Патент ссср 410523

ОП ИСА НИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >4Ю523

Союз Советских

Соцмалмстимеских

Республик (61) Зависимое от авт. свидетсльства— (22) Заявлено 17,04.72 (21) 1772988/24-7 (51) М. Кл. Н 02m 7/18

Н 02р 13/16 с присоединением заявки №вЂ”

Гасударственный комитет

Совета Министрае СССР еа делам изобретений и открытии (32) Приоритет—

Опубликовано 05.1.1974. Бюллетень № 1

Дата опубликования описания 08.10.74 (53) УДК 621.314.2/6 (088.8) (72) Авторы

|изобретения

И. М. Чиженко и В. П. Рябчий

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) УСЛ О В НО-ДВ ЕНАДЦАТИ ФАЗ Н Ы Й КАСКАД Н Ы Й

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к выпрямителям и инверторам трехфазного тока, применяемым. например, для питания мощных потребителей, работающих на постоянном токе (электрофицированный транспорт, цветная металлургия, химическая промышленность), в устройствах для передачи энергии на постоянном токе и др.

Известный условно-двенадцатифазный каскадный компенсационный преобразователь содержит на стороне переменного тока два трехфазных трехобмоточных трансформатора, с соединением первичных обмоток у одного из них звездой, а у второго треугольником, а на стороне постоянного тока — два, последовательно соединенные условно-шестифазные преооразователи, каждый из которых собран по схеме «прямая и обратная звезда с уравнительной катушкой» н в месте последовательного соединения которых присоединена трехфазная группа коммутирующих конденсаторов регулируемой емкости. Недостатком известного условно-двенадцатифазного компенсационного преобразователя является невозможность регулирования величины выпрямленного напряжения от номинального значения до нуля в выпрямительном и в инверторном режимах при высоком коэффициенте мощности. Кроме того, этот преобразователь имеет большое значение величины напряжения на вентилях в непроводящую часть периода по отношению к величине выпрямленного напряжения преобразователя.

Цель изобретения — повышение коэффициента мощности условно-двенадцатифазного каскадного компоненсациопного преобразователя при регулировании выпрямленного напряжения от номинального значения до нуля в выпрямительном и в инверторном режимах работы преобразователя, а также уменьшение величины напряжения на вентилях в непроводящую часть периода. Это достигается тем, что трехфазный трансформатор на сторо15, не переменного тока выполнен пятиобмоточным, две вторичные обмотки которого, соединенные в прямую н обратную звезды, присоединены к одной паре параллельных трехфазных мостовых схем, собранных нз управляемых вентилей, две другие вторичные обмотки, соединенные в прямой и обратный треугольники — к другой паре, а общие точки анодов вентилей каждой из двух параллельных мостовых схем соединены между собой через двухфазную уравнительную катушку, оощие точки катодов каждой из двух других параллельных мостовых схем также соединены через двухфазную уравнительную катушку, причем, средние точки двухфазных урав30 нительных катушек являются полюсами пре410523 обра""oâaòåëÿ, а вместо последовательного соединения одной пары параллельных мостовых схем с другой присоединена трехфазная группа коммутирующих конденсаторов регулируемой емкости, к фазам которых мостовые схемы присоединены со сдвигом по фазе между

i их э.д.с.,;.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого условно-двенадцатнфазного каскадного компенсационного преобразователя.

Преобразователь состоит из единого трехфазного пятнобмоточного трансформатора, имеющего первичную обмотку 1, соединенную в звезду или в треугольник, вторичные обмотки 2 и 8, соединенные соответственно в прямую и обратную звезды, вторичные обмотки

4 и 5, соединенные соответственно в прямой и обратный треугольники, и четырех собранных из управляемых вентилей б трехфазных мостовых схем, присоединенных ко вторичным обмоткам трансформатора. Линейные напряжения вторичных обмоток трансформатора, соединенных звездой и треугольником, равны между собой.

Общие точки анодов вентилей каждой из двух параллельных мостовых схем, присоединенных к прямой и обратной звездам (или к прямому и обратному треугольникам), связаны между собой через двухфазную уравнительную катушку 7, а катоды вентилей противоположных фаз этих мостов соединены между собой накоротко. Общие точки катодов вентилей каждой из двух других пара,ллельных мостов схем, присоединенных к прямому и обратному треугольникам (или к прямой и обратной звездам), также связаны между собой через двухфазную уравнительную катушку .8, а аноды вентилей противоположных фаз этих мостовых схем — накоротко. Средние точки двухфазных уравнительных катушек являются полюсами постоянного тока преооразователя.

B месте последовательного соединения одной пары мостовых схем с другой присоединена трехфазная группа коммутирующих конденсаторов 9 регулируемой емкости, смонтированных известным образом треугольником или звездой, причем для обеспечения симметрии и создания одинаковых условий работы у всех вентилей преобразовательные мостовые схемы присоединены к фазам трехфазной группы конденсаторов так, что сдвиг по фазе

l между их э.д.с. равен —.

Вентили, присоединенные непосредственно к конденсаторам, являются двумя шестерками компенсационной части предлагаемого преобразователя. Вентили, присоединенные и одной уравнительной катушке, — одной шестеркой, а вентили, присоединенные к другой уравнительной катушке, — другой шестеркой обычной части описываемого преобразователя.

Зо

Преобразователь работает следующим ооразом.

Ток первичной обмотки 1 трансформатора определяется суммой токов вторичных обмоток 2, 8, 4 и 5. Токи каждой вторичной обмотки замыкаются через поочередно вступающие в работу управляемые вентили б катодной н анодной групп своей трехфазной мостовой схемы, двухфазные уравнительные катушки 7 и 8 и цепь постоянного тока, проходя также и через коммутирующие конденсаторы 9, Двухфазные уравнительные катушки 7 и 8 обеспечивают параллельную работу мостовых схем, воспринимая на себя разность линейных напряжений одновременно работающих вентилей каждой из двух параллельных мостовых схем, к которой добавляется напряжение конденсатора, находящегося между работающими в этот момент вентилями. Напряжение на двухфазных уравнительных катушках изменяется с тройной частотой. Трехфазная группа конденсаторов регулируемой емкости

9 (которые до этого назывались и в дальнейшем будут называться коммутирующими ) обеспечивает при раооте преобразователя на нагрузку в выпрямительном и в инверторном режимах коммутацию токов в вентилях компенсационной части преобразователя при опережающем угле регулирования, т. е. в интервал, когда напряжение на аноде вступающего в работу вентиля меньше, чем на аноде вентиля, заканчивающего работу..В результате реактивная составляющая основной гармоники анодного тока опережает анодное напряжение. Это объясняется тем, что в основной контур коммутации, в который входят очередная и предыдущая фазы анодного трансформатора, вводится дополнительная э.д.с., которая преодолевает в момент коммутации вышеуказанных вентилей э.д.с. анодного трансформатора и осуществляет процесс коммутации. iB качестве дополнительной э.д.с. в схеме используется напряжение конденсаторов, которое создается их периодической перезарядкой за счет протекания в схеме токов нагрузки и изменяющееся с двойной частотой.

Так как работа предлагаемого преобразователя в выпрямительном и в инверторном режимах идентична, то для выяснения специфических особенностей рассмотрим его работу только в выпрямительпом режиме при идеализированных условиях, т. е. когда активные и реактивные сопротивления трансформатора и питающей сети равны нулю, а индуктивное сопротивление в цепи постоянного тока бесконечно велико. При этих условиях коммутация токов в вентилях происходит мгновенно, а выпрямленный ток является идеально сглаженным.

Максимальный опережающий угол регули. рования в вентилях двух шестерок компенсационной части преобразователя Id а„„= are sin

9 /3 U, аС

410523

15 активная мощность

25 реактивная мощность

35

55 а,— а

Ф р

65 где: И вЂ” выпрямленный ток одной мостовой схемы;

С вЂ” емкость фазы коммутирующих конденсаторов при соединении их треугольником; ж — угловая частота питающей сети;

U„, — амплитудное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, соединенной звездой.

Так как вентили управляемые, то вступление их в работу можно задерживать системой управления и, следовательно, устанавливать опережающий угол регулирования ар на вентилях компенсационной части преобразователя меньше максималнього а„р. Максимальный опережающий угол регулирования изменяется с изменением тока нагрузки и при заданном токе можно изменять угол регулирования, изменяя величину емкости коммутирующих конденсаторов.

Особенностью описываемого условно-двенадцатифазного каскадного компенсационного преобразователя является возможность заставить половину вентилей (две шестерки вентилей компенсационной части) работать в режиме с опережающим углом регулирования, а другую половину (две шестерки вентилей обычной части преобразователя) — в обычном управляемом режиме с отстающими углами регулирования.

Так, в двух шестерках вентилей компенсационной части преобразователя ком.мутация тока осуществляется с опережающим углом регулирования, а в остальных вентилях коммутация токов может происходить только в момент естественной коммутации или с задержкой в сторону отставания от этого момента при помощи системы управления на угол управления а,.

Если установить одинаковый угол управления v, у обеих шестерок вентилей обычной части преобразователя, то для принятых (вентилей обычной части преобразователя) идеализированных условий выпрямленное напряжение

3V3 U„, Uz — " (сова„+ сова ), а угол сдвига фаз между первой гармоникой первичного тока н первичным напряжением:

Ток в первичной обмотке трансформатора не содержит четных, кратных трем, 5-й и 7-й гармоник, Величина выпрямленного напряжения и величина и знак угла сдвига зависят от угла регулирования ар и от угла управления а,-. При равенстве ар и а, угол сдвига равен нулю и преобразователь не потребляет и не генерирует реактивную мощность.

Если же в преобразователе применить различные углы управления для вентилей одной шестерки а1, в пределах от нуля до л и для вентилей второй шестерки обычной части преооразователя а2, также в пределах от нуля до д, а также применить управление опережающим углом регулирования в пределах от нуля до а,„р, у вентилей двух шестерок компенсационной части, то возникают широкие возможности для регулирования в любых пределах выпрямленного напряжения при различном угле гр, в том числе и с выдачей при необходимости заданного количества реактивной энергии в питающую систему.

В этом общем случае для описываемого преобразователя выпрямленное напряжение

ЗУ3 U.

Ug — . ™ (cosnp + 0,5 сова,„+ 0,5 cosn,„);

6 (3

Р= U>nld (созар+ 0,5соз,„+ > ыы,„)>

6) 3

Q = — U, Id (0,5 з1па,„+ 0,5 ипа,„— з1пар);

11 угол сдвига фаз между первой гармоникой первичного тока и первичным напряжением

Следовательно, преобразователь позволяет плавно и безинерционно регулировать в любых пределах величину выпрямленного напряжения при работе с различным, а в случае необходимости и при неизменном угле сдвига фаз, в том числе и при угле сдвига, равным нулю или близком к нулю, т. е. с высоким коэффициентом мощности, путем управления моментами вступления вентилей в работу как в обычной части преобразователя, так и в компенсационной, а также путем изменения величины емкости коммутирующих конденсаторов. Кроме того, в результате использования трехфазных мостовых схем уменьшается максимальное значение напряжения в непроводящую часть периода: оно примерно равно половине величины номинального выпрямленного напряжения преобразователя.

Предмет изобретения

Условно-двенадцатифазный каскадный компенсационный преобразователь, содержащий на стороне переменного тока трехфазный трехобмоточный трансформатор со вторичными обмотками, соединенными в прямую и о6ратную звезду; на стороне постоянного тока— два последовательно соединенных условношестифазных преобразователя с уравнитель410523

Составитель В. Кучумов

Техред 3. Тараненко

Редактор О. Филиппова

Корректор В. Гутман

Заказ 1207/185 Изд. Ко 421 Тираж 722 Подписное

ЦНИИПИ Государственного .комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тпп. Харьк. фил. пред. «Патент». ными катушками, средние точки которых являются полюсами постоянного тока, и между указанными условно-шестифазными преобразователями которого подключена трехфазная группа коммутирующих конденсаторов регулируемой емкости, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности преобразователя при регулировании выпрямленного напряжения от номинального значения до нуля в выпрямительном и в инверторном режимах работы, а также уменьшения величины напряжения на вентилях в непроводящую часть периода, указанный трехфазный трансформатор снабжен двумя дополнительными вторичными обмотками, соединенными в прямой и обратный треугольник, а указан5 ные условно-шестифазные преобразователи выполнены в виде четырех последовательно и параллельно соединенных со сдвигом по фазе

7С вЂ” трехфазных преобразовательных мостов,, 2 подключенных каждый ко вторичной обмотке трехфазного трансформатора.