Обратимый каскадный компенсационный преобразователь

Обратимый каскадный компенсационный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ОБРАТИМЫЙ КАСКАДНЫЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий условно-двенадцатифазный каскадный компенсационный преобразователь , состоящий из четырех последовательно и параллельно соединенных между собой трехфазных преобразовательных мостов с объединенньми пофазно общими точками вентилей анодных и катодных групп последовательно соединенных мостов и подключенными к трехфазной батарее конденсаторов регулируемой емкости, подключенный к трехфазному трансформатору с первичной обмоткой и четырьмя вторичными , две из которых соединены в прямую и обратную звезду, а две другиев прямой и обратный треугольник, отличающийся тем, что, с целью повыпения экономичности, эффективности использования основного .оборудования и фазносги преобразования , к выходным выводам параллельно через двухфазные уравнительные реакторы подключен дополнительно введенньй условно-двенадцатифазный CKfHWliAi . 13 Т««ё«Чй6«А5Г каскадный компенсациойный преобразователь , общиеточки вентилей анодных и катодных групп последовательно соединенных мостов которого. объединены пофазно между собой и подключены к трехфазной батарее конденсаторов, первичные обмотки обоих трансформаторов выполнены из основной и дополнительной секций, соединенных в зигзаг так, что начала основных секций фаз А, В, С трансформаторов подключены к соответствующим фазам сети, начала дополнительных секций каждого трансформатора объединены, концы основных секций фаз А, В, С соединены с концами дополнительных секций фаз С, А, В соответственно в одном трансформаторе и с концами дополнительных секций фаз В, С, А соответст-j венно в другом, с четьфьмя вторичными обмотками в каждом трансформаторе, две из которых соединены п прямую и обратную звезду, а две другие в прямой и обратный треугольник .. 2.Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что каждый из двух трансформаторов подключен к отдельному условно-двенадцатифазному -каскадному компенсационному преобразователю . 3.Преобразователь по п. 1, о т личйющийся тем, что две вте ричныё обмотки каждого из трансформаторов , соединенные в прямую и обратную звезду, подкорочены к преобразовateльным мостам одного Условно-двенадцатифазного каскадного компенса- . ционного преобразователя, а две другие , соединенные в прямой и обратный

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИ К (21) 3572777/24-07 (22) 01.04. 83 (46) 07.12.84. Бюл. У 45 (72) В.С.Бойко (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Вели:кой Октябрьской социалистической революции (53) 621.314.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1Р 961074, кл. Н 02 М 7/12, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 410523, кл. Н 02 М 7/19; 1972. (54) (57) 1. ОБРАТИМЫЙ КАСКАЦНЫЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий условно-двенадцатифазный кас кадный компенсационный преобразователь, состоящий из четырех последовательно и параллельно соединенных между собой трехфазных преобразовательных мостов с объединенными пофазно общими точками вентилей анодных и катодных групп последовательно соединенных мостов и подключенными к трехфазной батарее конденсаторов регулируемой емкости, подключенный к трехфазному трансформатору с первичной обмоткой и четырьмя вторичными, две иэ которых соединены в прямую и обратную звезду, а две другиев прямой и обратный треугольник, о тл и ч а ю шийся тем,,что, с целью повыпения экономичности, эффективности использования основного ,оборудования и фаэносги преобразования, к вьгходньм выводам параллельно через двухфазные уравнительные реакторы подключен дополнительно введенный условно-двенадцатифазный (д). Н 02 М 7/68; H 02 М 7/155

: каскадный компенсационный преобразователь, общие. точки вентилей анодных и катодных групп последовательно соединенных мостов которого объединены пофаэно между собой и подключены к трехфазной батарее конденсаторов, первичные обмотки обоих трансформаторов выполнены из основной и дополнительной секций, соединенных в зигзаг так, что начала основных секций фаз А, В, С трансформаторов подключены к соответствующим фазам сети, начала дополнительных секций каждого трансформатора объединены, концы основных секций фаз А, В, С соединены

О с концами дополнительных секций Ж фаз С, А, В соответственно в одном трансформаторе и с концами дополнительных секций фаз В, С, А соответст- С" венно в другом, с четырьмя вторичными обмотками в каждом трансформаторе, две из которых соединены в прямую и обратную звезду, а две другие — в прямой и обратный треугольник.

2. Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем,чтокаждый из двух трансформаторов подключен к отдельному условно-двенадцатнфазному каскадному компенсационному преобразователю.

3. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что две втО ричные обмотки каждого из трансформаторов, соединенные в прямую и обратную звезду, подкдпочены к преобразовательным мостам одного условно-двенадцатифаэного каскадного компенса- . ционного преобразователя, а две другие, соединенные в прямой и обратный ного каскадного компенсационного преобразователя.

1128356 треугольник, — к преобразовательным мостам другого условно-двеналцатпфазг

Изобретение относится к преобра-! зовательной технике и предназначено для питания мощных потребителей в электрифицированном транспорте, цветной металлургии, химической промышленности, в электропередачах постоянного тока, в частности, для питания установок злектрографитации.

Известен компенсированный двадцатичетырехфазный преобразовательный агрегат, содержащий два двухмостовых преобразовательных блока, питающихся от трансформаторов с одной первичной обмоткой, снабженной устройством регулирования напряжения под нагрузкой,!5 и двумя вторичными, соединенными в звезду и в треугольник. Блоки соединены по постоянному току параллельно и снабжены коммутирующим устройством, выполненным в виде трехфазного реак-. 20 тора, зашунтированного пофазно конденсаторными батареями. Полюса, образованные средними точками фазных обмоток реактора компенсирующего устройства, *одключены к входным вы- 25 водам. Между полюсами, образованными началами фазных обмоток реактора компенсирующего устройства и полюсами первичной обмотки трансформатора, включены фазоповоротные устройства 30 со сдвигом фазных напряжений на угол

+7,5 эл.гпад. в первом блоке и на

-7,5 эл. град. во втором Pj ..

Недостатками преобразовательного агрегата являются наличие в коммутирующем устройстве трехфазного реактора — места дополнительных потерь энергии и элемента, снижающего его технологичность, а также надежность поддержания заданного значения коэф- 40 фициента мощности при регулировании выпрямленного напряжения в широких пределах.

Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому является услов-.4 но-двенадцатифазный каскадный компен сационный преобразователь, содержащий

l четыре последовательно и параллельно соединенных между собой трехфазных преобразовательных моста, питающихся от трансформатора с одной первичной обмоткой, соединенной либо в звезду, либо в треугольник, и с четырьмя вторичными обмотками, две из которых . соединены в прямую и обратную звезды, а две другие — в прямой и обратный треугольник.

Такое соединение обмоток трансформатора обеспечивает сдвиг систем

1 ( питающих ЭДС отдельных мостов на.—

2 по отношению друг к другу. Последовательно соединенные трехфазные преобразовательные мосты подключены, к общей нагрузке через двухфазные уравнительные реакторы, средние точки которых являются полюсами постоянно/ . ro тока преобразователя. Общие точки вентилей анодных и катодных групп последовательно соединенных преобра зовательных мостов объединены пофазно между собой и подключены к трехфазной группе конденсаторов регулируемой емкости (2).

Недостатками преобразователя являются низкая фазность преобразования, при которой в сеть генерируются

11-я, 13-я, 23-я, 25-я и т.д. гармоники тока, а также невысокая эффективность использования конденсаторной батареи. !

-Целью изобретения является повы- шение экономичности, эффективности использования основного оборудования и фазности преобразования.

Эта цель достигается тем, что к обратимому каскадному компенсационному нреобраэователю, состоящему из четырех последовательно и параллельно соединейных между собой трехфазных преобразовательных мостов с объединенными -пофазно общими точками вентилей анодных и катодных групп последовательно соединенных мостов и

3 1128 подключенными к трехфазной батарее конденсаторов регулируемой емкости, подключенному к трехфазному трансформатору с первичной обмоткой и.четырьмя вторичными, две из которых соединены в прямую и обратную звезду, а две другие — в прямой и обратный треугольник, к выходным выводам параллельно через двухфазные уравнительные реакторы подключен дополни- 10 тельно введенный условно-двенадцатифазный каскадный компенсационный преобразователь, общие точки вентилей анодных и катодных групп последовательно соединенньм мостов. которого объединены пофазно между собой и подключены к трехфазной батарее кон— денсаторов, первичные обмотки обоих трансформаторов выполнены из основной и дополнительной секций, соединенных в зигзаг так, что начала основных секций фаэ А, В, С трансформаторов подключены к соответствующим фазам сети, начала дополнительных секций каждого трансформатора объединены, концы основных секций фаз А, В, С соединены с концами дополнительных. секций фаз С, А, В соответственно в одном трансформаторе и с концами дополнительных секций фаз В, С, А соответственно в другом, с четырьмя вторичными обмотками-в каждом трансформа- торе, две из которых соединены в прямую и обратную звезды, а две другиев прямой и обратный треугольники.

В одном частном исполнении каждый

35 иэ двух трансформаторов подключен к отдельному условно-двенадцатифаэному каскадному компенсационному преобразователю.

В другом частном исполнении две вторичные обмотки каждого из трансформаторов, соединенные в прямую и обратную звезду, подключены к преобразовательным мостам одного условно- 45 двенадцатифазного каскадного компенсационного преобразователя, а две другие, соединенные в прямой и обратный треугольник, — к преобразовательным мостам другого условно-двенадца- 50 тифазного каскадного компенсационного преобразователя.

На фиг. 1 представлена электрическая схема обратимого каскадного ком- . пенсационного преобразователя, в ко- 55 тором каждый условно-двенадцатифаэный каскадный компенсационный преоб;разователь питается от отдельного

356 б .трансформатора, на фиг. 2 — электрическая схема обратимого каскадного компенсационного преобразователя, в котором по две вторичные обмотки обо« их питающих трансформаторов, соединенные в прямую и обратную звезды, подключены к преобразовательным мостам одного условно-двенадцатифазного каскадного компенсационного преобразователя, а две другие, соединенные в прямой и обратный треугольник, к преобразовательным мостам другого условно-двенадцатифазного каскадного компенсационного преобразователя.

Обратимый каскадный компенсационный преобразователь содержит два условно-двенадцатифазных каскадньм компенсационных преобразователя 1, подключенных к общей нагрузке через двухфазные уравнительные реакторы 2.

Средние точки последних. являются полюсами постоянного тока преобразователя. Общие точки вентилей анодных и катодных групп последовательно сое диненных преобразовательных мостов объединены пофазно между собой и подключены к трехфазной группе коммутирующих конденсаторов 3 регулируемой емкости, смонтированных иэвестньи образом треугольником или звездой. Принципиальным конструктивным отличием предлагаемого преобразователя от известного является то, что в нем одна трехфазная батарея коммутирующих конденсаторов обслуживает в два раза большее число трехфазных групп вентилей (элементарньм преобразователей) и схемы соединения первичных обмоток трехфазных трансформаторов 4, имеющих по четыре вторичные обмотки, две из которых соединены в прямую и обратную звезду и две в прямой и ббратный треугольник. Соединение первичньм обмоток в зигзаг обеспечивает сдвиг систем фазных ЭДС на угол

+22,5 эл. град. в одном трансформаторе и на -22,5 эл. град. в другом.

Зигзаг выполнен из секций с числом витков N, и W," . Если определить коэффициент трансформации как С

M /M< „ то требуемый сдвиг получа.ется при

Ф

С ж 07С, W

С = — — — 0,44 С 1 Mq

Приведенные значения показывают, 1что секция с числом витков W< явля1128356 тся основной, а секция ф" допол1 йительной. Соединение секций в зигзаг выполнено следующим образом: начала основных секций фаэ А, В, С трансформаторов подключены к соответ- 5 ствующим фазам сети,.начала дополнительных секций каждого трансформа тора объединены, концы основных секций фаз А В С соединены с концами

Ф У

10 дополнительных секций фаз В, С, А соответственно в одном трансформаторе и с концами дополнительных секций фаз С, А, В. соответственно в другом.

Частные исполнения преобразовате- 15 ля отличаются способом подключения вторичных обмоток питающих трансформаторов к вентильным мосч ам.

В одном частном исполнении каждый иэ питающих трансформаторов подклю- 20 чен к вентильньи мостам отдельного условно-двенадцатифаэного каскадного

1 компенсацйонного преобразователя, что позволяет сдвинуть их системы питающих ЭДС на 9/4 по отношению друг к

25 другу.

В другом частном исполнении две вторичные обмотки каждого трансформатора, соединенные в прямую и обратную звезды, подключены к преобразо- М вательньи мостам одного условно-двенадцатифазного каскадного компенсационного преобразователя, а две другие, соединенные в прямой и обратный треугольники — к преобразовательньи мостам другого условно-двенадцатифазного каскадного компенсационного преобразователя, что позволяет сдвинуть системы питающих ЭДС каждой половины указанных преобразователей на и /4 по40 отношению друг к другу.

Преобразователь работает следующим образвм.

Для простоты активным и реактивньи сопротивлением питающих трансформато-" ров и сети будем пренебрегать, а индуктивное сопротивление в цепи постоянного тока примем бесконечно большим. При этих условиях коммутация тока в вентилях происходит мгновенно, 0 а постоянный ток является идеально сглаженным. Так как работа преобразователя в выпрямительном и в инверторном режимах идентична, ограничимся рассмотрением только выпрямительного режима.

При указанных условиях каждый вентиль преобразователя вступает в работу один раз эа период и проводит, ток в течение 2и/3. Условно-двенадцатифаэные каскадные компенсационные преобразователи 1, входящие в состав преобразователя, имеют одинаковые значения выпрямленного напряжения, но нх мгновенные значения не совпадают во времени, поэтому к общей нагрузке указанные преобразователи подключаются через двухфазные уравнительные реакторы 2, которые воспринимают на себя разность мгновенных значений выпрямленных напряжений отдельных половин преобразователя. Частота напряжения на двухфазных уравнительных реакторах в шесть раз больше частоты напряжения сети.

Трехфазные группы вентилей, подключенные к батарее конденсаторов 3, образуют компенсационную часть преобразователя, остальные — обычную. Коммутация тока в вентилях обычной части преобразователя осуществляется

ЭДС очередной и предыдущей фаз питающих трансформаторов 4. В контур коммутации вентилей компенсационной части кроме указанных ЭДС вводится дополнительная, которая преодолевает в момент коммутации ЭДС питающего трансформатора и производит опережающую коммутацию. В качестве дополнительной ЭДС в преобразователе используется напряжение конденсаторов, ко торое создается их периодической перезарядкой за счет протекания части тока нагрузки. Таким образом, напряжение конденсаторов зависит от величины тока нагрузки и при его увеличении также возрастает. При этом свободно устанавливающийся опережающий угол регулирования М вентилей компенсационной части преобразователя, соответствующий равенству в момент коммутации коммутирующего и коммутируемого

;напряжений, будет больше.

Если преобразователь выполнен на управляемых вентилях, момент вступления нх в работу задается системой управления. Если преобразователь выполнен на неуправляемых вентилях, то в компенсационной части имеет место режим с максимально возможньи, при заданном значении емкости и тока нагрузки, опережающим углом регулирования. Однако этот угол имеет критическое значение, больше которого он быть не может. Это объясняется тем, что при достыкении углом регу1128356 лирования критического значения напряжение на вентилях в непроводящую часть периода становится положительI ным и они начинают повторно вступать в работу. 5

Электромагнитный процесс в преобразователях при их частных исполнениях несколько отличается. Рассмотрим его особенности.

Преобразователь по первому частно- 10 му исполнению имеет режим преобразования повышенной фазности (48 в > 24), который можно получить, сдвинув системы питающих ЭДС отдельных условнодвенадцатифазных каскадных компенса- 15 ционных преобразователей друг по от,ношению к другу на 15 или 45, или

75 эл. град. Условия работы грехфазной батареи конденсаторов, общей для обеих половин преобразователя, будут 20 различными в зависимости от сдвига систем питающих ЭДС. Оптимальным с точки зрения формы напряжения на конденсаторах и их установленной мощности является режим со сдвигом 25 питающих ЭДС на 45 эл. град. В этом режиме напряжение на конденсаторах (коммутирующее напряжение) имеет удвоенную (как в известном) частоту, но другую форму, близкую к синусоиде,50 усеченной в верхней части. Необходимость получения такой формы коммутирующего напряжения объясняется тем, что в известном устройстве нап-" ряжение конденсаторов, имеющее удвоенную частоту, производит коммутацию в четырех трехфазных группах вентилей при напряжении коммутации, равном максимальному значению где,1 — ток, приходящийся на одну мостовую схему, ( — — сопротивление фазы конденсаторов, соединенных тре- 45 (дС угольником.

В рассматриваемом исполнении преобразователя напряжение той же частоты производит коммутацию в восьми трехфазных группах вентилей при нап- 50 ряжении коммутации, не совпадающем с максимальным значением напряжения на конденсаторах. Если при прочих равных условиях напряжения коммутации в известном и предлагаемом ис- 55 полнении преобразователя будут равны, то в последнем максимальное значение . напряжения конденсаторов

5 "

Ц с ма с 4 36 QC 7 а их установленная мощность примерно в 1,4 раза больше, чем в известном.

Учитывая, что одна конденсаторная батарея обслуживает в два раза большую мощность, эффективность ее использования примерно в 1,4 раза выше, чем в известном устройстве. А так как эффективность использования конденсаторной батареи в известном устройстве равна двум, то в рассматриваемом преобразователе установленная мощность конденсаторов примерно в 2,8 раза меньше компенсируемой реактивной мощности, т.е. он является эффективным умножителем мощности конденсаторной батареи.

В рассматриваемом исполнении преобразователя коммутирующее напряжение конденсаторной батареи по отношению к отдельным элементарным преобразователям является несимметричньм. Поэтому для условно-двенадцатифазного каскадного компенсационного преобразователя, система питающих ЭДС которого сдвинута вперед, критический о угол регулирования равен ц „ „ =. 42,5 для другого преобразователя, система питающих ЭДС которого сдвинута назад о

elq<<= 19,24

Преобразователь по второму частному исполнению также имеет режим преобразования повышенной фазности (48 > т > 24), который можно получить, сдвинув систему фазных ЭДС одного трансформатора по -отношению к другому на 15 или 45, или 75 эл. град.

Условия работы трехфазной батареи конденсаторов, общей для обеих поло) вин преобразователя, будут различными в зависимости от указанных сдвигов. Оптимальным с- точки зрения фор мы напряжения на конденсаторах и их установленной мощности является режим со сдвигом питающих ЭДС на

45 эл. град. В этом режиме напряжение на конденсаторах имеет такую .же форму, как и в известном, но в два раза большую частоту. Таким образом, в этом исполнении преобразователя напряжение на конденсаторах по форме достаточно близко к синусоиде и имеет частоту в четыре раза большую, чем частота напряжения сети. Коммутация в вентилях компенсационной части преобразователя осуществляется в момент времени, соответствующий

1128356

Йаксимальному напряжению на конден1 саторах

ft

9 с

С Макс 3 18

Эффективность использования конденсаторной батареи в два раза выше, чем в известном устройстве. Учитывая при этом, что эффектив ость использования конденсаторов в известном уст .10 ройстве, равна двум, получим, что в предлагаемом преобразователе установленная мощность конденсаторов при мерно в 4 раза меньше компенсируемой реактивной мощности, т.е. он также 15 является эффективньи умножителем мощности конденсаторной батареи.

Коммутирующее напряжение четырехкратной частоты является симметричньи по отношению к отдельным элемен- 20 тарньм преобразователям. Критический угол регулирования всех вентилей компенсационной части преобразоватео ля одинаковый и равен Мк =. 20,1

Различные условия коммутации вен- 25 тилей обычной и компенсационной части преобразователя приводят к тому, что даже в неуправляемом режиме трехфазные группы вентилей могут работать с различньки углами регулирования. 30

Это позволяет получить два положительных эффекта. Первый заключается в повышении фазности преобразования, минимальное значение которой в преобразователе равно двадцати четырем, а максимальное -. срока восьми. Сорокавосьмифазиый режим преобразования имеет место при сдвиге коммутации вентилей компенсационной части относительно вентилей обычной части пре- 40 образователя на 7,5, 22,51 37,5 и т.д. эл. град. Второй эффект заклю чается в возможности получения заданного значения коэффициента мощности ! при регулировании выпрямленного напряжения в широких пределах (практичес. ки до нуля). Такой режим можно получить в преобразователе, выполненном на управляемых вентилях, если поддерживать в обычной и компенсационной части примерно одинаковые значения угла регулирования, только в обычной части отстоящего, а в компенсацион- ной опережающего.

Параллельное соединение двух условно-двенадцатифазных каскадных компенсационных преобразователей, подключение их к одной батарее коммутирующих конденсаторов в сочетании с предлагаемым сдвигом систем питающих. ЭДС на +22,5 и -22,5 эл. град позволили получить компенсационный преобразователь, отличающийся от известного: технологичностью, посколько он содержит одно коммутирующее звено, состоящее только из батареи конденсаторов, экономичностью за счет снижения потерь в конденсаторной батарее и в трансформаторах при повышении коэффиI циента мощности; высокой эффективностью использования конденсаторной батареи и трансформаторов, режимом преооразования повыпенной фазности (48 3 т ) 24), что приводит к снижению коэффициента несинусоидаль,ности, Оба частных исполнения преобразователя близки по характеру электромагнитных процессов и технико-эконоьп ческим характеристикам. Преобразователь может быть применен в установках электрографитации, но, учитывая структуру преобразователя, его применение особенно эффективно в высоковольтных установках, на преобразовательных подстанциях передач посточнного тока.

1 128356

1128356

Я В С

Я У С

С 1

Составитель Е.Мельникова

Техред О.Ващишина Корректор С.Шекмар

Редактор Т.Кугрьшева

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðoä, ул.Проектная, 4

Заказ 9081/42 Тирак 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5