ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ УМНОЖЕНИЕМ ЧАСТОТЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК H02M5/443 H02M7/145 

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

Известно устройство преобразования трехфазного переменного напряжения и частоты, содержащее трансформатор с первичной обмоткой, выполненный в виде трех фаз, расположенных на одном стержне, каждая из которых включена последовательно с парой встречно-параллельно соединенных вентильных элементов, и эта цепочка включена либо на линейное напряжение (см. GB 2047485 A, 20.04.79), либо между одной из фаз питающей сети и нулевым проводом.

Недостатком такого устройства является невозможность увеличения частоты напряжения вторичной обмотки более чем в 3 раза.

Технический эффект заключается в возможности получения как 3-кратной, так и 6-кратной частоты напряжения на вторичной обмотке при двух первичных обмотках.

Сущность заключается в том, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты, содержащем трансформатор, обмотки которого размещены на однофазном магнитопроводе и подключены через управляемые вентильные элементы к трехфазной четырехпроводной сети, вентильные элементы соединены по мостовой схеме, к выходу которой включены параллельно две цепочки, каждая из которых состоит их первичной обмотки, соединенной последовательно с управляемым вентильным элементом. При этом для получения 6-кратного значения частоты напряжения на обмотках мостовая схема выполнена восьмиплечей, переменный вход которой подключен к фазам сети и нулевому проводу, а отношение числа витков первичных обмоток равно . Для получения 3-кратного значения частоты напряжения на обмотках мостовая схема выполнена шестиплечей, вход которой подключен только к фазам сети, а число витков первичных обмоток равны между собой. Вентильные элементы шестиплечей мостовой схемы могут быть выполнены и неуправляемыми.

На фиг. 1a показана схема устройства в варианте получения 6-кратного значения частоты напряжения на обмотках; на фиг. 1б - однофазный мост, подключаемый к выходу вторичной обмотки трансформатора; на фиг. 2 - векторная диаграмма линейных и фазных напряжений, иллюстрирующая принцип работы схемы фиг. 1а; на фиг. 3 приведена схема устройства в варианте получения 3-кратного значения частоты напряжения обмоток, причем вентильные элементы схемы могут быть как управляемыми, так и не управляемыми; на фиг. 4 - векторная диаграмма линейных напряжений, поясняющая принцип работы схемы фиг. 3.

Устройство (фиг. 1а) содержит трансформатор 1, на неразветвленном магнитопроводе 2 которого нанесены две первичные обмотки 3 и 4. Обмотка 3 соединена последовательно с управляемым вентильным элементом 5, а обмотка 4 - с управляемым вентильным элементом 6. Каждая из этих цепочек подключена к выходу восьмиплечевого моста, в катодную группу которого включены управляемые вентильные элементы 7-10, а в анодную - 11-14. К входу мостовой схемы подключена трехфазная четырехпроводная сеть (A, B, C, О) . Следует отметить, что число витков обмотки 3 в раз больше числа витков обмотки 4, и обмотки 3 и 4 соединены между собой разноименными зажимами. К вторичной обмотке 15 трансформатора для получения постоянного напряжения подключается диодный мост 16 (фиг. 1б), на выходе которого переменная составляющая имеет 12-кратную частоту пульсаций.

В качестве управляемых вентильных элементов могут быть применены, например, запираемые тиристоры (фиг. 1а) либо мощные транзисторы.

Работа схемы фиг. 1а происходит в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 2), на которой показаны векторы линейных напряжений - U_AB, U_AC, U_BC, U_BA, U_CA, U_CB, следующие друг за другом через 60 эл.град., и векторы фазных напряжений - U_A, U_Z, U_B, U_X, U_C, U_Y - также следующие друг за другом через 60 эл.град. Между системами линейных и фазных напряжений существует известный сдвиг в 30 эл.град., а величина линейного напряжения в раз больше фазного. В связи с этим число витков обмоток 3 и 4 также отличаются в раз.

Формирование переменного напряжения на вторичной обмотке 15 (фиг. 1а, б) согласно векторной диаграмме (фиг. 2) происходит следующим образом.

Под действием линейного напряжения U_AB, после подачи управляющих сигналов на вентильные элементы, ток будет протекать от фазы А через вентильный элемент 7, обмотку 3, вентильные элементы 5 и 12 в фазу В, перемагничивая магнитопровод 2 в направлении, противоположном предыдущему. Через 30 эл. град. вентильные элементы 5 и 12 выключаются, и с некоторой минимальной задержкой включаются элементы 6 и 14, после чего под действием напряжения U_A ток будет протекать от фазы А через продолжающий работу вентильный элемент 7, обмотку 4, вентильные элементы 6 и 14, нулевой провод. При этом магнитопровод 2 перемагничивается в противоположном направлении до максимального значения магнитной индукции. Еще через 30 эл.град вентильные элементы 6 и 14 выключаются, а 5 и 13 включаются. Тогда под действием линейного напряжения U_AC ток будет протекать от фазы А сети, через продолжающий работать вентильный элемент 7, обмотку 3, вентильные элементы 5 и 13 к фазе С сети. Дальнейшая работа вентильных элементов осуществляется в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 2) от действия соответствующих напряжений в следующем порядке:
U_Z - 10-6-13; U_BC - 8-5-13; U_B - 8-6-14;
U_BA - 8-5-11; U_X - 10-6-11; U_CA - 9-5-11;
U_c - 9-6-14; U_CB - 9-5-12; U_Y - 10-6-12.

Поскольку за период напряжения питающей сети направление перемагничивания магнитопровода 2 меняется 12 раз, на вторичной обмотке 15 трансформатора 1 формируется переменное напряжение 6-кратной частоты. Если к обмотке 15 подключить однофазную мостовую схему 16, то на ее выходе будет выпрямленное напряжение с 12-кратной частотой пульсаций. Таким образом, устройство (фиг. 1а) позволяет сравнительно простым путем получить 6-кратное увеличение частоты переменного напряжения и 12-кратную частоту пульсаций - постоянного напряжения.

При необходимости получения 3-кратного значения частоты напряжения на обмотках схема (фиг. 1а) упрощается и будет иметь вид, изображенный на фиг. 3. В ней управляемые вентильные элементы 7-12 соединены по шестиплечей мостовой схеме, к выходу которой также подключены две цепочки - одна из них состоит из обмотки 3 и управляемого вентильного элемента 5, а вторая - из обмотки 4 и управляемого вентильного элемента 6. Число витков обмоток 3 и 4 равно между собой. К вторичной обмотке 15 может быть подключена мостовая схема выпрямления (фиг. 1б).

Работа схемы (фиг. 3) аналогична работе схемы, изображенной на фиг. 1а, и происходит в соответствии с векторной диаграммой фиг. 4. Под действием линейного напряжения U_AB сети ток будет протекать от фазы А через вентильный элемент 7, обмотку 3, вентильные элементы 5 и 11 на фазу В. Через 60 эл. град. вентильные элементы 5 и 11 запираются, а включаются вентильные элементы 6 и 12, и под действием линейного напряжения U_AC ток будет протекать через продолжающий работу вентильный элемент 7 и элементы 6 и 12. Дальнейшая работа схемы осуществляется в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4) следующим образом:
U_BC - 8-5-12; U_BA - 8-6-10;
U_CA - 9-5-10; U_CB - 9-6-11.

За период вентильные элементы 7 - 12 работают в течение 120 эл. град каждый, а вентильные элементы 5 и 6 - в течение 180 эл. град.

Если вентили шестиплечей мостовой схемы 7 - 12 выполнены неуправляемыми, то управление в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4) осуществляется только с помощью управляемых вентильных элементов 5 и 6. При этом длительность проводимости всех вентильных элементов и порядок их работы будет такой же, как указано выше.

Следует отметить, что каждая из обмоток подключается соответствующими вентильными элементами на линейное напряжение, причем при вступлении в действие очередного линейного напряжения по диаграмме фиг. 4 происходит перемагничивание магнитопровода, при этом на вторичной обмотке 15 формируется напряжение утроенной частоты, а на выходе мостовой схемы (фиг. 1б) - выпрямленное напряжение с шестикратной частотой пульсаций.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет снизить массогабаритные показатели преобразователей.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания потребителей как переменного, так и постоянного тока. Технический результат заключается в возможности получения как 3-кратной, так и 6-кратной частоты напряжения на вторичной обмотке при двух первичных обмотках. Достигается технический эффект тем, что устройство содержит трансформатор, на неразветвленном магнитопроводе которого нанесены две первичные обмотки. Первая первичная обмотка соединена последовательно с первым управляемым вентильным элементом, а вторая первичная обмотка - с вторым управляемым вентильным элементом. Каждая из этих цепочек включена к выходу восьмиплечего моста, в катодную группу которого включены управляемые вентильные элементы 7-10, а в анодную - 11-14. Ко входу мостовой схемы подключена трехфазная четырехпроводная сеть (А, В, С, О). Следует отметить, что число витков первой первичной обмотки в раз больше числа витков второй первичной обмотки, и обмотки соединены между собой разноименными зажимами. Ко вторичной обмотке трансформатора для получения постоянного напряжения включается диодный мост, на выходе которого переменная составляющая имеет 12-кратную частоту пульсаций. В качестве управляемых вентильных элементов могут быть применены, например, запираемые тиристоры либо мощные транзисторы. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты, содержащий трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого размещены на однофазном магнитопроводе, причем первичная обмотка подключена через управляемые вентильные элементы к трехфазной четырехпроводной сети, а к вторичной обмотке для получения постоянного напряжения включен диодный мост, отличающийся тем, что управляемые вентильные элементы соединены по мостовой схеме, к выходу которой включены параллельно две цепочки, каждая из которых состоит из первичной обмотки, соединенной последовательно с управляемым вентильным элементом. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что мостовая схема выполнена восьмиплечей, вход которой подключен к фазам сети и нулевому проводу, а отношение числа витков первичных обмоток равно . 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что мостовая схема выполнена шестиплечей, вход которой подключен только к фазам сети, а числа витков первичных обмоток равны между собою. 4. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты, содержащий трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого размещены на однофазном магнитопроводе, причем первичная обмотка подключена к трехфазной сети через вентильные элементы, соединенные по шестиплечей мостовой схеме, к выходу которой включены параллельно две цепочки, каждая из которых состоит из первичной обмотки, соединенной последовательно с управляемым вентильным элементом, отличающийся тем, что вентильные элементы шестиплечий мостовой схемы выполнены неуправляемыми.