ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2008 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для питания различных потребителей постоянного тока.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными по схеме «две обратные звезды», между нулевыми точками которых включен уравнительный реактор, а зажимы этих обмоток соединены с вентилями (см., например, И.Л.Каганов «Электронные и ионные преобразователи» ч.III, ГЭИ, М-Л., 1956). В таком преобразователе хотя и достигается параллельная работа двух фаз прямой и обратной звезды, однако уравнительный реактор не ограничивает нарастание тока внутреннего короткого замыкания, поскольку не входит в цепь протекания этого тока.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное (прототип), содержащий силовой трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, соединенными в звезду каждая и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо (SU 265254, МПК Н02М, опубл. 09.03.1970 г.).

Недостатком этого преобразователя является высокое значение отношения действующего значения анодного тока вентиля к его среднему, т.е. плохой коэффициент формы, поскольку вентиль проводит в течение 1/6 части периода амплитуд тока нагрузки I_d. Кроме того, при внутреннем коротком замыкании в нем развиваются значительные токи.

Технический результат заключается в обеспечении параллельной работы анодных цепей вентилей и ограничении тока внутреннего короткого замыкания.

Сущность заключается в том, что преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, соединенными в звезду каждая и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо, причем каждая фаза одной вторичной обмотки через вентили связана с разноименными фазами второй вторичной обмотки, снабжен уравнительным реактором, выполненным в виде трех обмоток со средней точкой, расположенных на одном магнитопроводе. Средняя точка каждой обмотки реактора подключена к одной из фазных обмоток одной группы вторичных обмоток трансформатора, а сама указанная обмотка реактора соединена последовательно с одноименными электродами двух вентилей, через которые указанная фазная обмотка соединена с разноименными фазами второй вторичной обмотки. Обмотки реактора соединены между собой через вентили по схеме треугольника.

На фиг.1 представлена схема преобразователя, на фиг.2а-в - диаграммы вторичных фазных и линейных эдс е₂, выпрямленного напряжения e_d, напряжения на реакторе u_p, токов вентилей i_в.

Преобразователь (фиг.1) состоит из трансформатора, содержащего две группы вторичных обмоток 1 и 2, соединенных по схеме звезда каждая (первичные обмотки на фиг.1 не показаны), шести вентилей 3-8, уравнительного реактора УР, выполненного в виде трех обмоток 9-11, расположенных на одном магнитопроводе 12. К нулевым точкам 0 и 0′ обмоток 1 и 2 подключена нагрузка 13. Обмотки 9-11 уравнительного реактора УР соединены между собою через вентили 3-8 по схеме треугольника, т.е. начало обмотки 9 - (зажим «е») через вентили 3 и 8 соединяется с концом обмотки 11 (зажимом «s»), а начало обмотки 11 (зажим «f») соединено через вентили 7 и 6 с концом обмотки 10 (зажим «r») и т.д. Каждая средняя точка 0₁, 0₂ и 0₃ соответственно обмоток 9, 10 и 11 подключена к одной из фаз группы обмоток 1 так, что любая фазная обмотка группы 1 через половины обмоток уравнительного реактора и вентили соединена с разноименными фазными обмотками группы 2 (например, зажим «а» фазной обмотки группы 1 через половины обмоток 0₁p и 0₁e и вентили 3 и 4 соединены с разноименными фазами b¹ и с¹ группы обмоток 2).

Формирование напряжения e_d на нагрузке 13 осуществляется на основе известного принципа работы уравнительного реактора. Так, фаза «а» группы обмоток 1 вступает в работу в момент времени t=0 (фиг.2а) и заканчивает работу в момент времени . При этом ток нагрузки I_d на соответствующих интервалах будет проходить: на интервале 0÷t₁ фаза «а», половина обмотки 9 0₁e вентиль 3, зажим обмотки b¹ группы 2, нагрузка 13. Вместе с вентилем 3 на интервале 0-t₁ продолжает работу вентиль 8, фаза «с», половина обмотки реактора 0₃s, фаза b¹. На интервале t₁-t₂ сохраняется та же цепь протекания тока через вентиль 3 и одновременно половина тока фазы «а» будет проходить по цепи: фазная обмотка «а», половина обмотки 0₁p, вентиль 4, фазная обмотка с¹. В момент времени t₂ вентиль 3 (фиг.2в) заканчивает работу. На интервале , фаза «а» работает совместно с фазой «в», образуя соответственно цепи протекания тока, включающие в себя половины обмоток 9 и 10 - 0₁p и 0₂q, вентили 4 и 5, обмотку группы 2-c¹. Напряжение половины обмотки уравнительного реактора u_p (фиг.2) при параллельной работе фаз вторичной обмотки складывается эдс е₂ фазной обмотки, имеющей меньшее мгновенное значение и вычитается из фазного эдс вторичной обмотки с большим мгновенным значением. Результирующее напряжение показано на фиг.2а штриховой линией. Так напряжение половины обмотки 0₁e на интервале 0-t¹ складывается с эдс е_2а обмотки фазы «а», а напряжение обмотки 0₃s на этом интервале вычитается из эдс е_{2 с} фазы «с». На интервале t¹-t₁ знак напряжения на указанных половинах обмоток реактора изменяется на противоположный. На интервале t₁-t¹¹ напряжение половины обмотки 0₁e вычитается из эдс е₂в¹, а напряжение полуобмотки 0₁p добавляется ко вторичной эдс е¹ _2с, а на интервале t¹¹-t₂ - наоборот. Начиная с момента t₂ вступает в работу вентиль 5 и полуобмотка q0₂ обмотки 10 уравнительного реактора, а полуобмотка e0₁ и вентиль 3 - заканчивают работу. На интервале t₂-Т к вторичным фазным эдс е_2а и е_2в добавляется с соответствующим знаком напряжение u_p полуобмоток p0₁ и q0₂. Дальнейший порядок работы остальных фазных обмоток трансформатора и полуобмоток уравнительного реактора и вентилей можно проследить, пользуясь диаграммами фиг.2а-в. Ординаты, по которым построена кривая напряжения u_p фиг.2б, показаны на фиг.2а, а при линейных эдс е_вс ¹, e_ва ¹, e_са ¹. Следует отметить, что любая коммутация тока между вентилями является благоприятной поскольку происходит без изменения потокосцепления обмоток 9-11 уравнительного реактора УР.

Как видно из фиг.2в, длительность анодного тока вентиля в предложенном преобразователе равна 120 эл. град. при амплитуде тока через вентиль . Как известно, коэффициент формы такой кривой является более оптимальным, чем у известного преобразователя, в котором при том же среднем значении тока вентиля длительность протекания анодного тока равна 60 эл.град., а амплитуда - току нагрузки I_d (фиг.2 в).

Из фиг.1 также видно, что при внутреннем коротком замыкании, например пробое вентиля 4, последовательно и согласно в цепь тока, короткого замыкания вентиля 5 включаются полуобмотки q0₂ и p0₁ уравнительного реактора УР. Этим достигается определенное ограничение тока внутреннего короткого замыкания.

Таким образом, предложенный преобразователь имеет лучший коэффициент формы анодного тока вентиля и имеет меньшие значения токов внутреннего короткого замыкания. Экспериментальная проверка подтвердила работоспособность устройства в соответствии с диаграммами фиг.2а-в.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для питания различных потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в обеспечении параллельной работы анодных цепей вентилей и ограничении тока внутреннего короткого замыкания. Преобразователь содержит силовой трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, соединенными в звезду каждая и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо. Каждая фаза одной вторичной обмотки через вентили связана с разноименными фазами второй вторичной обмотки. Преобразователь снабжен также уравнительным реактором, выполненным в виде трех обмоток со средней точкой, расположенных на одном магнитопроводе. Средняя точка каждой обмотки реактора подключена к одной из фазных обмоток одной группы вторичных обмоток трансформатора, а сама указанная обмотка реактора соединена последовательно с одноименными электродами двух вентилей, через которые указанная фазная обмотка соединена с разноименными фазами второй вторичной обмотки. Обмотки реактора соединены между собой через вентили по схеме треугольника. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, соединенными в звезду каждая, и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо, причем каждая фаза одной вторичной обмотки через вентили связана с разноименными фазами второй вторичной обмотки, отличающийся тем, что он снабжен уравнительным реактором, выполненным виде трех обмоток со средней точкой, расположенных на одном магнитном проводе, причем средняя точка каждой обмотки реактора подключена к одной из фазных обмоток одной группы вторичных обмоток трансформатора, а сама указанная обмотка реактора соединена последовательно с одноименными электродами двух вентилей, через которые указанная фазная обмотка соединена с разноименными фазами второй вторичной обмотки.2. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п.1, отличающийся тем, что обмотки реактора соединены между собой через вентили по схеме «треугольника».