ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2000 года по МПК H02M7/12 H02M7/21 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей как постоянного, так и переменного тока.

Широко известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное (см. , например, Полупроводниковые выпрямители. / Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. М.: Энергия, 1978). Все они, имея различные схемы соединения первичных и вторичных обмоток трансформатора, выполняются исключительно на трехфазном трехстержневом магнитопроводе или на групповом трансформаторе. Как известно, вентильные элементы в этих схемах работают поочередно, пропуская токи определенной длительности. В некоторых схемах, как, например, в трехфазной нулевой и шестифазной нулевой, такой характер пропускания тока вентилями вызывает появление потока вынужденного намагничивания. Кроме того, трансформатор работает на частоте питающей сети, например 50 Гц. Это обуславливает его значительные массогабаритные показатели.

Технический эффект заключается в существенном уменьшении массогабаритных показателей.

Сущность предложения заключается в том, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем трансформатор с первичной и вторичной обмотками, расположенными на магнитопроводе, магнитопровод выполнен однофазным неразветвленным либо однофазным разветвленным броневой конструкции. При этом первичная обмотка может быть выполнена в виде 6 одинаковых секций, каждая из которых соединена между одним из сетевых зажимов и нулевым проводом через управляемый вентильный элемент. Кроме того, эти секции могут быть выполнены со вдвое меньшим числом витков, соединенных между собою разноименными зажимами и подключенных к линейному напряжению сети через пары встречно-параллельно включенных управляемых вентильных элементов. Первичная обмотка может быть также однофазной с отводом от середины и подключена к выходу трехплечей мостовой схемы, а отвод - к нулевому проводу.

На фиг. 1 показана схема устройства в варианте, когда первичная обмотка выполнена в виде шести отдельных секций, подключенных через управляемые вентильные элементы, например запираемые тиристоры, к 4-проводной трехфазной сети; на фиг. 3 показана векторная диаграмма, поясняющая работу от 4-проводной сети; на фиг. 2 секции включены между собою разноименными выводами и через пары встречно-параллельно включенных управляемых вентильных элементов включены на линейные напряжения трехфазной сети, на фиг. 4 показана векторная диаграмма, иллюстрирующая работу этой схемы; на фиг. 5 приведена схема, когда первичная обмотка выполнена однофазной с отводом от средней точки.

Устройство фиг. 1 содержит трансформатор 1, на неразветвленном магнитопроводе 2 которого размещена первичная обмотка, выполненная в виде шести секций 3-8. Каждая секция включена между одним из сетевых зажимов и нулевым проводом через один из управляемых вентильных элементов, например запираемых тиристоров 10-15. Так, секция 3 первичной обмотки подключена к зажиму А сети и нулевому проводу 0 через элемент 10. При этом, если три секции первичной обмотки подключены одноименными зажимами, например, к анодам, то другие три секции подключены к катодам. Вторичная обмотка 9 подключена к диодному мосту 16, на выходе которого включена нагрузка 17.

В преобразователе фиг. 2 секции 3-8 трансформатора 1 соединены между собою разноименными зажимами и через пары встречно-параллельно соединенных управляемых вентильных элементов 12-23 подключены к линейным напряжениям сети U_AB, U_BC и U_CA.

В преобразователе фиг. 5 первичная обмотка 7 выполнена в виде двух секций ax и xa₁, соединенных встречно и подключенных к выходу трехфазной мостовой схемы на управляемых вентильных элементах 1-6. Во всех случаях вторичная обмотка подключена к неуправляемому диодному мосту, на выходе которого включена нагрузка.

Работа схем фиг. 1, 5 происходит в соответствии с векторной диаграммой фиг. 3. Как видно из векторной диаграммы, протекание тока через вентильные элементы осуществляется в соответствии с порядком следования фазных напряжений сети U_A-U_Z-U_B-U_X-U_C-U_Y. Так, для схемы фиг. 1 под действием фазного напряжения U_A ток протекает от зажима фазы A сети через секцию 3 первичной обмотки трансформатора 1, вентильный элемент 10, нулевой провод и к зажиму 0 сети. Через 60 эл.град. вступает в действие другое фазное напряжение U_Z. При этом полностью управляемый вентильный элемент 10 выключается, а включается вентильный элемент 15, и ток проходит от нулевого провода через вентильный элемент 15, секцию 8 обмотки к зажиму фазы C. Следует отметить, что если при работе от фазного напряжения U_A ток направлен в один зажим первичной обмотки, например "начало", то при работе от фазного напряжения U_Z - в другой зажим, т.е. "конец". Таким образом происходит перемагничивание магнитопровода 2 трансформатора 1. За период частоты напряжения сети происходит троекратное изменение направления перемагничивания и направления магнитного потока, в связи с чем на вторичной обмотке 9 индуцируется напряжение тройной частоты. Это напряжение выпрямляется с помощью мостовой схемы 16, и на нагрузке 17 получается напряжение с 6-кратной частотой пульсаций по отношению к напряжению питающей сети.

В схеме фиг. 5 в соответствии в векторной диаграммой фиг.3 процессы протекают аналогично. Однако здесь трансформатор имеет только одну первичную обмотку, состоящую и двух полуобмоток ax и xa₁, включенных встречно. Под действием фазного напряжения U_A (фиг. 3) ток протекает от зажима фазы A сети через вентильный элемент 1, половину первичной обмотки 7 ax, нулевой провод к зажиму 0 сети. Через 60 эл. град. вентильный элемент 1 принудительно выключается, после чего включается вентильный элемент 6, и ток начинает проходить от нулевого провода через полуобмотку xa₁, вентильный элемент 6 к зажиму фазы C сети. Затем вентильный элемент 6 выключается, а 3 включается в соответствии с векторной диаграммой. Вновь вступает в работу полуобмотка ax. При включении очередного вентильного элемента в соответствии с векторной диаграммой фиг. 3 происходит перемагничивание магнитопровода аналогично описанному выше. На выходе вторичной обмотки 8 также получается напряжение тройной частоты, а на нагрузке 10 моста 9 - выпрямленное напряжение с 6-кратной частотой пульсаций.

Работа схемы фиг. 2 происходит в соответствии с векторной диаграммой фиг. 4. Под действием линейного напряжения U_AB ток проводят вентильные элементы 12 и 19, через 60 эл.град. эти два вентильных элемента запираются, а открываются вентильные элементы 14 и 21. Под действием напряжения U_AC ток проходит от зажима A сети через обмотку 4, вентильные элементы 14 и 21, обмотку 7 к зажиму C сети. При этом происходит перемагничивание магнитопровода 2 в противоположном направлении по сравнению с тем, когда действовало напряжение U_AB. В дальнейшем порядок включения вентильных элементов определяется векторной диаграммой фиг. 4. Каждый из вентильных элементов этой схемы проводит 60 эл.град. На выходе вторичной обмотки 9 также получается напряжение тройной частоты, а на выходе моста 10 - постоянное напряжение с 6-кратной частотой пульсаций.

Таким образом, во всех схемах осуществляется перемагничивание сердечника магнитопровода через 60 эл.град., что позволяет получить на вторичной обмотке напряжение тройной частоты и снизить массогабаритные показатели трансформатора преобразователя.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей как постоянного, так и переменного тока. Технический результат заключается в существенном уменьшении массогабаритных показателей. С целью достижения поставленного технического эффекта в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем трансформатор с первичной и вторичной обмотками, расположенными на магнитопроводе, магнитопровод выполнен однофазным неразветвленным либо однофазным разветвленным броневой конструкции. При этом первичная обмотка может быть выполнена в виде 6 одинаковых секций, каждая из которых соединена между одним из сетевых зажимов и нулевым проводом через управляемый вентильный элемент. Кроме того, эти секции могут быть выполнены со вдвое меньшим числом витков, соединенных между собою разноименными зажимами и подключенных к линейному напряжению сети через пары встречно-параллельно включенных управляемых вентильных элементов. Первичная обмотка может быть также однофазной с отводом от середины и подключена к выходу трехплечей мостовой схемы, а отвод - к нулевому проводу. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор с первичной и вторичной обмотками, расположенными на однофазном неразветвленном магнитопроводе, причем первичная обмотка выполнена в виде секций, каждая из которых подключена к четырехпроводной трехфазной сети через управляемый вентильный элемент, а вторичная обмотка соединена со схемой выпрямления, отличающийся тем, что секции первичной обмотки соединены встречно. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка разбита на 6 секций, каждая из которых соединена между одним из сетевых зажимов и нулевым проводом через управляемый вентильный элемент, причем если три одноименных зажима секции обмотки присоединены к одним силовым электродам управляемых вентильных элементов, то три других одноименных зажима присоединены к другим силовым электродам этих элементов. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка выполнена в виде двух секций, соединенных встречно, общая точка которых соединена с нулевым проводом, а сама обмотка подключена к выходу мостовой схемы на управляемых вентильных элементах, вход которой подключен к зажимам трехфазной сети.