RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 203542 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 344295 (51) Int.Cl. H02M 7/04 (2007.01) H02M 7/06 (2007.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 01.12.2000 (54) Układ prostownikowy 24-pulsowy (43) Zgłoszenie ogłoszono: 03.06.2002 BUP 12/02 (73) Uprawniony z patentu: AREVA T&D Spółka z o.o. Zakład Transformatorów w Mikołowie, Świebodzice,PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.10.2009 WUP 10/09 (72) Twórca(y) wynalazku: Janusz Sobota,Mikołów,PL PL 203542 B1
2 PL 203 542 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ prostownikowy 24-pulsowy, zwłaszcza do zasilania sieci trakcyjnych. Układ może być również wykorzystany do innych zastosowań, na przykład do zasilania procesów elektrochemicznych. Dotychczas do zasilania sieci trakcyjnych stosuje się najczęściej układy 6-pulsowe, zbudowane z transformatora dwuuzwojeniowego oraz prostownika 6-pulsowego mostkowego, bądź też układy 12- -pulsowe, zbudowane z transformatora trójuzwojeniowego lub dwóch transformatorów dwuuzwojeniowych oraz z dwóch prostowników 6-pulsowych mostkowych połączonych równolegle lub szeregowo. Znane są również układy 18-pulsowe, zbudowane z transformatora trójuzwojeniowego z dwoma uzwojeniami wtórnymi połączonymi w taki sposób, aby wielobok napięć wtórnych stanowił dziewięciobok foremny oraz z prostownika 18-pulsowego mostkowego. Ponadto znane są układy 24-pulsowe, zbudowane z transformatora pięciouzwojeniowego, którego cztery uzwojenia wtórne są podzielone na dwie grupy po dwa uzwojenia i umieszczone na dwóch oddzielnych sekcjach kolumn rdzenia, pomiędzy którymi jest umieszczone dodatkowe jarzmo rdzenia, a uzwojenie pierwotne składa się z dwóch sekcji zbudowanych w taki sposób, aby wektory strumienia magnetycznego w sekcjach kolumn rdzenia były przesunięte względem siebie o kąt 15 stopni oraz z czterech prostowników 6-pulsowych połączonych równolegle lub szeregowo, a także układy 24- -pulsowe, zbudowane z dwóch transformatorów trójuzwojeniowych, których uzwojenia pierwotne są zbudowane w taki sposób, aby wektory napięć wtórnych były przesunięte względem siebie o kąt 15 stopni oraz z czterech prostowników 6-pulsowych połączonych równolegle lub szeregowo. Układy o dużej liczbie pulsów, na przykład 24-pulsowe, charakteryzują się niższą pulsacją napięcia wyprostowanego oraz niższą zawartością wyższych harmonicznych w prądzie zasilającym układ prostownikowy, w porównaniu z układami o małej liczbie pulsów, na przykład 6-pulsowymi lub 12-pulsowymi. Układy 24-pulsowe są rzadko stosowane ze względu na skomplikowaną budowę i wysokie koszty transformatora pięciouzwojeniowego lub wysokie koszty dwóch transformatorów trójuzwojeniowych. Układ prostownikowy 24-pulsowy, zbudowany z transformatora oraz czterech prostowników 6-pulsowych, według wynalazku, ma jeden transformator trójuzwojeniowy, posiadający dwa uzwojenia wtórne, z których pierwsze jest połączone w trójkąt ze ściętymi wierzchołkami, mającymi dwie trójki zacisków, a drugie jest połączone w gwiazdę z dodatkowymi dwoma sekcjami uzwojeń dołączonymi do każdego z wierzchołków gwiazdy, mających również dwie trójki zacisków, a prostowniki 6-pulsowe połączone z tym samym uzwojeniem wtórnym są rozdzielone co najmniej jednym dławikiem kojarzącym. Dławik kojarzący składa się z dwóch oddzielonych galwanicznie uzwojeń, z których każde ma jednakową liczbę zwojów, a przy przepływie prądu przez jedno z uzwojeń posiada dużą indukcyjność, natomiast przy przepływie prądu o jednakowej wartości lecz przeciwnym kierunku przez każde z uzwojeń bardzo małą indukcyjność. W układzie prostownikowym 24-pulsowym, według wynalazku, transformator trójuzwojeniowy posiada cztery trójki zacisków przyłączowych, tyle samo ile klasyczny transformator pięciouzwojeniowy, a jego działanie jest równoważne jak transformatora pięciouzwojeniowego. Zachowuje on zalety transformatora pięciouzwojeniowego i prostotę transformatora trójuzwojeniowego. Niekorzystnym zjawiskiem takiego rozwiązania jest obecność dodatkowej składowej 12-pulsowej w napięciu wyprostowanym. Zastosowanie co najmniej jednego dławika kojarzącego włączonego pomiędzy prostowniki eliminuje składową 12-pulsową w napięciu wyprostowanym. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu prostownikowego z transformatorem trójuzwojeniowym, fig. 2 - schemat pierwszego uzwojenia wtórnego tego transformatora, a fig. 3 - schemat jego drugiego uzwojenia wtórnego. Układ prostownikowy 24-pulsowy jest zbudowany z jednego transformatora trójuzwojeniowego T oraz czterech prostowników P1, P2, P3 i P4 6-pulsowych mostkowych. Transformator trójuzwojeniowy T składa się z uzwojenia pierwotnego 1 i dwóch uzwojeń wtórnych 2, 3. Uzwojenie pierwotne 1 połączone jest w gwiazdę lub trójkąt z zaciskami 1U, 1V, 1W. Pierwsze uzwojenie wtórne 2 jest połączone w trójkąt ze ściętymi wierzchołkami, mającymi dwie trójki zacisków 2U, 2V, 2W i 3U, 3V, 3W. Układ trójkąta ze ściętymi wierzchołkami otrzymuje się przez odpowiednie połączenie sekcji uzwojeń kolejnych faz. Ilości zwojów pierwszego uzwojenia wtórnego 2 dobrane są tak, aby w sześcioboku napięć wtórnych kąty α i β pomiędzy sąsiednimi wierzchołkami sześciokąta wynosiły naprzemiennie około 15
PL 203 542 B1 3 stopni i około 105 stopni. Drugie uzwojenie wtórne 3 jest połączone w gwiazdę z dodatkowymi dwoma sekcjami uzwojeń dołączonymi do każdego z wierzchołków, mających również dwie trójki zacisków 4U, 4V, 4W i 5U, 5V, 5W. Taki układ połączeń otrzymuje się przez odpowiednie połączenie sekcji uzwojeń kolejnych faz. Ilości zwojów drugiego uzwojenia wtórnego 3 dobrane są tak, aby w sześcioboku napięć wtórnych kąty γ i Δ pomiędzy sąsiednimi wierzchołkami sześciokąta wynosiły naprzemiennie około 15 stopni i około 105 stopni. Każde z uzwojeń wtórnych 2 i 3 posiada dwie trójki zacisków 2U, 2V, 2W i 3U, 3V, 3W oraz 4U, 4V, 4W i 5U, 5V, 5W, których wektory napięć są przesunięte względem siebie o kąt około 15 stopni. Prostowniki P1, P3 i P2, P4 połączone z tym samym uzwojeniem wtórnym 2, 3 są rozdzielone dławikiem kojarzącym D. Dławik kojarzący D składa się z dwóch oddzielonych galwanicznie uzwojeń, z których każde ma jednakową ilość zwojów, a przy przepływie prądu przez jedno z uzwojeń charakteryzuje się dużą indukcyjnością, natomiast przy przepływie prądu o jednakowej wartości lecz przeciwnym kierunku przez każde z uzwojeń bardzo małą indukcyjnością. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ prostownikowy 24-pulsowy, zbudowany z transformatora oraz czterech prostowników 6-pulsowych mostkowych, znamienny tym, że ma jeden transformator trójuzwojeniowy (T), posiadający dwa uzwojenia wtórne (2, 3), z których jedno uzwojenie wtórne (2) jest połączone w trójkąt ze ściętymi wierzchołkami, mającymi dwie trójki zacisków (2U, 2V, 2W i 3U, 3V, 3W), a drugie uzwojenie wtórne (3) jest połączone w gwiazdę z dodatkowymi dwoma sekcjami uzwojeń dołączonymi do każdego z wierzchołków gwiazdy, mających również dwie trójki zacisków (4U, 4V, 4W i 5U, 5V, 5W), a prostowniki (P1, P3 i P2, P4) połączone z tym samym uzwojeniem wtórnym (2 i 3) są rozdzielone co najmniej jednym dławikiem kojarzącym (D). 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że dławik kojarzący (D) składa się z dwóch oddzielonych galwanicznie uzwojeń, z których każde ma jednakową liczbę zwojów, a przy przepływie prądu przez jedno z uzwojeń charakteryzuje się dużą indukcyjnością, natomiast przy przepływie prądu o jednakowej wartości lecz przeciwnym kierunku przez każde z uzwojeń bardzo małą indukcyjnością.
4 PL 203 542 B1 Rysunki
PL 203 542 B1 5
6 PL 203 542 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.