Преобразователь трехфазного напряжения в постоянное

 

Использование: в качестве источника питания многофазных мостовых выпрямительных агрегатов. Сущность изобретения: устройство содержит два трансформатора 1 и 2, первичная обмотка 3 одного из них соединена в звезду, а первичная обмотка 4 другого - в треугольник с продолженными сторонами. Вторичные обмотки 8 и 9 транс Г ; форматора 1 соединены |;з в езду и треуг оль-- : ник и соединены с входами в йпрямите льных мостов 10 и 11. Вторичные обмотки Т2 и 13 тра нсформатора 2 соединены в звезду и треугрЛьник и пЬдклкМенЫ к выпря ительным мЬстам 14 и 15. Выпрямительные мосты; указанных пар по выхойусрединены последовательно , а мёжду србрй эти пары по выходу соединены паралле льнр. .При э;том сорт нршение чисел :витуё сторо нь г треугольника обмотки 4 и его продолжение вы-, брано равным VJ Указанное выполнение -устройства позволяет улучшить качество электроэнергии питакнцей сети путем приближения тока сети к синусоидальной фор- :ме без испрльзоваййя резонансных индуктйвно:емкрстных фильтров. 2 ил. а XJ О 8

„, SU„„ 1757056 А1

СОЕОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ч)5 Н 02 M 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . . .: ., — .:::. 2 (21) 4732466/07,,: .: †.: : . . форматора 1 соединены в звезду и треуголь(22) 29.08.89 .:., -,, .: :: -",:.: . ник и соединены с входами выпрямитель(46) 23,08.92, Бюл. N 31 -;:.:::.-: ных мостов 10 и 11. Вторичные обмотки 1 2 (75) В,А. Фокин и 0,В. Фокин . "::;:::: . : и 13 трансформатора 2 соединены в звезду (56) Авторское свидетельство СССР N . итреугольники подключены квыпрямитель11:13870; кл. Н 02 M 7/06, 1981..::.,":.:;: -; -. ным мостам 14 и 15. Выпрямительные мосты

Авторское свидетельство СССР Nã указанных пар по выходусоединены-после801204. кл. Н 02 M 7/06, 1979. -::,", : довательно,"а между"собой эти пары по вы-" (54) flPEOSPA3OBATEJ1b ТРЕХФАЗНОГО, ходу соединены параллельно. При этом

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ:::::. : ..: соотношение чисел витков:стороны треу(57) Использование; в качестве источника . гольника обмотки 4 и его йродолжейие выпитания многофазных мостовых выпрями-" . брано равным Л. Указанное выполнение тельных агрегатов. Сущность изобретения -устройства позволяет улучши1 ь качество устройство содержит два трансформатора 1: электроэнергии пйтающей сети путем прии 2, первичная обмотка 3 одного "из них: ближения тока сети к синусойдальной форсоединена в звезду, а первичная обмотка 4 ..:- : ме без использования резонансных другого -"в треутольник с продолженными:: индуктивно-емкостных фильтров, 2 ил. сторонами. Вторичные обмотки 8 и 9 транс6

1757056

20

35

55

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где применяются многофазные нелинейные потребители, Известны преобразователи трехфазного напряжения в постоянное, содержащие трансформаторы и многофазнье вентильные мосты, присоединенные к вторичным обмоткам этих трансформаторов. B состав устройства входят преобразователи, содержащие трехфазный вентильный мост в цепи вторичной обмотки соответствующего трансформатора:.

При этом каждый такой трансформатор является двухобмоточным, а единственная вторичная обмотка отдельного трансформатора соединена только треугольником, в месте подключения первичной обмотки трансформатора к питающей сети используется уравнительный реактор. Вследствие этого все высшие гармоники тока; рождаемые на входе переменного тока вентильного моста такого устройства, беспрепятственно переходят в цепь первичной обмотки соответствующего двухобмоточного трансформатора и обусловливают вызываемые этим относительно большие тепловые потери. Указанные схемные особенности известного устройства исключают возможность ограничивать с его помощью уровень высших тармоник тока в питающей сети от других параллельно подключенных к ней нелинейных многофазных потребителей.

Известен также йреобразователь трехфазного напряжения в постоянное, содержащий два трансформатора, на магнитопроводе каждого иа которых расположены тоехфазная первичная обмотка, соединенная с входными выводами для подключения питающей сети, и две соединенные соответственно в звезду и треугольник вторичные обмотки, каждая из которых подключена к входу одного из выпрямительных мостов, соединенных гю выходу последовательно и подключенных к выходным выводам для подключенйя общей нагрузки, К схемным особенностям известного преобразователя относятся наличие двух трансформаторов, каждый из которых содержит две вторичные обмотки, нагруженные своими многофазными вентильными мостами, соединение одной из вторичных обмоток звездой, .а другой треугольником, соединение первичной обмотки первого трансформатора по схеме первого зигзага, а второго — по схеме левого зигзага. К преимуществам относятся возможность ограждения питающей сети и подключенных к ней первичных обмоток каждого трансформатора от проникновения из цепи вторичных обмоток большой группы высших гармоник тока с номерами, на единицу отличающимися от произведения нечетного числа на шесть — пятой, седьмой, семнадцатой и т.д„ соответствующее уменьшение тепловых потерь и улучшение энергетических показателей; возможность оградить питающую сеть от проникновения из цегги вторичных обмоток трансформаторов другой группы высших гармоник тока с номерами, на единицу отличающимися от произведения нечетного числа на двенадцать — одиннадцатой, тринадцатой, тридцать пятой, тридцать седьмой и т.д.

При оценке устройства, предназначенного для улучшения качества электроэнергии питающей сети, важно учесть его возможности: оградить питающую сеть от проникновения в нее на.1большего числа высших гармоник тока, рождаемых входящими в устройство многофазными мостовыми вентильными (например, диодными) выпрямителями; существенно ограничить высшие гармоники в питающей сети, пришедшие в нее от других нелинейных потребителей, например многофазных дуговых электропечей или диодных мостовых выпрямителей, подключенных к сети через посредство трансформаторов по наиболее распространенным-схемам соединения. Если в первом случае требований свойства известного устройства можно считать достаточно хорошими, то во втором случае— явно неудовлетворительными, Цель изобретения — улучшение качества электроэнергии питающей сети путем ограничения уровня высших гармоник тока от присоединенных K ней других многофазных нелинейных потребителей.

Первичная обмотка одного трансформатора соединена звездой, а другого — треу-. гольником с продолженными сторонами, причем отношение чисел витков стороны треугольника и его продолжение выбрано равным корню квадратному из трех.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — векторные диаграммы напряжений на первичной обмотке одного и на отдельных частях первичной обмотки другого трансформаторов, Устройство (фиг. 1) содержит два трансформатора 1 и 2, первичные обмотки 3 и 4 которых присоединены к выводам 5 — 7 трехфазной питающей сети, соединенные звездой и треугольником вторичные обмотки 8 и

9 трансформатора 1 присоединены к входу переменного тока вентильных мостов 10 и

11, а аналогично соединенные вторичные

1757056 обмотки 12 и 13 трансформатора 2 — к вен- гом между сигтемами основных составляютильным мостам 14 и 15. Пара вентильных щих линейных токов этих обмоток на угол мостов 10 и 11, как и вентильных мостов 14 пятнадцать градусов, соответствующими уги 5, соединена стороной постоянного тока лами сдвига между системами той или иной

15, последовательно. Катодные группы вен- 5 высшей гармоники токов этих обмоток, разтильных мостов 11 и 14 соединены дроссе- личием формы кривых несинусоидальных лем 16, средняя точка 17 обмотки которого (фазных) токов в расположенных на одном является одним выходным выводом устрой- стержне магнитопровода обмотках трансства, между тем как общая точка 18 непос- форматоров, соединенных звездой и треуредственного соединения анодных групп 10 гольником, возможностью образования с вентильных мостов 10 и 15 образует другой помощью первичных обмоток обоих трансвыходной вывод устройства, К этим выход- форматоров контуров короткого замыкания ным выводам присоединена нагрузка 19. для отдельных высших гармоник тока, возПервичная обмотка 3 трансформатора 1 можностью такого взаигмодействия магнисоединена звездой, а секционированная 15 тодвижущих сил от несинусоидальных первичная обмотка 4 трансформатора 2 — потоков в расположенных на общем стержтреугольником с продолженными сторона- не магнитопровода обмотках, при котором ми, т.е, из двух частей 20 и 21, разделенных оказываются вытесненййми на пути потопромежуточными выводами 22 — 24, Секция ков рассеяния отдельные высшйе гармони21 первичной обмотки 4 соединена треу- 20 ки соответствующих магнитйых потоков. гольником, продолжениями сторон которо - Угол сдвига между системами фазных го являются отрезки лучей звезды, напряжений вторйчных обмоток 8 и 9, расобразующие секцию 20 этой обмотки. На положенных на общих им стержнях магнифиг. 2а приведены векторные диаграммы топровода трансформатора 1 равей нулю, напряжений на первичной обмотке 3 транс-. 25 поскольку эти напряжения совпадают по форматора 1, а на фиг. 26 — на отдельных фазе с соответствующими фазными напрячастях секцйонированной первичной об- жениями первичной обмотки 3 этого трансмотки 4 трансформатора 2, форматора, то же самое можно сказать о

Векторная диаграмма (фиг. 2а) напря- системах фазных напряжений вторичных жений на отдельных лучах соединейной 30 обмоток 12 и 13 трансформатора 2, звездой первичной обмотки 3 известна, си- . Системы линейных напряжений вторичстема тех же векторов напряжений показа- ". ных обмоток 8 и 9 трансформатора 1 взаимна пунктиром на фиг. 2б для .оценки угла но сдвинуты на угол тридцать градусов и сдвига по фазе между системами фазных потому на тот же угол сдвйнуты как системы напряжений на первичной обмотке 3 и эле- 35 линейных напряжений на входе мостов 10 и ментах секционированной обмотки 4 транс- . 11, так и системы основной составляющей форматоров 1 и 2. Из этих векторных . линейных токов на входе этих мостов, анадиаграмм следует, что при выборе отноше- . логичные замечания можно сделать относиния чисел витков сторон треугольнйка об.- . тельно систем линейных напряжений мотки 4 и ее продолжения равным корйю из 40 вторичных обмоток 12 и 13, т.е. на входе трех имеет место сдвиг по фазе между сис- мостов 14 и 15, а также основных гармоник темами фазных напряжений на первичных " несинусоидальных входных токов этих мособмотках 3 и 4 на угол пятнадцать градусов; тов. также на пятнадцать градусов взаимно" Bэтихусловияхмагнитодвижущиесилы сдвинуты системы линейных напряжений 45 фазобмоток8 и 9, расположенных наобщем на соединенных звездой вторичных обмот- . стержне магнитопровода трансформатора ках 8 и 12 трансформаторов 1 и 2 или на 1, характеризуются совпадением по фазе их соединенных треугольником вторичных об- первых гармоник; взаимным сдвигом на сто мотках 9 и 13 тех же трансформаторов; на восемьдесят градусов пятых или седьмых, а такой же угол взаимно сдвинуты системы 50 также семнадцатых и так далее гармоник входных напряжений вентильных мостов 10 этих МДС; совпадением по фазе одиннадцаи 14 или 11 и 15, Поэтому на угол пятнадцать тых или тринадцатых, двадцать третьих, градусов взаимно сдвинуты системы лйней- двадцать пятых, тридцать пятых и так далее ных токов основной частоты в указанных высших гармоник таких МДС; взаимно прообмотках, 55 тивоположным направлением пятых или

При описании работы устройства следу- седьмых, семнадцатых и так далее высших ет учитывать особенности электромагнит- гармоник магнитных потоков, создаваемых ных процессов в обмотках МДС этих обмоток; вытеснением этих сотрансформаторов, обусловленные несину- ставляющих магнитного потока на пути посоидальностью токов в них. взаимным сдви- токов рассеяния, вследствие чего они не

1757056 проходят по стальному сердечнику и потому не пронизывают первичную обмотку 3 и не наводят в ней соответствующие составляющие ЭДС.

Аналогичный вид соединения вторичных обмоток 12 и 13 другого трансформатора 2 обусловливает подобное взаимодействие как МДС этих обмоток, так и создаваемых ими магнитных потоков, Поэтому аналогичны электромагнитные процессы в трансформаторе 2, первичная обмотка 4 которого ограждена от каждой из высших гармоник, номер которой на единицу отличается от произведения нечетного числа на шесть, т,е. пятой, седьмой, семнадцатой и т.д. Поскольку известное устройство содержит трансформаторы с таким же соединением вторичных обмбток, нагруженных вентильными мостами, то такие же электромагнитные процессы характерны также и для него.

Высшие гармоники тока, проникающие в первичные обмотки трансформаторов известного устройства из цепи их вторичных обмоток, можно разделить на две группы: гармоники с номерами, отличающимися на единицу от произведения нечетного числа на двенадцать — одиннадцатая, тринадцатая, тридцать пятая, тридцать седьмая и т.д.; гармоники с номерами, отличающимися на единицу от пролзведения целого числа на двадцать четыре. Существенное ограничение или исключение вредного воздействия на питающую сеть первой группы высших гармоник тока достигается в предлагаемом устройсгве, как и в известном, образовайием контуров наименьшего электрического сопротивления в цепи первичных обмоток их трансформаторов и приближением таким образом этих трансформаторов к режиму короткого замыкания для каждой из этих гармоник.

Соединение звездой первичной обмотки 3 трансформатора 1, а также наличие такой секционированной первичной обмотки 4 дополнительного трансформатора, которая обеспечивает сдвиг на пятнадцать градусов как между системами входных напряжений вентильных мостов 10 и 14 или t1 и 15, так и между системами основных -,àðмоник входных токов этих мостов, поиводит к следующим особенностям электромагнитных процессов в элементах данного устройства: совпадение по фазе систем основных гармоник линейных токов первичных обмоток 3 и 4 трансформаторов 1 и 2; сдвиг на сто восемьдесят градусов между системами высшей гармоники линейных токов в первичных обмотках 3 и 4 трансформаторов, номер которой на единицу отличается от

10 произведения нечетного числа на двенадцать — одиннадцатой, тринадцатой, тридцать пятой и т.д.; образование этими первичными обмотками короткоэамкнутого контура для каждой из указанных высших гармоник тока; обусловленный этим перевод обоих трансформаторов в режим короткого замыкания для указанных высших гармоник тока.

Аналогичный эффект ограничения или исключения вредного воздействия на питающую сеть этой (одиннадцатая, тринадцатая, тридцать пятая и т,д,) группы высших гармоник тока достигнуто в известном уст15 ройстве также благодаря взаимному сдвигу на угол пятнадцать градусов между системами фазных напряжений первичных обмоток трансформаторов. Вместе с тем имеется разница в средствах достижения такого угла

20 сдвига между системами фаэных напряжений первичных обмоток -рансформаторов предлагаемого и известного устройств.

В предлагаемом устройстве первичная обмотка одного трансформатора соединена

25 звездой, а секционированная обмотка другого трансформатора — треугольником с продолженными сторонами, в известном первичные обмотки обоих трансформаторов выполнены секционированными и сое30 динены соответственно в правый и левый зигзаг. В предлагаемом устройстве система фгзных напряжений на первичной обмотке первого трансформатора совпадает с системой фазных напряжений сети, т.е. вообра35 жалемого источника при его соединении звездой, в известном система фазных напряжений на первичных обмотках обоих

-рансформаторов повернута на угол плюс или минус семь с половиной градусов отно40 сительно системы фазных напряжений такой питающей сети.

В случае известного устройства это приведет к тому, что отличается от нуля или ста восьмидесяти градусов угол сдвига между

45 начальными фазами тех одноименных гармоник тока в расположеннь.х на обшем стержне магнитопровода фаз вторичных и первичной обмотки любого из трансформаторов. Также отличается от ста восьмидеся50 ти градусов угол сдвига по фазе между гармониками одинакового номера во вторичной обмотке трансформатора известного устройства и присоединенного к той же сети другого выпрямительного устройства, 55 Следствием отличия от ста восьмидесяти градусов угла сдвига между однолменными высшими гармониками тока в обмотках трансформатора известного устройства и генерируемых в сеть дополнительным выпрямителем является то, что с помощью из1757056

10 вестного устройства не удается создать цепи с наименьшим электрическим сопротивлением на первичной стороне. трансформатора для гармоник, номер каждой из которых на единицу отличается от произведения нечетного числа на шесть,поэтому с помощью первичных обмоток трансформаторов известного устройства, по которым протекают генерируемые дополнительным выпрямителем высшие гармоники тока, не удается получить такие составляющие МДС, которые противодействуют соот10 ветствующим составляющим МДС дополнительным выпрямителем в питающую сеть, номер каждой из которых на единицу отличается от произведения нечетного

20 числа на шесть, не может выполнить роль активного фильтра для этой группы гармоник тока, генерируемых в питающую сеть другими неуправляемыми выпрямительными устройствами, 25

Рассмотрим условия совместной работы предлагаемого устройства и присоединенных к той же фазной сети других нелинейных потребителей, генерирующих в эту сеть высшие гармоники тока. Одним из

30 таких мощных потребителей может быть, например, многофазная дуговая сталеплавильная печь, подключенная к питающей сети через посредство трансформатора, вторичная обмотка которого обычно соеди.нена треугольником, а первичная — звездой., 35

Система фазных напряжений первичной обмотки печного трансформатора совпадает с системой фазных напряжений той первичной обмотки одного из трансформаторов предлагаемого устройства, которая 40 соединена звездой, Гармонический состав токов в первичной обмотке печного трансформатора практически полностью совпадает с гармоническим составом входного тока трехфазного диодного мостового выпрямителя, гармоническим составом тока во вторичных обмотках того трансформатора предлагаемого устройства, первичная обмотка которого соединена звездой, 50

Каждая из высших гармоник тока, номер которой отличается на единицу от произведения шести на нечетное число, образует составляющую магнитного потока рассеяния, замыкающуюся главным обра55 зом по воздуху, Вследствие параллельного соединения печного трасформатора с трансформатором предлагаемого устройства гармоники тока печного трансформатора также замыкаются через ту первичную обмотку трансформаторов предлагаемого уствторичных обмоток, хотя известное устройство не может шунтировать те высшие гар- 15 моники тока, генерируемые ройства, которая соединена звездой, это приводит к появлению составляющих магнитодвижущей силы этой обмотки, начальные фазы которых противоположные начальным фазам соответствующих магнитодвижущих сил в одной из его вторичных обмоток.

К этой группе гармоник тока относятся такие, номера которых отличаются на единицу от произведения шести на нечетное целое число, Взаимное противодействие этих гармонических cocTBsëÿþùèx магнитодвижущей силы первичной обмотки этого трансформатора предлагаемого устройства с гармоническими составляющими того же номера магнитодвижущей силы одной из вторичных обмоток этого трансформатора обусловливает взаимное противодействие тех же составляющих магнитного потока OT соответствующих высших гармоник тока; прохождение этих составляющих магнитного потока только по пути потоков рассеяния; наименьшую величину входного сопротивления первичной обмотки трансформатора предлагаемого устройства для указанной группы высших гармоник тока, генерируемых в питающую сеть параллельно подключенным многофазйым нЕлинейным потребителям, например дуговой электропечью или другим мостовым диодным выпрямителем; существенное уменьшение уровня этой группы выСших гармоник тока в питающей сети и присоединенных к ней линейных цепей; соответствующее улучшение качества электроэнергии питающей сети.

Из рассмотренных электромагнитных процессов в предлагаемом и известном устройствах следует практически одинаковая способность ограничить проникновение в питающую сеть высших гармоник тока, возникающих на стороне переменного тока трехфазных диодных выпрямительных мос.тов, т.е. в цепи вторичный обмоток их трансформаторов, существенное преимущество предлагаемого устройства в отношении качества электроэнергии питающей сети в тех типичных ситуациях, когда к ней оказываются подключенными также другие нелинейные потребители — дуговые электропечи, диодные мостовые выпрямители и т,д.

Формула изобретения

Преобразователь трехфазного напряжения в постоянное, содержащий два трансформатора, нэ магнитопроводе каждого из которых расположены трехфазная первичная обмотка, соединенная с входными выводами дЯя подключения питающей сети, и две соединенные соответственно в звезду и треугольник вторичные обмотки, 1

1757056

Составитель В.Фокин

Техред M,Moðãåíòàë

Корректор О.Кравцова

Редактор И,Шулла

Заказ 3097 Тираж 398 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каждая из которых подключена к входу одного из выпрямительных мостов, соединенных по выходу последовательно и подключенных к выходным выводам для подключения общей нагрузки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения качества злектроэнергии питающей сети путем ограничения уровня высших гармоник тока от присоединенных к ней других многоф .: ных нелинейных потребителей, первичн; обмотка одного трансформатора соедине э звездой, а другого — треугольником с п и

5 долженными сторонами, причем отношение чисел витков стороны треугольника и о продолжения выбрано равным VX