12 пульсный преобразователь частоты

Высшие гармоники 12-пульсных выпрямителей.

При нормальной симметричной работе управляемых или неуправляемых выпрямителей их входной (сетевой) ток содержит гармоники повышенных частот, отношения которых к частоте сети («порядки» гармоник) определяются соотношением:

где k = 1, 2, 3, . — натуральный ряд чисел; m — эквивалентное число фаз (пульсность) выпрямителя.

Относительные значения наиболее низкочастотных гармоник этого ряда, выраженные в долях основной гармоники тока, в первом приближении обратно пропорциональны их порядку:

а относительные величина гармоник более высоких порядков существенно меньше, чем 1/n.

1) наиболее неприятными являются гармоники тока младших порядков, имеющие наибольшую амплитуду и наименьшую частоту, вследствие чего осуществление их фильтрации наиболее затруднительно;

2) увеличение эквивалентного числа фаз выпрямителя является весьма эффективным способом улучшения гармонического состава тока.

Наиболее простой и наиболее распространённой 6-пульсной схемой выпрямителя трёхфазного переменного напряжения является трёхфазная мостовая схема (схема Ларионова). Она легко реализуется без преобразовательного трансформатора. Для построения выпрямителей с большим эквивалентным числом фаз необходимо использовать трансформатор.

Самым простым и самым распространённым вариантом схемы 12-пульсного выпрямителя является параллельное включение двух трёхфазных мостовых схем, питаемых от двух вторичных обмоток преобразовательного трансформатора, соединённых по схеме «звезда» и по схеме «треугольник».

Правильное 12-пульсное выпрямление обеспечивается только в случае равномерного распределения выходного тока нагрузки между двумя параллельными выпрямительными мостами, а это может быть обеспечено только при условии равенства и напряжений, и сопротивлений двух трёхфазных питающих обмоток. Нарушение хотя бы одного из этих равенств вызовет небаланс токов выпрямительных мостов, т. е. нарушение нормального

12-пульсного режима выпрямителя. Одним из следствий этого будет появление в первичном (сетевом) токе выпрямителя гармоник, частота которых характерна для тока 6-пульсных выпрямителей и которая должна отсутствовать в токе 12-пульсных выпрямителей. Значения этих аномальных гармоник зависит от степени небаланса токов выпрямительных мостов, т. е. от точности соблюдения равенства параметров (напряжений и сопротивлений) обмоток, питающих выпрямительные мосты.

Упрощенная схема частотно-регулируемого привода (ПЧ — 710 кВт, 690 В) мультифазного насосного агрегата.

Форма напряжения на входе преобразователя частоты.

Источник

Гармоники токов в питающей сети с 12-импульсными диодными выпрямителями

Повышение качества электроэнергии сегодня является важной задачей, так как позволяет снизить потери со стороны поставщика энергии и уменьшить возмущение чувствительных однофазных и многофазных нагрузок из-за их подачи с искаженными напряжениями.

Сегодня диодные выпрямители являются основным преобразователем энергии переменного тока, подаваемого из электросети, в энергию постоянного тока. Напряжение постоянного тока, полученное в результате преобразований, дополнительно преобразуется, чтобы обеспечить параметры питания, соответствующие потребностям приемников.

Батарея конденсаторов или аккумуляторов, питаемая от выпрямителя, заставляет трансформатор получать сильно искаженный ток, то есть с высоким содержанием гармоник, например, со значением THDi около 42% на вторичной стороне трансформатора для типичного 6-импульсного выпрямителя и примерно 10% на первичной стороне трансформатора — для последовательного 12-пульсного выпрямителя ( рис. 1. — см. главное фото ). Основная цель этого исследования — изучение чувствительности токов трансформатора Yyd к разнице в емкости конденсаторных батарей или индуктивности реакторов постоянного тока, соединенных с 6-плюс выпрямителями.

12-пульсные диодные выпрямители

На рис. 1 представлена ​​принципиальная электрическая схема последовательного диодного выпрямителя 12-ти импульсного типа, образованного двумя 6-ти импульсными выпрямителями промышленных приводов.

• Энергия постоянного тока хранится в конденсаторных батареях этих преобразователей.
• В обсуждаемой системе обе конденсаторные батареи питаются от отдельных 6-импульсных выпрямителей.
• Задача дросселей постоянного тока состоит в том, чтобы ограничить содержание гармоник в токе, питающем выпрямители, тем самым уменьшая тепловые потери трансформатора.
• Выпрямитель с 12-импульсной последовательностью может питаться от двух отдельных трансформаторов с конфигурациями обмоток Yy и Yd.
• Для получения 12 импульсов выпрямленного напряжения используется фазовый сдвиг на 30 ° в обмотках y и d трансформатора.
• Индуктивности дросселей постоянного тока подбираются аналогично 6-пульсным выпрямителям в преобразователях частоты напряжения [1, 2].
• Значение индуктивности L дросселя постоянного тока после преобразования для стороны переменного напряжения выпрямителя 3f6d должно вызывать падение фазного напряжения трансформатора примерно на 3% при прохождении номинального входного тока этого выпрямителя.
• В 12-импульсных выпрямителях мы получаем гармоники в токе первичной обмотки трансформатора с 12n ± 1 строкой.

Чтобы минимизировать содержание гармоник в токе на первичной стороне трансформатора, здесь важна высокая симметрия нагрузки вторичной стороны с выпрямителями 3f6d. Оба выпрямителя 3f6d должны иметь одинаковую нагрузку и, таким образом, вызывать одинаковое влияние искаженных токов на трансформатор питания Yyd.

Имитационные испытания последовательного 12-пульсного выпрямителя

Для проверки чувствительности 12-импульсного диодного выпрямителя к асимметрии выбранных им электрических элементов была построена электрическая модель выпрямителя, которая была введена в специализированный инструмент компьютерных исследований [3]. Модель выпрямителя, использованная в компьютерных тестах, показана на рис.2 .

В условиях симметрии напряжения питания и номинальной нагрузки выпрямителя были испытаны токи трансформатора Yyd. Осциллограммы тока первичной и вторичной обмоток трансформатора показаны на

На рис. 3 видно, что степень искажения токов в обмотках трансформатора y и d зависит от номинала реакторов постоянного тока выпрямителей плюс-6. Влияние этих токов на тепловые потери в трансформаторе аналогично влиянию 6-импульсных входных выпрямителей в промышленных преобразователях частоты.

Табл. 1. Распределение спектра гармонических токов трансформатора, питающего 12-пульсный выпрямитель с номинальной нагрузкой (рис. 3). Текущий THDi обмотки Y (AM1.I [A]) составляет 5,23%. Текущий THDi обмотки y (AM3.I [A]) составляет 49,61%. Спектральный анализ ограничивался гармониками с амплитудами более 2% от основной частоты 50 Гц.

Спектр гармонических токов трансформатора, представленный на рис. 3, представлен в табл. 1 . Он показывает, что ток обмотки Y трансформатора содержит гармоники порядка 12n ± 1 (в таблице приведены 11-я и 13-я гармоники). THDi для этого тока составляет 5,23%, что указывает на очень ограниченное влияние 12-импульсного выпрямителя на электросеть. Токи обмоток d и y содержат нечетные гармоники, не кратные 3.

В табл. 1 . ток обмотки y имеет гармоники: 5, 7, 11, 13, 17.

THDi этого тока составляет 49,61%, что указывает на слишком низкое значение индуктивности постоянного тока выпрямителей 3f6d. Обычно предполагается, что THDi входного тока выпрямителя 3f6d должен составлять примерно 42%

Анализ чувствительности по асимметрии выпрямительных элементов пассивного выпрямителя 3f6d выбран емкости конденсаторов C1 и С2 ( рис. 2 . ) И DC индуктивности L9 ( рис. 2 . ).

Емкости конденсаторов могут изменяться во время работы выпрямителей, например, из-за ускоренного испарения электролита из конденсатора. Причиной потери емкости электролитическим конденсатором может быть случайный последовательный резонанс синфазного напряжения инвертора с паразитной индуктивностью и емкостью конденсаторной батареи выпрямителя 3f6d. Это вызовет протекание резонансного тока через конденсатор и увеличит тепловые потери (RI 2 ) в электролитическом конденсаторе.

Индуктивность постоянного тока также может измениться из-за процессов старения. Кроме того, ток в обмотках трансформатора y и d зависит от собственной индуктивности обмоток трансформатора. Неуравновешенность общей индуктивности на пути тока трансформатора, питающего выпрямители 3f6d, может достигать значительных значений в зависимости от способа изготовления системы питания 12-пульсного выпрямителя.

Имитационная проверка чувствительности 12-импульсного выпрямителя проводилась с допущениями:

1. Емкость конденсаторов С1 и С2 уменьшена до значения 200 мФ (мФ было 400 — рис.2 . )
2. Постоянного тока индуктивности L9 снижается до значения 0,8 мГн (1,8 мГн был — . Рис.2 . )

Результаты испытаний представлены в виде осциллограмм тока и их гармоник во всех обмотках трансформатора Yyd.

При раcбалансировке емкости конденсаторной батареи в выпрямителях 3f6d ( рис. 4 ) видны повышенные искажения тока во всех обмотках трансформатора. THDi для тока в обмотке Y увеличился и теперь составляет 12,91%. THDi для ток в обмотке y составляет 54,77%.

12-импульсный последовательный выпрямитель чувствителен к дисбалансу емкостей конденсаторных батарей в отдельных выпрямителях с 6-ю последовательными последовательностями.

Осциллограммы тока трансформатора Yyd показаны на рис.4.

Источник

12-пульсный режим

Информационные материалы

SINAMICS DC MASTER 12-пульсный режим

При 12-пульсном режиме два преобразователя SINAMICS DC MASTER питаются напряжениями, сдвинутыми на 30 градусов. Эта конфигурация сокращает гармоники. Каждый преобразователь берет на себя половину общего тока. Один SINAMICS DC MASTER работает в режиме регулирования скорости, второй – в режиме регулирования тока. Ввод задания по току от первого SINAMICS DC MASTER ко второму производится по связи peer-to-peer.

При 12-пульсном режиме требуются сглаживающие дроссели в цепи постоянного тока.

Расчет сглаживающих дросселей

• Для каждого из двух преобразователей используется сглаживающий дроссель. Дроссели являются двухзначными; это означает, что индуктивность дросселя определяется при двух значениях тока.
• Тепловой расчет дросселя производится по эффективному значению постоянного тока.

Расчет необходимой индуктивности

1. Индуктивность дросселя при at 0.2 × I_dN (L_D1)

• Индуктивность для 50 Гц частоты сети

• Индуктивность для 60 Гц частоты сети

I_dN половина номинального постоянного тока от постоянного тока двигателя

I_dmax половина максимального тока постоянного тока двигателя

V_N номинальное напряжение питания сети

Дальнейшая информация

Более подробную информацию и документацию по применению можно найти по ссылке:

Источник

12-пульсный преобразователь Российский патент 2019 года по МПК H02M7/25

Описание патента на изобретение RU2709455C1

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для питания мощных электропотребителей постоянным током.

Известны 12-фазные преобразователи /1/, содержащие мосты, подключенные к вторичным обмоткам двух трехфазных трансформаторов, включенных первичными обмотками последовательно. На стороне постоянного тока вентильные мосты соединяются либо параллельно через уравнительный реактор, либо последовательно. Недостатком этих известных 12-фазных преобразователей является плохая форма сетевого тока.

Наиболее близким по схемотехнике является 12-пульсный преобразователь, содержащий два трехфазных моста соединенных входом с вторичными обмотками трансформаторов, соединенных звездой и треугольником, первичные обмотки которых соединены последовательно [2]. Но этот преобразователь, принятый за прототип, — сложен ввиду необходимости наличия дополнительной третичной обмотки у одного трансформатора.

Технической задачей изобретения является упрощение. Эта задача решается за счет того, что пары последовательно соединенных первичных обмоток трансформаторов соединены треугольником. Дополнительно решению задачи способствует то, к срединам треугольника первичных обмоток присоединен трехфазный фильтр нечетных гармоник. Еще одно дополнение состоит в том, что по две обмотки одного трансформатора разных фаз присоединены к общему для них углу треугольника. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого 12-пульсного преобразователя. К шинам трехфазного напряжения 1 подключены первичные обмотки 2 и 3 двух трехфазных трансформаторов, вторичные обмотки которых 4 и 5 присоединены к двум трехфазным мостам 6 и 7. Пунктиром показано подключение к срединам треугольников трехфазного фильтра 8 высших гармоник. На фиг. 2 показан дополнительный вариант соединения первичных обмоток трансформаторов 2, 3, упрощающий внешние связи этих обмоток и требующих меньшего (на 16,6%) количества выводных изоляторов 9. Жирной ломаной линией показана принадлежность (магнитопровод) обмоток 2 и 3 к одному трансформатору. Первичные обмотки трансформаторов 2 и 3 рассчитаны на одинаковые линейные напряжения, равные половине линейного напряжения на шинах 1. Вторичные напряжения трансформаторов 2 и 3 одинаковые по величине, но сдвинуты по фазе на 30° за счет разных групп их соединений. Мосты 5, 6 соединены последовательно или параллельно на стороне постоянного тока или каждый присоединен к одинаковым нагрузкам (например к двигателям механически связанным между собой). Выпрямленные напряжения мостов 5, 6 содержат по шесть пульсаций за период переменного напряжения на шинах 1. В токах вторичных обмоток обоих трансформаторов содержатся первая гармоника и высшие гармоники, имеющие порядки n=12k ± 1 и n=3k, где k=1, 2, 3… — так называемые каноническими, а также неканонические гармоники с номерами 6к+-1, обусловленные ассиметрией управления. Для компенсации этих гармоник включаются фильтры 8. Высшие гармоники, кратные трем, замыкаются в треугольнике первичных обмоток трансформаторов 1 и 2, так как напряжения тройной частоты в этом треугольнике векторно суммируются и создают циркулирующий ток этой гармоники. То есть нет необходимости в специально введенной для этого третичной обмотке трансформатора. В результате сетевой ток на входе выпрямителя содержит, кроме первой гармоники, высшие гармоники порядка 12k ± 1, соответствующие 12-фазному преобразованию. Благодаря включению фильтров 8 в средины треугольников не требуется третичная обмотка трансформатора для их присоединения. На фиг. 2 приведен вариант соединения первичных обмоток 1 и 2, при котором сокращаются перемычки между обмотками. Так упрощается схема преобразователя.

1. Авторское свидетельство СССР №114549.

2. Патент РФ на изобретение №2104610.

3. Патент РФ на изобретение №2011282.

Похожие патенты RU2709455C1

название	год	авторы	номер документа
Преобразователь частоты для испытания трансформаторов	2018	Джус Илья Николаевич	RU2688042C1
МНОГОМОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ	2019	Джус Илья Николаевич	RU2717080C1
МНОГОБЛОЧНЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ	2019	Джус Илья Николаевич	RU2717085C1
Реактор-трансформатор для тиристорного компенсатора	2017	Джус Илья Николаевич	RU2666551C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ	2017	Джус Илья Николаевич	RU2659819C1
Регулируемая реакторная установка	2017	Джус Илья Николаевич	RU2666927C1
ДВЕНАДЦАТИФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ	1995	Булгаков С.А. Иванова Л.А. Крайчик Ю.С. Краснова Б.П. Поссе А.В.	RU2104610C1
Реактор-трансформаторный тиристорный компенсатор (варианты)	2017	Джус Илья Николаевич	RU2657474C1
Трехфазный частотный преобразователь высокого напряжения	2020	Джус Илья Николаевич	RU2724604C1
Трансформатор с экраном	2017	Джус Илья Николаевич	RU2678998C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 709 455 C1

Реферат патента 2019 года 12-пульсный преобразователь

Изобретение относится к электротехнике. Область применения: на подстанциях трехфазного напряжения для питания электропотребителей постоянным током. Технический результат заключается в подавление высших гармоник. Сущность: выпрямитель содержит два трансформатора, первичные обмотки (2, 3) которых соединены последовательно парами, образующими треугольник. Вторичные обмотки (4, 5) трансформаторов подключены к вентильным мостам (6, 7). 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 709 455 C1

1. 12-пульсный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий два трехфазных моста, соединенных входом с вторичными обмотками трансформаторов, соединенных звездой и треугольником, первичные обмотки которых соединены последовательно, отличающийся тем, что пары последовательно соединенных первичных обмоток трансформаторов соединены треугольником.

2. 12-пульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что к срединам треугольника первичных обмоток, которые образованы соединением выводов разных трансформаторов и не подключаемые к сети, присоединен трехфазный фильтр нечетных гармоник.

3. 12-пульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что две обмотки разных фаз одного трансформатора соединены вместе и предназначены для присоединения к одной фазе сети, а две обмотки разных фаз другого трансформатора также соединены вместе и предназначены для присоединения к другой фазе сети.

Источник