ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное или 12-пульсное, на двух выпрямляющих диодах при регулировании напряжения тиристорами с первичной стороны группового трансформатора.

Все нижеприведенные аналоги являются аналогами для всех вариантов предлагаемого преобразователя.

Широко известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий однофазный трансформатор стержневого типа с первичной обмоткой, состоящей из двух секций, размещенных на разных стержнях и подключенных параллельно к входным выводам, с двумя вторичными обмотками, состоящими каждая из двух секций, соединенных встречно-последовательно и размещенных на разных стержнях, общая точка одной пары одноименных выводов которых подключена к первому выводу нагрузки, а каждый вывод другой пары одноименных выводов подключен к аноду диода, катод которого подключен ко второму выводу нагрузки (см. Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. Ч. 3. 1956 г., стр.36 (двухфазное выпрямление в схеме с нулевым выводом при активной нагрузке).

Схема этого преобразователя иллюстрирует возможность преобразования однофазного переменного напряжения в постоянное на двух диодах и трансформаторе стержневого типа с параллельно и последовательно секционированными обмотками. Преобразователь не обеспечивает повышенной периодичности выпрямления.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что его предназначение ограничено только возможностью преобразования однофазного переменного напряжения в переменное или/и постоянное, 2-пульсное.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, первичная и вторичная трехфазные обмотки которого соединены в звезду, три вентиля, подключенные к свободным выводам вторичной обмотки и объединенными электродами образующие первый выходной вывод, дополнительную обмотку, один вывод которой подключен к нейтрали звезды вторичной обмотки, а другой образует второй выходной вывод, магнитопровод трансформатора выполнен с зазором для потоков вынужденного намагничивания, дополнительная обмотка охватывает все три стержня трансформатора, указанный один ее вывод является началом, а другой - концом (см. а.с. №1328903, кл. H02M 7/06, 22.02.85).

Недостатком этого преобразователя является то, что он не обеспечивает повышенной периодичности выпрямления на двух диодах.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что дополнительная обмотка выполняет только компенсационные функции, связанные с протеканием в ней только тока нулевой последовательности, т.е. в зависимости от направления ее подключения, она может либо компенсировать поток вынужденного намагничивания, либо подавлять пульсации выпрямленного напряжения на некоторую величину. Для преобразования основных гармоник напряжения она непригодна.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий два однофазных трансформатора с вторичными обмотками, подключенными к входам однофазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно, образуя выпрямитель с числом вентилей, кратным четырем, с двумя первичными фазными обмотками, подключенными промежуточными выводами, делящими витки каждой из них на равные части, к выводам первой пары встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, одной парой разноименных крайних выводов обеих обмоток - к разноименным фазным входным выводам, а другой парой разноименных крайних выводов - к выводам второй и третьей пар встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, свободные выводы которых подключены к свободному фазному входному выводу (см. а.с. №1457124, кл. Н02М 7/17, 01.06.87).

Недостатком этого преобразователя является необходимость четырех диодов на вторичной стороне и промежуточного вывода в каждой первичной фазной обмотке, делящего ее на равные части для равномерного распределения выпрямляемого тока на диодах. Кроме того, угол проводимости каждого диода равен всего 120 эл. град.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что четыре из шести тиристоров, попарно подключенные к первичной обмотке одного из трансформаторов, не оказывают управляющего воздействия на диоды, подключенные к вторичной обмотке другого трансформатора.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий шесть двухполюсников, выполненных в виде встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, два однофазных трансформатора с вторичными фазными обмотками, подключенными к входам однофазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно, образуя выпрямитель с числом вентилей, кратным четырем, с двумя первыми первичными фазными обмотками, подключенными одной парой разноименных или одноименных крайних выводов обеих обмоток к двум фазным входным выводам, промежуточными выводами от части их витков, отсчитываемых от указанных фазных входных выводов, - к первому двухполюснику, а другой парой крайних выводов через второй и третий двухполюсники - к нулевому входному выводу, с двумя вторыми соответственно встречно или согласно-последовательно включенными первичными фазными обмотками, образующими с четвертым двухполюсником последовательную цепь, включенную между нулевым входным выводом и общей точкой пятого и шестого двухполюсников, с двумя третьими первичными фазными обмотками, третьи первичные фазные обмотки соединены соответственно встречно или согласно-последовательно и включены между третьим фазным входным выводом и общей точкой пятого и шестого двухполюсников, свободные выводы которых подключены соответственно к второму и третьему двухполюсникам, причем соотношение чисел витков первой и третьей первичных обмоток равно (см. а.с. №1580508, кл Н02М 7/17, 11.01.88. Недостатком этого преобразователя является необходимость четырех первичных обмоток на каждом однофазном трансформаторе и четырех диодов, т.е. сложность. Кроме того, угол проводимости каждого диода равен всего 120 эл. град.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что четыре из двенадцати тиристоров, попарно подключенные к первичной обмотке одного из трансформаторов, не оказывают управляющего воздействия на диоды, подключенные к вторичной обмотке другого трансформатора.

По дополнительному авт.св. №860238, кл. Н02М 7/12 от 02.08.79 г. к основному авт.св. №752681, кл. Н02М 7/06, 04.02.76 г. известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого совместно с последовательно соединенными с ними парами встречно-параллельно включенных управляемых вентилей образуют звезду, связанную с фазными входными выводами, а вторичные обмотки соединены в звезду и подключены к выпрямительному мосту, при этом дополнительно введен комплект вторичных обмоток, выпрямительный мост и управляемые вентили, причем первичные обмотки через дополнительные встречно-параллельно включенные вентили соединены с нулевым входным выводом, а дополнительный комплект вторичных обмоток и дополнительный выпрямительный мост вместе с основными вторичными обмотками и основным выпрямительным мостом соединены по схеме двенадцатипульсного выпрямителя, дополнительно введенный трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду, общая точка которой соединена с нулевым входным выводом, а группа вторичных обмоток соединена в треугольник.

Этот преобразователь иллюстрирует возможность подключения к искусственному нулевому входному выводу, образованному нейтралью обмотки дополнительного трансформатора, соединенной в звезду и подключенной к фазным входным выводам.

Недостатком его является необходимость в 12-и диодах, т.е. сложность, а также неравенство углов проводимости диодов основного (90 эл. град.) и дополнительного (30 эл. град.) мостов.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что вторичная обмотка основного трехфазного трансформатора соединена в звезду.

Наиболее близким техническим решением (прототип) является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий три однофазных трансформатора, первичные обмотки которых подключены к основным и дополнительным парам встречно-параллельно включенных вентилей, дополнительные пары указанных вентилей соединены в звезду, общая точка которой подключена к нулевому входному выводу, а вторичные обмотки подключены к входам однофазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно, образуя выпрямитель с числом вентилей, кратным шести, каждая первичная обмотка выполнена с отводом, подключенным к свободному выводу соответствующей дополнительной пары встречно-параллельно включенных вентилей, начало каждой указанной обмотки через соответствующую основную пару встречно-параллельно включенных вентилей подключено к выходному выводу, а конец указанной обмотки соединен с началом обмотки опережающей фазы, причем указанный отвод от первичной обмотки делит ее витки в отношении

где w₁ - число витков от начала первичной обмотки до отвода;

w₂ - число витков от отвода до конца первичной обмотки.

(см. а.с. №995239, кл. Н02М 7/12 от 24.03.81).

Недостатком этого преобразователя является необходимость в 6-и диодах, т.е. сложность. Кроме того, угол проводимости каждого диода равен всего 60 эл. град.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что вторичная обмотка трехфазного трансформатора соединена в трехфазную группу. Противоречие заключается в том, что в процессе работы устройства должны быть задействованы, хотя и не одновременно, все три фазных напряжения этой обмотки (каждое в течение 120 эл. град.) и соответственно шесть диодов, к которым она подключена.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в упрощении конструкции, путем создания преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное или 12-пульсное, выпрямляющего на двух диодах при регулировании напряжения тиристорами с первичной стороны группового трансформатора.

Эта задача в первом варианте предлагаемого изобретения решается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, например, секционированными, подключенными каждая первичная одним выводом к первой общей точке основных встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторая общая точка которых соединена с фазным входным выводом, а свободным выводом - непосредственно к входному выводу смежной фазы, дополнительными встречно-параллельно включенными управляемыми вентилями, подключенными первой общей точкой к крайнему выводу одной первичной обмотки, двумя вторичными обмотками, одна пара разноименных выводов которых образует общий вывод, а другая подключена к одноименным электродам диодов, соединенных другой парой электродов с первым выходным выводом, второй выходной вывод, в любой полости, образованной вторичной обмоткой, размещен один стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора, вторая общая точка дополнительных управляемых вентилей подключена к соответствующему выводу цепи, содержащей совместно с парой основных управляемых вентилей другую первичную обмотку, и замыкает последовательную цепь, состоящую из всех управляемых вентилей и одной из первичных обмоток, а общий вывод вторичных обмоток подключен ко второму выходному выводу.

Стержень каждого трансформатора может быть навит из стальной ленты и иметь в продольном сечении кольцевидную форму, а в общей полости вторичных обмоток размещены стержни обоих трансформаторов.

Каждая обмотка трансформатора может состоять из двух секций, размещенных на разных стержнях 2-стержневого магнитопровода, а в полости каждой секции вторичной обмотки размещен один стержень с секцией первичной обмоткой каждого трансформатора.

Первичные обмотки каждого трансформатора могут быть выполнены на среднем стержне 3-стержневого плоского магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены средние стержни обоих трансформаторов.

Первичные обмотки каждого трансформатора могут быть выполнены на одном стержне 2-стержневого магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены указанные стержни обоих трансформаторов.

Во втором варианте предлагаемого изобретения эта задача решается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, например, секционированными, подключенными каждая первичная первым крайним выводом к фазному входному выводу, а вторым крайним выводом и промежуточным выводом, делящим ее число витков в отношении отсчитываемом от первого крайнего вывода, к первым общим точкам встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторые общие точки которых соединены соответственно с входным выводом смежной фазы и нулевым входным выводом, третьей первичной обмоткой, подключенной аналогично первым двум крайними выводами к соответствующим фазным входным выводам, двумя вторичными обмотками, одна пара разноименных выводов которых образует общий вывод, а другая подключена к одноименным электродам диодов, соединенных другой парой электродов с первым выходным выводом, второй выходной вывод, дополнительные встречно-параллельно включенные управляемые вентили, в любой полости, образованной вторичной обмоткой, размещен один стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора, общий вывод вторичных обмоток подключен ко второму выходному выводу, третья первичная обмотка выполнена на одном трансформаторе, а на другом - дополнительная первичная обмотка, с числом витков, равным числу витков основной между первым крайним и промежуточным выводами, подключенная одним выводом к первому крайнему выводу третьей первичной обмотки, а другим - к первой общей точке упомянутых дополнительных вентилей, вторая общая точка которых соединена с нулевым входным выводом.

Стержень каждого трансформатора может быть навит из стальной ленты и иметь в продольном сечении кольцевидную форму, а в общей полости вторичных обмоток размещены стержни обоих трансформаторов.

Каждая обмотка трансформатора между ее смежными выводами может состоять из двух секций, размещенных на разных стержнях 2-стержневого магнитопровода, а в полости каждой секции вторичной обмотки размещен один стержень с секцией первичной обмоткой каждого трансформатора.

Обмотки каждого трансформатора могут быть выполнены на среднем стержне 3-стержневого плоского магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены средние стержни обоих трансформаторов.

Обмотки каждого трансформатора могут быть выполнены на одном стержне 2-стержневого магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены указанные стержни обоих трансформаторов.

Преобразователь может содержать дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входным выводам.

В третьем варианте предлагаемого изобретения эта задача решается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем три однофазных трансформатора, с первичными обмотками, подключенными каждая одним выводом к первой общей точке встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторая общая точка которых соединена с фазным входным выводом, а свободным выводом - непосредственно к входному выводу соответствующей смежной фазы, двумя вторичными обмотками, одна пара разноименных выводов которых образует общий вывод, а другая подключена к одноименным электродам диодов, соединенных другой парой электродов с первым выходным выводом, второй выходной вывод, вторичные обмотки образуют общую полость, в которой размещен стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора, а общий вывод вторичных обмоток подключен ко второму выходному выводу.

Кроме того, первичная обмотка каждого трансформатора может содержать промежуточный вывод, делящий ее на части в отношении , большая из которых отсчитывается от упомянутого свободного входного вывода, и подключенный к одному выводу соответствующей дополнительно введенной пары встречно параллельно включенных управляемых вентилей, другой вывод которой соединен с нулевым входным выводом.

Стержень каждого трансформатора может быть навит из стальной ленты и иметь в продольном сечении кольцевидную форму, а в общей полости вторичных обмоток размещены стержни трех трансформаторов.

Обмотки каждого трансформатора могут быть выполнены на одном стержне 2-стержневого магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены с возможностью взаимного пространственного сдвига указанные стержни трех трансформаторов.

Преобразователь может содержать дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входным выводам.

Технический результат, достигаемый во всех вариантах предлагаемого, заключается в упрощении, а именно: реализована возможность преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное или 12-пульсное, на двух выпрямляющих диодах при угле проводимости каждого из них 180 эл. град., т.е. с лучшим использованием по току при равномерном распределении последнего между ними.

Дополнительный технический результат, достигаемый в первом варианте предлагаемого относительно вышеуказанного аналога (А.С. №1457124), заключается в отсутствии промежуточных выводов первичных обмоток трансформаторов.

Дополнительный технический результат, достигаемый во втором варианте предлагаемого относительно вышеуказанного аналога (А.С. №1580508), заключается в сокращении количества (три обмотки, с учетом отводов, вместо четырех) первичных обмоток трансформаторов.

На фиг.1 приведена принципиальная схема первого варианта преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное, на витых ленточных магнитопроводах трансформаторов тороидальной формы; на фиг.2 - то же, на 2 - стержневых магнитопроводах с обмотками, разделенными на секции, соединенные на первичной стороне параллельно, а на вторичной попарно последовательно; на фиг.3 - то же, на 2-стержневых магнитопроводах с обмотками, разделенными на секции, соединенные на первичной стороне последовательно, а на вторичной попарно параллельно; на фиг.4 - то же, на средних стержнях 3-стержневых магнитопроводов; на фиг.5 - то же, на одном из стержней двух 2-стержневых магнитопроводов; на фиг.6 - принципиальная схема второго варианта преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное с условно-аксонометрическим изображением вторичной обмотки, предусматривающей конструктивное исполнение трансформаторов, аналогичное указанным для первого варианта; на фиг.7 - принципиальная схема третьего варианта преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное, 12-пульсное, на витых ленточных магнитопроводах трансформаторов тороидальной формы; на фиг.8 - то же, для случая 6-пульсного выпрямления.

Преобразователь на фиг.1 содержит встречно-параллельно соединенные пары тиристоров соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, трансформаторы, выполненные на витых ленточных магнитопроводах 7, 8 с первичными обмотками соответственно 9, 10 и общей вторичной обмоткой 11, в полости которой размещены указанные магнитопроводы. Начало (конец) вторичной обмотки 11 подключено к аноду диода 12 (13), а между общей точкой катодов диодов 12, 13 и средним выводом обмотки 11 подключена нагрузка 14. Конец (начало) обмотки 10 (9) подключен к входному выводу фазы А (С), а начало (конец) - к общей точке тиристоров 1 и 2 (3 и 4), другая общая которых подключена к входному выводу фазы В. Тиристоры 5 и 6 подключены между концами обмоток 9, 10.

Допустим, что открыт тиристор 1 от прикладываемого к нему линейного напряжения между входными выводами фаз А и В. Ток первичной обмотки 10 трансформатора 8 протекает по цепи: входной вывод фазы А, от конца к началу обмотки 10, от анода к катоду тиристора 1, входной вывод фазы В. Ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 протекает по цепи: конец обмотки 11, от анода к катоду диода 13, нагрузка 14, средний вывод обмотки 11, т.е. одна половина обмотки 11 проводит ток нагрузки 14, а другая остается обесточенной.

Через 60 эл. град., когда потенциал фазы С становится более отрицательным, чем потенциал фазы В, отпирается тиристор 5 от прикладываемого к нему линейного напряжения между фазными входными выводами А и С, а к тиристору 1 прикладывается обратное напряжение и ток первичной обмотки 9 трансформатора 7 протекает по цепи: входной вывод фазы А, от анода к катоду тиристора 5, от конца к началу обмотки 9, входной вывод фазы С. Ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 продолжает протекать по той же цепи через диод 13, формируя следующую по фазе пульсацию, т.к. направление магнитного потока относительно вторичной обмотки не изменяется.

Далее через 60 эл. град., когда потенциал фазы В становится больше, чем потенциал фазы А, отпирается тиристор 3 от прикладываемого к нему линейного напряжения между фазными входными выводами В и С, а к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение и ток первичной обмотки 9 трансформатора 7 протекает по цепи: входной вывод фазы В, от анода к катоду тиристора 3, от конца к началу обмотки 9, входной вывод фазы С. Ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 вновь продолжает протекать по той же цепи через диод 13, формируя очередную по фазе пульсацию.

В следующем интервале дискретности потенциал фазы А становится более отрицательным, чем потенциал фазы С, отпирается тиристор 2 от прикладываемого к нему линейного напряжения между входными выводами фаз В и А, а к тиристору 3 прикладывается обратное напряжение и ток первичной обмотки 10 трансформатора 8 протекает по цепи: входной вывод фазы В, от анода к катоду тиристора 2, от начала к концу обмотки 10, входной вывод фазы А. Одновременно, потенциал анода относительно катода диода 12 становится больше, чем у диода 13, и последний запирается. Объясняется это тем, что направление магнитного потока относительно общей вторичной обмотки 11 изменяет свой знак. Напряжение, трансформируемое в обмотку 11, также изменяет свой знак, вследствие чего происходит коммутационный процесс между диодами 13 и 12. В процессе выключения тиристора 3 происходит трансформирование в обмотку 11 разностного коммутационного напряжения между отстающей и опережающей полуволнами линейных напряжений, которое прикладывается к выключающемуся диоду 13 в обратном направлении, а к включающемуся диоду 12 в прямом направлении. Запирание диода 13 обесточивает от нагрузочного тока тиристор 3 и напряжение на нагрузке 14, формируемое открытым диодом 12, возрастает до номинального значения. Теперь ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 протекает через другую ее половину по цепи: начало обмотки 11, от анода к катоду диода 12, нагрузка 14, средний вывод обмотки 11. Далее диод 12, аналогично вышеописанному, проводит ток еще в течение двух тактов, затем вновь, в связи с изменением направления магнитного потока, вступает в работу диод 13. Таким образом, коммутация тиристоров и диодов, с учетом изменения направления магнитного потока относительно вторичной обмотки, происходит с частотой 50 Гц. Благодаря однополупериодной схеме выпрямления на вторичной стороне преобразователя, возрастание и убывание вторичных токов в процессе коммутации диодов происходит, несмотря на общую вторичную обмотку, в разных цепях, одна из которых находится в предварительно обесточенном состоянии.

Тиристоры и диоды формируют на нагрузке 14 выпрямленное напряжение с периодичностью m=6 в следующей последовательности: 5-13, 1-13, 3-13, 2-12, 6-12, 4-12. Угол проводимости первичной обмотки 9 (10) равен 240 (120) эл.град. Поэтому расчетная мощность обмотки 9 в раз превышает расчетную мощность обмотки 10. Однако это не нарушает равенства углов проводимости во вторичной цепи, т.е. угол проводимости каждого диода и вторичной полуобмотки равен 180 эл. град.

Необходимо учесть, что в схеме преобразователя на фиг.1 тиристоры 1 и 2, без изменения принципа работы, могут аналогично образовывать последовательную цепь с обмоткой 10 и в том случае, если их поменять местами, т.е. начало обмотки 10 соединить с входным выводом фазы В, а тиристоры 1 и 2 включить между концом обмотки 10 и общей точкой тиристоров 5 и 6.

Кроме того, в схеме преобразователя на фиг.1 тиристоры 5 и 6 можно включить, без внесения изменений в соединения других элементов, не между концами, а между началами обмоток 9 и 10. В этом случае тиристоры 3 и 4, без изменения принципа работы, могут аналогично образовывать последовательную цепь с обмоткой 9 и в том случае, если их поменять местами, т.е. конец обмотки 9 соединить с входным выводом фазы В, а тиристоры 3 и 4 включить между началом обмотки 9 и перемещенной общей точкой тиристоров 5 и 6. Отличие второго случая пересоединения тиристоров от первого заключается только в том, что теперь расчетная мощность обмотки 10 в раз превышает расчетную мощность обмотки 9. Во всех случаях должна образовываться замкнутая последовательная цепь, содержащая все тиристоры и одну из первичных обмоток (например, обмотку 10 на фиг.1).

Преобразователь по фиг.2 отличается тем, что выполнен на двух двухстержневых магнитопроводах. Первичные обмотки 9 и 10 разделены каждая на две секции, размещенные на разных стержнях трансформаторов соответственно 7 и 8 и соединенные относительно питающего напряжения параллельно с таким подключением их начал и концов, которое обеспечивает согласное направление магнитных потоков в каждом магнитопроводе, а именно: начало (конец) одной секции первичной обмотки каждого магнитопровода соединено с концом (началом) другой ее секции, а соответствующее линейное напряжение через тиристоры подведено к выводам каждой секции.

Каждая полуобмотка вторичной обмотки 11 между одним из ее крайних и средним выводами также разделена на две секции, соединенные относительно магнитных потоков магнитопроводов с таким подключением их начал и концов, которое обеспечивает суммирование напряжений секций, при этом в полости каждой секции вторичной обмотки размещен один стержень с секцией первичной обмотки каждого трансформатора, а именно: начала обеих секций каждой полуобмотки соединены друг с другом, конец одной крайней секции обмотки 11 соединен с анодом диода 12, а конец другой - с анодом диода 13, между их катодами и концами средних секций обмотки 11 подключена нагрузка 14.

Допустим, что открыт тиристор 1 и линейное напряжение между фазными входными выводами А и В прикладывается параллельно к началу (концу) одной и к концу (началу) другой секции первичной обмотки 10 на магнитопроводе 8. Под действием вторичного напряжения ток нагрузки протекает от начала к концу нижней секции нижней полуобмотки обмотки 11, анод диода 13, нагрузку 14, от конца к началу верхней секции нижней полуобмотки 11. В данном интервале дискретности диод 12 заперт обратным напряжением, прикладываемым к нему верхними секциями верхней полуобмотки 11. При одинаковом направлении намотки секций всех обмоток совпадение полярности их начал и концов связано с направлением обхода стержней магнитным потоком. Переключение диодов 12 и 13 между смежными интервалами дискретности происходит при смене полярности напряжений между секциями верхней и нижней полуобмоток 11. Стремлению к неравенству токов в параллельных секциях первичных обмоток противодействует последовательное соединение секций вторичных обмоток.

Преобразователь на фиг.3 отличается от преобразователя на фиг.2 только тем, что секции первичных обмоток 9 и 10 соединены между собой последовательно, а вторичных полуобмоток 11 - параллельно. Работа преобразователя по фиг.3 происходит аналогично описанному для фиг.2, причем стремлению к неравенству токов в питающих каждый диод параллельных секциях вторичных полуобмоток противодействует последовательное соединение секций первичных обмоток.

Преобразователь на фиг.4 отличается от преобразователя на фиг.1 только тем, что выполнен на средних стержнях двух трехстержневых плоских магнитопроводов. Различия в их работе отсутствуют. Однако конструктивное исполнение трансформаторов менее удобное.

Преобразователь на фиг.5 отличается от преобразователей на фиг.1 и 4 только тем, что выполнен на одном из двух стержней двух двухстержневых магнитопроводов. Различия в их работе отсутствуют. Такое исполнение проще, чем на фиг.2 и 3, однако при одинаковой расчетной мощности требует более высоких стержней.

Преобразователь на фиг.6 содержит встречно-параллельно соединенные пары тиристоров соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, трансформаторы, например, на витых ленточных магнитопроводах 7, 8 с первичными обмотками соответственно 9, 10 и общей вторичной обмоткой 11, в полости которой размещены указанные магнитопроводы. Начало (конец) вторичной обмотки 11 подключено к аноду диода 12 (13), а между общей точкой катодов диодов 12, 13 и средним выводом обмотки 11 подключена нагрузка 14. Конец обмотки 10 (9) подключен к входному выводу фазы А (С), а начало - к общей точке тиристоров 1 и 2 (3 и 4), другая общая которых подключена к входному выводу фазы С (В). На трансформаторе 8 (7) дополнительно выполнена первичная обмотка 15 (16), а первичная обмотка 10 (9) содержит промежуточный вывод, делящий ее в отношении , отсчитываемом от конца обмотки 10 (9). Число витков обмотки 15 равно большей части числа витков обмотки 9 или 10, а число витков обмотки 16 равно числу витков всей обмотки 9 или 10. Преобразователь содержит дополнительный маломощный трехфазный трансформатор 17, обмотка которого соединена в звезду и подключена концами к фазным входным выводам А, В, С, а общей точкой начал образует искусственный нулевой входной вывод 0. Кроме того, преобразователь дополнительно содержит встречно параллельно соединенные пары тиристоров соответственно 18 и 19, 20 и 21, 22 и 23, подключенные соответственно одной общей точкой к промежуточному выводу обмотки 10, к промежуточному выводу обмотки 9, к началу обмотки 15, а другой - к нулевому входному выводу 0. Концы обмоток 15 и 16 соединены с входным выводом фазы В, а начало обмотки 16 - с общей точкой тиристоров 5 и 6, другая общая точка которых подключена к входному выводу фазы А.

Допустим, что открыт тиристор 22 от прикладываемого к нему фазного напряжения между входными выводами 0 и В. Ток первичной обмотки 15 трансформатора 8 протекает по цепи: нулевой входной вывод, от анода к катоду тиристора 22, от начала к концу обмотки 15, входной вывод фазы В. Этот ток является суммой равных по величине и совпадающих по фазе (разветвленных) фазных токов обмотки трансформатора 17, протекающих в данном интервале дискретности от ее концов, подключенных к входным выводам фаз А, В, С к общей точке 0 ее начал. Ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 протекает по цепи: конец обмотки 11, от анода к катоду диода 12, нагрузка 14, средний вывод обмотки 11, т.е. одна половина обмотки 11 проводит ток нагрузки 14, а другая остается обесточенной.

Через 30 эл. град. отпирается тиристор 6 от прикладываемого к нему линейного напряжения между входными выводами фаз А и В. Т.к. линейное напряжение в раз больше фазного, то и прикладывается оно к числу витков обмотки 16, в раз большему числа витков обмотки 15. К тиристору 22 прикладывается обратное напряжение между входными выводами А и 0, а ток первичной обмотки 16 трансформатора 7 протекает по цепи: входной вывод фазы А, от анода к катоду тиристора 6, от начала к концу обмотки 16, входной вывод фазы В. Ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 продолжает протекать по цепи той же полуобмотки через диод 12, формируя следующую по фазе пульсацию, т.к. направление магнитного потока относительно вторичной обмотки не изменяется со сменой магнитопровода, пронизываемого этим потоком.

Далее через 30 эл. град. отпирается тиристор 19 от прикладываемого к нему фазного напряжения между входным выводом фазы А и нулевым входным выводом 0. Т.к. фазное напряжение в раз меньше линейного, то и прикладывается оно к числу витков обмотки 10, в раз меньшему числа витков обмотки 16. Ток первичной обмотки 10 протекает по цепи: входной вывод фазы А, от конца к промежуточному выводу части обмотки 10 с большим числом витков, от анода к катоду тиристора 19, искусственный входной вывод 0 соединенной в звезду обмотки трансформатора 17, далее разветвляется на три равные части, протекающие от общей точки начал к концам этой звезды и затем к соответствующим фазным входным выводам А, В, С. Направление результирующего магнитного потока относительно общей вторичной обмотки 11 изменяет свой знак. В связи с тем, что тиристор 6 в рассматриваемом коммутационном интервале остается включенным, это приводит к трансформированию в обмотку 11 разностного коммутационного напряжения между отстающей и опережающей равными по амплитуде полуволнами соответственно линейного и фазного напряжений, которое прикладывается к выключающемуся диоду 12 в обратном направлении, а к включающемуся диоду 13 в прямом направлении. Запирание диода 12 обесточивает от нагрузочного тока тиристор 6 и напряжение на нагрузке 14, формируемое открытым диодом 13, возрастает до номинального значения. Теперь ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 протекает через другую ее половину по цепи: конец обмотки 11, от анода к катоду диода 13, нагрузка 14, средний вывод обмотки 11.

Затем еще через 30 эл. град. отпирается тиристор 2 от прикладываемого к нему линейного напряжения между входными выводами фаз А и С, а к тиристорам 19 и 6 прикладываются обратные напряжения между входными выводами соответственно 0, С и С, В. Ток первичной обмотки 10 протекает по цепи: входной вывод фазы А, от конца к началу обмотки 10, от анода к катоду тиристора 2, входной вывод фазы С. Ток общей вторичной обмотки 11 трансформаторов 7 и 8 продолжает протекать по цепи той же полуобмотки через диод 13, формируя следующую по фазе пульсацию, т.к. направление магнитного потока относительно вторичной обмотки от переключения с тиристора 19 на тиристор 2 не изменяется.

Тиристоры и диоды формируют на нагрузке 14 выпрямленное напряжение с периодичностью m=12 в следующей последовательности: 22-12, 6-12, 19-13, 2-13, 20-12, 3-12, 23-13, 5-13, 18-12, 1-12, 21-13, 4-13. Таким образом, коммутация тиристоров происходит с частотой 50 Гц, а коммутация диодов, в соответствии со сменой направления магнитного потока относительно вторичной обмотки, - с частотой 150 Гц. Благодаря однополупериодной схеме выпрямления на вторичной стороне преобразователя, возрастание и убывание вторичных токов в процессе коммутации диодов происходит, несмотря на общую вторичную обмотку, в разных цепях, одна из которых находится в предварительно обесточенном состоянии. Угол проводимости первичной обмотки 9 или 10 между ее концом и промежуточным выводом равен 120 эл. град., а между промежуточным выводом и началом - 60 эл. град. Угол проводимости первичной обмотки 15 или 16 равен 60 эл. град. С другой стороны, число витков обмотки 9 равно числу витков обмотки 10, а число витков обмотки 16 в раз больше числа витков обмотки 15, т.е. сумма чисел витков всех первичных обмоток трансформатора 7 больше, чем трансформатора 8 в 1, 27 раз. Поэтому во столько же раз расчетная мощность первичных обмоток трансформатора 7 превышает расчетную мощность первичных обмоток трансформатора 8. Однако это не нарушает равенства углов проводимости во вторичной цепи, т.е. угол проводимости каждого диода и вторичной полуобмотки равен 180 эл. град.

Вместо дополнительного трехфазного трансформатора 17 можно использовать обычную четырехпроводную сеть с естественным нулевым входным выводом. Однако это сопряжено с проникновением в питающую сеть высших гармоник, кратных трем. Трансформатор 17 обеспечивает отсутствие этих гармоник в первичных линейных токах.

Аналогично первому варианту предлагаемого преобразователя, трансформаторы второго варианта могут быть выполнены на всех типах вышеуказанных магнитопроводов, в том числе на двух витых ленточных магнитопроводах с продольным сечением кольцевидной формы, на двух двухстержневых магнитопроводах с секционированными или не секционированными первичными и вторичными обмотками, на двух трехстержневых плоских магнитопроводах. В случае двух двухстержневых магнитопроводов с секционированными обмотками, необходимо принять во внимание, что каждая первичная обмотка между ее смежными выводами, например, между промежуточным и крайним или между двумя крайними, должна быть разделена на две секции и размещена на разных стержнях двухстержневого магнитопровода. Последовательное подключение ее к напряжению питающей сети (как показано, например, на фиг.3, с учетом правильного соединения начал и концов секций обеспечивает согласное направление магнитного потока в магнитопроводе. Вторичная обмотка 11 тоже должна быть секционирована и соединена так, как показано на фиг.3, т.е. попарно параллельно. В этом случае стремлению к неравенству токов в питающих каждый диод параллельных секциях вторичных полуобмоток противодействует последовательное соединение секций первичных обмоток.

Преобразователь на фиг.7 содержит встречно-параллельно соединенные пары тиристоров соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 18 и 19, 20 и 21, 22 и 23, три трансформатора на витых ленточных магнитопроводах 7, 8 и 24 с первичными обмотками соответственно 9, 10 и 16, каждая из которых содержит промежуточный вывод, делящий ее число витков на части в отношении , отсчитываемом от ее конца. Магнитопроводы 7, 8, 24 размещены в полости общей вторичной обмотки 11, начало (конец) которой подключено к аноду диода 12 (13), а между общей точкой катодов диодов 12, 13 и средним выводом обмотки 11 подключена нагрузка 14. Концы обмоток 10; 9 и 16 подключены соответственно к входным выводам фаз А, С и В, а начала - к общим точкам пар тиристоров 1, 2; 3, 4 и 5, 6. Другие общие точки этих тиристоров к входным выводам фаз соответственно С, В и А. Преобразователь содержит дополнительный маломощный трехфазный трансформатор 17, обмотка которого соединена в звезду и подключена концами к фазным входным выводам А, В, С, а общей точкой начал образует искусственный нулевой входной вывод 0. Кроме того, преобразователь дополнительно содержит встречно-параллельно соединенные пары тиристоров соответственно 18, 19; 20, 21 и 22, 23, подключенные соответственно одной общей точкой к промежуточному выводу обмотки 10, 9 и 16, а другой - к нулевому входному выводу 0.

Преобразователь по фиг.7 отличается от преобразователя по фиг.6 тем, что вместо первичных обмоток 15 и 16, с приведенным числом витков, равным соответственно 1 и , размещенных на разных магнитопроводах с первичными обмотками соответственно 10 и 9, используется всего одна первичная обмотка 16 с промежуточным выводом, делящим ее число витков на части в отношении, равном , но на дополнительном третьем магнитопроводе. Поэтому работа преобразователя по фиг.7 отличается от работы преобразователя по фиг.6 только тем, что вместо двух упомянутых первичных обмоток функционирует одна первичная обмотка на третьем магнитопроводе.

Тиристоры и диоды формируют на нагрузке 14 выпрямленное напряжение с периодичностью m=12 в следующей очередности: 22-12, 6-12, 19-13, 2-13, 20-12, 3-12, 23-13, 5-13, 18-12, 1-12, 21-13, 4-13. Аналогично второму варианту коммутация тиристоров происходит с частотой 50 Гц, а коммутация диодов, в соответствии со сменой направления магнитного потока относительно вторичной обмотки, - с частотой 150 Гц. Благодаря однополупериодной схеме выпрямления на вторичной стороне преобразователя, возрастание и убывание вторичных токов в процессе коммутации диодов происходит, несмотря на общую вторичную обмотку, в разных цепях, одна из которых находится в предварительно обесточенном состоянии. Угол проводимости каждого диода и вторичной полуобмотки равен 180 эл. град.

Угол проводимости каждой первичной обмотки между ее концом (началом) и промежуточным выводом равен 120 (60) эл. град. Поэтому, с учетом равенства их чисел витков, они имеют равные расчетные мощности, т.е. трансформаторы идентичны.

Функция дополнительного трансформатора 17 аналогична второму варианту.

Частным случаем преобразователя по фиг.7 является преобразователь по фиг.8. Отличие заключается в отсутствии промежуточных выводов первичных обмоток 9, 10, 16 и подключенных к ним тиристоров 18-23, а также в отсутствии необходимости дополнительного трансформатора 17. Преобразователь по фиг.8 работает с периодичностью m=6, при этом тиристоры и диоды проводят токи со следующей очередностью: 6-12, 2-13, 3-12, 5-13, 1-12, 4-13. Коммутация тиристоров происходит с частотой 50 Гц, а коммутация диодов, в соответствии со сменой направления магнитного потока относительно вторичной обмотки, - с частотой 150 Гц. Угол проводимости каждого диода и вторичной полуобмотки равен 180 эл. град. Угол проводимости каждой первичной обмотки равен 120 эл. град.

Аналогично первому и второму вариантам предлагаемого преобразователя, трансформаторы третьего варианта могут быть выполнены на следующих типах магнитопроводов: на трех витых ленточных магнитопроводах с продольным сечением кольцевидной формы и, например, так, как это показано на фиг.5 с не секционированными первичными и вторичными обмотками, но на трех двухстержневых магнитопроводах, предусматривающих возможность их взаимного пространственного сдвига на 120 эл. град. для равномерности потокосцепления с общей вторичной обмоткой. Реальное конструктивное исполнение трансформаторов, в отличие от изображенного на чертежах, должно отличаться максимально близким один относительно другого размещением магнитопроводов, предусматривающим минимизацию площади полости вторичной обмотки или каждой ее секции.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное или 12-пульсное, на двух выпрямляющих диодах при регулировании напряжения тиристорами с первичной стороны группового трансформатора. Первый вариант преобразователя (6-пульсный) содержит два однофазных трансформатора, первичная обмотка каждого из которых подключена одним выводом к фазному входному выводу, а другим - к общей точке встречно-параллельно соединенной пары управляемых вентилей, через которую соединена с входным выводом разноименной фазы, дополнительную пару встречно-параллельно соединенных управляемых вентилей, общие точки которых замыкают последовательную цепь, состоящую из всех упомянутых вентилей и одной из первичных обмоток, вторичную обмотку, средний и крайние выводы которой подключены к выпрямителю на двух диодах, а в ее общей полости размещен один стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора. Второй вариант преобразователя (12-пульсный) отличается от первого тем, что содержит четыре дополнительные пары упомянутых вентилей, две дополнительные первичные обмотки, одна из которых выполнена на одном трансформаторе, а другая с раз большим числом витков - на другом, и подключены меньшая (большая) через соответствующую пару вентилей между фазным и нулевым (между фазными) входными выводами, каждая основная первичная обмотка содержит промежуточный вывод, делящий ее число витков на части, в отношении , большая из которых отсчитывается от свободного фазного входного вывода, и подключенный через соответствующую пару вентилей к нулевому входному выводу. В обоих вариантах возможно использование пары однотипных магнитопроводов различной конструкции, в том числе двухстержневых магнитопроводов с секционированными первичными и вторичными обмотками. Третий вариант преобразователя (6-пульсный) отличается от первого тем, что дополнительно содержит третий идентичный однофазный трансформатор, ограничивающий разнообразие используемых магнитопроводов, причем все три первичные обмотки совместно с встречно-параллельно включенными управляемыми вентилями соединены по схеме «треугольника», вершины которого подключены к фазным входным выводам. Для случая 12-пульсного преобразования в третьем варианте предусмотрен промежуточный вывод в каждой первичной обмотке, делящий ее число витков в отношении и подключенный через дополнительную пару упомянутых вентилей к нулевому входному выводу. Техническим результатом предлагаемого является упрощение, заключающееся в том, что преобразование трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное или 12-пульсное, реализовано на двух выпрямляющих диодах при угле проводимости каждого из них 180 эл. град., т.е. с лучшим использованием по току при равномерном распределении последнего между ними. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, например, секционированными, подключенными каждая первичная одним выводом к первой общей точке основных встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторая общая точка которых соединена с фазным входным выводом, а свободным выводом - непосредственно к входному выводу смежной фазы, дополнительными встречно-параллельно включенными управляемыми вентилями, подключенными первой общей точкой к крайнему выводу одной первичной обмотки, две вторичные обмотки, одна пара разноименных выводов которых образует общий вывод, а другая подключена к одноименным электродам диодов, соединенных другой парой электродов с первым выходным выводом, второй выходной вывод, отличающийся тем, что в любой полости, образованной вторичной обмоткой, размещен один стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора, вторая общая точка дополнительных управляемых вентилей подключена к соответствующему выводу цепи, содержащей совместно с парой основных управляемых вентилей другую первичную обмотку, и замыкает последовательную цепь, состоящую из всех управляемых вентилей и одной из первичных обмоток, а общий вывод вторичных обмоток подключен ко второму выходному выводу.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что стержень каждого трансформатора навит из стальной ленты и имеет в продольном сечении кольцевидную форму, а в общей полости вторичных обмоток размещены стержни обоих трансформаторов.

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что каждая обмотка трансформатора состоит из двух секций, размещенных на разных стержнях 2-стержневого магнитопровода, а в полости каждой секции вторичной обмотки размещен один стержень с секцией первичной обмоткой каждого трансформатора.

4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первичные обмотки каждого трансформатора выполнены на среднем стержне 3-стержневого плоского магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены средние стержни обоих трансформаторов.

5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первичные обмотки каждого трансформатора выполнены на одном стержне 2-стержневого магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены указанные стержни обоих трансформаторов.

6. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, например, секционированными, подключенными каждая первичная первым крайним выводом к фазному входному выводу, а вторым крайним выводом и промежуточным выводом, делящим ее число витков в отношении , отсчитываемом от первого крайнего вывода, к первым общим точкам встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторые общие точки которых соединены соответственно с входным выводом смежной фазы и нулевым входным выводом, третьей первичной обмоткой, подключенной аналогично первым двум крайними выводами к соответствующим фазным входным выводам, двумя вторичными обмотками, одна пара разноименных выводов которых образует общий вывод, а другая подключена к одноименным электродам диодов, соединенных другой парой электродов с первым выходным выводом, второй выходной вывод, дополнительные встречно-параллельно включенные управляемые вентили, отличающийся тем, что в любой полости, образованной вторичной обмоткой, размещен один стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора, общий вывод вторичных обмоток подключен ко второму выходному выводу, третья первичная обмотка выполнена на одном трансформаторе, а на другом -дополнительная первичная обмотка, с числом витков, равным числу витков основной между первым крайним и промежуточным выводами, подключенная одним выводом к первому крайнему выводу третьей первичной обмотки, а другим - к первой общей точке упомянутых дополнительных вентилей, вторая общая точка которых соединена с нулевым входным выводом.

7. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что стержень каждого трансформатора навит из стальной ленты и имеет в продольном сечении кольцевидную форму, а в общей полости вторичных обмоток размещены стержни обоих трансформаторов.

8. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что каждая обмотка трансформатора между ее смежными выводами состоит из двух секций, размещенных на разных стержнях 2-стержневого магнитопровода, а в полости каждой секции вторичной обмотки размещен один стержень с секцией первичной обмоткой каждого трансформатора.

9. Преобразователь по п. 6, отличающийся тем, что обмотки каждого трансформатора выполнены на среднем стержне 3-стержневого плоского магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены средние стержни обоих трансформаторов.

10. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что обмотки каждого трансформатора выполнены на одном стержне 2-стержневого магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены указанные стержни обоих трансформаторов,

11. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что содержит дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входным выводам.

12. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий три однофазных трансформатора, с первичными обмотками, подключенными каждая одним выводом к первой общей точке встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторая общая точка которых соединена с фазным входным выводом, а свободным выводом - непосредственно к входному выводу соответствующей смежной фазы, двумя вторичными обмотками, одна пара разноименных выводов которых образует общий вывод, а другая подключена к одноименным электродам диодов, соединенных другой парой электродов с первым выходным выводом, второй выходной вывод, отличающийся тем, что вторичные обмотки образуют общую полость, в которой размещен стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора, а общий вывод вторичных обмоток подключен ко второму выходному выводу.

13. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что первичная обмотка каждого трансформатора содержит промежуточный вывод, делящий ее на части в отношении , большая из которых отсчитывается от упомянутого свободного входного вывода, и подключенный к одному выводу соответствующей дополнительно введенной пары встречно параллельно включенных управляемых вентилей, другой вывод которой соединен с нулевым входным выводом.

14. Преобразователь по п.12 или 13, отличающийся тем, что стержень каждого трансформатора навит из стальной ленты и имеет в продольном сечении кольцевидную форму, а в общей полости вторичных обмоток размещены стержни трех трансформаторов.

15. Преобразователь по п.12 или 13, отличающийся тем, что обмотки каждого трансформатора выполнены на одном стержне 2-стержневого магнитопровода, а в общей полости вторичных обмоток размещены с возможностью взаимного пространственного сдвига указанные стержни трех трансформаторов.

16. Преобразователь по п.13, отличающийся тем, что содержит дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» и подключена одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входным выводам.