ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2004 года по МПК H02M7/06 

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

Широко известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие вентильные выпрямители, выполненные по мостовой, нулевой или кольцевой схеме, в цепь выпрямленного тока нагрузки которых включена сглаживающая катодная индуктивность (см. например, Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи, ч. 111 – М.: Госэнергоиздат, 1956). Обычно катодная индуктивность представляет собою одну обмотку, расположенную на магнитопроводе. При больших значениях тока нагрузки она выполняется проводом большого сечения, что обуславливает трудности технологического характера.

При анализе работы схем сопротивление катодной индуктивности часто принимают равным бесконечности, чтобы получить полностью сглаженный ток нагрузки.

Однако недостатком такого включения сглаживающей индуктивности является то, что она не входит в цепь внешнего (на выходных зажимах выпрямителя) или внутреннего (пробой вентиля) короткого замыкания, а также технологические трудности, возникающие при ее изготовлении при больших токах нагрузки.

Технический результат заключается в совмещении индуктивностью как функции сглаживания выпрямленного тока, так и ограничения тока внешнего и внутреннего короткого замыкания, а также в упрощении изготовления, поскольку она может выполняться в виде нескольких обмоток провода меньшего сечения.

Сущность заключается в том, что в преобразователе переменного, например трехфазного напряжения, в постоянное, содержащем источник переменного напряжения, подключенный к выпрямителю, образованному соединением вентильных плеч, и сглаживающую индуктивность, состоящую из магнитопровода, на который нанесена обмотка, обмотка разделена на несколько одинаковых, гальванически не связанных обмоток, число которых равно числу плеч выпрямителя, причем каждая из обмоток включена последовательно с вентилями этого плеча. Индуктивность может быть включена в плечи выпрямителя, выполненного по мостовой, или нулевой, или кольцевой схемам.

На чертеже показаны примеры включения сглаживающей индуктивности в мостовую (фиг.1,а), нулевую (фиг.1,б) и кольцевую (фиг.1,в) схемы преобразователя. Показаны примеры включения сглаживающей индуктивности в мостовую (фиг.1,а) нулевую (фиг.1,б) и кольцевую (фиг.1,в) схемы преобразователя.

Преобразователь (фиг.1,а) состоит из источника переменного напряжения 1 и мостового выпрямителя, состоящего из вентильных элементов 2-7, образующих плечи выпрямителя (участок между зажимом переменного входа и электродом - анодом или катодом вентиля). В каждое плечо выпрямителя включена одна из обмоток 8-13 сглаживающей индуктивности 14, выполненной на магнитопроводе 15. При этом ко всем одноименным электродам как вентилей 2-4, так и 5-7, подключены одноименные зажимы обмоток 8-13 сглаживающей индуктивности 14. Общий магнитопровод 15 делает обмотки магнитосвязанными. К выходу выпрямителя подключается нагрузка 16 (R_н). Аналогично схеме (фиг.1.а), включаются обмотки сглаживающей индуктивности и в схемах фиг.1,б и 1,в.

Принцип работы преобразователя с указанной сглаживающей индуктивностью может быть рассмотрен на примере мостовой схемы (фиг.1,а).

В нормальном режиме, как известно, ток одновременно проводят два вентиля, например 2 и 6. При этом ток проходит от зажима фазы А источника переменного напряжения 1 через обмотку 8 индуктивности 14, вентиль 2, нагрузку 16, вентиль 6, обмотку 11 индуктивности к зажиму фазы В. Линейное напряжение U_AB будет приложено к обмоткам 8 и 11 и нагрузке 16, причем к обмоткам 8 и 11 будет приложена переменная составляющая напряжения, а к нагрузке 16 - постоянная и переменная. Следует отметить, что ток в обмотках 8 и 11 создает магнитный поток в магнитопроводе 16 одного направления, т.к. входит в одноименные зажимы.

После коммутации тока с вентиля 2 на вентиль 4 ток с обмотки 8 индуктивности 14 переходит на обмотку 12 в течение короткого интервала времени, поскольку полное потокосцепление остается неизменным. В дальнейшем процессы повторяются.

При внутреннем коротком замыкании, например пробое одного из вентилей, например 3, ток короткого замыкания проходит через вентиль 2, пробитый вентиль 3 и обмотки 8 и 10 индуктивности. Поскольку при внутреннем коротком замыкании в цепи протекания тока оказываются включенными последовательно и согласно обмотки 8 и 10 индуктивности, его нарастание ограничивается. Эффект ограничения тока короткого замыкания обуславливается согласным включением при коротком замыкании обмоток 8 и 10, вследствие чего увеличивается результирующая индуктивность.

При внешнем коротком замыкании (на нагрузке) обмотки индуктивности также входят в цепь короткого замыкания, в связи с чем ток короткого замыкания будет меньше, чем при включении сглаживающей индуктивности в цепь нагрузки. Аналогично происходит сглаживание и ограничение тока короткого замыкания в схемах фиг.1б,в. К положительному фактору можно отнести и то, что технология изготовления такой индуктивности на большие токи проще, поскольку она выполняется в виде нескольких обмоток на меньшие токи.

Моделирование схем фиг.1а-в, а также экспериментальная проверка схемы фиг.1а, подтверждает получение положительного эффекта - сглаживания напряжения на нагрузке и ограничения тока короткого замыкания.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение для питания потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в совмещении индуктивностью как функции сглаживания выпрямленного тока, так и ограничения тока внешнего и внутреннего короткого замыкания, а также в упрощении изготовления, поскольку она может выполняться в виде нескольких обмоток провода меньшего сечения. Для этого преобразователь содержит источник переменного напряжения и выпрямитель, состоящий из вентильных элементов, образующих плечи выпрямителя, а также сглаживающую индуктивность, состоящую из магнитопровода, на который нанесена обмотка, при этом обмотка разделена на несколько одинаковых, гальванически не связанных обмоток, число которых равно числу плеч выпрямителя, причем каждая из обмоток включена последовательно с вентилями этого плеча. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Преобразователь переменного, например, трехфазного напряжения в постоянное, содержащий источник переменного напряжения, подключенный к выпрямителю, образованному соединением вентильных плеч, и сглаживающую индуктивность, состоящую из магнитопровода, на который нанесена обмотка, отличающийся тем, что обмотка разделена на несколько одинаковых, гальванически не связанных обмоток, число которых равно числу плеч выпрямителя, причем каждая из обмоток включена последовательно с вентилями этого плеча.2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что индуктивность включена в плечи выпрямителя, выполненного по мостовой схеме.3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что индуктивность включена в плечи выпрямителя, выполненного по нулевой схеме.4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что индуктивность включена в плечи выпрямителя, выполненного по кольцевой схеме.