Пристрій для складання, перетворення і стабілізації струму мгд-генератора з секційонованими електродами

Изобретение относится к магнитогидродинамической (МГД) технике, в частности, к системам суммирования, инвертирования и стабилизации токов МГД-генератора. Энергия МГД-генератора, вырабатываемая на постоянном токе, передается в сеть переменного тока при помощи инверторов. Эти инверторы работают с большими опережающими углами инвертирования (30-35°), что приводит к дополнительной загрузке преобразовательных трансформаторов потоками реактивной мощности, снижает пропускную способность оборудования и требует установки компенсирующих устройств. Компенсирующие устройства в виде L, С-фильтров, настроенных на гармоники тока инверторов, подключаются либо на стороне сетевых обмоток преобразовательных трансформаторов, либо на стороне их вентильных обмоток. Возможно также последовательное включение конденсаторов в цепь переменного тока инверторов. Проведенное сравнение указанных схем подтвердило, что включение компенсирующих устройств параллельно на стороне сети не является оптимальным как по эффективности использования установленной мощности конденсаторов, так и по обеспечению коммутационной устойчивости инверторов, уступая по коммутационной устойчивости схеме с продольными конденсаторами. Инвертор-сумматор с устройством продольной емкостной компенсации (УПК) позволяет увеличить единичную мощность преобразовательного трансформатора и повысить тем самым технико-экономические показатели системы инвертирования мощного МГД-генератора. Однако недостатком указанного инверторасумматора является необходимость дробления УПК на отдельные конденсаторные группы, которые занимают значительную производственную площадь, число групп определяется количество тиристорных мостов инвертора, подсоединенных к электродам МГД-канала; это усложняет конструкцию системы нагружения МГД-генератора и снижает эффективность использования УПК в целом. Наиболее близким к заявляемому является устройство для суммирования, преобразования и стабилизации токов МГД-генератора с секционированными электродами, содержащее двухобмоточный силовой трансформатор, к которому подключено несколько анодных и катодных тиристорных блоков, причем тиристорные блоки через сглаживающие реакторы подсоединены к электродам МГД-генератора. Прототип отличается от других устройств суммирования, преобразования и стабилизации токов электродов МГД-генераторов сравнительно простой схемой и одновременно высокой гибкостью системы нагружения; в частности, обеспечивается возможность работы устройства при различном количестве анодных и катодных тиристорных блоков, что весьма ценно, т.к. электроды, расположенные в разных зонах МГД-канала, должны нагружаться разными токами. В прототипе достигается также улучшение формы кривой инвертируемого тока за счет установки неодинаковых углов инвертирования в разных тиристорных блоках. Недостатком прототипа, как и других систем инвертирования, является значительная потребляемая реактивная мощность; эта мощность еще возрастает в режиме стабилизации тока МГД-генератора. Задачей изобретения является уменьшение реактивной мощности, потребляемой из сети переменного тока в устройстве для суммирования, преобразования и стабилизации токов МГД-генератора. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для суммирования, преобразования и стабилизации токов МГД-генератора с секционированными электродами, содержащем трехфазный силовой трансформатор, анодные и катодные тиристорные блоки, причем аноды тиристоров каждого анодного тиристорного блока и катоды тиристоров каждого катодного тиристорного блока соединены между собой и через сглаживающие дроссели подключены к электродам МГД-генератора - трехфазный силовой трансформатор выполнен трех-обмоточным, с одной сетевой и двумя вентильными обмотками, при этом к первой вентильной обмотке трансформатора пофазно подсоединены катоды тиристорных анодных тиристорных блоков, а ко второй вентильной обмотке - аноды тиристоров катодных тириоторных блоков, в точках соединения первой вентильной обмотки трансформатора с катодами тиристоров пофазно подключены аноды первых трех вентилей, катод каждого из них соединен с анодом одного из вторых трех вентилей, а катоды вторых вентилей подключены к точкам соединения второй вентильной обмотки трансформатора с анодами тиристоров, в точках соединения катодов первых трех вентилей с анодами вторых трех вентилей подключены конденсаторы, соединенные в треугольник или в звезду. Конденсаторы, включенные в контуры коммутации вентилей компенсационного звена, перезаряжаются суммарным инвертируемым током. Напряжение конденсаторов способствует коммутации тока вентилей трехфазных групп с предыдущей фазы на очередную, благодаря чему компенсационное звено может работать с генерированием реактивной мощности. Реактивная мощность всей установки при этом существенно уменьшается. Для экономии потребляемой реактивной мощности, подлежащей компенсации, тиристорные блоки, подключенные к электродам МГД-генератора с меньшими потенциалами, могут быть подсоединены в дополнительным отводам вентильных обмоток силового трансформатора, причем катоды тиристоров анодных тиристорных блоков подсоединяются к дополнительным отводам первой вентильной обмотки, а аноды тиристоров катодных тиристорних блоков - к дополнительным отводам второй вентильной обмотки. Другой способ экономии потребляемой реактивной мощности заключается в том, что часть анодных и катодных тиристорных блоков подсоединена к вентильным обмоткам силового трансформатора через вентильные обмотки вольтодобавочного трансформатора, причем средние отводы первой вентильной обмотки вольтодобавочного трансформатора подсоединены к первой вентильной обмотке силового трансформатора, а средние отводы второй вентильной обмотки вольтодобавочного трансформатора - ко второй вентильной обмотке силового трансформатора, к первым крайним отводам вентильных обмоток вольтодобавочного трансформатора подсоединены тиристорные блоки, подключенные к электродам МГДгенератора с большими потенциалами, а ко вторым крайним отводам - тиристорные блоки, подключенные к электродам МГД-генератора с меньшими потенциалами. При подключении части тиристорных блоков к дополнительным отводам вентильных обмоток силового трансформатора или через вентильные обмотки вольтодобавочного трансформатора удается сохранить величину углов инвертирования, близкую к оптимальной порядка 30°. Использование вольтодобавочного трансформатора позволяет также несколько уменьшить установленную мощность силового трансформатора. Блок-схемы устройства с компенсационным звеном приведены на фиг.1 и 2. К МГД-каналу 1 с секционированными электродами 2 через сглаживающие дроссели 3 подключены анодные 4 и катодные 5 тиристорные блоки. На стороне переменного тока анодные тиристорные блоки пофазно подсоединены к обмотке 7, а катодные - к обмотке 8 трехфазного трехобмоточного трансформатора 6. Вентильные обмотки 7 и 8 трансформатора имеют дополнительные отводы а',b',с'. Компенсационное звено содержит трехфазные группы вентилей 9 и 10, а также трехфазную батарею конденсаторов 11. В вентильных блоках 9 и 10 могут быть использованы либо диоды, либо тиристоры. На фиг.2 приведена схема устройства с вольтодобавочным трансформатором - 12, имеющим вентильные обмотки - 13, к которым подключается часть анодных тиристорных блоков 4 и часть катодных тиристорных блоков 5, питаемых от электродов с разными потенциалами. Остальные обозначения на фиг.2 совпадают с обозначениями на фиг.1. Устройство работает следующим образом. На управляющие электроды тиристоров, собранных в анодные 4 и катодные 5 блоки, подаются управляющие импульсы, сфазированные таким образом, что тиристорные блоки работают в инверторном режиме, обеспечивающем преобразование снимаемого с электродов 2 МГД-канала через сглаживающие дроссели 3 постоянного тока в переменный ток, который через силовой трансформатор 6 поступает в электрическую сеть. Если в качестве вентилей компенсационного звена используются диоды, это звено работает в неуправляемом выпрямительном режиме с опережающим углом сдвига фаз. При малом суммарном инвертируемом токе угол сдвига фаз близок нулю, выпрямленное напряжение близко к максимальному, результирующее напряжение между электродами становится отрицательным. Достаточно большому инвертируемому току соответствует опережающий угол сдвига фаз, близкий к 90°, и близкое к нулю выпрямленное напряжение компенсационного звена. Противо-ЭДС между электродами мало отличается от противо-ЭДС соответствующих тиристорних блоков. Таким образом, входная характеристика предлагаемого устройства в целом оказывается весьма круто подымающейся, что способствует стабилизации инвертируемых токов. В случае использования тиристоров в компенсационном звене последнее работает в инверторном режиме; результирующая противо-ЭДС увеличивается. За счет конденсаторов повышается коммутационная устойчивость компенсационного звена, возникает возможность существенно уменьшить его угол инвертирования (до 10-15°), тем самым снизить потребление установкой реактивной мощности. Угол инвертирования каждого из тиристорных блоков 4,5 устанавливается таким, чтобы ЭДС Холла, действующая между электродами МГД-канала, уравновешивалась суммой постоянных составляющих напряжений на тиристорах в блоках 4,5 и вентилях в группах 9,10. Ток каждого электрода стабилизируется на заданном уровне системой управления соответствующим тиристорним блоком. За счет неодинаковых углов инвертирования в разных тиристорных блоках улучшается форма инвертируемого тока - частично компенсируются его высшие гармоники. Суммарные токи, инвертируемые анодными и катодными тиристорными блоками, одинаковы, но отдельные блоки могут нагружаться существенно отличными по величине токами, поскольку оптимальные токи, снимаемые с электродов, расположенных в разных зонах МГД-канала, различны. Соответственно, количество анодов и катодов диагонального МГД-канала может быть неодинаковым. Предлагаемое устройство в случае различного количества анодных и катодных тиристорных блоков полностью сохраняет свою работоспособность. Предлагаемое устройство разработано и изготовлено в Отделении высокотемпературного преобразования энергии Института проблем энергоснабжения АН Украины. Устройство оказалось, работоспособным, полностью подтверждены описанные здесь свойства устройства.