Электромагнитная совместимость трансформаторно-полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Ялалова, Зульфия Илгизовна

• Ялалова, Зульфия Илгизовна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Ялалова, Зульфия Илгизовна

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1 Улучшение электромагнитной совместимости полупроводниковых 8 преобразователей с сетью и нагрузкой, их анализ и синтез

1.1 Способы улучшения электромагнитной совместимости 8 полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой

1.2 Принципы работы ТПЧФ и области его применения

1.3 Методы анализа и параметрического синтеза энергетических установок 22 Выводы по главе 1 28 Глава 2 Преобразовательные устройства на базе трансформаторных 30 преобразователей числа фаз

2.1 Схемы трансформаторных преобразователей числа фаз кратных трем

2.2 Принцип формирования МДС трехфазно-девятифазного ТПЧФ

2.3 Принцип формирования МДС трехфазно-двенадцатифазного ТПЧФ 48 Выводы по главе 2 57 Глава 3 Анализ и синтез многофазных преобразовательных устройств на 59 базе ТПЧФ с помощью имитационного моделирования

3.1 Исследование электромагнитных процессов системы трехфазно-

девятифазного ТПЧФ - выпрямитель с помощью имитационного моделирования

3.2 Исследование электромагнитных процессов системы трехфазно- 68 двенадцатифазного ТПЧФ — выпрямитель с помощью имитационного моделирования

3.3 Влияние параметров ТПЧФ на характеристики преобразовательных 74 установок

Выводы по главе 3

Глава 4 Методика расчета и проектирования многофазных трансформаторов 82 с числом выходных фаз кратных трем

4.1 Экспериментальные исследования трансформаторных преобразователей 82 числа фаз

4.2 Уточненная методика расчета основных параметров ТПЧФ. Определение

установленной мощности ТПЧФ

4.3 Конструктивные особенности многофазных ТПЧФ

Выводы по главе 4

Заключение

Список литературы

Приложение А. Расчет трехфазно-девятифазного ТПЧФ

Приложение Б. Справочные параметры для проектирования ТПЧФ 129 Приложение В. Внешний вид модели восемнадцатипульсного выпрямителя 131 Приложение Г. Внешний вид модели восемнадцатипульсного выпрямителя

с учетом времени коммутации

Приложение Д. Внешний вид модели двадцатичетырехпульсного 133 выпрямителя

Приложение Е. Внешний вид модели двадцатичетырехпульсного 134 выпрямителя с учетом времени коммутации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электромагнитная совместимость трансформаторно-полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой»

Введение

Эффективность производства зависит от качества электроэнергии. Качество электрической энергииопределяется совокупностью ее характеристик, при которых электроприемники способны выполнять заложенные в них функции. Качество электроэнергии (КЭ) на месте производства не гарантирует ее качества на месте потребления. Проблема электромагнитной совместимости промышленных электроприемников с питающей сетью возникла в связи с широким использованием мощных вентильных преобразователей, дуговых сталеплавильных печей, сварочных установок, которые при всей своей экономичности и технологической эффективности оказывают отрицательное влияние на КЭ.

Основными проблемами электромагнитной совместимости являются обеспечение качества электромагнитной энергии питающей сети и уменьшение эмиссии вентильными преобразователями электромагнитных помех.

Улучшение электромагнитной совместимости с сетью и нагрузкой возможно осуществить с помощью фазопреобразующих трансформаторов. Над вопросами развития схем фазопреобразующих устройств и исследования электромагнитных процессов в многофазных электрических сетях работали такие ученые как Л. В. Лейтес, А. Н. Милях, С. В. Шапиро,А. М. Бамдас, Г. Н. Петров, Г. Н. Ворфоломеев, Р. Н. Урманов, Л. Э. Рогинская, М. У1с1тат др. Однако вопросы, посвященные теоретическим основам процесса преобразования числа фаз и принципам построения схем требуют дальнейших исследований.

Современные достижения в области трансформаторостроения и преобразовательной техники позволяют создавать интегрированные многопульсные выпрямительные агрегаты, которые удовлетворяют требованиям электромагнитной совместимости между нагрузкой и питающей сетью. Основной вклад в исследования электромагнитных процессов в многопульсных выпрямителях внесли М. Г. Шалимов, Г. С. Зиновьев, Ш. М. Размадзе, Ю. К. Розанов, и др.

В настоящее время известно большое количество работ, посвященных анализу электромагнитных процессов в выпрямителях, выполненных по эквивалентным многофазным схемам выпрямления. Определенный интерес представляют схемные решения вентильных преобразователей, обеспечивающих повышенную кратность пульсаций выходного напряжения, выполненных на базе трансформаторных преобразователей числа фаз (ТПЧФ).

Среди существующих схемных решенийфазопреобразующих трансформаторов особый интерес вызываютТПЧФ, выполненные на базе одного трехстержневого трансформатора. Для формирования одним трехстержневым трансформатором многофазной системы напряжений необходимо разместить на каждом стержне несколько вторичных обмоток. Основным достоинством такого преобразователя является наличие одного трансформатора при любом кратном трем фазам вторичного напряжения, амплитуда и пульсации выходного напряжения определяется числом фаз вторичной обмотки.

Внедрение и исследование новых схем ТПЧФ позволит повысить технико-экономическую эффективность и снизить затраты в процессе их эксплуатации.

Целью диссертационной работы является разработка трансформаторно-полупроводникового преобразователя для улучшения электромагнитной совместимости с сетью и нагрузкой. Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель трансформаторного преобразователя числа фаз с числом фаз кратных трем на базе одного трехстержневого трансформатора.

2. Разработать оригинальные схемотехнические решения и принципиальные схемы для многопульсных выпрямителей, исследовать и определить электромагнитные параметры системы «трансформаторный преобразователь числа фаз - многофазные выпрямители».

3. Провести экспериментальное подтверждение теоретических положений, полученных расчетным путем и имитационным моделированием.

4. Разработать методику расчета и проектирования фазопреобразующих трансформаторов с учетом их конструктивных особенностей.

Методы исследований выбирались исходя из поставленных задач. Основные результаты диссертационной работы получены на базе законов теории электрических цепей. Для анализа электромагнитных процессов в фазопреобразующих трансформаторах использовались аналитические и численные методы решения дифференциальных уравнений, методы математического моделирования, метод интеграла Фурье, графоаналитические метод.

Научная значимость и новизна работы:

1. Создана структура ТПЧФ для многопульсного выпрямителя, сочетающая в себе достоинства многофазного преобразователя с высоким коэффициентом использования вторичной цепи трансформатора.

2. Разработана математическая модель ТПЧФ (патент на полезную модель № 126232), выполненная на базе одного трехстержневого трансформатора, которая отображает реальные электромагнитные процессы и позволяет исследовать систему «трансформаторный преобразователь числа фаз - многофазные выпрямители».

3. Разработана имитационная модель многопульсного выпрямителя с учетом реальных параметров трансформатора, позволяющая исследовать электромагнитные процессы при реальном времени коммутации.

Практическая ценность работы:

1. Предложена оригинальная структура ТПЧФ для многопульсных выпрямителей, обладающая высоким коэффициентом использования электромагнитного и полупроводникового модуля.

2. Разработана математическая модель, которая позволяет исследовать электромагнитные процессы системы «трансформаторный преобразователь числа фаз - многофазные выпрямители», выбрать рациональную структуру, с помощью которой улучшается гармонический состав потребляемого тока, увеличивается

частота пульсаций на стороне постоянного тока при уменьшении массы и габаритов преобразователя.

3. Предложены схемотехнические решения ТПЧФ для улучшения электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой, совмещающие в себе преимущества многофазного преобразователя с высоким коэффициентом использования вторичной цепи трансформатора.

4. Предложена методика расчета и проектирования ТПЧФ, которая позволяет рассчитать параметры и учесть особенности расчета элементов конструкции трансформатора для полупроводниковых преобразователей.

Практическая ценность результатов работы подтверждается актом внедрения результатов в проектно-конструкторской деятельности при разработке новых технических изделий ОАО «Электрозавод».

Положения, выносимые на защиту:

1. Анализ структуры ТПЧФ для многопульсных выпрямителей, обладающей высоким коэффициентом использования электромагнитного и полупроводникового модуля.

2. Математические модели и принципиальные схемы многопульсных выпрямителей, содержащие ТПЧФ с числом фаз кратных трем и многофазные мостовые выпрямители.

3. Имитационные модели многопульсных выпрямителей и результаты исследований электромагнитных процессов с учетом реальных параметров трансформатора.

4. Методика расчета и проектирования ТПЧФ, которая позволяет рассчитать параметры и учесть особенности расчета элементов конструкции трансформатора для полупроводниковых преобразователей.

Достоверность полученных результатов обусловлена адекватностью используемых математических и схемотехнических моделей, методов компьютерного моделирования, подтверждаемых экспериментальными данными.

Апробация работы.Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-

технических конференциях: «IV Слет молодых энергетиков Республики Башкортостан: Сборник докладов молодежной научно-технической конференции» (Уфа, 2010 г.); «Научно-исследовательские проблемы в области энергетики и энергоснабжения» (Уфа, 2010 г.); VII Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2012 г.); I Международной научно-практической конференции

__с

«Технические науки —основа современной инновационной системы» (Йошкар-Ола, 2012 г.); Межвузовский научно-практической конференции «Электротехнические комплексы и системы» (Уфа, 2012 г.); Межвузовский научный сборник «Электроэнергетические системы и сети. Энергосбережение» (Уфа, 2013 г.); Электро.№2 (Москва, 2013 г.); «Электротехнические и информационные комплексы и системы. №2 (Уфа, 2013 г.); Международной молодежной научной конференции « 40 Гагаринские чтения» (Москва: МАТИ, 2014 г.); Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов (Уфа, УГНТУ, 2014 г.).Работа выполнена в рамках Государственного задания № 8.287.2014/К Министерства образования и науки Российской Федерации.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ, из которых 3 работы - в изданиях из перечня ВАК, получен 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 134 страницы машинного текста. Библиографический список из 122 наименования.

Глава 1 Улучшение электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой, их анализ и синтез

1.1 Способы улучшения электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой

Необходимость в совершенствовании полупроводниковых преобразователей, служащих источниками питания установок, оснащенных высокоэкономичным, современным оборудованием, вызвана возросшими требованиями, предъявляемыми к качеству электрической энергии [1]. В электрических цепях общего пользования присутствуют множество нелинейных потребителей, результирующее обратное действие на сеть которых может как суммироваться, так и ослабляться [2-5]. Таким образом, вентильный преобразователь, потребляя активную мощность, передает в сеть по высшим гармоникам мощность, искажающую форму напряжения и тока в сети, что обуславливает ухудшение работы других потребителей.

В качестве основного показателя качества энергии на входе вентильного преобразователя используют коэффициент мощности [117]. Под коэффициентом мощности X на входе полупроводникового преобразователя понимается отношение активной мощности Р{ к полной мощности на входе [6]:

(1Л)

Выражение (1.1) действительно при условии, что система питающих напряжений симметрична и синусоидальна, а приемник потребляет симметричный и синусоидальный ток, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между кривыми напряжения и тока. Так как полупроводниковые преобразователи потребляют из сети несинусоидальный ток, то коэффициент мощности можно записать

fr —= ф CGSCPl(1)' (1 -2)

где /ц^-действующее значение основной гармоники кривой потребляемого тока;

cos фц!) - коэффициент сдвига между кривыми основной гармоники тока и напряжения;

1\ — действующее значение полного несинусоидального тока;

- коэффициент искажения формы кривой потребляемого тока.

т . ж Т т —sin—/,

к !ш = Ж-= —sin—. (1.3)

/j /j 7i m

Возрастание коэффициента искажения формы кривой с увеличений m пульсаций свидетельствует об улучшении формы кривой тока.

Повышение коэффициента мощности полупроводниковых преобразователей возможно при переходе на многопульсные схемы выпрямления,

обеспечивающие улучшение формы кривой выпрямленного напряжения [7-10].

Методам анализа энергетических показателей и расчету коэффициента мощности на входе вентильных преобразовательных устройств различных типов, всегда уделялось особое внимание. Основные подходы рассмотрены в [11, 12]. Методы расчета основных показателей и характеристик качества электроэнергии на входных и выходных зажимах вентильных преобразователей показаны в [13].

Кривая выпрямленного напряжения на выходе полупроводниковых выпрямителей представляет собой периодическую функцию и состоит из двух составляющих: постоянной Udравной его среднему значению, и переменной Ud~, определяемой суммой высших гармонических составляющих [14-15].

п=00

ud = Ud + Z Unm sin^OV + Sn\ (1.4)

я=1

где C0j = соm — угловая частота первой гармоники;

m - кратность пульсаций в кривой выпрямленного напряжения;

п - порядок высшей гармоники;

11пт — амплитудное значение п-ой гармоники напряжения; и,а - среднее значение выпрямленного напряжения; Зп — начальная фаза высшей гармоники п- го порядка.

Действующее значение напряжения высших гармоник зависит от числа фаз преобразователя и схемы соединения вентилей.

Степень искажения напряжения оценивается коэффициентом гармоник по напряжению [16]

где II]т- амплитуда первой гармоники напряжения;

ипт - амплитуда высших (п- го порядка) гармоник. Значение коэффициента кги регламентируется ГОСТ 13109 - 87[17]. Форма тока, потребляемого из сети, зависит от схемы выпрямления, т.е. от числа тактов

где /п - частота пульсаций выпрямленного напряжения, /с - частота напряжения сети переменного тока.

Гармонический состав токов питающей трехфазной сети для многопульсных выпрямителей определяется в соответствии с двумя принципами [18, 121]:

1. Д ля т - пульсного выпрямителя на входе присутствуют гармоники с порядковыми номерами

где / - ряд целых чисел (1,2,3...);

т - число пульсаций выпрямления.

Если не учитывать угол коммутации у и считать, что ток питающей сети

(1.5)

/с'

(1.6)

V = т ■/ ± 1,

(1.7)

имеет прямоугольно - ступенчатую форму (L^có), то относительное содержание гармоник в сети можно определить

Т=1' о-8)

7j п

где 1\ и 1п - действующие значения токов основной и п-ой гармоник.

2. Уровень п~ ой гармоники обратно пропорционален ее порядковому номеру. Коэффициент пульсации определяется по

К(1.9)

т -1

С ростом фазности коэффициент пульсации стремится к нулю. Гармонический состав потребляемого тока [19 — 22] из сети зависит от пульсности схемы, т.е от числа фаз выпрямления т . При разложении в ряд Фурье кривых потребляемого тока для различных схем выпрямления получим амплитуды гармонических составляющих:

■j п/т

4ах(1)=-Т- í ^)C0S(H5)</A (1.10)

w п/т J.

-л/т

Коэффициент искажения тока определяется по

(1.11)

где /(}) - действующее значение первой гармоники тока; / - действующее значение тока.

Коэффициент гармоник тока определяется следующим образом [23]:

Kt-^f* (1Л2>

где /вг - действующее значение высших гармоник тока (отличных от первой). Решая совместно уравнения (1.11) и (1.12) получим

Выразим коэффициент несинусоидальности или коэффициент гармоник по току кп

к = гт

1

1.

(1.14)

Простейшим способом снижения уровня высших гармоник является последовательное включение линейных дросселей [24]. Дроссель имеет малое значение индуктивного сопротивления на основной частоте 50 Гц и значительную величину сопротивления для высших гармоник, что приводит к их ослаблению.

Линейные дроссели позволяют уменьшить коэффициент гармоник в несколько раз в зависимости от соотношения мощности трансформатора, мощности нагрузки и параметров дросселя.

Снижение гармонических составляющих токов и напряжений, возможно, обеспечить с помощью /,С-фильтров, настроенных на основной ряд гармоник, присутствующих в токах выпрямителя. £С-фильтр содержит продольные индуктивности и поперечные цепи, состоящие из последовательно включенных индуктивности и емкости, которые образуют последовательный контур, настроенный на определенную гармонику (рисунок 1.1).

Сеть ~ЗФ 380 В

ИБП

Рисунок 1.1- Трехфазный £С-фильтр

Пульсация напряжения на нагрузке задается условиями работы потребителя, а пульсация напряжения на входе выпрямителя определяется в зависимости от схемы выпрямления и определения ее параметров. Значение пульсации напряжения на выходе определяется коэффициентом пульсации.

Недостатки ZC-фильтров:

1) сравнительно большие размеры и вес;

2) дроссель фильтра является источником помех, создаваемых магнитным полем рассеяния;

3) фильтр не устраняет медленных изменений питающих напряжений.

Качество сглаживания характеризуется величиной максимально допустимой

амплитуды переменной составляющей напряжения. Основным требованием к фильтру является заданная величина коэффициента фильтрации, либо его для гармоники наиболее нужной частоты, либо для отдельных гармоник, содержащихся в выпрямленном напряжении.

Одним из способов ограничения негативного влияния вентильного преобразователя в сеть является увеличения числа эквивалентных фаз преобразователя [25-29]. Этого можно достичь при: обеспечении эквивалентного многофазного режима группы преобразователей, каждый из которых имеет схему с меньшим числом фаз; использовании преобразователей со специальным выполнением обмоток, позволяющих выполнить нужный многофазный режим преобразования. В качестве такого источника целесообразно использовать преобразователи числа фаз трехфазной системы напряжений в многофазную систему с помощью фазопреобразующих трансформаторов . С увеличением числа фаз на выходе ТПЧФ и повышением пульсности схемы возрастает качество выпрямленного напряжения и улучшается форма токов питающей трехфазной сети.

Среднее значение выпрямленного напряжения для т-пульсового выпрямителя

п

1

ud=-—\um COS0J9, (1.15)

271 / т _к

т

где Um- максимальное значение выпрямленного напряжения.

Важнейшим из аспектов проблемы электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей является генерирование

преобразователями высших гармоник тока и напряжения [30-33]. Основу схем преобразователей составляют полупроводниковые приборы, работа которых основана на переключении (коммутации) групп вентилей. Процесс коммутации вызывает потребление из сети несинусоидального тока, тем самым происходит искажение формы кривой напряжения сети. Поэтому во многих литературных источниках большое внимание было уделено вопросам улучшения схемных решений выпрямительных устройств.

Снижение гармонических искажений возможно так же при помощи проектно-конструкционных решений (выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, снижение полного сопротивления распределительной сети) и при использовании специальных устройств (магнитные синтезаторы, активные фильтры гармоник) [33, 34].

1.2 Принципы работы ТПФЧ и области его применения

Преобразовательная техника приобрела особую значимость в связи с внедрением потребителей электрической энергии постоянного тока и потребителей электрической энергии многофазного переменного тока, работа которых может сопровождаться возникновением значительной несимметрии и несинусоидальности питающих токов, ухудшающих качество электрической энергии [36, 37]. К потребителям многофазного переменного тока относятся различные электротехнологические установки, такие как установки индукционного типа и специальные многофазные электрические машины [38, 39].

Одним из средств достижения электромагнитной совместимости между потребителями многофазного переменного тока и источниками питания являются фазопреобразующие устройства выполненные на трансформаторах [40, 41].

Один из первых ТПЧФ был создан в 1894 г. Чарльзом Фелтоном Скоттом. Данный трансформаторный преобразователь из двух фаз в три, в последние годы используемый как преобразователь из трех фаз в две, позволяет с

видоизменениями вторичной системы преобразователя получать многофазные системы напряжения практически с любым числом фаз. На рисунке 1.2 представлена схема и векторные диаграммы трехфазно - двухфазного трансформатора Скотта.

Система уравнений магнитодвижущих сил трансформатора для схемы Скотта [42, 119]:

1СЧ?С - /2И>2 » О

Ф

•1

щ \ I2

ф

\яг

1 \ Щ «

)<е 1

-1

¡с

и ВС /йс ф

/ О уем

/Ув^

1 во 0 \

(1.16)

Пав

Рисунок 1.2 - Схема Скотта: а) схема скотта; б) векторные диаграммы первичной и вторичной цепей

Схема Скотта позволяет выполнить преобразование двухфазной системы напряжений в трехфазную. Устройство обеспечивает согласованную работу трехфазной и двухфазной электрических систем. Это выполняется при

определенных соотношениях между числами витков обмоток трансформаторов Ti и Т2. Для схемы Скотта справедливы следующие соотношения :

wc

wa =wb =~r- = w; A л/3 (1.17)

wx = w2 = w.

Простота схемного решения и невысокая установленная мощность обмоток трехфазно-двухфазного преобразователя числа фаз по схеме Скотта объясняет широкую известность применения фазопреобразующих устройств, разработанных впоследствии.

Эффективным средством для снижения искажающего воздействия регулирующих установок на питающую сеть является использование фазопреобразующего трансформатора как промежуточного звена в системе стабилизации и умножения частоты. Применение промежуточного преобразователя числа фаз является эффективным средством улучшения спектрального состава потребляемых из сети токов и выходных регулируемых напряжений. Системы с промежуточным преобразованием числа фаз могут быть использованы для регулирования и стабилизации трехфазного напряжения нагрузки с улучшенным спектральным качеством умножения частоты, выпрямления с двухкратным преобразованием частоты. Выбирая кратность промежуточного преобразования числа фаз, можно направлено влиять на гармонический состав регулируемого напряжения или кратность умножения частоты, в зависимости от конкретных требований либо к качеству выходного регулируемого параметра, либо к кратности умножения частоты. На рисунке 1.3 изображены обобщенные принципиальные схемы регулятора (рисунок 1.3 а) и умножителя (рисунок 1.3 б). Основные достоинства и недостатки фазопреобразующих трансформаторов как промежуточного преобразователя числа фаз и умножения частоты рассмотрены в [43].

Использование нескольких трансформаторов с различными группами соединения первичных и вторичных обмоток позволило получить схемы, содержащие необходимое число вторичных фаз [44 - 49, 118, 120]. Например,

двенадцатифазную систему можно получить с помощью двух трехобмоточных трансформаторов, у одного из которых первичная обмотка соединена звездой, а вторичная треугольником. Вторичные обмотки таких трансформаторов образуют две шестифазные системы напряжений, взаимносдвинутые на 30°. Таким образом, были получены различные схемы фазопреобразующих трансформаторов, содержащие необходимое число фаз на выходе. Однако такое использование трансформаторов обладает общим недостатком, связанным с необходимостью использования нескольких отдельных трансформаторов, что в свою очередь приводит к увеличению массогабаритных показателей.

п А Л В п с

I / л и J

У$У 2\" У

1А

т&

V»'

2В

\У

и'

м

м

\\; <

т(Л

ММЬ

сгн

О)

б)

Рисунок 1.3- Принципиальная схема: а) регулятора, б) умножителя

Преобразование числа фаз в симметричных системах можно осуществлять с помощью трансформаторных устройств, используя взаимоиндуктивную связь между обмотками, находящимися на одном стержне, что способствует уменьшению массы активных частей, габаритных показателей и трудоемкости изготовления ТПЧФ.

В рассматриваемых устройствах может осуществляться преобразование двух видов: преобразование «-фазной системы токов (магнитных потоков) в т-фазную систему напряжений; преобразование «-фазной системы напряжений в т-фазную систему магнитных потоков и ЭДС; преобразование «-фазной системы в т\ -фазную, а затем в т-фазную систему [50, 51].

Матрицей преобразования «-фазной системы в т-фазную является матрица с т строками и « столбцами, матрицей преобразования т-фазной системы в «-фазную является матрица }¥„, содержащая п строк и т столбцов (к=\^т, /=Кя) [9].

w„

щ,

W,

In

W,

кп

••• wml ••• vvmn

W

w_

= w •

Щ

11

w.

\k

w,

Im

w ... w„ ... w,

II Ik Im

Kwnl

w

nk

W,

nm

= Wm, (1.18)

где Wn, wu, wml, wik ~ элементы матриц Wn и Wm.

01

Lrrr^i LTYY^ 1_ГУГЛ [ w, j w, |

'"гул Ггу>1 "' '

и в

Рисунок 1.4 — Трансформаторные преобразователи числа фаз:

в)ШЧФи, б)ТПЧФт.

В настоящее время применение фазопреобразующих устройств на базе

трансформаторов связано с внедрением многопульсных выпрямителей [52].

Фазопреобразующие трансформаторы, наряду с согласованием напряжений и частот между сетью и нагрузкой, осуществляют приближение формы кривой потребляемого тока к синусоидальной, уменьшают пульсации выходного выпрямленного напряжения, позволяют более эффективно производить преобразование параметров электроэнергии. Однако с увеличением числа фаз, уменьшается длительность протекания токов через т-фазную схему выпрямления, следовательно, и через вторичные цепи ТПЧФ, тем самым понижается коэффициент использования вентилей и объясняется малое использование суммарной мощности вторичных обмоток. Актуальным решением использования трансформатора является применение таких схем выпрямления, чтобы по вторичным обмоткам протекали токи с оптимальной для них длительностью 2л/3, как у трехфазных трансформаторов, а по числу пульсности выпрямления эти схемы были аналогичны многофазным [53,54].

Для получения большого количества пульсаций необходимо использовать несколько трехфазных мостовых схем, соединенных по выходу либо последовательно, либо параллельно. Наиболее предпочтительным является применение последовательного соединения мостов, так как для схем с параллельным соединением необходимо наличия уравнительного реактора [55].

На рисунке 1.5 приведена схема последовательного включения двух трехфазных мостовых выпрямителей. При работе схемы выпрямленные напряжения £// и С/// отдельных мостов и токи первичных обмоток трансформаторов складываются. Трансформаторы каждого выпрямительного моста имеют различные группы соединения, образуя тем самым сдвиг линейных напряжений вторичных обмоток на 30°.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ялалова, Зульфия Илгизовна, 2014 год

Список литературы

1. Губайдуллииа 3. И., Рахманова Ю. В. .Повышение качества электроэнергии. IV Слет молодых энергетиков Республики Башкортостан: Сборник докладов молодежной научно - технической конференции. Уфа: Издательство «Скиф», 2010. 586 с.

2. ГОСТ Р 50397 - 92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. Изд-во стандартов, 1996.

3. Электромагнитная совместимость электроприёмников промышленных предприятий / Шидловский А. К., Борисов Б. П., Вагин Г. Я., Куренный Э. Г., Крахмалин И. Г.// Под ред. акад. АН Украины А. К., Шидловского. К.: Наукова думка, 1992. 236 с.

4. Глинтерник С.Р. Электромагнитная совместимость мощных вентильных преобразователи и электрических сетей / С .Р. Глинтерник // Электричество. 1991. № 5. С. 1-4.

5. Вершинин В. И., Загривный Э. А., Козярук А. Е. Электромагнитная и электромеханическая совместимость в электротехнических системах с полупроводниковыми преобразователями: конспект лекций. Спб, 2000. 67 с.

6. Зиновьев Г .С. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники: учебное пособие/ Г. С. Зиновьев - Новосибирск: НГТУ, 1998. 91 с.

7. Маевский О. А. Энергетические показатели вентильных - Москва: Энергия. 1978. 320 с.

8. Ворфоломеев Г. Н. Методы и средства преобразования числа фаз для улучшения электромагнитной совместимости в электрических системах: Дис.докт.техн.наук. - Новосибирск: НГТУ. 1998. 247 с.

9. Преображенский В. И. Полупроводниковые выпрямители .-2-е издание перераб и доп. - М: Энергоатомиздат,1986. 136 с.

10. Коноплев К. Г. Повышение качества электрической энергии в автономных электрических системах при импульсном регулировании. - М.:, 2006. - 208 с.

11. Бернштейн И. Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока: Библиотека по автоматике, выпуск 306 / И. Я. Бернштейн - М.: Книга по Требованию, 2013. - 91 с.12.

12. Зиновьев Г. С. Определение полной мощности и ее составляющих в многофазной цепи методом интегральных квадратичных оценок: Тиристорные преобразователи частоты: сборник - Новосибирск: Новосибирский электротехнический институт, 1981. с. 3-28.

13. Инков Ю. М., Мамошин Р. Р. Проблема электромагнитной совместимости статических преобразователей электрической энергии в системах электроснабжения. Москва: Информэлектро, 1982. 72 с.

14. Гельман М. В., Дудкин М. М., Преображенский К. А. Преобразовательная техника . - ЮрГУ, 2009. 423 с.

15. Анисимов Я. Ф., Васильев Е. П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. - Л.: Судостроение, 1990.

16. Зиновьев Г. С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей. - Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1990. 220 с.

17. ГОСТ 13109 - 97. Межгосударственный стандарт: Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная / Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Изд-во стандартов, 1998.

18. Чиженко И. М., Руденко В. С., Сенько В. И. Основы преобразовательной техники: учебное пособие. Москва, «Высшая школа», 2002. 430 с.

19. Либкинд М. С. Высшие гармоники, генерируемые трансформаторами. Москва: АН СССР, 1962. 112 с.

20. Лалетин В. И. Проектирование тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного тока. ВятГУ. 2006. 131 с.

21. Климов В. П., Москалев А. Д. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания // Практическая силовая электроника.2002 №5.

22. Тревас М. Д. Высшие гармонические выпрямленного напряжения и их снижение на тяговых подстанциях постоянного тока. - М.: Транспорт, 1964. 145 с.

23. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий.-2-е изд. Перераб и доп М:Энергоатом издат, 1984. 160 с

24. Мустафа Г. М., Кутейникова А. Ю., Розанов Ю. К., Иванов И. В. Применение гибридных фильтров для улучшения качества электроэнергии // Электричество, 1995. № 10. с. 33-39.

25. Зборовский И. А. Влияние электромагнитной связи между обмотками на гармонический состав токов двенадцатифазного преобразователя с параллельным мостов //Электричество. 1981. №5. с. 34-41.

26. Бамдас А. М., Белоусов В. М. Применение фазопреобразователей в электроизмерительной технике, автоматике и телемеханике. - Изв. вузов. Электромеханика, 1960. № 5. с.108-122.

27. Бухштабер Е. Я. Вентильные преобразователи числа фаз / Е.Я. Бухштабер. М.: Энергия, 1980. 184 с.

28. Бамдас А. М., Блинов И. В., Захаров Н. В., Шапиро C.B. Ферромагнитные умножители частоты.-М.: Энергия, 1968. 168 с.

29. Ворфоломеев Г. Н. Методы и средства преобразования числа фаз для улучшения электромагнитной совместимости в электрических системах: Авто- реф. дис. д-ра техн. наук.-Новосибирск: НГТУ, 1998. 42 с.

30. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей с сетью при питании нагрузки с нелинейной вольт-амперной характеристикой / Рогинская Л Э., Гуляев E.H. // Вестник Чувашского - университета. 2010: N 3, Чебоксары: Изд во ЧТУ. С. 244 - 251.

31. Дьяконов А. Ф., Максимов Б. К., Борисов Р. К.ДСужекин И. П., Жуков А. В. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике./Под редакцией А.Ф.Дьяконова.-М.:энергоатомиздат, 2003. 768 с.

32. Вагин Г. Я., Лоскутов А. Б., Севостьянов А. А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. - М.: Академия, 2010. - 224 с.

33. Вагин Г. Я., Лоскутов А. Б., Севостьянов А. А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского гос. техн. ун-та, 2004. 216 с.

34. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии.- М.:Энергоатомиздат,1985. 224 с.

35. Геворкян М. В.Современные компоненты компенсации реактивной мощности для низковольтных сетей. М.:Издательский дом «Додэка-ХХ1»,2003.

36. Ривкин Г. А. Преобразовательные устройства. М:Энергия,1970.

37. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: учебное пособие ж.д.транпс - Москва Транспорт, 1999. 464с.

38. Поссе А. В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока.Л. :Энергия, 1973. 302с.

39. Петров Г. Н. Электрические машины. В 3-х частях. 4.1. Введение. Трансформаторы. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1974. 240 с.

40. Варфоломеев Г. Н. Преобразование числа фаз в электроэнергетике — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1996. 96 с.

41. Атабеков Г. И. Устройство для преобразования многофазной системы в однофазную (или наоборот), Авторское свидетельство № 67421, 1940.

42. Ворфоломеев Г. Н. Схема Скотта: История и перспективы совершенствования (к столетию создания) // Электричество. 1994. №10. с.74 — 77.

43. Ахмеров Р. А., Попова Т. И., Рогинская Л. Э. «Системы стабилизации напряжения и умножения частоты с промежуточным преобразованием числа фаз» Техническая Электродинамика. 1998. №2 .с.30-34.

44. Устройство для преобразования трехфазного напряжения в девятифазное. Ахмеров Р. А., Белозеров А. Д., Гайнцев Ю. А. / Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе. Пат. СССР № 1029354, кл. Н02М 5/14, 1983.

45. Трехфазный преобразователь числа фаз / Ахмеров Р. А., Куликов С. Г. и др. Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе A.C. SU №1072210 А, 1982.

46. Трехфазный преобразователь числа фаз / Ахмеров Р. А., Куликов С. Г. и др. Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе А.С.Пат. СССР № 555523. КЛ.Н02М5/14, 1973.

47. A.c. № 555523. Трехфазный преобразователь числа фаз / С.В.Шапиро, Ю.А.Лосъ. Опубл. вБ.И.1977. №15.

48. Пат. 91486 Российская Федерация, МПК H 02 М7/08. Многофазный преобразователь / Л.Э. Рогинская, E.H. Гуляев, Ю.В. Рахманова; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" - № 2009136848/22; заявл. 05.10.09; опубл. 10.02.10, Бюл. №4. 9 с. : ил.

49. Ворфоломеев Г. Н., Мятеж С. В. Щуров Н. И. Преобразование трехфазной системы токов в девятифазную систему на основе двух однофазных трансформаторов // Промышленная энергетика. 2001. № 5. с.45-47.

50. Костюкова Т. П., Рогинская Л. Э., Уразбахтина Н. Г., Шапиро С. В. Определение параметров фазапреобразующих трансформаторов.-Электротехни-ческие комплексы и системы: межвузовский научный сборник; Уфимск.гос.авиац.техн.ун-т. - Уфа: УГАТУ, 2011. 267 с.

51. Шапиро С. В. Резольвента Лагранжа и ее применение в электромеханике. - М., Энергоатомиздат, 2008. 155с.

52. Анализ схемных решений многопульсовых выпрямителей с трансформаторными преобразователями числа фаз / Ворфоломеев Г.Н., Мятеж C.B., Щуров Н.И., Циулина И.А. // Потенциал железнодорожного образования и

науки на рубеже XXI века - «ТранСибВуз-2000»: Сб. трудов конференции. -Омск: ОмГУПС, 2000. с. 197-200.

53. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: Учебник. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. 4.1. 199 с.

54. Барковский Б. С. Обобщение теории мостовых схем выпрямления и выбор оптимальной / Б.С. Барковский, Е.Ю. Салита // Повышение качества электрической энергии на тяговых подстанциях: Межвуз. сб. науч тр.: ОмИИТ, 1983. с.15-21.

55. Беркович Е. И., Боровой А. И. и др. Полупроводниковые выпрямители: под редакцией Ковалева ф.И. и Мостковой Г.П. Москва. «Энергия», 1967.480 с.

56. Вентильные преобразователи переменной структуры / Тонкаль В. Е., Руденко В. С., Жуйков В. Я. и др. К.: Наук, думка, 1989. 336 с.

57. Исаев И. П. и др. Вероятностные методы расчета полупроводниковых преобразователей/ Исаев И. П., Инъяков Ю. М., МаричевМ. А-М:Энергоиздат, 1983. 96 с.

58. Янко-Триницкий А. А., Серый И. М., Вейнгер А. М., Лопато Б. А., Громов В. В. Методы расчета электромагнитных процессов в мощных тиристорных преобразователях. Учебное пособие: Свердловск, изд.УПИ им.С.М.Кирова, 1978. С.76.

59. Самарский А. А.,Гулин А. В.Численные методы.М:Наука, 1988,440с.

60. Разевиг В. Д. Схемотехничсекое моделирование с помощью Micro-Сар-Москва:горячая линия-Телеком, 2003. 368 с.

61. Златин И. Новые возможности программы схемотехнического моделирования MicroCap // Компоненты и технологии. 2007. № 10.

62. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (PSpice)M СК Пресс, 1996.

63. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие.- СПб.: КОРОНА принт. 2001. 320 с.

64. Лазарев Ю. Ф. Начала программирования в среде MatLAB: Учебное пособие. - К.:НТУУ "КПИ", 2003. 424 с.

65. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink - Москва : ДМК Пресс; СПб:Питре.2008. 288с.

66. Бамдас A.M., Кулинич В. А., Шапиро C.B. Статические электромагнитные преобразователи частоты и числа фаз. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.208 с.

67. Многофазный преобразователь на базе фазопреобразующего трансформатора [Текст]: пат. 126232 Рос. Федерация: МПК Н02М7/10/ авторы Л. Э.Рогинская, 3. И.Ялалова; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»; зарегистрировано 20.03.2013.

68. Ялалова 3. И., Рогинская Л. Э. Синтез фазопреобразующих трансформаторов для преобразования числа фаз. - Актуальные проблемы в науке и технике. Том 2. Машиностроение, электроника, приборостроение. Сборник трудов 7 Всероссийской зимней школы - семинара аспирантов и молодых ученых, 14-16 февраля, 2012 г./ Уфимск. гос. авиац. тех. ун-т.-Уфа: УГАТУ, 2012. с. 38-41.

69. Рогинская Л. Э., Шапиро С. В., Уразбахтина Н. Г. Анализ закономерностей взаимного преобразования многофазных систем. - Изв. ВУЗов, Электромеханика. 1975. №3. с. 961 - 969.

70. Каминский Е. А. Звезда, треугольник, зигзаг: М.»Энергия»,1968.

104 с.

71. Ялалова З.И. Синтез фазопреобразующих трансформаторов для преобразования числа фаз/Л.Э.Рогинская, З.И.Ялалова//Актуальные проблемы в

науке и технике. Сборник трудов седьмой Всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. Уфа, 2012.Т.2. с. 38-41.

72. Ялалова 3. И. Фильтрация высших гармоник с помощью трансформаторного преобразования числа фаз/JI. Э.Рогинская, 3. И. Ялалова//Технические науки - основа современной инновационной системы, I Международная научно-практическая конференция.- Йошкар-Ола, 2012.1ч. С.70- 73.

73. Ялалова 3. И. Расчет потребляемых токов и напряжений в зависимости от числа фаз фазопреобразующего трансформатора/Ю.В.Рахманова, З.И.Ялалова //Электротехнические комплексы и системы: межвузовский научный сборник. Уфа, 2012. с.218-223.

74. Ялалова 3. И. Улучшение электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой на базе трансформаторных преобразователей числа фаз/ Л.Э.Рогинская, З.И.Ялалова, А.Н.Горбунов// Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов.-Уфа, 2014. С. 191-195.

75. Чиженко И. М., Руденко В. С. Сенько В. И. Основы преобразовательной техники. Учебное пособие для специальности «Промышленная электроника» М:высш.школа,1974. 430 с

76. Ялалова 3. И. Улучшение электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с сетью и нагрузкой / Л. Э. Рогинская, Ю. В.Рахманова, 3. И. Ялалова//ЭЛЕКТРО.- Москва, 2013. №2. с. 16-20.

77. Булгаков Н. И. Группы соединения трансформаторов. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергия, 1977. 81 с.

78. Методы анализа электромагнитных процессов электрической сети при наличии высших гармоник / Гуляев Е. Н. // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция. - Уфа: Изд - во УГАТУ, 2007. с. 30-32.

79. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий.-2-е изд. Перераб и доп М:Энергоатом издат,1984,160с.

80. Двенадцатииульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций / В. С. Барковский, Г. С.Магай, В. П. Маценко, М. Г. Шалимов / Под ред. М. Г. Шалимова. - М.: Транспорт, 1990.127 с.

81. Лурье М. С. Лурье О. М. Применение программы МАТЬАВ при изучении курса электротехники. Красноярск : СибГТУ, 2006. 208с.

82. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин: учебное пособие для вузов.-3-е изд.перераб и доп.-М:Высш.школа,2001. 327с.

83. Буль Б. К. Основы теории и расчета магнитных цепей. М. 1Ь: Энергия, 1964. 464 с.

84. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М-Л:Энергия, 1 964. 704с.

85. Глинтерник С. Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей / С. Р. Глинтерник. Л.: Наука, 1968. 308 с.

86. Егоренков Д. Л., Фрадков А. Л., Харламов В. Ю.Основы математического моделирования. Построение и анализ моделей с примерами на языке МАТЬАВ.

87. Самарский А. А. Михайлов А. П. Математическое моделирование: Идеи.Методы.примеры.-М: Наука.Физматлит, 1997. 320с.

88. Бернас С., Цек 3. Математические модели элементов электроэнергетических систем: Пер.с польс-М:Энергоатомиздат, 1982. 312с

89. Фильц Р. В. Математические основы теории электромеханических преобразователей. - Киев: Наукова думка, 1979. 203 с.

90. Кралин А. А. Моделирование регулируемых преобразовательных агрегатов электролизных установок:Автореф.дис. канд.техн.наук/ НГТУ.-Н.Новгород, 2002. 18с.

91. Гулянтьев А. К. Визуальное моделирование в среде МАТЬАВ.-СПб.: ПИТЕР, 2000. 340 с.

92. Потемкин В. Г. Система инженерных и научных расчетов MatLAB 5х: - В 2-х т. Том 1. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. 366 с.

93. Потемкин В. Г. Система инженерных и научных расчетов MatLAB 5.x: - В 2-х т. Том 2. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. 304 с.

94. Борисов П. А.Томасов B.C. Расчет и моделирование выпрямителей. Учебное пособие по курсу «Элементы автоматики» (часть 1) СПб:СПб ГУ ИТМО,2009, 169 с.

95. Ялалова 3. И. Компьютерное моделирование многофазных преобразователей числа фаз/ Л. Э.Рогинская, А. Н.Горбунов, 3. И.Ялалова // Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов.-Уфа, 2014. с.195-198.

96. Добрусин Л. А. Компьтерное моделирование влияния преобразователей на сеть .-М: НТФ «Энергопрогресс»,2005. 120с.

97. Фишлер Я. Л. и др. Преобразовательные трансформаторы. - М.: Энергия. 1974. 224 с.

98. Лейтес Л. В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов - М:Энергия, 1981. 392 с.

99. Фишлер Я. Л. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок [Текст]/ Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М.//М.:Энергоатомиздат, 1989. 320 с.ил.

100. Мятеж С. В. Трансформаторные преобразователи числа фаз с улучшенными энергетическими показателями: Дисс.на соиск. учен.ст. канд. техн. наук. - Новосибирск, НГТУ,2003. 247 с.

101. Лохов С. П. Энергетические составляющие мощности вентильных преобразователей.Многофазные цепи.-Учебное пособие.-Челябинск, 1999.4.2. 123с.

102. Абрамов А. Н., Денисов В. Я. Вентильные преобразователи с улучшенным коэффициентом мощности.Ч1 Вентильные преобразователи с естественной коммутацией.-М.:Информэлектро,1978. 49с.

103. Абрамов А. H., Денисов В. Я. Вентильные преобразователи с улучшенным коэффициентом мощности.Ч2 Компенсационные способы улучшения коэффициента мощности вентильных преобразователей.-М.:Информэлектро,1980. 73с.

104. Вольдек А. И. Электрические машины. Изд. 2-е. перераб. и доп.-Л.: Энергия, 1974. 839 с.

105. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Мл Высш. шк., 1973. 185 е.: ил.

106. Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов.-М.: Энерго- атомиздат, 1986. 360 с.

107. Нейман Л. Р., Демирчан К. С. Теоретические основы электротехники-М.: Энергия, 1967. Т.1. 523 с.

108. Файнштейн Э. Г. К вопросу о полной мощности многофазной электрической цепи// Известия вузов. Энергетика, 1963. №7. С. 30-37.

109. ГОСТ 1516.1 -76 Электрооборудование переменного тока на напряжения от 3 до 500 кВ. Требования в электрической прочности изоляции

110. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп.-М.: Энергия, 1986. 544 с.

111. Хныков A.B. Теория и расчет трансформаторов источников вторичного электропитания.- М.:СОЛОН-Пресс,2004- 128с.

112. Герасимова Л. С., Дейнега И. А. Технология и оборудование производства трансформаторов. Учебник для техникумов. М: «Энергия», 1972. 264с.

113. Гончарук А. И. Расчет и конструирование трансформаторов: Учебное пособие.-М:Энергоатомизадт,1990. 256 с.

114. Лейтес Л. В. Пиицов А. М. Схема замещения многообмоточных трансформаторов.М:Энергия.1974.

115. ГОСТ 25953-83 Преобразователи электроэнергии полупроводниковые мощностью 5кВА и выше.

116. Исхаков А. С.,Музыка М. М. Черевко А. И. Проектирование полупроводниковых преобразователей Учебное пособие: Северодвинск: Севмашвтуз, 2007. с. 69.

117. Васютинский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов.-Л: Энергия, 1970. 432 с.

118. Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. М, Л.: Госэнергоиздат, 1959. 360с.

119. Bettega Е., Fiorina J.N. Active Harmonic Conditioners and Unity Power Factor Rectifiers // Cahier Technique Schneider Electric, ЕСТ 183, 1999. 28 p.

120. 12-Fluctuation rectifying with transformation of number of phases on the basic of three single - phase transformers / G.N. Vorfolomeev, S.V. Myatezh, N.I. Schurov, I.A. Tsiulina // Proc: The 1-st Russian Korean International Symposium on Applied Mechanics (RUSKO-AM-2001). Novosibirsk, Russia. 2001. P. 180-183.

121. The Electro-magnetic thyristor converter of the numbers of phases and of frequency for a supply of the powerful single-phase electro-consumers / Vorfolomeev G.N., Myatezh S. V, Chemodanova O.V., Chemodanov S.S., Schurov N.I. 11 Proc.: The 4th Korea-Russia Intern. Symp. on Science and Technology (KORUS1 2000), June 27 ~ July 1, 2000 at the University of Ulsan, Republic of Korea; Organized by University of Ulsan. Session EE: Electronics and Electro- technology, Part 2, 2000. P. 295-299.

122. Arrillaga J,Bradley D.,Bodger P. Power systems harmonics. Chichester:John Wiley and Sons,Ltd,1985 Гармоники в электрических системах:пер с англ/Дж.Аргиллага,Д.Брэдли,П Боджер -М:Энергоатом издат, 1990.320с.

Приложение А Расчет основных параметров трехфазно- девятифазного трансформаторного преобразователя числа фаз Исходные данные:

- номинальная мощность трансформатора £=400кВА;

- номинальное напряжение обмотки ВН £/=6кВ;

- номинальный выпрямленный ток /¿=580А;

- номинальное выпрямленное напряжение £//=660В;

- частота/=50Гц;

Первичная и вторичная обмотка преобразователя соединены в звезду, магнитная система уравновешена. Электромагнитный расчет:

Действующее значение линейного тока вентильной обмотки Обмотка 21

кы = = ^' 580 = 473,57А. (1)

Обмотка 22

'22л = = лрт~ • 580 = 464А. (2)

Обмотка 23

'23л = ^d = • 580 = 464А. (3)

Для мостовой схемы соединения действующее значение фазного напряжения определяется

иИ'7Г и, 660 ^2<b = —^^ = — = ——— = 282В. (4)

ф Зл/6 2,34 2,34 V 7

Так как преобразование трехфазной системы в девятифазную систему напряжений осуществляется при помощи трех последовательно включенных мостов, то действующее значение фазного напряжения находится:

С2ф9=^ = ^р = 94В. (5)

Коэффициент трансформации определяется по

ил

* = П= 36,85. (6)

У2ф 94

где С/хф— действующее значение фазного напряжения первичной обмотки. Действующее значение линейного тока первичной обмотки

^=у-|-3=^'°'816'3=3бД25А (7)

Мощности обмоток рассчитываются по известным значениям выпрямленного напряжения и тока.

Мощность первичной или сетевой обмотки трансформатора

Л = л/3 - С/ •/ = л/з • 6000 • 36,125 = 375,426 кВА (8)

1 1Л 1л

Мощность вторичной обмотки трансформатора

521 =л/3-г72л-/21л =л/3->/3-94-473,57 = 133,57кВА. (9)

522 = л/3 • и22л • /22д = л/3 • л/3 • 94 • 464 = 149,19 кВА. (Ю)

521=л/3-£/2л -/21д =Л/3-Л/3-94-464 = 149,19КВА. (11)

Типовая мощность трансформатора определяется как полусумма мощностей всех его обмоток

£т9=0,5.(^21+*22+523) = = 0,5-(375,426 + 133,57 + 149,2 + 149,2) = 403,69 КВА

Принимаем следующие параметры магнитопровода: сталь марки 3407, толщина стали 0,3, диаметр стержня ¿/=173 мм, активное сечение стержня 8=0,020651 м , межосевое расстояние МО=478мм, высота окна Н =524 мм, индукция в стержне 1,7Тл.

Определяем число витков вторичных обмоток

и7Л 94

^-=---—«12 витков. (13)

4,44-/-В-Б 4,44-50-1,7-206,5 МО"4 ^21=^2=12 витков; ^22^0,74-1^21=0,742-12=9 витков; ^23=0,395-^21=0,395-12=5 витков.

Количество витков первичной обмотки

2464,1-12

и>, =—--=-«¿442 витков (14)

и2ф 94 ^ ;

Уточняем ЭДС одного витка и значение магнитной индукции

_ищ_ 3464,1

442

7,837В. (15)

7,837 (16)

В =-- « 1,7 Гл

4,44-50-206,51-10"4

Выбор конструкции обмоток

Определяем значения испытательных напряжений ииспвн=16 В, ииспнн=3 кВ.

Расстояния от ВН до ярма /02~45 мм, между ВН и НН а!2=22 мм, 512=4 мм, /ц2=25 мм, а22=25 мм, §22=3 мм, НН от ярма /о1=15 мм, ао1=15 мм, 5о1=1мм, /ц1=1 мм.

Междуслойная изоляция выполняется из стеклолакоткани на битумных лаках марки ЛСБ с толщиной 0,15 мм. Расчет геометрии обмоток:

Обмотка НН1

Принимаем плотность 1=2,1 А/мм2 Материал медь

0 Г 473,57 , 2

5. = _ном=->— = 225,5 мм2. (17)

3 2,1 ^ }

Выбираем провод марки ПСД 4.25x9/0,35

Б=37,39 мм , 6 параллельных проводов.

123 4,25x9

4,6x9,35

Количество витков \Уг1=12 витков.Уточняем I

Количество витков в слое

3= = 2,1 А/ мм2. (18)

37,39-6 4 7

12

н>сл = — = 6 витков. (19)

Тип намотки цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода. Высота обмотки (электрическая) по проводу

/гэл = 9,35 • 6 • (6 +1) • 1,01 = 397 мм. (20)

Высота опорного кольца

504-396 ..

¿кольца м =---= 54 ММ. (21)

¿кольцаб=9>35-6 + 54 = 110мм. (22)

Плотность теплового потока

107 , а т2 . = ——./ -кд. (23)

к3 а

Для цилиндрической обмотки £3=0,75. Для класса нагревостойкости Т7 коэффициент равен 131.

= — • 0,9 • ^^ • 2,12 • 1,07 = 685,33 Вт/м2, (24)

1 0,75 0,46 ^ }

что ниже допустимого значения для масляных трансформаторов 9 <(1200-1400) Вт/м2.

Выбираем канал между слоями равным 10 мм. Осевой размер обмотки НН1

Кт =(6 + 1)-9,35-6-1,01+ 54-2 = 504 мм. (25)

Радиальный размер

аН\\\ = ^р(«пр + ^пр) ' "рад + ^канал ' "канал = , .

= 1,03(4,25 + 0,35) - 2 + 1-10 = 19,5 мм.

Внутренний диаметр

¿/в =173 + 2 -10 = 193 мм. (27)

Наружний диаметр

</н =193+ 2-19,5 = 232 мм. (28)

Длина провода

1 = 7г(<Звн + а)-"и> + /отв = 3,14-(193+ 19,5)-12-10_3 +0,3-2 = 8,606 м. (29) Сопротивление обмотки

Я = р- = 0,0242-?^-= 0,00093 Ом. (30)

5 6-37,39 4 '

Так класс нагревостойкости то температура к которой должны быть

л

приведены потери к 115 °С рц5=0,0242 Ом-мм /м.

Обмотка НН2 Расстояние между НН1 иНН2 принимаем равной 10 мм

Л

Принимаем плотность Д=2,1 А/мм ,материал медь

5 = Ьш. = 464 = 220,95мм2. (31)

/2,1 ^ ;

Выбираем провод марки ПСД 5,6x9,5/0,35

8=52,34 мм2, 4 параллельных проводов

„ 5,6x9,5 4

5,95x9,85

Количество витков \У22=9 витков.Уточняем I

Количество витков в слое

464 _ _ , . 2

./ =-= 2,2 А / мм (32)

52,34-4 ^ ;

9

м>сл = — = 4,5 витков (33)

Тип намотки цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода. Высота обмотки геометрическая

125 504

h = — = 252 мм. (34)

2

Высота обмотки (электрическая) по проводу

йэл =9,85-4-(4,5 + 1)-1,01 = 221мм. (35)

Высота опорного кольца

, 252-221

кольцам =-^-= 15 ММ- (36)

^кояьцаб= 9,85-4 + 15 = 55 мм. (37)

Плотность теплового потока

q2 = • 0,95 • • 2,22 • 1,07 = 808,78 Вт/м2, (3 8)

2 0,75 0,595 v ;

что ниже допустимого значения для масляных трансформаторов

q < (1200^-1400) Вт/м2.

Выбираем канал между слоями 10 мм.

Радиальный размер

ашп = ^р(апр + ^пр) ' "рад + ^канал ' "канал =

= 1,03(5,6 + 0,35) • 2 +1 • 10 = 22 мм. Внутренний диаметр

dBli = 232 + 2-10 = 252 мм. (40)

Наружний диаметр

dH = 252 + 2 • 22 = 296 мм. (41)

Длина провода

l2 = 7r{dH + а) • w + /отв = 3,14 • (252 + 22) • 9 • 10~3 + 0,3 • 2 = 8,26 м. (42) Сопротивление обмотки

1 8 1f\

R2 — р— — 0,0242—г-= 0,000956 Ом. (43)

2 S 4-52,34 v }

Обмотка ННЗ

Канал между НН2 и ННЗ принимаем равной 10 мм.

(39)

2

Принимаем плотность J=2,l А/мм ,материал медь

464 2

^ _ ^ном. _ _ 194 (44)

J 2,1 v 7

Выбираем провод марки ПСД 5,6x9,5/0,35

аралле 5,6x9,5

S=32,89 мм2, 4 параллельных проводов

5,95x9,85

Количество витков w23=5 витков.Уточняем J

464

J =-= 2,2 А/мм2. (45)

52,34-4 v )

Количество витков в слое

wC]l = — = 2,5 витков. (46)

Тип намотки цилиндрическая двухслойная из прямоугольного провода. Высота обмотки геометрическая

504

h = ^- = 252 мм. (47)

Высота обмотки (электрическая) по проводу

/гэл =9,85-4-(2,5 + 1)-1,01 = 124 мм. (48)

Высота опорного кольца

252_-124 2

¿кольца б = 9,85 • 4 + 64 = 103 мм. (50)

Выбираем канал между слоями 10 мм. Плотность теплового потока

q2 = • 0,95 • • 2,22 • 1,07 = 808,78 Вт/м2, (51)

2 0,75 0,595 К J

что ниже допустимого значения для масляных трансформаторов q < (1200-1400) Вт/м2. Радиальный размер

¿кольца м =-«-= 64 ММ- (49)

ант = 1,03(5,95 + 0,35) • 2 + МО = 22 мм. Внутренний диаметр

= 296 + 2 10 = 316мм.

Наружний диаметр

=316 + 2 -22 = 361 мм.

н

Длина провода

/ = л-(^вн + а) • и/ + /отв = 3,14 • (316 + 22) • 5 • 10"3 + 0,3 • 2 Сопротивление обмотки

5,6

Л, = 0,0242-2-= 0,00065 Ом.

3 4-52,34

Обмотка ВН

Л

Принимаем плотность /=2,1 А/мм

Материал медь

Т 9?

£ = 1нам =£±££ = 15 82 мм2. / 2,1

Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода

¿>=15,9 мм , ¿?=4,5мм, 25=0,3 мм. Количество витков 1=442 витков.Уточняем 3

</=33122 = 1 84^4/мм2. 18,09

Количество витков в слое

424

=--1 = 86,5 витков.

сл 4,8

Количество слоев

442

"сл= — = 5Д слоев.

Выбираем количество 6 слоев.

Высота обмотки (электрическая) по проводу

/гэл = 4,8 • 1 • (86,5 +1) • 1,01 = 424 мм.

Высота опорного кольца

. 504-424

¿кольцам =-^-= ММ' ( ^

¿кольцаб=4,8.1 + 40 = 45мм. (63)

Рабочее испытательное напряжение между слоями

исл = 2 • м>сл • ив = 2 • 86,5 • 7,84 = 1356,32 В. (64)

Принимаем междуслойную изоляцию из стеклолакоткани ЛСБ в три слоя по 0,15 мм.

Осевой размер обмотки ВН

Нш = (86,5 +1) • 4,8 • 1,01 + 40 • 2 = 504 мм. (65)

Радиальный размер

авн =1,03(4,5 + 0,3)-6 + 4-3-0,15 = 31,5мм. (66)

Внутренний диаметр

с/в =361 + 2 -22 = 405мм. (67)

Наружний диаметр

£/„=405+ 2-31,5 = 468 мм. (68)

Длина провода

/ = я(<1т + а)-м> + /отв = 3,14 • (405 + 31,5) • 442 • 10"3 + 0,3 • 2 = 694 м. (69) Сопротивление обмотки

I 694

Я = р- = 0,0242-= 1,056 Ом. (70)

5 15,82 ^ ;

Приложение Б Справочные данные для расчета и проектирования ТПЧФ

Таблица 1 - Ориентировочное значение диаметра стержня для трансформаторов

Масляное охлаждение Воздушное охлаждение

Типовая мощность трансформатора, кВА Диаметр стержня, мм Типовая мощность трансформатора, кВА Диаметр стержня, мм

1000-6300 240 - 340 10-100 80-140

6300 - 16000 340 - 450 100-500 140 - 220

16000-40000 450 - 630 500-1000 220 - 260

40000 - 80000 630-750 1000-25000 260 - 300

80000 - 200000 750 - 890 25000 - 63000 300 - 420

Таблица 2 - Рекомендуемая индукция в стержнях трансформаторов В, Тл

Марка стали Мощность трансформатора 8, кВ*А

До 16 25-100 160 и более

3411,3412, 3413 Масляные трансформаторы

1,45-1,50 1,50-1,55 1,55-1,60

3404, 3405, 3406, 3407, 3408 1,50-1,55 1,55-1,60 1,55-1,65

Сухие трансформаторы

3411,3412, 3413 1,35-1,40 1,40-1,45 1,45-1,55

3404, 3405, 3406, 3407, 3408 1,40-1,45 1,50-1,55 1,50-1,60

Примечания: 1. В магнитных системах трансформаторов мощностью от 100 ООО кВА и более допускается индукция до 1,7 Тл. 2. При горячекатаной стали в магнитных системах масляных трансформаторов индукция до 1,4—1,45, сухих -до 1,2-1,3 Тл.

Таблица 3 - Параметры кривой намагничивания магнитопровода

1,А Н, Гн Ф, Вб В,Тл

0,0020 0,375 0,0021 0,1

0,0027 0,5 0,0041 0,2

0,0040 0,75 0,0062 0,3

0,0047 0,875 0,0083 0,4

0,0053 1 0,0103 0,5

0,0060 1,125 0,0124 0,6

0,0066 1,25 0,0145 0,7

0,0073 1,375 0,0165 0,8

0,0080 1,5 0,0186 0,9

0,0086 1,625 0,0207 1

0,0093 1,75 0,0227 1,1

0,0100 1,875 0,0248 1,2

0,0106 2 0,0268 1,3

0,0120 2,25 0,0289 1,4

0,0133 2,5 0,0310 1,5

0,0140 2,625 0,0320 1,55

0,0146 2,75 0,0330 1,6

0,0160 3 0,0337 1,63

0,0193 3,625 0,0351 1,7

0,0226 4,25 0,0357 1,73

0,0266 5 0,0368 1,78

0,0299 5,625 0,0372 1,8

0,0319 6 0,0376 1,82

0,0372 7 0,0378 1,83

0,0425 8 0,0382 1,85

0,0479 9 0,0386 1,867

0,0532 10 0,0389 1,884

0,0585 11 0,0392 1,9

0,0638 12 0,0396 1,917

0,0691 13 0,0399 1,934

0,0744 14 0,0403 1,95

0,0798 15 0,0406 1,967