ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2003 года по МПК H02M7/06 

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

Известны преобразователи трехфазного переменного напряжения, в которых во вторичную обмотку трансформатора, питающую трехфазный вентильный мост, последовательно включены конденсаторы. Такие преобразователи обеспечивают генерацию реактивной мощности и могут использоваться и как выпрямители, и как компенсаторы, реактивной мощности (см., например, Баев A.В., Волков Ю.К. и др. Вентильные преобразователи с конденсаторами в силовых цепях. - М.: Энергия, 1969).

Однако в этих преобразователях конденсаторы не участвуют в сглаживании кривой выпрямленного напряжения на нагрузке.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, в котором вторичная обмотка одними одноименными зажимами подключена к одной вентильной мостовой схеме, а другими одноименными зажимами - к другой вентильной мостовой схеме, при этом к выходу одной из мостовых схем подключена нагрузка (см. АС СССР 645241, кл. Н 02 М 7/12, 1979).

Недостатком данного устройства является невозможность компенсации реактивной мощности и сглаживания напряжения на нагрузке.

Технический эффект заключается в возможности получения постоянного напряжения с компенсацией реактивной мощности и использованием тех же конденсаторов для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке.

Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор и мостовую схему выпрямления, ко входу переменного тока которой подключены одноименные выводы вторичной обмотки трансформатора, а к выходу - нагрузка, снабжен мостовой схемой конденсаторов, состоящей из трех групп попарно соединенных конденсаторов, общие точки которых, попарно соединенные, образуют вход мостовой схемы, а выход мостовой схемы образуют другие выводы этих конденсаторов, соединенные в две группы по три конденсатора. Ко входу мостовой схемы конденсаторов подключены другие одноименные выводы вторичной обмотки трансформатора. Кроме того, каждый из выходных зажимов конденсаторов мостовой схемы может быть соединен с выходным зажимом мостовой схемы выпрямления.

На фиг.1 показана схема устройства, на фиг.2, а-в - диаграммы фазных ЭДС вторичных обмоток "е", напряжения на конденсаторах u_с, анодные токи вентилей i_а.

Устройство (фиг. 1) содержит трехфазный трансформатор со вторичной обмоткой 1 (первичная обмотка не показана), трехфазную мостовую схему 2, в которой вентили 3-5 образуют катодную группу, а вентили 6-8 анодную группу. Зажимы a, b, c вторичной обмотки 1 подключены к переменному входу постовой схемы 2, а зажимы х, y, z - ко входу мостовой схемы, состоящей из конденсаторов 9-11 и 12-14. Конденсаторы 9-11 образуют одну группу, а конденсаторы 12-14 - другую. Конденсаторы 9-11 имеют общую точку O₁, а конденсаторы 12-14 общую точку О₂. Точки О₁ и O₂ могут соединяться соответственно с общей точкой катодной группы 3-5 и анодной группы 6-8 вентилей, что показано штриховыми линиями. К выходу мостовой схемы 2 включена нагрузка 15.

Работу схемы иллюстрируют диаграммы, изображенные на фиг.2, а-в. С момента ωt= 0 разность ЭДС e_a и e_b фаз вторичной обмотки и сумма напряжений на конденсаторах 10, 11 и 13, 14 является максимальной, поэтому ток проводит вентиль 3 анодной группы и продолжающий работу вентиль 7 катодной группы. При этом ток проходит по цепи: зажим "а" фазы ax трансформатора 1, вентиль 3, нагрузка 15, вентиль 7, обмотка by, разветвляясь по конденсаторам 10-11 и 13, 14 и перезаряжая их, зажим x вторичной обмотки (первоначальный знак заряда конденсаторов указан на фиг.1 без скобок, окончательный - в скобках). В момент времени, соответствующий ωt₁, максимальной становится разность ЭДС e_a-e_c и сумма напряжений на конденсаторах 9, 11 и 12, 14 (фиг.1). Поэтому вентиль 7 заканчивает работу (фиг.2, в), а начинает проводить вентиль 8. При этом ток будет проходить по цепи: фаза "а", вентиль 3, нагрузка 15, вентиль 8, фаза cz, конденсаторы 9, 11 и 12, 14, зажим х вторичной обмотки.

В момент, соответствующий ωt₂, ток с вентиля 3 переходит на вентиль 4, поскольку разность ЭДС фаз e_b-e_c и ее сумма с напряжением на конденсаторах 9, 10 и 12, 13 будет максимальной. При этом ток будет проходить по цепи: зажим фазы "в", вентиль 4, нагрузка 15, вентиль 8, фаза cz, разветвляясь далее через конденсаторы 9 и 10, 12 и 13 и перезаряжая их. В дальнейшем работа повторяется аналогично описанному в соответствии с диаграммами фиг.2, а-в. Моменты коммутации вентилей ωt=0, ωt₁, ωt₂ определяются величиной емкости конденсаторов 9-14. Поскольку начало проводимости тока вентилями сдвинуто влево относительно точки естественной коммутации, преобразователь будет генерировать реактивную мощность. Длительность анодного тока вентилей - 1/3 периода. При замыкании точки O₁ с катодной группой вентилей (фиг.1), а точки О₂ - анодной, напряжение на нагрузке будет определяться суммой напряжений на конденсаторах 9, 12; 10, 13; 11-14. Работа схемы будет протекать аналогично. При высоких значениях сопротивления нагрузки эти конденсаторы будут также играть роль фильтра, обеспечивая и компенсацию реактивной мощности.

Экспериментальная проверка подтвердила работоспособность схемы преобразователя, а также соответствие кривых напряжения и тока приведенным на диаграммах фиг.2, а-в.

По сравнению с известным решением предлагаемая схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное позволяет не только осуществить компенсацию реактивной мощности, но и в определенной степени сглаживать пульсации выходного напряжения.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в возможности получения постоянного напряжения с компенсацией реактивной мощности и использованием тех же конденсаторов для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное содержит трехфазный трансформатор со вторичной обмоткой, мостовую схему выпрямления с катодной и анодной группами вентилей. Начала вторичной обмотки трансформатора подключены к переменному входу мостовой схемы выпрямления, а другие ее зажимы - ко входу мостовой схемы конденсаторов, состоящей из двух групп конденсаторов. Каждая группа конденсаторов имеет общую точку. Общие точки указанных групп конденсаторов соединены с общими точками катодной и анодной групп вентилей трехфазной мостовой схемы. К выходу мостовой схемы выпрямления подключена нагрузка. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор и мостовую схему выпрямления, ко входу переменного тока которой подключены одноименные выводы, например, начала вторичной обмотки трансформатора, а к выходу - нагрузка, отличающийся тем, что он снабжен мостовой схемой конденсаторов, состоящей из трех групп попарно соединенных конденсаторов, общие точки соединения которых образуют вход мостовой схемы, а выход мостовой схемы образуют другие выводы этих конденсаторов, соединенные в две группы по три конденсатора, причем ко входу мостовой схемы конденсаторов подключены другие одноименные выводы вторичной обмотки трансформатора. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что каждый из выходных зажимов конденсаторов мостовой схемы соединен с выходным зажимом мостовой схемы выпрямления.