруженные своими многофазными вентильными мостами, соединение одной из вторичных обмоток звездой, а другой треугольником, соединение первичной обмотки первого трансформатора по схеме первого зигзага, а второго -- по схеме левого зигзага. К преимуществам относ тс  возможность ограждени  питающей сети и подключенных к ней

первичных обмоток каждого трансформатора от проникновени  из цепи вторичных обмоток большой группы высших гармоник тока с номерами, на единицу отличающимис  от произведени  нечетного числа на шесть - п той, седьмой, семнадцатой и т.д.; соответствующее уменьшение тепловых потерь и улучшение энергетических показателей; возможность оградить питающую сеть

0 от проникновени  из цепи вторичных обмоток трансформаторов другой группы высших гармоник тока с номерами,на единицу отличающимис  от произведени  нечетного числа на двенадцать - одиннадцатой, три5 надцатой, тридцать п той, тридцать седьмой и т.д.

При оценке устройства, предназначенного дл  улучшени  качества электроэнергии питающей сети, важно учесть его

0 возможности; оградить питающую сеть от проникновени  в нее наибольшего числа высших гармоник тока, рождаемых вход щими в устройство многофазными мостовыми вентильными (например, диодными)

5 выпр мител ми; существенно ограничить высшие гармоники в питающей сети, пришедшие в нее от других нелинейных потребителей , например многофазных дуговых электропечей или диодных мостовых выпр 0 мителей, подключенных к сети через посредство трансформаторов по наиболее распространенным схемам соединени . Если в первом случае требований свойства известного устройства можно считать до5 статочно хорошими, то во втором случае -  вно неудовлетворительными.

Цель изобретени  - улучшение качества электроэнергии питающей сети путем ограничени  уровн  высших гармоник тока от

0 присоединенных к ней других многофазных нелинейных потребителей.

Первична  обмотка одного трансформатора соединена звездой, а другого - треугольником с продолженными сторонами,

5 причем отношение чисел витков стороны треугольника и его продолжение выбрано равным корню квадратному из трех.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема устройства; на фиг. 2 - векторные

0 диаграммы напр жений на первичной обмотке одного и на отдельных част х первичной обмотки другого трансформаторов.

Устройство (фиг. 1) содержит два трансформатора 1 и 2, первичные обмотки 3 и 4

5 которых присоединены к выводам 5-7 трехфазной питающей сети, соединенные звездой и треугольником вторичные обмотки 8 и 9 трансформатора 1 присоединены к входу переменного тока вентильных мостов 10 и 11, а аналогично соединенные вторичные

обмотки 12 и 13 трансформатора 2 - к вентильным мостам 14 и 15 Пара вентильных мостов 10 и 11, как и вентильных мостов 14 и 15, соединена стороной посто нного тока последовательно. Катодные группы вентильных мостов 11 и 14 соединены дросселем 16, средн   точка 17 обмотки которого  вл етс  одним выходным выводом устройства , между тем как обща  точка 18 непосредственного соединени  анодных групп вентильных мостов 10 и 15 образует другой выходной вывод устройства. К этим выходным выводам присоединена нагрузка 19.

Первична  обмотка 3 трансформатора 1 соединена звездой, а секционированна  первична  обмотка 4 трансформатора 2 - треугольником с продолженными сторонами , т.е. из двух частей 20 и 21, разделенных промежуточными выводами 22-24. Секци  21 первичной обмотки 4 соединена треугольником , продолжени ми сторон которого  вл ютс  отрезки лучей звезды, образующие секцию 20 этой обмотки. На фиг. 2а приведены векторные диаграммы напр жений на первичной обмотке 3 трансформатора 1, а на фиг 26 - на отдельных част х секционированной первичной обмотки 4 трансформатора 2

Векторна  диаграмма (фиг. 2а) напр жений на отдельных лучах соединенной звездой первичной обмотки 3 известна, система тех же векторов напр жений показана пунктиром на фиг. 26 дл  оценки угла сдвига по фазе между системами фазных напр жений на первичной обмотке 3 и элементах секционированной обмотки 4 трансформаторов 1 и 2. Из этих векторных диаграмм следует, что при выборе отношени  чисел витков сторон треугольника обмотки 4 и ее продолжени  равным корню из трех имеет место сдвиг по фазе между системами фазных напр жений на первичных обмотках 3 и 4 на угол п тнадцать градусов; также на п тнадцать градусов взаимно сдвинуты системы линейных напр жений на соединенных звездой вторичных обмотках 8 и 12 трансформаторов 1 и 2 или на соединенных треугольником вторичных обмотках 9 и 13 тех же трансформаторов; на такой же угол взаимно сдвинуты системы входных напр жений вентильных мостов 10 и 14 или 11 и 15. Поэтому на угол п тнадцать градусов взаимно сдвинуты системы линейных токов основной частоты в указанных обмотках.

При описании работы уст ройства следует учитывать особенности электромагнитных процессов в обмотках трансформаторов, обусловленные несинусоидальностью токов п них взаимным сдвигом между системами основных составл ющих линейных токов этих обмоток на угол п тнадцать градусов, соответствующими уг лами сдвига между системами той или иной высшей гармоники токов этих обмоток, различием формы кривых несинусоидальных (фазных) токов в расположенных на одном стержне магнитопровода обмотках трансформаторов , соединенных звездой и треу0 гольником, возможностью образовани  с помощью первичных обмоток обоих трансформаторов контуров короткого замыкани  дл  отдельных высших гармоник тока, возможностью такого взаимодействи  магни5 тодвижущих сил от несинусоидэльных потоков в расположенных на общем стержне магнитопровода обмотках, при котором оказываютс  вытесненными на пути потоков рассе ни  отдельные высшие гармони0 ки соответствующих магнитных потоков

Угол сдвига между системами фазных напр жений вторичных обмоток 8 и 9, расположенных на общих им стержн х магнитопровода трансформатора 1 равен нулю,

5 поскольку эти напр жени  совпадают по фазе с соответствующими фазными напр жени ми первичной обмотки 3 этого трансформатора , то же самое можно сказать о системах фазных напр жений вторичных

0 обмоток 12 и 13 трансформатора 2.

Системы линейных напр жений вторичных обмоток 8 и 9 трансформатора 1 взаимно сдвинуты на угол тридцать градусов и потому на тот же угол сдвинуты как системы

5 линейных напр жений на входе мостов 10 и 11, так и системы основной составл ющей линейных токов на входе этих мостов, аналогичные замечани  можно сделать относительно систем линейных напр жений

0 вторичных обмоток 12 и 13, т.е. на входе мостов 14 и 15, а также основных гармоник несинусоидальных входных токов этих мостов .

В этих услови х магнитодвижущие силы

5 фаз обмоток 8 и 9, расположенных на общем стержне магнитопровода трансформатора 1, характеризуютс  совпадением по фазе их первых гармоник; взаимным сдвигом на сто восемьдес т градусов п тых или седьмых, а

0 также семнадцатых и так далее гармоник этих МДС; совпадением по фазе одиннадцатых или тринадцатых, двадцать третьих, двадцать п тых, тридцать п тых и так далее высших гармоник таких МДС: взаимно про5 тивоположным направлением п тых или седьмых, семнадцатых и так далее высших гармоник магнитных потоков, создаваемых МДС этих обмоток; вытеснением этих составл ющих магнитного потока н  пути потоков рассе ни , вследствие чего они не

проход т по стальному сердечнику и потому не пронизывают первичную обмотку 3 и не навод т в ней соответствующие составл ющие ЭДС.

Аналогичный вид соединени  вторичных обмоток 12 и 13 другого трансформатора 2 обусловливает подобное взаимодействие как МДС этих обмоток, так и создаваемых ими магнитных потоков. Поэтому аналогичны электромагнитные про цессы в трансформаторе 2, первична  обмотка 4 которого ограждена от каждой из высших гармоник, номер которой на единицу отличаетс  от произведени  нечетного числа на шесть, т.е. п той, седьмой, семнадцатой и т.д. Поскольку известное устройство содержит трансформаторы с таким же соединением вторичных обмоток, нагруженных вентильными мостами, то такие же электромагнитные процессы характерны также и дл  него.

Высшие гармоники тока, проникающие в первичные обмотки трансформаторов известного устройства из цепи их вторичных обмоток, можно разделить на две группы: гармоники с номерами, отличающимис  на единицу от произведени  нечетного числа на двенадцать - одиннадцата , тринадцата , тридцать п та , тридцать седьма  и т.д.; гармоники с номерами, отличающимис  на единицу от произведени  целого числа на двадцать четыре. Существенное ограничение или исключение вредного воздействи  на питающую сеть первой группы высших гармоник тока достигаетс  в предлагаемом устройстве, как и в известном,об- разовзнием контуров наименьшего электрического сопротивлени  в цепи первичных обмоток их трансформаторов и при ближением таким образом этих трансформаторов к режиму короткого замыкани  дл  каждой из этих гармоник.

Соединение звездой первичной обмотки 3 трансформатора 1, а также наличие такой секционированной первичной обмотки 4 дополнительного трансформатора, котора  обеспечивает сдвиг на п тнадцать градусов как между системами входных напр жений вентильных мостов 10 и 14 или 11 и 15, так и между системами основных гармоник входных токов этих мостов, приводит к следующим особенност м электромагнитных процессов в элементах данного устройства: совпадение по фазе систем основных гармоник линейных токов первичных обмоток 3 и 4 трансформаторов 1 и 2, сдвиг на сто восемьдес т градусов между системами высшей гармоники линейных токов в первичных обмотках 3 и 4 трансформаторов, номер которой на единицу отличаетс  от

произведени  нечетного числа на двенадцать - одиннадцатой, тринадцатой, тридцать п той и т.д.; образование этими первичными обмотками короткоээмкнутого

контура дл  каждой из указанных высших гармоник тока: обусловленный этим перевод обоих трансформаторов в режим короткого замыкани  дл  указанных высших гармоник тока

0 Аналогичный эффект ограничени  или исключени  вредного воздействи  на питающую сеть этой (одиннадцата , тринадцата , тридцать п та  и т.д.) группы высших гармоник тока достигнуто в известном уст5 ройстве также благодар  взаимному сдвигу на угол п тнадцать градусов между системами фазных напр жений первичных обмоток трансформаторов. Вместе с тем имеетс  разница в средствах достижени  такого угла

0 сдвига между системами фазных напр жений первичных обмоток трансформаторов предлагаемого и известного устройств.

В предлагаемом устройстве первична  обмотка одного трансформатора соединена

5 звездой, а секционированна  обмотка другого трансформатора - треугольником с продолженными сторонами, в известном первичные обмотки обоих трансформаторов выполнены секционированными и сое0 динены соответственно в правый и левый зигзаг. 8 предлагаемом устройстве система фазных напр жений на первичной обмотке первого трансформатора совпадает с системой фазных напр жений сети, т.е. вообра5 ж емого источника при его соединении звездой, в известном система фазных напр жений на первичных обмотках обоих «рйнсформаторов повернута на угол плюс или минус семь с половиной градусов отно0 сительно системы фазных напр жений такой питающей сети.

В случае известного устройства это приведет к тому, что отличаетс  от нул  или ста восьмидес ти градусов угол сдвига между

5 начальными фазами тех одноименных гармоник тока в расположенных на общем стержне магнитопровода фаз вторичных i/i первичной обмотки любого из трансформаторов Также отличаетс  от ста восьмидес 0 ти градусов угол сдвига по фазе между гармониками одинакооого номера во вторичной обмотке трансформатора известного устройства и присоединенного к той же сети другого выпр мительного устройства.

5Следствием отличи  от ста восьмидес ти градусов угла сдвига между одноименными высшими гармониками токз в обмотках трансформатора известного устройства и генерируемых в сеть дополнительным выпр мителем  вл етс  то, что с помощью известного устройства не удаетс  создать цепи с наименьшим электрическим сопротивлением на первичной стороне трансформатора дл  гармоник, номер каждой из которых на единицу отличаетс  от произведени  нечетного числа на шесть по- этомус помощью первичных обмоток трансформаторов известного устройства, по которым протекают генерируемые дополнительным выпр мителем высшие гармоники тока, не удаетс  получить такие составл ющие МДС, которые противодействуют соответствующим составл ющим МДС вторичных обмоток, хот  известное устройство не может шунтировать те высшие гар- моникитока.генерируемые

дополнительным выпр мителем в питающую сеть, номер каждой из которых на единицу отличаетс  от произведени  нечетного числа на шесть, не может выполнить роль активного фильтра дл  этой группы гармоник тока, генерируемых в питающую сеть другими неуправл емыми выпр мительными устройствами

Рассмотрим услови  совместной работы предлагаемого устройства и присоединенных к той же фазной сети других нелинейных потребителей, генерирующих в эту сеть высшие гармоники тока Одним из таких мощных потребителей может быть, например, многофазна  дугова  сталеплавильна  печь, подключенна  к питающей сети через посредство трансформатора-, вторична  обмотка которого обычно соединена треугольником, а первична  - звездой.

Система фазных напр жений первичной обмотки печного трансформатора совпадает с системой фазных напр жений той первичной обмотки одного из трансформаторов предлагаемого устройства, котора  соединена звездой Гармонический состав токов в первичной обмотке печного трансформатора практически полностью совпадает с гармоническим составом входного тока трехфазного диодного мостового выпр мител , гармоническим составом тока во вторичных обмотках того трансформатора предлагаемого устройства первична  обмотка которого соединена звездой

Кажда  из высших гармоник тока, номер которой отличаетс  на единицу от произведени  шести на нечетное число, образует составл ющую магнитного потока рассе ни , замыкающуюс  главным образом по воздуху Вследствие параллельного соединени  печного трасформатора с трансформатором предлагаемого устройства гармоники тока печного трансформатора также замыкаютс  через ту первичную обмотку трансформаторов предлагаемого устройства котора  соединена звездой, это приводит к по влению составл ющих магнитодвижущей силы этой обмотки, начальные фазы которых противоположные начальным фазам соответствующих магнитодвижущих сил в одной из его вторичных обмоток

К этой группе гармоник тока относ тс  такие номера которых отличаютс  на еди0 ницу от произведени  шести на нечетное целое число Взаимное противодействие этих гармонических составл ющих магнитодвижущей силы первичной обмотки этого трансформатора предлагаемого устройства

5 с гармоническими составл ющими того же номера магнитодвижущей силы одной из вторичных обмоток этого трансформатора обусловливает взаимное противодействие тех же составл ющих магнитного потока от

0 соответствующих высших гармоник тока; прохождение этих составл ющих магнитного поток  только по пути потоков рассе ни ; наименьшую величину входного сопротивлени  первичной обмотки трансформатора

5 предлагаемого устройства дл  указанной группы высших гармоник тока, генерируемых в питающую сеть параллельно подклю- ченным многофазным нелинейным потребител м, например дуговой электро0 печью или другим мостовым диодным выпр мителем , существенное уменьшение уровн  этой группы высших гармоник тока в питающей сети и присоединенных к ней линейных цепей, соответствующее улучшение

5 качества электроэнергии питающей сети

Из рассмотренных электромагнитных процессов в предлагаемом и известном устройствах следует практически одинакова  способность ограничить проникновение в

0 питающую сеть высших гармоник тока, возникающих на стороне переменного тока трехфазных диодных выпр мительных мостов , т е в цепи вторичных обмоток их трансформаторов , существенное преимущество

5 предлагаемого устройства в отношении качества электроэнергии питающей сети в тех типичных ситуаци х, когда к ней оказываютс  подключенными также другие нелинейные потребители - дуговые электропечи,

0 диодные мостовые выпр мители и т д.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Преобразователь трехфазного напр жени  в посто нное, содержащий два 5 трансформатора, на магнитопроводе каждого из которых расположены трехфазна  первична  обмотка соединенна  с входными выводами дЯ  подключени  питающей сети, и две соединенные соответственно в звезду и треугольник вторичные обмотки,

   кажда  из которых подключена к входу одного из выпр мительных мостов, соединен- ных по выходу последовательно и подключенных к выходным выводам дл  подключени  общей нагрузки, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества электроэнергии питающей сети путем ограничени  уровн  высших гармоник тока

   от присоединенных к ней других многоф; ных нелинейных потребителей, первичн обмотка одного трансформатора соединенi звездой, а другого - треугольником с про долженными сторонами, причем отношении чисел витков стороны треугольника и о продолжени  выбрано равным

   и™.

   т