SU748728A1

SU748728A1 - -Пульсный вентильный преобразователь

Info

Publication number: SU748728A1
Application number: SU762424508A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Петляков; Ефим Моисеевич Глух
Original assignee: За витель
Priority date: 1976-11-29
Filing date: 1976-11-29
Publication date: 1980-07-15

Description

Изобретение относится к силовой преоб-. разовательной технике и предназначается для преобразования переменного трехфазного напряжения в постоянное для питания электропотребителей постоянного тока, не допускающих большие пульсации выпрям— ⁵ленного напряжения, или при питании от , сети переменного напряжения ограниченной мощности, критичной к влиянию, на нее преобразователей.

Данный преобразователь может быть использован также для обратного преобразования - постоянного напряжения в переменное трехфазное по схеме ведомого инвертора, а при добавлении соответствующих устройств искусственной коммутации тиристоров — по схеме автономного инвертора.

Известен m -пульсный вентильный преобразователь, выполненный на одном трехфазном трансформаторе, на стержнях которого расположены первичная и вторичная обмотки, причем вторичная обмотка выполнена с отпайками, к каждой из которой соответствующим образом подключена дополнительная обмотка.

Известны также 24-фазная схема с многоугольниками и уравнительными реакторами и преобразователь по 18-фазной двухтактной параллельной вентильной схеме [1] и [2] .

Однако все эти устройства имеют большие габариты и вес, сложность конструкции и настройки, большую установленную мощность.

Наиболее близким к изобретению является tn -пульсный вентильный преобразователь, содержащий многофазный вентильный мост И магнитопровод, на стержнях которого расположены трехфазные первичная, вторичная, соединенная в треугольник и выполненная с отпайками в каждой фазе обмотки и дополнительные обмотки, каждая из которых включена между соответствующей Отпайкой вторичной обмотки смежной фазы и выводом для подключения соответствующей фазы указанного вентйльного моста [3] .

Недостатком этого устройства является повышенная величина установленной мощности.

Цель изобретения - снижение установленной мощности.

Указанная цель достигается, тем, что в гл -пульсном вентильном преобразователе, содержащем многофазный вентильный мост и магнитопровод, на стержнях которого расположены трехфазные первичная , вторичная, соединённая в треугольник и выполненная с отпайками в каждой фазе обмотки, и дополнительные обмотки, каж' дая из которых включена между соответствующей отпайкой вторичной обмотки смежной фазы и выводом для подключения соответствующей фазы указанного вентильного моста, вторичная обмотка в каждой фазе выполнена с -1 отпайками, причем Число витков от начала этой обмотки 20 до соответствующей отпайки равно 2sin(-f-- -2J-K)

I д.--------. , число витков каждой из дополнительных обмоток равно

V3 (П-В „ — - порядков ыи нопри К равном дробному .каждой вторичной ~ , а от ее

748728 4 'ная диаграмма, поясняющая принцип получения 30-ти векторов напряжения за весь период,.

Устройство (фиг. 2) представляют собой 18-пульсный вентильный преобразо- . ватель и содержит трехфазный четырехобмоточный трансформатор 1, первичная обмотка VV) которого соединена в звезду и подключена к трехфазному источнику А, В, С. Вторичная обмотка ^4 этого трансформатора в каждой фазе выполнена с двумя отпайками 2, 3 и соединена в замкнутый треугольник. Преобразователь в каждой фазе снабжен дополнительными обмотками и V/д , каждая из которых включена между соответствующей отпайкой вторичной обмотки смежной фазы и выводом для подключения одной из фаз вентильного моста 4, состоящего из вентилей 5 - 22. Вершины образованного вторичной обмоткой треугольника также образуют выводы для подключения соответствующих фаз вентильного моста. Работа преобразователя осуществляется следующим образом.

В любой межкоммутационный момент времени в вентильном мосте 4 пропускают ток одновременно два вентиля, выпрямляя Напряжения следующих поочередно через 20 эл,град, фаз, которые образуются: геометрической суммой напряжения части вторичной обмотки, равной числу витков от начала до второй отпайки, одной фазы с напряжением одной дополнительной обмотки другой отстающей ’ фазы, - арифметической суммой напряжений всех частей вторичной обмотки этой фазы и геометрической суммой напряжения части вторичной обмотки, равной числу витков от конца обмотки по . первой· отпайки с напряжением второй дополнительной обмотки передающей фазы и т.д.

Вторичная обмотка в каждой фазе им&45 ет число витков от’ начала обмотки до соответствующей отпайки, определяемое выражением где К 3,2 ... мер отпайки.

Кроме того, числу, число отпаек в обмотки от начала равно m ₁ 12.

конца - - 1.

На фиг. 1 дана векторная диаграмма напряжений вторичных обмоток трансформатора, поясняющая принцип формирования 18-фазного напряжения, где с»2, , Cj..

. фазные напряжения вторичных обмоток, а-йу в^, с, а^, ^в4 > ^с4 -фазные напряжения дополнительных обмоток; на фиг. 2 - схема 18-пульсного вентильного преобразователя; на фиг. 3 - развернутая векторная диаграмма, поясняющая принцип получения 18 векторов напряжения за весь период; на фиг. 4 - электрическая схема 24—пульсного вентильного преоб- . разователя; на фиг. 5 - векторная диаграмма напряжений вторичных обмоток трансформатора для 24-пульсного вёнтиль-₅₀ного преобразователя; на фиг. 6 — развернутая векторная диаграмма, поясняющая принцип получения 24—х векторов напряжения за весь период; на фиг. 7 — электрическая схема 30-пульсного вентильного преобразователя; на фиг. 8 - векторная диаграмма напряжений вторичных обмоток для 30-пульсного вентильного преобразователя; на фиг. 9 - развернутая вектор30 где К — порядковый, номер отпайки, а число витков каждой из дополнительных обмоток равно

2sin -^-·Κ \Гз Отпайки обмоток α₂ , , ₍полнительные фазные обмотки

Cj, СЦ , , Сд составляют

С _г и до^а5 » следующие

0,58

0,30 каждой фазе имэ5 величины от числа витков, всей фазной обмотки

Отпайки 2

Отпайки 3

Обмотки , b₂ , С 2. »

Обмотки Ь·,» С j

Обмотки а₄Ъ₄ , С₄ , ет

2,

IS

Отпайки

0,26 0,74 1,0 0,39 0,39 24-пульсный вентильный преобразователь (фиг. 4), в отличии от 18-пульсного, выполнен на трехфазном пятиобмоточном трансформаторе с первичной обмоткой соединенной в звезду или треугольник и подключенной к фазам питающей сети А, В, С вторичной обмоткой выполненной с отпайками, число которых равно трем и тремя дополнительными обмотками, и 12-фазном вентильном мосте. Дополнительные обмотки подключены к соответствующим отпайкам вторичной обмотки таким же образом, что и в случае 18-пуль-; 20 сногб преобразователя, Работа 24-пульсного преобразователя осуществляется следующим образом.

. В любой межкоммутационный момент времени пропускают ток одновременно два вентиля один в катодной, второй в анодной группах 12-фазного вентильного моста, выпрямляя напряжения фаз следующих поочередно через 15 эл.град.фаз, которые образуются: геометрической суммой напряжения части вторичной обмотки от начала до второй отпайки одной фазы с напряжением первой дополнительной обмотки другой - отстающей фазы геометрической суммой напряжения части вторйч-35 ной обмотки от начала до третьей отпайки той же фазы с напряжением второй дополнительной обмотки той же отстающей . фазы, арифметической суммой напряжения фаз, которые образуются геометрической всех частей вторичной обмотки, геометрической суммой напряжения части вторичной обмотки от ее конца до Первой отпайки с напряжением третьей дополнительной обмотки опережающей фазы в последовательности·, соответствующей векторной диаграмме (фиг. 5), формируя на выходе 12-фазного вентильного моста выпрямленное напряжение с 24-мя пульсациями.

Отпайки обмоток , Ь₂ , с₂ и дополнительные фазные обмотки CJj, by, С у ; ^а4 » Ь₄ , С₄ ;d_Sl Us , составляют следующие величины от числа витков всей фазной обмотки Xj^:

О₂ >

’ ^с5

Обмотки сц , Ъд , с ή , Обмотки а5 , Ь$ , С 5 ,

Вторичная обмотка в число отпаек от начала обмотки равное ά от ее конца - 1, причем число витков от начала обмотки до соответствующей отпайки, а также число витков каждой из дополнительных обмоток определяются согласно выражений, описанных в случае 18-пульсного преобразования.

В случае 30-пульсного вентильного преобразователя (фиг. 8) используется шестиобмоточный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду или треугольник, вторичной обмоткой, выполненной с четырьмя отпайками й соединенной в треугольник, четырьмя дополнительными обмотками и 15-фазный вентильный мост.

Отпайки обмоток а₂, в₂, ^с2 ^и Дополнительные фазные обмотки составляют следующие величины от числа витков всей фазной обмотки <3%, Ъг

Отпайки 2 Отпайки 3 Отпайки 4 5

Обмотки , С-2,

Обмотки СЦ, Ьд , Сд , С₂

0,15

0,32

0,68

0,85 , 1,00

- . — »Ч’Ч’С_Ь °‘²⁴Обмотки Од, Иод , с₄ , а₅»Ь₅,С’5 0,47 Работа преобразователя осуществляв — ся следующим образом.

В любой межкоммутационный момент времени пропускают ток одновременно два вентиля; один — в катодной, группе, другойв анодной группе 15-фазного вентильного моста, выпрямляя напряжения фаз., следующих поочередно через 12^ электрических суммой напряжений соответствующих частей вторичной обмотки каждой фазы с соответствующими дополнительными обмотками смежных фаз и арифметической суммой напряжений всех частей данной фазы вторичной обмотки.

Число отпаек в данном случае определяется так же, как и в случае 18-пульсного преобразования.

Технико-экономическая эффективность данного преобразователя основана на обеспечении устойчивой его работы без уравнительных дросселей, что Обусловлено последовательной по времени работой вентилей в каждой группе (катодной и анодной), поэтому отпадает необходимость в параллельной работе вентилей трехфазных мостов; уменьшении числа преобразовательных трансформаторов, связанным с неоднократ—'

0,19

0,42

0,81

1,00

0,30

Отпайки Отпайки Отпайки Обмотки Обмотки ным использованием при формировании многофазной системы напряжений вторичной обмотки, соединенной в треугольник и снабженной отпайками.

Все это позволяет снизить установлен- ₅ную' мощность преобразователя.

Claims

Изобретение относитс к силовой преоб разоватзпьной технике и предназначаетс дл преобразовани переменного трахфаз- ного напр жени в посто нное дл питани электропотребителей посто нного тока, не допускающих большие пульсации выпр мленного напр жени , или при питании от , сети переменного напр жени ограниченной мощности, критичной к . на нее преобразователей. Данньгй преобразователь может быть использован также дл обратного преобразовани - посто нного напр жени в переменное трахфазное по схеме ведомого инвертора , а при добавлении соответствующах устройств искусственной коммутации тиристоров - по схеме автономного инвертс ра . Известен m -пульсный вентильный пре образователь, выполненный на одном трах- фазном трансформаторе, на стержн х которого расположены первична и вторична обмотки, причем вторичтш обмотка выполнена с отпайками, к канедой из которой соответствующим образом подключена дополнительна обмотка. Известны также 24-фазна схема с многоугольниками и уравнительными реакторами и преобразователь по 18-фазной двухтактной параллельной вентильной схеме 1 и И . Однако все эти устройства имеют большие габариты и вес, сложность конструкции и настройки, больщую установленную мощность . Наиболее близким к изобретению вл етс ш -пульсный вентильный преобразователь , содержащий ьшогофазный вентильньв1 мост к магнитопровод, на стержн х которого расположены трехфазные первична , вторична , соединенна в треугол1гник и выполненна с отпайками в каждой фазе обмотки и дополнительные обмотки, кажда из которых включена между соответствующей отпайкой вторичной обмотки смежной фазы и вьшодом дл подключени соответствующей фазы указанного вентильного моста 3 . Недостатком этого устройства вл етс повышенна величина установленной мощности. Цель изобретени - снижение установленной мощности. Указанна цель достигаетс , тем, что в )-f) -пульсном вентильном преобразователе , содержащем многофазный вентильный мост, и магнитопровод, на стержн .х котоpoi- j расположены трехфазные первична , вторична , соединённа в треугольник и выполненна с отпайками в каждой фазе обмотки, и дополнительные обмогки, кажда из котЬрьгх включена между соответ ствующей отпайкой вторичной обмотки смежной фазы и выводом дл под шючени соответствующей фазы указанного вентиль ного моста, вторична обмотка в каждой фазе выполнена с -1 отпайками, при чем спо витков от начала этой обмотки до соответствующей отпайки равно 2sin(f- 2 - ) число витков каждой из дополнительных 21 обмоток равно где К 1,2 - пор дковый HO мер отпайки, Кроме того, при К равном дробному числу, число отпаек в .аждой вторичной обмотки от начала равно , а от ее конца - - 1. На фиг. 1 дана векторна диаграмма Напр жений вторичных обмоток трансформатора , по сн юща принцип формировани 18-фазного напр жени , где Z i 2. фазные напр жени вторичных обмоток, а-а,, в, Cj 1 а, в.с -фазные напр жени дополш1тепьных обмоток1 на фиг. 2 - схема 18-пульсного вентильного пр образовател ; на фиг. 3 - развернута векторна диаграмма, по сн юща при.№цип получени 18 векторов напр жени з весь период; на фиг. 4 - электрическа схема 24-пульсного вентильного преобразовател ; на фиг. 5 - векторна диаграмма напр жений вторичных обмоток трансформатора дл 24-пульсногч вёнтил нрго преобразовател ; на фиг. 6 - развернута векторна диаграмма, по сн юща принцип получени 24-х векторов напр жени за весь период; на фиг. 7 - элект рическа схема 30-пульсного вентильног преобразовател ; на фиг. 8 - векторна диаграмма напр жений вторичных обмото Д71Я 30-пульсного ветгрильного преобразо вател ; на фиг. 9 - развернута вектора диаграмма, по сн юща принцип полуени 30-ти векторов напр жени за весь ериод,. Устройство (фиг. 2) представл ют соой 18-пульсный венттпьный преобразоаталь и содержит трехфазный четьфехбмоточный трансформатор 1, первична бмотка W которого соединена в сзвезду подключена к трехфазному источнику А, В, С. Вторична обмотка ) этого трансформатора в каждой фазе выполнена с двум отпайками 2, 3 и соединена в замкнутый треугольник. Преобразователь в каждой фазе снабжайдополнительными обмотками W.j и W , кажда из которых включена между соответствующей отпайкой вторичной обмотки смежной фазы , и в ьш о дом дл подключени одной из фазвентильнс1То моста 4, состо щего из вентилей 5 - 22. Верщины образованного вторичной обмоткой треугольника также образуют выводы дл .подключени соотрвететвующих фаз вентильного моста. Работа преобразовател осуществл етс следующим образом. В любой межкоммутационный момент времени в вентильном мосте 4 пропускают ток одновременно два вентил , выпр мл Напр жени следуюЩах поочередно через 20 эл.град, фаз, которые образуютс : геометрической суммой напр .жени части вторичной обмотки, равной числу витков от начала до второй отпайки , одной фазы с напр жением одной дополнительной обмотки другой отстающей фазы, - арифметической суммой напр жений всех частей вторичной обмотки этой фазы и геометрической суммой напр жени части вторичной обмотки, равной числу витков от конца обмотки ц6 . первой-отпайки с напр жением второй дополнительной обмотки передающей фазы и т.д. Вторична обмотка в каждой фазе имеет число витков ОТ начала обмотки до со ответствующ ей отпайки, определ емое выражением где К - пор дковый, номер отпайки, а число витков ::аждой из дополнительных обмоток равно . . ГЗ . Отпайки обмоток О , Ь , C. и допипнитэльные обмотки ,bj , Cj, а/) , b €4 составл ют следующие величины от числа витков, всей фазной обмотки : Отпайки 20,26 Отпайки 3О,74 Обмотки а2, bg .Cg , 1,0 Обмотки С j0,39 Обмотки Од, Ъд iC4 , 0,39 24-пульсный вентильный преобразователь (фиг. 4), в отличии от 18-пульсного , выполнен на трехфазном п тиобмоточном трансформаторе с первичной обмот кой соединенной в звезду или треугольник и подключенной к фазам питающей сети А, В, С вторичной обмотко выполненной с отпайками, число которых равно трем и трем дополнительными обмотками и 12-фазном вентильном мосте. Дополнительные обмотки подключены к соответст вующим отпайкам вторичной обмотки таким же образом, что ив случае 18-пуль сногб преобразовател . Работа 24-пульсного преобразовател осуществл етс следующим образом. В любой межкоммутационньй момент времени пропускают ток одновременно два вентил один в катодной, второй в анодной группах 12-фазного вентильного моста, выпр кот напр жени фаз следу- ЮЩИ.Х поочередно через 15 эл.град.фаз, которые образуютс : геометрической суммой напр жени части вторичной обмотки от начала до второй отпайки одной фазы с напр жением первой дополнительной обмотки другой - отстающей фазы геометрической суммой напр жени .части вторйч ной обмотки от начала до третьей отпайки той же фазы с напр жением второй дополнительной обмотки той же отстающей фазы, арифметической суммой напр жени всех частей вторичной обмотки, геометрической суймой напр жени части вторич ной обмотки от ее конца до Первой отг пайки с напр жением третьей дополнитель ной обмотки опережающей фазы в последо вательности, соответствующей векторной диаграмк е {фиг. 5), формиру на вькоде 12-фазног6 вентильного моста вьтр Цлен ое напр жение с 24-м пульсаци ми, .Отпайки обмоток О , Ь , ч н дополнительные фазные обмотки О, Ъ i С j ; А bs ,0f составл ют следующие величины от числа витков всей фазной обмотки )/2,: Отпайки 2 Отпайки 3 Отпайки 4 Обмотки а , Ъз , с Обмотки а , bj I Cj Обмотки У. , Ъд t 04 I 0,58 Обмотки QS Ьз С5 0,30 Вторична обмотка в каждой фазе им ет число отпаек от начала обмотки равное 2, а от ее конца - 1, причем число витков от начала обмотки до соответствук щей отпайки, а также число витков ка.ж- дои из дополнительных обмоток определ ютс согласно вьфажений, описаннььх в случае 18-пульсного преобразовани . В случае 30-пульсного вентильного преобразовател (фиг. 8) используетс шестиобмоточньШ трансформатор с пер- в ичной обмоткой, соединенной в звезду или треугольник, вторичной обмоткой, Bbfполненной с четырьм отпайками li соединенной в треугольник, четырьм дополнительными обмотками и 15-фазный вентйльнь1й мост. Отпайки обмоток й„, Вр, Су и дополнительные фазные обмотки составл ют следующие величины от числа витков всей фазной обмотки Ог, Ьч С Отпайки 2 0,15 0,32 Отпайки 3 Отпайки 4 0,68 Отпайки 5 0,85 Обмотки С( Ьд , С2, 1,ОО С,.ЧСб 0.24 Обмотки а, Ь5 , С, Обмотки «4,1)4 , С4 1 Оз .Ьб fCs 0,47 Работа преобразовател осуществл е с следующим образом. В любой межкоммутационный момент времени пропускают ток одновременно два вентил ; один - в катодной, группе, другойв анодной группе 15-4)азноГо вентильного моста, выпр мл напр жени фаз., следующих поочередно через 12 электрических фаз, которые образуютс геометрической суммой напр жений соответствующих частей вторичной обмотки ка.ждой фазы с соответствующими дополнительными обмотками смежных фаз и арифметической суммой напр жений всех частей данной фазы вторичной обмотки. Число отпаек в данном случае опред&л етс так же, как и в случае 18-пульсного преобразовани . Технико-экономическа , эффективность данного преобразовател основана на обеспечении устойчивой его работы без уравнительных Дросселей, что Обусловлено последовательной по времени работой вентилей в каждой группе (катодной и анодной), поэтому oтJlaдaeт необходимость в napait лельной работе вентилей трехфазных мосTOBj уменьщении числа преобразовательных трансформаторов, св занным с неоднократ«74 ным использованием при формировании мно гофазной системы напр жений вторичной обмотки, соединенной в треугольник и ска бженной отпайками. Все это позвол ет снизить установпе ную мощность преобразовател . Формула изобретени 1. in -пульсный вентильный преобра- зоватепьа содержащий многофазный вентильный мост и магнитопровод, На стержн х которого расположены трахфазные первична , вторична , соединенна в треугольник и выполненна с отпайками в канодой фазе обмотки, и дополнительные обмотки, каждой из которых включена, между соответствующей отпайкой вторич .ной обмотки смежной фазы и выводом дл Подключени соответствующей фазы указШйЫЧ )вентильного моста, о т л и ч а ю щ и и с тем, что, с цепью сниж© . ни установленной г.Тощности, вторична с S 1, обмотКа в каждой фазе выполнена с -J.. отпайками, причем число витков от начала этой обмотки до соответствующей отпайки равно , . 2Stn() 8 каждой из а число витков дополнительньк ir обмоток равно ± где К 1.2 - пор дковый номер oтпaйJки,
2. Преобразователь по п . 1, о т л ичающийс тем, что, при К равном дробному числу, число отпаек в каждой фазе ЬториЧной обмотки от начала равно J , а от ее конца - - 3 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.БаудИш К. Передача энергии посто нным током высокого напр жени , ГЗИ, 1958, с. 128-140.| 2,Раамадзе Ш. М. ПреобразовательHbie схемы и системы, изд. Вьюща шко1967 . ,-1 3, Авторское свидетельство СССР № 555523, кл. Н 02 М $/14, 1973,..I

748728

«

/5

//

/7

W

20

Фие 5

Cf

Сз

. r .

Фиг.,

{pU26