Многофазный преобразователь

Использование: полезная модель относится к области электротехники и может найти применение для питания многофазных выпрямителей. Технический результат: улучшение энергетических характеристик преобразователя за счет отсутствия разницы в загрузки преобразовательных трансформаторов обоих модулей, снижения коэффициента искажения напряжения питающей сети, снижения потерь в трансформаторе, что приводит к повышению КПД. Сущность полезной модели: многофазный преобразователь, состоит 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».

Полезная модель относится к области электротехники и может найти применение для питания многофазных выпрямителей.

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.).

Описанная конструкция преобразователя характеризуется следующим недостатком: из-за большого количества вторичных обмоток, имеющих разное количество витков каждая, конструкция преобразовательного трансформатора сильно усложняется.

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.).

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.

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.

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 «Y ₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Z ₂», конец сетевой обмотки «Z₁», соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Х₂», при этом начало фазосдвигающих обмоток, обоих модулей, «А ₂», «В₂», «С₂ » соединены по схеме «звезда» а начало сетевых обмоток, обоих модулей, «A₁», «B ₁», «C₁» соединены с питающей сетью.

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.

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.

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:

где: U_сети- напряжение питающей сети, В.

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.

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).

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 «Z ₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Y ₂», во втором модуле конец сетевой обмотки «X ₁» соединен с концом фазосдвигающей обмотки «Y ₂», 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», «C ₁» соединены с питающей сетью.