Система электропитания

 

.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве эффективной системы электропитания , обеспечивающей высокое качество преобразования энергии. Цель изобретения - расширение областей применения . Положительный эффект достигается за счет соединения вентильных обмоток в односторонний встречный „зигзаг-замкнутый треугольник, 8. з.п, ф-лы, 1/ ил. со сд 00 о ел СЛЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1358053 А1 (5д 4 H 02 М 7/162

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3841384/24-07 (22) 14.12.84 (46) 07.12.87. Бюл. У 45 (72) А.М. Репин (53) 621.3 14.632(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 922970, кл. Н 02 M 7/12, 1980.

Авторское свидетельство СССР

9 917281, кл. Н 02 M 7/10, 1980. (54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехникд и может быть использовано в качестве эААективной системы электропитания, обеспечивающей высокое качество преобразования энергии. Цель изобретения — расширение областей применения. Положительный эффект достигается за счет соединения вентильных обмоток в односторонний встречный .зигзаг-замкнутый треугольник. 8 ° з.п °

Ф-лы, 11 ил.

1358053

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства в качестве эффективной системы электропитания, обеспечивающей высокое качество преобразования энергии, повышенную унификацию устройства и понижейное число витков вентильных обмоток электромагнитных аппаратов 10 (ЗМА), в частности — преобразовательных трансформаторов.

Цель изобретения — расширение области применения.

На фиг. 1 изображена принципиаль- 16 ная электрическая схема устройства с соединением вентильных обмоток в односторонний встречный зигзаг — замкнутый треугольник, схожим при топологическом его изображении с буквой 20

P — P-схема (дано соединение в левую и правую P-схемы в их монтажном виде); на фиг. 2 — то же, в топологическимнемоническом виде, упрощающем пояс нение и понимание принципа действия t 25 устройства; на фиг. 3 и 4 — то же, при соединении вентильных обмоток в прямую и обратную P-схемы; на фиг. 5 и 6 — векторные диаграммы р-х знакопостоянных фазосдвинутых импуль- 30. сов S выходного напряжения U вентильного блока соответственно при параллельном (по фиг. 1) и последова-. тельном (по фиг ° 3) соединении выводов постоянного тока элементарных структур при угле = 15, обеспечивающем 1?-кратную частоту пульсации (П = 12) напряжения Uo (в скобках при S указаны также определенные вы(( воды P-схем, разность потенциалов 10 между которыми, т. е. значения соответствующих линейных или диагональных

ЭДС обмоток, являются .наибольшими в данном р -м контуре токопрохождения (Р = 1,12); на фиг. 7 и 8 - схемы 4r, при П = 18 (= 20 ) и П = 24 (=

7,5 и 22,5 ), выполненные в блочном виде на основе схем по фиг. 1 или

3; на фиг. 9 — схема при П = 18 с транспозированным присоединением се- Б0 тевых обмоток и разделением одной из вентильных обмоток на подсекции; на фиг. 10 — то же, что на фиг. 1, при выполнении первых и вторых секций

P-схем вентильных обмоток на разных стержнях ЭМА и трех транспозированных присоединениях сетевых обмоток с различной во второй и третьей и одинаковой во второй и четвертой транспозициях трехфазных сетевых обмоток; на фиг. 11 — то же, без транспозиции второй и четвертой сетевых обмоток (на примере верхней половины схемы по,фиг, 10); на фиг, 12 — то же, что на фиг. 8, в монтажном, а также в мнемоническом виде, при шестистержневом ЭМА, в частности на двух трехфазных пространственных трансформаторах; на фиг. 13 — то же, что на фиг. 12, на полностью одинаковых (унифицированных) трансформаторах, один из которых транспозирован (Т), причем в основном трансформаторе обе

P-схемы выполнены с положительным фазовым сдвигом (p= +7,5 и 22,5 ); на фиг. 14 - то же, что на фиг. 13, но одна P-схема вентильных обмоток основного трансформатора выполнена с положительным (Ц= +22,5 ), а другая— ,с отрицательным (-7,5 ) фазовым сдвигом; на фиг. t5 — то же, что на фиг. 10, при выполнении одноименных по фазе вторых секций разных P-схем на одном для них стержне (на отдельном трехфазном трансформаторе); на фиг, 16 — схема с многообмоточным индуктивным элементом в рассечках линий (между выводами P-схем вентильных обмоток ЭМА и вентильным блоком); на фиг. 17 — схема устройства по фиг. 1 при последовательном соединении двух P-схем, сдвинутых по фазе на 30 зл. град (= +15 ), через шестивентильное кольцо с нумерацией преобразовательных элементов в порядке естественного их вступления в работу.

При.этом приняты следующие обозначения: СО, ВΠ— сетевые и вентильные обмотки, Т вЂ” транспозированные присоединейия двух из трех выводов схемы одной трехфазной обмотки относительно другой, MII — магнитопровод, ВБ — вентильный блок, Т р — трансформатор, ОТ вЂ” основной Тр ВТ вЂ” вспомогательный Т

Устройство по фиг. 1 содержит ЭМА на магнитопроводе МП, сетевые обмотки СО которого подключены к выводам

АВС первичного источника электроэнергии переменного тока, а вентильные обмотки ВО, соединенные в левую и правую (ЛП) Р-схемы, подключены свободными выводами к вентильным ячейкам из последовательно согласно соединенных преобразовательных элементов (управляемых или/и неуправляемых

3 -,„135 вентилей), образующих вентильный блок

ВБ.

Выводы пос.тоянного тока вентильных ячеек могут быть подключены на автономные нагрузки либо соединены по три одноименными электродами, образуя катодными и анодными группами

3-ячейковые мосты, которые могут быть соединены параллельно или последовательно между собой, причем непосредственно или через магнитно связанные или несвязанные индуктивные элементы. Кроме того, преообразовательные элементы анодной группы верхней элементарной структуры и ка/тодной группы нижней структуры по .фиг. 1 могут быть соединены в шестивентильное кольцо (фиг. 17).

Но в любом случае числа витков первых (например, Й 1 1 х,, а 12 х 12 ) и

1 вторых (a „x „, a>< x ) секций ВО могут быть установлейй в каждой фазе в соотношении 1: (tgg/E3 в частности для получения П = 12 — в соотношении

1: (2/15 — 1) Ф 1: О, 1547 (= 15 ) .

Устройство по фиг. 1 работает следуюшим образом.

Как следует из мнемонического изображения схемы на фиг. 1, представленного на фиг. 2, введенные соединения

ВО в две разноименные Р-схемы обеспечивают фазовый сдвиг системы ЭЦС присоединительных выводов, например а 1, Ъ 1„, с,, относительно системы чем в одной из P-схем угол ц -отрицательный, а в другой — положительный, что приводит к фазовому сдвигу смежных систем линейных ЭДС в P-схемах на угол ?Ч .

Анало гич ен р езультат прИ с о единении

ВО в прямую и обратную Р-схемы (фиг. 3 и 4).

Благодаря такому исполнению ВО на выходе ВБ формируется постоянное напряжение, содержащее в своем составе последовательность сдвинутых во времени знакопостоянных импульсов

4 (у

S (= 1 1?) одинаковой амплитуды, причем как при параллельном (фиг. 5, на примере схемы по фиг. 1), так и при последовательном (фиг, 6, на примере схемы по фиг. 3) соединении соответствующих анодных и катодных групп преобразовательных элементов смежных элементарных структур.

Как видно из фиг. 5 и 6, переменная составляющая напряжения U, пуль8053

4 сирует при ц = 15 с частотой, в 12 раз большей частоты преобразуемых

ЭДС (П = 12) при сравнительно малом уровне пульсации (к„ = dU,/ r =3,45X) °

Такое высокое качество преобразования энергии обеспечено при сравнительно жалом числе витков вторых секций P-схем ВО относительно пер1р вых секций (K „= a, x /а „х „, 0,1547), что, по сравнению со схемами неполный треугольник и односторонний встречный зигзаг-звезда в известном устройстве, в 3,73 и 2,37

15 раза меньше.

Кроме того, вследствие дополнительных модификаций устройства расширены его схемно-функциональные возможности, причем в каждой из них воз2р-можно введение дополнительных элементарных структур, полностью совпадающих с основными, т.е, возможна реализация системы в просекционированном исполнении, обеспечивающем до25 полнительное перераспределение тока сильноточной или напряжения высоковольтной нагрузки, повьш1ение надежности, улучшение МГСП.

Так же просто система реализуется дО при других значениях П (фиг. 7, П = — 18; фиг. 8, П = 24), для чего на основе схем по фиг. 1 или 3 достаточно установить соответствующее соотношение витков разных секций, т.е. значения Угла t1 . ПРичем, выраженное в процентах число витков вторых секций в P-схемах относительно витков их первых секций примерно равно значению фазового угла, выражен4р ного в градусах, т.е. составляет незначительное число. В частности, при — 7,5, необходимом для П = 24, указанное соотношение витков составляет 7,6Х, что практически не суще45 .ственно, Помимо указанного возможно. Расположение секций данной схемы ВО на автономных либо на общих для них стержнях, в частности, три схемы

5p BO для П = 18 реализуемы, например, на. двух трехфазных Т,, в которых секции одной из схем обмоток, например а х разделены в каждой фазе на две

У . 2 подсекции (а > x з и а з х > ) и наряду с подсекциями других фаз соединены в правильный замкнутый треугольник (фиг. 9) При этом для обеспечения

П = 18 достаточно выполнить равными амплитуды ЭДС присоединительных вы1358053

Включение многообмоточного индуктивного элемента (фиг. 16) в рассечки линий, соединяющих BO и ВБ, обеспечивает выравнивание токов, что позволяет обойтись без УР в цепи постоводов схем ВО, в частности обеспечить равенство z „ = à z = у z

Такие разделенные секцйи могут быть беэ изменения П соединены не только в треугольник, как на фиг. 9, но и в трехлучевую звезду, а сетевые обмотки, соединенные на фиг. 9 в две транспозированные по присоединениям .звезды — в любые другие схемы, в частности " в треугольники.

Особенностью реализации по фиг. 9 является полная однотипность выполнения соответствующих схем СО и ВО, в том числе P-схем ВО, и как следствие — полная одинаковость обоих трехфазных Т, их взаимозаменяемость (унификация).

Возможно также снижение единичной . мощности трансформаторов "и использо- 20 ванне традиционных схем треугольник, звезда, либо разомкнутых фазных обмоток для построения систем питания с P-схемами (т.е ° применение уже готовых стандартных Тр), если первые и 25 вторые секции P-схем выполнить на разных стержнях (различных Т, фиг.

10), Причем присоединения разных сетевых обмоток, соответствующих данной

P-схеме ВО, возможны как транспозиро- 30 ванные (фиг. 10), так и полностью одинаковые (фиг. 11), что не влияет на однотипность выполнения ЭМА, системы питания в целом, Однако с целью повышения однотипности (унификации) присоединения се-.. тевой обмотки третьего Т (с В0

"Р треугольником) следует в любом случае выполнить транспозированными относительно СО перв ого Т .

Аналогично исполнение устройства при П = 24 (фиг. 12-14).

Возможно также выполнение вторых секций ряда разных P-схем BO на от4, дельных, общих для них стержнях, на- 45 пример, на отдельном 3-фазном Тр, что на примере П = 12 показано на фиг. 15, По сравнению с модификацией . на фиг. 10 и 11 реализации, подобные показанной на фиг. 15, обеспечивают улучшение перераспределения мощности нагрузки по отдельным компонентам

ЭМА, выравнивание их мощностей. янного тока при параллельном соедине-, нии вентильных мостов.

Возможно также выполнение хотя бы одной из секций, по крайней мере, одной P-схемы вентильных обмоток в качестве сетевой обмотки, а также снабжение ее дополнительными отводами или витками, образующими присоединительные выводы АВС переменного тока.

Формула изобретения

1, Система электропитания, содержащая вентильный блок из преобразовательных элементов и электромагнитный аппарат с прасекционированными сетевыми и вентильными обмотками,, первые. и вторые секции вентильных обмоток смежных фаз соединены попарно в односторонний встречный зигзаг, свободный

Ф вывод второй секции данного зигзага подключен к соответствующей паре последовательно согласно соединенных преобразовательных элементов, которые совместно с тремя фаэосдвинутыми. зигзагами образуют элементарную трехфазную преобразовательную структуру, в первой из которых анодная группа преобразовательных элементов, а в последней их катодная группа образуют выходные выводы, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью расширения областей применения, первые секции фазосдвинутйх зигзагов вентильных обмоток данной элементарной структуры соединены между собой последовательно согласно в замкнутый треугольник и образуют с вторыми секциями совместное соединение (x i-ю

P-схему).

2. Система по п. 1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что числа витков первой и второй секций установлены в каждой фазе и соотношении 1: (е8 ) /1ГЗ где >= 30,90 (— некоторый фазовый угол.

3, Система по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что вентильные обмотки по крайней мере в одной из структур соединены в левую, а в смежной — в правую либо соответственно в прямую и обратную P-схемы.

4. Система по пп. 1-3, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что при числе трехфазных сетевых обмоток,- больше одной, схемы их .соединения выполнены однотипными.

Юи21

4 /

4 Уг

« 2 г г г

Уу

5. Система по п. 4, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что присоединения свободнйх выводов, хотя бы одной трехфазной сетевой обмотки, транспозированы.

6, Система по пп. 1-5, о т л и — ч а ю щ а я с я тем, что вентильные ячейки разных элементарных структур соединены параллельно одноименными либо последовательно разноименными группами преобразовательных элементов, непосредственно или через магнитно связанные или несвязанные между собой индуктивные элементы, 7. Система по п. 6, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что дополнительно

58053

8 введен многообмоточный индуктивный элемент, обмотки которого включены между вентильными обмотками и вентильным блоком. . 8. Система по и. 6, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что при последовательном соединении структур преобразовательные элементы анодной группы данной i-й- структуры и катодной группы предыдущей (i — 1)-й структуры соединены в шестивентильное кольцо.

9. Система по пп. 1-8, о т л и—

I ч а ю щ а я с я тем, что трехфазные сетевые обмотки соединены между собой последовательно.

1358053

П fZ

СБВ (q22 X22) g, g,(Ñ2tÜÖ) (ф аграф .,/ "" ... ьг(гггггг) фг я, (г "г) (аггагФЮ, * . (ан ьг )

Э (ьц ац)Я ".."(Х223гг) ("22 22)38 "" . (Х C ) а л (ьг,c2<) (X22222)

Фиг,5 (г) У

@г(аг аг)

Б я (ьг агг)

Фиг.б

0=75

y -=z00

МП У =22 бо г г фиг.8 а/

yZO. .г Ь, и>

Pin ааа 7

А с р, А AI

)(3 а3 Х, а, а Х

1 I I

Qr А 3

У2

Ь3 аг Ьф

А2, 3 у

8 8 2 )(З 2 2

Ь 8 Й3, °,2

3 !

ФВ

1358053

А/

Х// =/5 И- Д а/

c0 pter

Фиг /О л,/

I л

Вг в

СО ИП ВО Вб

Оие.П 75 75 Ф

Гу

Лн В а/// сг/ сс/ф, сн с / гг/ ьс/

А с

A/f в,/ Егг, а/г ь„

Сн 4г гг

Ф//а /2

Д",о с с» В

Аг

Вг Ог г В

l ! аг

22,5 сс,г4Й,/ у Ф асг с/ Pz ь сг

1358053

Фиг. /б

Редактор Н. Егорова

Заказ 6005/54 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 о Д

СО

С А и

С 8

Составитель Е, Мельникова

Техред М.Ходанич Корректор С, Шекмар