SU736297A1

SU736297A1 - Three-phase ac-to-dc voltage converter

Info

Publication number: SU736297A1
Application number: SU782579173A
Authority: SU
Inventors: Виталий Александрович Фокин; Анатолий Кузьмич Кулиш
Original assignee: Запорожский Машиностроительный Институт Им. В.Я.Чубаря
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1980-05-25

Description

Изобретение относитс к преобразовательной технике и может быть использовано в выпр мительных агрегатах относительно большой мощности , например в установках электролиза , регулируемых электроприводах а также дл выпр млени на лини -х и вставках посто нного тока. Известно устройство дл выпр млени трехфазного напр жени , содержащее вентильные мосты и трансформаторы 1 . Недостаток известного устройства состоит в повышенных тепловых Потер х во вторичных обмотках тран форматора, что обусловлено непосредственной магнитной св зью двух нагруженных своими вентильными мос тами -вторичных обмоток трехобмоточ ного трансформатора. Электромагнит ное взаимодействие п той, седьмой гармоник намагничивающих сил магни но-св занных вторичных обмоток трансформатора аналога соответству ет работе условных компонентных трансформаторов и режима короткого замыкани , поскольку начальные фазы этих гармоник тока вторичных об моток .отличаютс на . Дл эти гармоник тока, генерируемых вентил ными мостами, цепь вторичных обмоток аналога представл ет минимальное сопротивление и потому потери в цепи вторичных обмоток силового трансформатора оказываютс наибольшими . Известен также трехфазный преобразователь переменного напр жени в посто нное,, содержащий два трехфазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки рдного из которых соединены по схеме звезда-звезда , а другого - по схеме звездатреугольник и. два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен ко вторичной обмотке соответствующего трансформатора 2.. В схеме известного устройства входные зажимы I первичной обмотки силового трансформатора присоединены к началам обмотки трехфазного дроссел , входные зажимы первичной обмотки другого силового трансформатора - к концам той же.обмотки трехфазного дроссел , а промежуточные выводы обмотки этоготрехфазного дроссел - к линейным проводам питающей сети. Така схема позвол ет во много раз увеличить ийдуктивность дл п той и седьмой гармоник входного тока по сравнению с индуктивностью дл первой гармоники входного тока, поскольку дл токов п той и седьмой гармоник намагничивающие силы двух равных частей секционированной обмотки дроссел направлены согласно, а дл токов первой гармоники - в: аимко встреч-но . Поэтому дл токов п той и седьмой гармоник дроссель равносилен трансформатору в режиме холостого хода, а дл токов основной гармоники - трансформатору в режиме короткого замыкани . Вследствие этого ток п той и седьмой.гармоник в первичной обмотке каждого из двух силовых трансформаторов оказываетс равным току холостого хода дроссел Т.е. близ-ким к нулю и потому первичные обмотки силовых трансформаторов не создают размагничивающего деЯстри на намагничивающие силы вторичных обмоток от п той И седьмой гар «юник входного тока генерируемых соответствующим вентильным мостом. Недостаток устройства состоит в недопустимо больших значени х напр жений на входе вентильных мостов в цепи вторичных обмоток силовых . трансформаторов от, напр жений п той и седьмой гармоник, вследствие че;го существенно понижаетс надежность выпр мительного устройства,.Недопустимо больша величина напр же:Ний п тикратной и семикратной частоты обусловлена произведением п той и седьмой высших гармонических входного тока вентильного моста на очень большие сопротивлени холос:тогЬ хода вторичной обмотки, при этом следует учесть, что вентильный мост с большой индуктивностью сглаживающего фильтра на стороне посто нного тока следует рассматривать как источник тока на стороне входных зажимов переменного тока. ДРУгой недостаток состоит :в том, что в нем не используетс энерги п той , седьмой и некоторых других гармоник тока, генерируемых вентильными мостами на его входных зажи1иах, вл ющимис разновидностью источников энергии - источниками тока. Пока не решен-вопрос об утилизации посто нно, генерируемой вентильными мостами 5, 6 энергии на п тикратнойThe invention relates to converter technology and can be used in relatively high power rectifying units, for example, in electrolysis plants, adjustable electric drives, as well as for rectifying on line and direct current inserts. A device for rectifying three-phase voltage is known, comprising valve bridges and transformers 1. A disadvantage of the known device is the increased thermal losses in the secondary windings of the transformer, which is caused by the direct magnetic coupling of the two secondary windings of the three-winding transformer loaded with their valve bridges. The electromagnetic interaction of the fifth, seventh harmonics of the magnetizing forces of the magnetically coupled secondary windings of an analog transformer corresponds to the operation of the conventional component transformers and the short circuit mode, since the initial phases of these harmonics of the secondary windings are different. For these current harmonics generated by the valve bridges, the secondary circuit of the analog circuit represents the minimum resistance and therefore the losses in the secondary circuit of the power transformer are greatest. Also known is a three-phase converter of alternating voltage into a constant, containing two three-phase transformers, the primary and secondary windings of each of which are connected according to the star-star scheme, and the other - according to the star-triangle and. two three-phase valve bridges, the input of each of which is connected to the secondary winding of the corresponding transformer 2 .. In the known device circuit, the input terminals I of the primary winding of a power transformer are connected to the beginnings of the windings of a three-phase throttle, the input terminals of the primary winding of another power transformer are connected to the ends of the same winding three-phase throttles, and intermediate winding leads of this three-phase throttles - to the linear wires of the supply network. Such a circuit allows many times to increase the inductance for the fifth and seventh harmonics of the input current compared to the inductance for the first harmonic of the input current, since for the currents of the fifth and seventh harmonics the magnetizing forces of two equal parts of the sectioned windings of the throttles are directed according to, and for the currents of the first harmonics - in: aimko meeting but. Therefore, for the fifth and seventh harmonic currents, the choke is equivalent to a transformer in idle mode, and for main harmonic currents to a transformer in a short circuit mode. As a result, the current of the fifth and seventh. Harmonics in the primary winding of each of the two power transformers is equal to the idle current of the drossel. close to zero and therefore the primary windings of power transformers do not create demagnetizing actions on the magnetizing forces of the secondary windings from the fifth and seventh head of the input current generated by the corresponding valve bridge. The drawback of the device lies in the unacceptably high values of the voltages at the input of the valve bridges in the power secondary circuits. transformers from five and seventh harmonics, due to which the reliability of the rectifier device is significantly reduced. An unacceptably large amount of voltage: The fifth and sevenfold frequency is caused by the product of the fifth and seventh highest harmonic input current of the valve bridge by very large idle resistance: the stroke of the secondary winding, it should be noted that the valve bridge with a high inductance smoothing filter on the DC side should be considered as a source of current and on the side of the AC input terminals. Another disadvantage is that it does not use the power of the fifth, seventh, and some other current harmonics generated by the valve bridges at its input terminals, which are a type of energy source - current source. Not yet resolved — the issue of recycling is permanently generated by valve bridges 5, 6 of energy in a multiple

.и семикратной частотах соответствующих входных тока и напр жени ,нельз наде тьс на одновременное решение вопросов защиты питсшэщей сети от этих гармонических, повышени надежности работы и энергетических показателей выпр мительного агрегата ..and the sevenfold frequencies of the respective input currents and voltages, it is impossible to hope for the simultaneous solution of the problems of protecting the power supply network from these harmonics, improving the reliability of operation and the energy indicators of the rectifier unit.

Целью изобретени вл етс повышение надежности и улучшение энергетических показателей.The aim of the invention is to increase reliability and improve energy performance.

Цель достигаетс гем, что трехфазный преобразователь переменного напр жени в посто нное, содержащий два трехфазных трансформатора, первичные и вторичные обмотки одного из которых соединены по схе.ме звезда-звезда , а другого - по схеме звезда-треугольник и два трехфазных вентильных моста, вход каждого из которых подключен ко вторичной дбмотке соответствующего трансформатора , снабжен дополнительными трехфазными трансформатором и трехфазным вентильным мостом, вход которого подключен ко вторичной обмотке дополнительного трансформатора соединенной по схеме звезда, причем по выходу все вентильные мосты соединены последовательно, первична обмотка дополнительного трансформатора Б каждой фазе состоит из двух последовательно соединенных секций, обща точка которых подключена к выводу дл подкл.ючени соответствующей фазы питающей сети, начало подключено к первичной обмотке соответствующей фазы первого основного трансформатора, а конец - к первичной обмотке соответствующей фазы второго основного трансформатора.The goal is to achieve a hem that a three-phase AC-DC converter containing two three-phase transformers, the primary and secondary windings of one of which are connected according to the star-star scheme, and the other one according to the star-triangle circuit and two three-phase valve bridges, input each of which is connected to a secondary transformer of the corresponding transformer, equipped with an additional three-phase transformer and a three-phase valve bridge, whose input is connected to the secondary winding of an additional transform the torus is connected in a star circuit, with the output of all valve bridges connected in series, the primary winding of the additional transformer B of each phase consists of two sections connected in series, the common point of which is connected to the output for connecting the corresponding phase of the power supply network, the beginning is connected to the primary winding of the corresponding phase of the first main transformer, and the end - to the primary winding of the corresponding phase of the second main transformer.

На чертеже изображена принципиальна схема предлагаемого преобразовател ,The drawing shows a schematic diagram of the proposed Converter,

Преобразователь содержит основные силовые трансфюр.маторы 1, 2 , вторичные обмотки 3, 4 которых присоединены к входам перемоикого тока тиристорных мостов 5, 6, последовательное соединение которых с дополнительным диодным мостом 7 нагружено активно-индуктивным приемником 0 8, первична обмотка 9 силовогоThe converter contains the main power transformer 1, 2, the secondary windings 3, 4 of which are connected to the input current of the thyristor bridges 5, 6, the serial connection of which with the additional diode bridge 7 is loaded by the active-inductive receiver 0 8, the primary winding 9 of the power one

трансформатора i соединена пофазнопоследовательно с первичной обмоткой 10 силового трансформатора 2 через секционированную перви-:ную обмотку дополнительного (2;азо-компенсационного трансформатора 11, части 12 и 13 которой крайними зажимами присоединены к соответствуюши.м фаза.м обмоток 9, 10, а про -1ежутпчными отводами (общими точкаг-.и) присоединены к линепным проаоддам питающей сети. Е торичка обмотка 14 дополнительного трансформатора 11 присоединена к входу перем--нного тока диодного моста 7.transformer i is connected in phase with the primary winding 10 of power transformer 2 through a sectional primary winding of an additional (2; azo-compensation transformer 11, parts 12 and 13 of which are connected to the corresponding phases of windings 9, 10, and - 1 taps (common points - .and) are connected to the line gaps of the mains. E torich winding 14 of the additional transformer 11 is connected to the AC input of the diode bridge 7.

Общим дл известного у с:т и пре ;лагаемого вл етс наличие между первичными обмотками главныхсиловых трансформаторов разлеленной на две части трехфазной обмотки , к средним выводам которой присоединена питающа сеть, при этом обмотки одного основного трансформатора соединены по схеме звездазвезда , а другого - по схе.ме звезда-треугольник , что также объединиет предлагаемое устройстто с известным прототипом. В этом случае линейные токи пер вичной обмотки одного основного трансформатора определ ютс зависи мост ми .i Ubg-Ou)l-4 (1) о.2. I ,i() ( ,..il а линейные токи первичной обмотки 10 другого основного трансформатора 2 - зависимост ми Г Дп ё (bg-i) 1ос. , (bg-l)wt 5g5r+ fee-ч 1 где I - амплитуда гармоники р дка (6 + 1) ; ьан ФэзовыЯ сдвиг этой гарМОНИКИ; g - целое (положительное или отрицательное) число либо нуль. Эти токи первичных обмоток 9, 10 основных трансформаторов 1, 2 проход т также и через последовательно соединенные с ними части 12, 13 обмотки, относ щейс к дрос селю согласно известному и к транс форматору 11 согласно предлагаемому устройству. Линейные токи питающей сети опр дел ютс в соответствии с прин тыми их направлени ми на принципигшь ной схеме суммой соответствующих токов первичных обмоток 9, 10 глав ных трансформаторов 1,2 r (igu m(ag..)«t-4, e.,i.n s..(i2s4)a. c 9c Noc-| ;,ag.i .ос.1. Полученные выражени свидетельствуют об исчезновении р да наиболее значител1-нь Х (п той, седьмой) и некоторых других (например, семнадцатой , дев тнадцатой) гармоник в кривой линейного тока сети по сравнению с тем случаем, 1 :огца нагрузка посто нного тока получила питание через посредство только одного трансформатора и одного вентильного моста. Это обусловлено относительным изменением ка сто восемьдес т градусов начальной фазы п той, .седьмой, семнадцатой, дев тнадцатой и некоторых других гармоник тока в соответствующих фазах первичных обмоток 9, 10 основных силовых трансформаторов 1, 2. Исключение указанных выше гармоник из тока питающей сети достигаетс и при отсутствии дополнительного трансформатора 11 с его обмотками 12, 13; однако в этом случае в цепи первичных обмоток 9, 10 протекал бы весьма значительней несинусоидальный ток, в котором амплитуды п той, седьмой и некоторых других гармоник были бы весьма значительными из-за относительно малых индуктивных сопротивлений рассе ни обмоток силовых трансформаторов 1, 2, вл ющихс дл зтих гармоник цепью нагрузки. Это обусловило бы весьма значительные потери.в обмотках трансформаторов и соответствующий повышенный нагрев обмоток силовых трансформаторов и худшее использование габаритов и массы этих трансформаторов. Наличие трансформатора 11, соединенного согласно предлагаемой схеме, устран ет этот недостаток. Вначале устройство работает безучета вторичной обмотки 14 добавочного трансформатора 11, Из разметки одноименных зажимов частей 12, 13 первичной обмотки трансформатора 11 следует: 1) относительно основной, одиннадцатой, тринадцатой и некоторых других 1армоник тоже имеет место взаимно-встречна магнитна св зь частей 12, 13 обмотки трансформатора 11, что соответствует режиму короткого замыкани такого трансформатора; 2) относительно п той, седьмой , дев тнадцатой и некоторых других гармоник входного тока имеет место согласное заключение частей 12, 13 обмотки трансформатора 11, что соответствует режиму холостого хода такого трансформатора (если не учитывать вторичную обмотку 14), Следовательно, при исключении из рассмотрени вторичной обмотки 14 трансформатор 11, не оказыва заметного сопротивлени токам основной частоты, позвол ет практически полностью подавить п тую, седьмую и некоторые другие гармоники в первичных обмотках 9, 10 главных трансформаторов 1, 2 .Common to the known s: t and the proposed one is the presence between the primary windings of the main power transformers split into two parts of a three-phase winding, to the middle terminals of which the supply network is connected, the windings of one main transformer are connected according to the star schema, and the other - according to the scheme .me star-triangle, which also combines the proposed device with a well-known prototype. In this case, the linear currents of the primary winding of one main transformer are determined by the bridges .i Ubg-Ou) l-4 (1) o.2. I, i () (, .. il and the linear currents of the primary winding 10 of another main transformer 2 - dependencies Г Дп е (bg-i) 1ос., (Bg-l) wt 5g5r + fee-h 1 where I is the harmonic amplitude The order (6 + 1); Phase shift of this harmonic; g is a whole (positive or negative) number or zero. These currents of the primary windings 9, 10 of the main transformers 1, 2 also pass through parts connected in series with them 12, 13 windings related to the throttle valve according to the known and to the transformer 11 according to the proposed device. Linear currents of the mains supply are determined according to their accepted directions on the principle of a schematic diagram, the sum of the respective currents of the primary windings 9, 10 of the main transformers 1,2 r (igu m (ag ..) "t-4, e., in s .. (i2s4) a .c 9c Noc- |;, ag.i..os.1. The obtained expressions indicate the disappearance of the most significant 1-x X (fifth, seventh) series and some other (for example, seventeenth, nineteenth) harmonics in the linear current curve. Compared to that case, 1: The DC load was powered through only one transformer and one valve bridge. This is due to the relative change of one hundred and eighty degrees of the initial phase of the fifth, seventh, seventeenth, nineteenth and some other current harmonics in the respective phases of the primary windings 9, 10 of the main power transformers 1, 2. The exclusion of the above harmonics from the supply current is achieved and in the absence of an additional transformer 11 with its windings 12, 13; However, in this case, in the primary winding circuit 9, 10 a very large non-sinusoidal current would flow, in which the amplitudes of the fifth, seventh and some other harmonics would be quite significant due to the relatively small inductance of the dissipation of the windings of power transformers 1, 2, for these harmonics load circuit. This would cause very significant losses in the windings of transformers and the corresponding increased heating of the windings of power transformers and the worst use of the dimensions and weight of these transformers. The presence of a transformer 11 connected according to the proposed scheme eliminates this disadvantage. Initially, the device operates without taking into account the secondary winding 14 of the additional transformer 11. From the marking of the same terminals of the parts 12, 13 of the primary winding of the transformer 11 follows: 1) relative to the main, eleventh, thirteenth, and some other harmonics, the reciprocal magnetic coupling also takes place 12, 13 winding of the transformer 11, which corresponds to the short circuit mode of such a transformer; 2) relative to the fifth, seventh, nineteenth and some other harmonics of the input current there is a consonant conclusion of parts 12, 13 of the transformer winding 11, which corresponds to the idling mode of such a transformer (if the secondary winding 14 is not taken into account); The secondary winding 14 of the transformer 11, which does not have a noticeable resistance to the currents of the main frequency, allows almost completely suppressing the fifth, seventh and some other harmonics in the primary windings 9, 10 of the main transformers 1, 2.

Изложенное выше соответствует предварительному предложению об отсутствии вторичной обмотки 14 вспомогательного трансформатора 11, а также диодного моста 7 в составе выпр мительного агрегата, когда разделенна на две части 12, 13 первична обмотка выполн ла дл п той и седьмой гармоник роль обмотки сглаживающего дроссел .рчень большой индуктивности из-за наличи ферромагнитного сердечника. Это не могло не привести к наведению больших напр жений как на обмотках силовых трансформаторов 1, 2 так и на вентил х мостов 5, 6 от токов этих (высших гармонических.The above corresponds to the preliminary proposal about the absence of the secondary winding 14 of the auxiliary transformer 11, as well as the diode bridge 7 as part of the rectifier unit, when the primary winding was divided into two parts 12, 13 for the fifth and seventh harmonics as a winding of the smoothing throttle. inductance due to the presence of a ferromagnetic core. This could not but lead to the induction of large voltages both on the windings of power transformers 1, 2 and on the valves of bridges 5, 6 from these currents (higher harmonics.

Предложенное введение вторичной обмотки 14 трансформатора 11, нагруженной через диодный мост 7 частью общей нагрузки 8 в его цепи посто нного тока, исключает этот недостаток и позвол ет утилизировать энергию , генерируемого основными вентильными мостами 5, 6 на частотах п той, седьмой и некоторых других гармонических. Это позвол ет повысить общий КПД устройства.The proposed introduction of the secondary winding 14 of a transformer 11 loaded through a diode bridge 7 with a part of the total load 8 in its DC circuit eliminates this drawback and allows utilizing the energy generated by the main valve bridges 5, 6 at frequencies of fifth, seventh and some other harmonic . This improves the overall efficiency of the device.

Работа диодного моста 7 на выходе вторичной обмотки 14 дополнительного трансформатора 11 характеризуетс следующими особенност ми. Нс1Именьшие частоты входных напр жений :И тока диодного моста 7 равны соответственно п тикратной и семикратной частоте питающей сети. Такими же будут наименьшие частоты напр жени и тока во вторичной обмотке 14трансформатора 11, котора в этом случае оказывает размагничивающее действие на намагничивающие: силы этих частот, создаваемые част ми 12, 13 первичной обмотки Зтого дополнительного трансформатора 11 на п той и седьмой гармониках, а также уменьшение падений напр жени как на первичных и вторичных обмотках основных трансформаторов 1 , 2, так и вентил хмостов 5, 6, обусловленных п той и седьмой гармониками . Наименьшими частотами напр жени на выходе диодного моста 7 будут тридцатикратна и сорокадвухкратна частота по отношению к частоте питающей сети. Наименьшими высшими гармоническими входных напр жени и тока диодного моста 7 будут двадцать п та и тридцать п та гармоники , поскольку основными в данных услови х вл кзтс п та и седьма гармоники. Эти высшие гармоники не оказывают заметного вли ни на питающую сеть из-за относительной малости их амплитуд по сравнению с основными составл ющими этих величин и поскольку питающую сеть дл; .этих гармоник замен ет цепь из послдовательного соединени секций 12, 13 первичной обмот-ки вспомогательного трансформатора 11с первичными обмотками 9, 10 основных трансформаторов 1, 2, Если дополнительный мост 7 собран из неуправл емых вентилей, то диапазон плавного регулировани выходного напр жени не ограничиваетс , поскольку в нижней части диапазона регулировани выходного напр жени п та и седьма гармоники входных токов главных вентильных мостов 5,6 уменьшаютс пропорционально величинам выходных напр жени и тока такого выпр мител ; вместе с тем применение неуправл ер их вентилей в мосте 7 повышает надежность устройства и существенно ограничивает уровень амплитуд двадцать п той и тридцать п той гармоник входного тока этого моста.The operation of the diode bridge 7 at the output of the secondary winding 14 of the additional transformer 11 is characterized by the following features. Hc1Lower frequencies of input voltages: And the current of the diode bridge 7 is equal to, respectively, fivefold and sevenfold frequency of the mains supply. The same will be the lowest voltage and current frequencies in the secondary winding 14 of the transformer 11, which in this case has a demagnetizing effect on the magnetizing: the forces of these frequencies generated by the parts 12, 13 of the primary winding of this additional transformer 11 on the fifth and seventh harmonics, and a decrease in the voltage drops on both the primary and secondary windings of the main transformers 1, 2, and the valves of the bridges 5, 6 caused by the fifth and seventh harmonics. The lowest voltage frequencies at the output of the diode bridge 7 will be thirty times and forty-two times the frequency with respect to the frequency of the mains supply. The lowest highest harmonic input voltages and the current of the diode bridge 7 will be twenty n and thirty n harmonics, since the main and seventh harmonics are the main ones in these conditions. These higher harmonics do not have a noticeable effect on the supply network due to the relative smallness of their amplitudes compared with the main components of these quantities and since the supply network is for; These harmonics replace the circuit from the successive connection of sections 12, 13 of the primary winding of the auxiliary transformer 11 with primary windings 9, 10 of the main transformers 1, 2. If the additional bridge 7 is assembled from uncontrolled valves, the output voltage is continuously limited , because in the lower part of the adjustment range of the output voltage of the fifth and seventh harmonics of the input currents of the main valve bridges 5,6 decrease in proportion to the values of the output voltage and current of such rectifier bodies; At the same time, the use of uncontrolled valves in bridge 7 increases the reliability of the device and significantly limits the amplitude level of twenty-fifth and thirty-fifth harmonics of the input current of this bridge.

Claims

1. Japanese Patent 5861, No. 49-50447, 1974.

2.Vashchenko A.P. The effect of the transducers on the characteristics of the power supply of their networks and each other. Instructionally specified T1 for the design of electro-industrial plants

T zhpromelektroproekt, 10, 1969, p. 7

Z v

F

to

y V t