RU2630215C2

RU2630215C2 - Converter of three-phase alternating voltage to direct voltage

Info

Publication number: RU2630215C2
Application number: RU2016119947A
Authority: RU
Inventors: Ариф Гасан оглы Аслан-заде
Original assignee: Ариф Гасан оглы Аслан-заде
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-09-06
Also published as: RU2016119947A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: converter comprises three-phase transformer with primary winding connected to a triangle and three groups of secondary phase windings, each connected in Y connection, the terminal of each phase winding, the first of the Y connection is connected to similar electrodes of first gates, other electrodes of which are connected to similar outputs of opposite-phase windings of second group and similar output of single-phase winding of third group, the common point of the second group winding is connected to the first end terminal of two identical counter series connected single-phase windings of the fourth group, the phase terminals of the windings of the second and third groups are connected to the like electrodes of the second gates, which common point forms the first pole, and the phase terminals of the first group windings are connected to the like electrodes of the third gates, which common point forms the second pole, wherein the number of turns of the phase winding of the second group equals to 1.8794⋅w, and the number of turns of the phase winding of the third group is 1.5321⋅w, where w is the number of turns of the phase winding of the third group is 1.5321, where w is number of turns of phase winding of first group, the second end terminal of windings of fourth group is connected to the common point of winding of third group, number of turns of each phase winding of the fourth group is equal to quotient of division by two of difference of winding turns number of second and third groups.

EFFECT: equal gate switching angles with minimum amount of secondary three-phase windings of transformer windings.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 18-пульсное с равными углами коммутации вентилей.The invention relates to electrical engineering and can be used to convert a three-phase AC voltage into a constant, 18-pulse with equal switching angles of valves.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в треугольник, и тремя группами вторичных фазных обмоток, соединенных первая в трехфазную звезду, а вторая и третья - в шестифазную звезду, свободный вывод каждой фазной обмотки первой группы подключен к одноименным электродам вентилей, другие электроды которых соединены с одноименными свободными выводами разноименных фазных обмоток второй группы и с разноименным свободным выводом одноименной фазной обмотки третьей группы, упомянутые свободные выводы первой и второй с третьей групп обмоток подключены соответственно к катодам анодной и анодам катодной групп вентилей, общие точки электродов которых образуют выходные выводы, причем число витков фазной обмотки второй группы равно 1,8794⋅w, а число витков фазной обмотки третьей группы - 1,5321⋅w, где w - число витков фазной обмотки первой группы (см. а.с. №520678, кл. Н02М 7/08, 1973).A known converter of three-phase AC to DC voltage, containing a three-phase transformer with a primary winding connected in a triangle, and three groups of secondary phase windings connected to the first three-phase star, and the second and third to six-phase star, the free output of each phase winding of the first group is connected to valve electrodes of the same name, other electrodes of which are connected to the same terminals of the opposite phase windings of the second group and of the opposite terminal of the same name phase winding of the third group, the aforementioned free terminals of the first and second from the third group of windings are connected respectively to the cathodes of the anode and anodes of the cathode group of valves, the common points of the electrodes of which form the output terminals, and the number of turns of the phase winding of the second group is 1.8794⋅w, and the number of turns of the phase winding of the third group is 1.5321⋅w, where w is the number of turns of the phase winding of the first group (see AS No. 520678, class N02M 7/08, 1973).

Недостатком этого преобразователя, обеспечивающего двухполупериодное 18-пульсное выпрямление, является неравенство углов коммутации вентилей, т.к. он имеет неравные реактансы вентильных цепей, один из которых участвует в случае замыкания выпрямленного тока через обмотки первой и второй групп, а другой - через обмотки всех групп. Это приводит к формированию низкочастотного спектра гармоник с частотой 300 Гц в форме выпрямленного напряжения.The disadvantage of this converter, which provides a half-wave 18-pulse rectification, is the inequality of the switching angles of the valves, because it has unequal reactants of valve circuits, one of which is involved in the case of rectified current closure through the windings of the first and second groups, and the other through the windings of all groups. This leads to the formation of a low-frequency harmonic spectrum with a frequency of 300 Hz in the form of a rectified voltage.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в противоречии между стремлением получить указанное выпрямление с минимально возможным количеством трехфазных вторичных обмоток на одном трансформаторе и равными углами коммутации вентилей.The set of reasons that impede the achievement of the required technical result lies in the contradiction between the desire to obtain the specified rectification with the minimum possible number of three-phase secondary windings on one transformer and equal switching angles of the valves.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с первичной обмоткой и тремя группами вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в звезду, вывод каждой фазной обмотки первой из которых подключен к одноименным электродам вентилей, другие электроды которых подключены к свободным одноименным с ним выводам разноименных фазных обмоток второй группы и свободному разноименному с ним выводу одноименной фазной обмотки третьей группы, причем число витков фазной обмотки второй группы равно 1,8794⋅w, а число витков фазной обмотки третьей группы - 1,5321⋅w, где w - число витков фазной обмотки первой группы, трансформатор дополнительно содержит четвертую и пятую группы вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в разомкнутый треугольник, общая точка одноименных выводов второй группы фазных обмоток соединена с одноименным с ней крайним выводом фазной обмотки четвертой группы, общая точка одноименных выводов третьей группы фазных обмоток соединена с одноименным с ней крайним выводом фазной обмотки пятой группы, общая точка свободных крайних выводов фазных обмоток четвертой и пятой групп и общая точка одноименных выводов фазных обмоток первой группы образуют выходные выводы, причем фазная обмотка четвертой группы состоит из основной и дополнительной части, число витков фазной обмотки пятой группы и основной части фазной обмотки четвертой группы соответственно равно 0,844⋅w и 0,2931⋅w, а дополнительная часть фазной обмотки четвертой группы состоит из пары равных встречно-последовательно соединенных частей, число витков каждой из которых равно 0,21756⋅w (см. заявку на изобретение 2015120848/07 от 01.06.2015, с датой публикации 10.11.2015, Бюл. №31).Closest to the proposed technical solution (prototype) is a three-phase AC to DC converter containing a three-phase transformer with a primary winding and three groups of secondary phase windings, each connected to a star, the output of each phase winding of the first of which is connected to the same valve electrodes, other electrodes which are connected to the terminals of the same name with the same name of the opposite phase windings of the second group and the same terminal of the same name with the same name of the phase coils of the third group, and the number of turns of the phase winding of the second group is 1.8794⋅w, and the number of turns of the phase winding of the third group is 1.5321⋅w, where w is the number of turns of the phase winding of the first group, the transformer additionally contains the fourth and fifth groups of secondary phase windings, each connected into an open triangle, the common point of the same terminals of the second group of phase windings is connected to the same terminal end of the phase winding of the fourth group, the common point of the same terminals of the third group of phase windings is connected to one the alternate terminal terminal of the fifth phase winding, the common point of the free extreme terminals of the phase windings of the fourth and fifth groups and the common point of the same terminals of the phase windings of the first group form the output terminals, and the phase winding of the fourth group consists of the main and additional parts, the number of turns of the phase winding the fifth group and the main part of the phase winding of the fourth group, respectively, equal to 0.844⋅w and 0.2931⋅w, and the additional part of the phase winding of the fourth group consists of a pair of equal counter-series soy angular parts, the number of turns of each of which is 0.21756⋅w (see application for invention 2015120848/07 dated 06/01/2015, with the publication date 10.11.2015, Bull. No. 31).

Недостатком этого преобразователя является повышенная расчетная мощность трансформатора при 9-пульсном выпрямлении. Переход с однополупериодного 9-пульсного выпрямления на двухполупериодное 18-пульсное выпрямление приводит к неравенству углов коммутации вентилей. В этом случае обмотки трансформатора, соединенные в разомкнутый треугольник, не только не уравнивают, но и еще больше увеличивают неравенство углов коммутации вентилей.The disadvantage of this converter is the increased rated power of the transformer with 9-pulse rectification. The transition from a half-wave 9-pulse rectification to a half-wave 18-pulse rectification leads to an inequality in the switching angles of the valves. In this case, the transformer windings connected in an open triangle not only do not equalize, but also further increase the inequality of the switching angles of the valves.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в формировании на 3 вторичных обмотках трансформатора 18-фазной системы напряжений, имеющей равные углы коммутации вентилей при выпрямлении.The problem to which the proposed technical solution is directed is to form an 18-phase voltage system on 3 secondary windings of the transformer, having equal switching angles of the valves during rectification.

Эта задача решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем трехфазный трансформатор с первичной обмоткой и тремя группами вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в звезду, вывод каждой фазной обмотки первой из которых подключен к одноименным электродам первых вентилей, другие электроды которых подключены к одноименным с ним выводам разноименных фазных обмоток второй группы и разноименному с ним выводу одноименной фазной обмотки третьей группы, общая точка обмотки второй группы подключена к первому крайнему выводу двух идентичных встречно-последовательно соединенных одноименных фазных обмоток четвертой группы, фазные выводы обмоток второй и третьей групп подключены к одноименным электродам вторых вентилей, общая точка которых образует первый полюс, а фазные выводы обмоток первой группы подключены к одноименным электродам третьих вентилей, общая точка которых образует второй полюс, причем число витков фазной обмотки второй группы равно 1,8794⋅w, а число витков фазной обмотки третьей группы - 1,5321⋅w, где w - число витков фазной обмотки первой группы, отличающийся тем, что второй крайний вывод обмоток четвертой группы подключен к общей точке обмотки третьей группы, число витков каждой фазной обмотки четвертой группы равно частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей групп, а первичная обмотка соединена в треугольник.This problem is solved in that in a three-phase AC to DC converter containing a three-phase transformer with a primary winding and three groups of secondary phase windings, each connected to a star, the output of each phase winding of the first of which is connected to the same electrodes of the first valves, the other electrodes of which are connected to the conclusions of the same name with the opposite phase windings of the second group and the opposite conclusion of the same phase winding of the third group, the common point of the winding of the second group under it is connected to the first extreme terminal of two identical opposite serially connected same phase windings of the fourth group, the phase terminals of the windings of the second and third groups are connected to the same electrodes of the second valves, the common point of which forms the first pole, and the phase terminals of the windings of the first group are connected to the same electrodes of the third valves , the common point of which forms the second pole, and the number of turns of the phase winding of the second group is 1.8794⋅w, and the number of turns of the phase winding of the third group is 1.5321⋅w, where w is the number of turns s phase winding of the first group, characterized in that the second extreme output of the windings of the fourth group is connected to a common point of the winding of the third group, the number of turns of each phase winding of the fourth group is equal to the quotient from dividing by two the difference in the number of turns of the windings of the second and third groups, and the primary winding is connected into the triangle.

Технический результат заключается в формировании 18-фазной системы напряжений преобразователем, имеющим равные углы коммутации вентилей при минимуме вторичных трехфазных групп обмоток трансформатора.The technical result consists in the formation of an 18-phase voltage system with a converter having equal switching angles of the valves with a minimum of secondary three-phase groups of transformer windings.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное 18-пульсное напряжение.The drawing shows a schematic diagram of a converter of three-phase alternating voltage into a constant 18-pulse voltage.

Преобразователь содержит вентили 1-9 и выполнен на трехфазном трансформаторе 10, первичная обмотка 11 которого соединена в треугольник и подключена к фазным входным выводам А, В, С. Трансформатор 10 содержит три трехфазные группы обмоток 12, 13, 14, первая из которых 12 с числом витков w₁=w соединена в звезду с общей точкой начал, вторая из которых 13 с числом витков 1,8794⋅w также соединена в звезду с общей точкой начал, третья из которых 14 с числом витков 1,5321⋅w соединена в звезду с общей точкой концов. Трансформатор 10 содержит четвертую группу из двух встречно-последовательно соединенных фазных обмоток 15, 16, с числом витков w₄ каждой, равной частному от деления на два разности чисел витков обмоток второй и третьей групп, т.е. 0,1736⋅w. Выходные выводы преобразователя 17 и 18 соответственно подключены к общей точке анодов вентилей 19, 20, 21 и к общей точке катодов вентилей 22-27. Концы фаз а₁, b₁ и с₁ обмотки 12 подключены соответственно к анодам вентилей 1, 2, 9; 3, 4, 5 и 6, 7, 8. Общие точки катодов вентилей 5, 6; 8, 9 и 2, 3 подключены соответственно к концам фаз а₂, b₂, с₂ обмотки 13, а катоды вентилей 1, 4, 7 - к началам фаз а₃, b₃, с₃ обмотки 14. Общая точка начал обмотки 13 соединена с началом фазной обмотки 15 с числом витков w₄, конец которой соединен с концом фазной обмотки 16 с тем же числом витков w₄, начало которой соединено с общей точкой концов обмотки 14. Концы фаз a₁, b₁, c₁ обмотки 12 подключены к катодам вентилей 19, 20, 21. Концы фаз а₂, b₂, с₂ обмотки 13 подключены соответственно к анодам вентилей 24, 23, 22. Начала фаз a ₃, b₃, с₃ подключены соответственно к анодам вентилей 25, 26, 27.The converter contains valves 1-9 and is made on a three-phase transformer 10, the primary winding 11 of which is connected in a triangle and connected to the phase input terminals A, B, C. The transformer 10 contains three three-phase groups of windings 12, 13, 14, the first of which is 12 s the number of turns w ₁ = w is connected to a star with a common starting point, the second of which 13 with a number of turns 1,8794⋅w is also connected to a star with a common starting point, the third of which 14 with a number of turns 1,5321⋅w is connected to a star with a common point of ends. The transformer 10 contains a fourth group of two counter-series-connected phase windings 15, 16, with the number of turns w ₄ each equal to the quotient of dividing by two the difference in the number of turns of the windings of the second and third groups, i.e. 0.1736⋅w. The output terminals of the converter 17 and 18 are respectively connected to the common point of the anodes of the valves 19, 20, 21 and to the common point of the cathodes of the valves 22-27. The ends of phases a ₁ , b ₁ and _{1 of} winding 12 are connected respectively to the anodes of valves 1, 2, 9; 3, 4, 5 and 6, 7, 8. Common points of the cathodes of valves 5, 6; 8, 9 and 2, 3 are connected respectively to the ends of phases a ₂ , b ₂ , c _{2 of} winding 13, and the cathodes of valves 1, 4, 7 are connected to the beginnings of phases a ₃ , b ₃ , c _{3 of} winding 14. The common point of the start of the winding 13 is connected to the beginning of the phase winding 15 with the number of turns w ₄ , the end of which is connected to the end of the phase winding 16 with the same number of turns w ₄ , the beginning of which is connected to the common point of the ends of the winding 14. The ends of the phases a ₁ , b ₁ , c _{1 of the} winding 12 are connected to the cathodes of the valves 19, 20, 21. The ends of the phase and _2, b _2, c ₂ of the winding 13 are respectively connected to the anodes of rectifiers 24, 23, 22. Beginning phase a _3, b _3, ₃ are respectively connected to the anodes in ntiley 25, 26, 27.

6 из 18 векторов выпрямляемых напряжений формируются суммой совпадающих по фазе пар линейных напряжений обмоток первой (12) и второй (13) групп. Эти 6 векторов формируют первую симметричную 6-пульсную систему выпрямляемых напряжений. Остальные 12 из 18 векторов выпрямляемых напряжений формируются суммой линейного напряжения обмотки первой (12) группы и напряжений одноименных фаз обмоток второй (13) и третьей (14) групп, совпадающих по фазе с одним из двух суммируемых напряжений упомянутого линейного напряжения. Эти 12 векторов размещаются на топографической векторной диаграмме попарно между каждой парой смежных векторов 6-пульсной системы и формируют вторую несимметричную 12-пульсную систему выпрямляемых напряжений. В результате функционирования этих двух систем формируется результирующая 18-пульсная система выпрямляемых напряжений.6 out of 18 rectified voltage vectors are formed by the sum of phase-matching pairs of linear voltage of the windings of the first (12) and second (13) groups. These 6 vectors form the first symmetrical 6-pulse rectified voltage system. The remaining 12 of the 18 rectified voltage vectors are formed by the sum of the linear voltage of the windings of the first (12) group and the voltages of the same phases of the windings of the second (13) and third (14) groups, coinciding in phase with one of the two summed voltages of the said linear voltage. These 12 vectors are placed on a topographic vector diagram in pairs between each pair of adjacent vectors of the 6-pulse system and form a second asymmetric 12-pulse system of rectified voltages. As a result of the functioning of these two systems, the resulting 18-pulse system of rectified voltages is formed.

Однако число витков обмоток в цепи тока второй системы меньше числа витков обмоток в цепи тока первой системы на величину w₂-w₃=2⋅cos20°⋅w-2⋅cos40°⋅w=1,8794⋅w-1,5321⋅w=0,3473⋅w. Для устранения образующейся вследствие этого в форме выпрямленного напряжения низкочастотной составляющей (300 Гц) необходимо уравнять реактансы в цепях этих двух систем путем уравнивания чисел витков обмоток, участвующих в замыкании токов в этих цепях. Но уравнивание реактансов не должно оказать влияние на величину или/и фазу ни одного из выпрямляемых напряжений. Поэтому между общими точками обмоток 13 и 14 включены встречно-последовательно на одном из стержней трансформатора 10 две идентичные обмотки 15 и 16, сумма чисел витков которых равна 0,3473⋅w. В результате сумма напряжений этих обмоток равна нулю, а их реактанс компенсирует недостающую величину реактанса в цепи тока второй системы выпрямляемых напряжений. Таким образом, результирующая 18-пульсная система выпрямляемых напряжений становится симметричной.However, the number of turns of the windings in the current circuit of the second system is less than the number of turns of the windings in the current circuit of the first system by w ₂ -w ₃ = 2⋅cos20 ° ⋅w-2⋅cos40 ° ⋅w = 1,8794⋅w-1,5321⋅ w = 0.3473⋅w. To eliminate the resulting low-frequency component (300 Hz) in the form of a rectified voltage, it is necessary to equalize the reactants in the circuits of these two systems by equalizing the number of turns of the windings involved in closing the currents in these circuits. But equalization of reactants should not affect the magnitude and / or phase of any of the rectified stresses. Therefore, between the common points of the windings 13 and 14, two identical windings 15 and 16 are connected counter-sequentially on one of the rods of the transformer 10, the sum of the number of turns of which is 0.3473⋅w. As a result, the sum of the voltages of these windings is zero, and their reactance compensates for the missing value of the reactance in the current circuit of the second system of rectified voltages. Thus, the resulting 18-pulse rectified voltage system becomes symmetrical.

Согласно расчетам предлагаемое решение незначительно увеличивает коэффициент превышения расчетной мощности трансформатора с 1,137 до 1,172, т.е. всего на 3,5%.According to calculations, the proposed solution slightly increases the coefficient of excess of the rated power of the transformer from 1.137 to 1.172, i.e. only 3.5%.

Однако на практике такой результат может быть получен только при повышенных значениях коэффициента трансформации, т.к. минимально точные целые числа витков вторичных обмоток w₁, w₂ и w₃ трансформатора 10 равны 4, 7 и 6. Для получения четной разности w₂-w₃ эти числа витков необходимо удвоить.However, in practice, such a result can only be obtained with increased values of the transformation coefficient, since the minimum exact integer numbers of turns of the secondary windings w ₁ , w ₂ and w _{3 of the} transformer 10 are 4, 7 and 6. To obtain an even difference w ₂ -w _3, these numbers of turns must be doubled.

Claims

A three-phase AC to DC converter, containing a three-phase transformer with a primary winding and three groups of secondary phase windings, each connected to a star, the output of each phase winding of the first of which is connected to the same electrodes of the first valves, the other electrodes of which are connected to the same-named outputs of the unlike phase windings of the second group and the output of the same name phase winding of the third group, the common point of the winding of the second group is connected to the first extreme an ode of two identical counter-series-connected phase windings of the fourth group of the same name, the phase terminals of the windings of the second and third groups are connected to the same electrodes of the second valves, the common point of which forms the first pole, and the phase terminals of the windings of the first group are connected to the same electrodes of the third valves, whose common point forms the second pole, and the number of turns of the phase winding of the second group is 1.8794⋅w, and the number of turns of the phase winding of the third group is 1.5321⋅w, where w is the number of turns of the phase winding of the first group s, characterized in that the second end of the fourth group output windings connected to the common point of the third coil group, the number of turns of each phase winding of the fourth group is equal to the quotient of the difference of two numbers of turns of windings of the second and third groups, and the primary winding is connected in a triangle.