ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2009 года по МПК H02M7/162 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное с постоянным уровнем высших гармоник во всем диапазоне регулирования.

Широко известна схема включения добавочного вентиля, шунтирующего активно-индуктивную нагрузку в однополупериодных или двухполупериодных выпрямителях (см. Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. Ч 3. 1956 г. стр.19 (выпрямление тока при наличии шунтирующего вентиля).

Недостатками этой схемы являются необходимость использования дополнительного вентиля, а получение непрерывного тока в цепи нагрузки сопряжено с наличием значительной по величине катодной индуктивности.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в необходимости использования усложняющего преобразователь дополнительного вентиля, а его предназначение не предусматривает возможности повышения энергетических показателей в требуемом объеме.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в звезду и подключена к фазным входным выводам, две вторичные обмотки, соединенные каждая в звезду, подключенную фазными выводами к входным выводам трехфазного управляемого вентильного моста, выходные выводы которых соединены последовательно с общей нагрузкой, диод, включенный между нейтралями упомянутых вторичных обмоток встречно с шунтирующим диодом, включенным параллельно с упомянутой нагрузкой (см. а.с. №898572, кл. Н02М, от 08.01.1979).

Недостатком этой схемы является необходимость использования дополнительного вентиля, шунтирующего индуктивную энергию нагрузки и тем самым позволяющего получить дополнительное к возможностям самого преобразователя сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. Однако с увеличением угла отпирания тиристоров амплитуда этих пульсаций заметно возрастает. Присутствуют и неканонические гармоники.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в необходимости использования усложняющего преобразователь дополнительного вентиля, а его предназначение не предусматривает возможности повышения энергетических показателей в требуемом объеме.

Известен трехфазный однотактный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого, каждая, соединены в звезду, группу вентилей, соединенных в звезду и подключенных к вторичной обмотке, и дополнительную трехфазную обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник, один конец которой подключен к общей точке звезды вторичной обмотки, а другой - к одному из выходных выводов, выходной вывод образован общей точкой вентильной группы, витки каждой фазы указанной дополнительной обмотки расположены на соответствующем стержне указанного трансформатора встречно виткам вторичной обмотки, причем число витков дополнительной обмотки в каждой фазе относится к числу витков вторичной обмотки этой же фазы как 1:3 (см. а.с. №797023, кл. Н02М 7/12, 1978).

Недостатком этого преобразователя, в котором разомкнутый треугольник используется для компенсации потока вынужденного намагничивания, является низкое качество преобразования, заключающееся в том, что с увеличением угла отпирания тиристоров увеличиваются и амплитуды канонических высших гармоник. Несимметрия сети и преобразовательного тракта приводит к появлению в форме выпрямленного напряжения неканонической гармоники с частотой напряжения питающей сети.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что схема преобразователя, в которой один из выводов разомкнутого треугольника подключен к выходному выводу, образованному общей точкой вентильной группы, предназначена только для компенсации потока вынужденного намагничивания, т.к. компенсационная обмотка проводит ток 3-й гармоники в цепи, проводящей токи и других гармоник, и поэтому не может нести иных функций.

По дополнительному авт. св. №860238, кл. Н02М 7.12 от 02.08.79 г. к основному авт. св. №752681, кл. Н02М 7/06, от 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 двенадцатимпульсного 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.

Недостатком этого преобразователя является сложность: 8 тиристоров, 12 вентилей и 2 обмотки на вторичной стороне. Необходимо также отметить и низкое качество преобразования, заключающееся в том, что с увеличением угла отпирания тиристоров увеличиваются и амплитуды канонических высших гармоник на стороне как постоянного, так и переменного тока. Несимметрия сети и преобразовательного тракта приводит к появлению в форме выпрямленного напряжения неканонической гармоники с частотой напряжения питающей сети. Неравные углы коммутации - причина того, что с увеличением нагрузки смежные по фазе пульсации выпрямленного напряжения становятся неравными по амплитуде и, тем самым, создают возрастающую по амплитуде неканоническую гармонику с частотой 300 Гц. Кроме того, общее количество управляющих импульсов, подаваемых на тиристоры, через каждые 30 эл. град. равно 18-и, вследствие необходимости обеспечить работу преобразователя в режиме прерывистых токов, что усложняет систему управления преобразователем.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что конфигурация схемы преобразователя предназначена только для обычного преобразования (с низкими энергетическими показателями) трехфазного переменного напряжения в постоянное, 12-пульсное, с управлением по первичной стороне и возможностью компенсации вредного воздействия на сеть тока нулевой последовательности, без получения больших значений периодичности выпрямления, кратных 12-и.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий нулевой входной вывод, N (где N=1,2,3,…) трехфазных управляемых вентильных мостов, пар уравнительных реакторов, пар дополнительных диодов, двухполюсников, каждый полюс i-го (где i=1,2,3,…,N) из указанных мостов соединен с крайним выводом обмотки одного из i-й пары уравнительных реакторов, другой крайний вывод которой соединен с электродом одного из i-й пары дополнительных диодов, при этом i-е дополнительные диоды и вентили i-го моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, к общей точке свободных электродов i-х дополнительных диодов подключен входной вывод i-го двухполюсника, между общей точкой выходных выводов N двухполюсников и нулевым входным выводом образована первичная соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток i-й пары уравнительных реакторов образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, трехфазный трансформатор, первичные фазные обмотки которого содержат каждая N+1 выводов и подключены одной группой крайних выводов к фазным входным выводам, а i-й из остальных N групп выводов - к входным выводам i-го моста, вторичная обмотка соединена в звезду с выведенным нулем и подключена фазными выводами к входным выводам вторичного вентильного моста со свободным входным выводом, полюсами которого образованы его выходные выводы, а между упомянутыми свободным входным выводом и нулевым выводом вторичной обмотки образована вторичная соединительная цепь, дополнительная обмотка, соединенная в разомкнутый треугольник, вторичная соединительная цепь выполнена короткозамкнутой, а первичная соединительная цепь содержит упомянутую обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник, число витков которой меньше числа витков наибольшего участка первичной обмотки трехфазного трансформатора между ее смежными группами выводов, при N=1 двухполюсник выполнен короткозамкнутым, при N=2,3,4,… каждый двухполюсник содержит пару встречно параллельно включенных вентилей, один из которых выполнен управляемым с одинаковым относительно нулевого входного вывода направлением подключения электродов, при этом число витков, от которых выполнен ее i-й вывод, равно w_i;

,

а промежуточный вывод обмотки уравнительного реактора каждого моста делит ее число витков на части в отношении, равном

,

где w_N - число витков первичной обмотки трехфазного трансформатора между ее крайними выводами, w₁ - число витков обмотки уравнительного реактора между электродом дополнительного вентиля и промежуточным выводом, w₂ - число витков обмотки уравнительного реактора между промежуточным выводом и полюсом управляемого вентильного моста, i=1,2,3,…,N - порядковый номер трехфазного управляемого вентильного моста, N - общее количество этих мостов, k=f(i)=2i-1,…,2-N-1 - коэффициент соотношения чисел витков обмоток уравнительного реактора i-го моста, а также участков первичной обмотки трехфазного трансформатора между i-ми и фазными входными выводами.

Кроме того, согласно параллельно каждому управляемому вентилю двухполюсника между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод.

Кроме того, вентили вторичного вентильного моста, к которым подключены фазные выводы вторичной обмотки трехфазного трансформатора, выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, а между выходными выводами вторичного вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор.

Кроме того, содержит дополнительный трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в звезду и подключена одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входным выводам (см. заявку №2007133867/20(036989) от 10.09.07 г.).

Недостатком этого преобразователя является то, что, в случае его питания от источника сверхнизкого трехфазного переменного напряжения, например в исследовательских целях, возникает затруднение в получении выпрямленного напряжения с постоянным уровнем пульсаций при регулировании.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что число витков дополнительной обмотки трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, не удается выбрать из-за малого числа витков с требуемой точностью, удовлетворяющей, с одной стороны, условию получения постоянства уровня пульсаций выпрямленного напряжения при регулировании, а с другой - достаточной глубины регулирования.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в построении схемы преобразователя, позволяющей сохранить качественные показатели прототипа при питании от источника сверхнизкого трехфазного переменного напряжения, т.е. в расширении эксплуатационных возможностей преобразователя.

Эта задача решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем нулевой входной вывод, N (где N=1,2,3,…) трехфазных управляемых вентильных мостов, пар уравнительных реакторов, пар дополнительных диодов, двухполюсников, каждый полюс i-го (где i=1,2,3,…, N) из указанных мостов соединен с крайним выводом обмотки одного из i-и пары уравнительных реакторов, другой крайний вывод которой соединен с электродом одного из i-й пары дополнительных диодов, при этом i-е дополнительные диоды и вентили i-го моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, к общей точке свободных электродов i-х дополнительных диодов подключен входной вывод i-го двухполюсника, между общей точкой выходных выводов N двухполюсников и нулевым входным выводом образована первичная соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток i-й пары уравнительных реакторов образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, трехфазный трансформатор, первичные фазные обмотки которого содержат каждая N+1 выводов и подключены одной группой крайних выводов к фазным входным выводам, а i-й из остальных N групп выводов - к входным выводам i-го моста, вторичная обмотка соединена в звезду с выведенным нулем и подключена фазными выводами к входным выводом вторичного вентильного моста со свободным входным выводом, полюсами которого образованы его выходные выводы, а между упомянутыми свободным входным выводом и нулевым выводом вторичной обмотки образована вторичная соединительная цепь, дополнительная обмотка, соединенная в разомкнутый треугольник, отличающемся тем, что первичная соединительная цепь выполнена короткозамкнутой, а вторичная соединительная цепь содержит упомянутую обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник, число витков которой меньше числа витков вторичной обмотки трехфазного трансформатора.

При N=1 двухполюсник выполнен короткозамкнутым.

При N=2,3,4,… каждый двухполюсник содержит пару встречно параллельно включенных вентилей, один из которых выполнен управляемым с одинаковым относительно нулевого входного вывода направлением подключения электродов.

Согласно параллельно каждому управляемому вентилю двухполюсника между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод.

Вентили вторичного вентильного моста, к которым подключены фазные выводы вторичной обмотки трехфазного трансформатора, выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, а между выходными выводами вторичного вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор.

Преобразователь содержит дополнительный трехфазный 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 в предлагаемом изобретении, заключается в том, что в случае питания преобразователя от источника сверхнизкого трехфазного переменного напряжения при повышающем коэффициенте трансформации обеспечивается достаточно точный выбор числа витков разомкнутого треугольника относительно вторичной обмотки трехфазного трансформатора, удовлетворяющий, с одной стороны, условию получения постоянства уровня пульсаций выпрямленного напряжения при регулировании, а с другой - достаточной глубины регулирования, с сохранением всех качественных показателей преобразования.

На фиг.1 приведена принципиальная схема 12-пульсного преобразователя с вторичным диодным мостом и разомкнутым треугольником во вторичной соединительной цепи; на фиг.2 - временные диаграммы 12-пульсного выпрямленного напряжения Udα на выходе вторичного диодного моста, со сглаживающим реактором L_d≠0 и без него L_d=0, при различных углах отпирания α тиристоров на первичной стороне в соответствии с картой импульсов, нумерация на которой соответствует нумерации этих тиристоров; на фиг.3 - векторная диаграмма напряжений 12-пульсного преобразователя, приведенная к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, где на примере первого квадранта, U_ab и U_0b, U_a0 - соответственно вектора линейного и фазных напряжений питающей сети, U_c02, U_a02, U_0b2 и U_c01, U_a01, U_0b1 - соответственно вектора уравнительных напряжений и их меньших частей, пропорциональных участкам с меньшим числом витков обмоток уравнительных реакторов, Ur - вектор результирующего выпрямляемого напряжения; на фиг.4 - временные диаграммы токов, протекающих через управляемые вентили и обмотки уравнительных реакторов (при N=1), где I₁ и I₁₁, I₁₂, I₁₃, I₁₄ - токи тиристора, и в участках обмоток уравнительных реакторов с указанной нумерацией; на фиг.5 - временные диаграммы токов (при N=1) в нулевом проводе I₀, в фазных обмотках дополнительного (компенсационного) трансформатора , линейный ток сети с подключенным компенсационным трансформатором и фазный ток первичной обмотки трехфазного трансформатора I_ф; на фиг.6 - принципиальная схема 12-пульсного преобразователя с вторичными тиристорным мостом и разомкнутым треугольником во вторичной соединительной цепи; на фиг.7 - принципиальная схема 24-пульеного преобразователя с вторичным диодным мостом и разомкнутым треугольником во вторичной соединительной цепи; на фиг.8 - временные диаграммы 24-пульсного выпрямленного напряжения Udα на выходе вторичного диодного моста со сглаживающим реактором L_d≠0 и без него L_d=0, при различных углах отпирания α тиристоров на первичной стороне в соответствии с картой импульсов, нумерация на которой соответствует нумерации этих тиристоров; на фиг.9 - векторная диаграмма напряжений 24-пульсного выпрямителя, приведенная к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, где на каждом векторе результирующего выпрямляемого напряжения Ur указана соответствующая его образованию нумерация тиристоров и диодов управляющей части, а в скобках - диодов вторичного моста, где Ua₁b₁, Ua₁c₁, Ub₁c₁, Ub₁a₁, Uc₁a₁, Uc₁b₁ - вектора линейных напряжений питающей сети, прикладываемых к выводам a₁, b₁, c₁ от части витков w₁ первичной обмотки трехфазного трансформатора при их отношении к числу витков вторичной обмотки, равном единице, а точки a₂, b₂, с₂ соответствуют прикладыванию тех же напряжений к большему числу витков w₂ первичной обмотки трехфазного трансформатора между выводами a₂, b₂, с₂ и фазными входными выводами А, В, С; на фиг.10 - временные диаграммы (при N=2) линейного тока сети I_л при подключении компенсационного трансформатора, фазного тока основного трансформатора Iw₁ между фазным входным и смежным с ним промежуточным выводами, линейных токов первого I_л1 и второго I_л2 управляемых мостов, в общем нулевом проводе I₀ и в нулевых проводах первого и второго управляемых мостов, токов I₁₁, I₁₂ и I₆₂, I₆₃ (попарно на 2-х общих осях абсцисс) в обмотках уравнительных реакторов с указанной нумерацией; на фиг.11 - принципиальная схема 24-пульсного преобразователя с вторичным тиристорным мостом и разомкнутым треугольником во вторичной соединительной цепи; на фиг.12 - детализированные фрагменты векторных диаграмм, показывающие получение результирующих векторов выпрямляемых напряжений Ur, при N=1 (m=12), N=2 (m=24) и N=3 (m=36) и коэффициенте трансформации, равном единице. На временных диаграммах 24-пульсного выпрямителя по оси абсцисс масштаб вдвое больше, чем для 12-пульсного выпрямителя.

Преобразователь (фиг.1) содержит трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 1-6 и диоды 7, 8, уравнительный реактор 9 (10) с обмотками 11, 12 (13, 14), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 15 (16) упомянутого моста, начало обмотки 11 (13) соединено с катодами (анодами) тиристоров 1, 3, 5 (2, 4, 6), конец обмотки 12 (14) соединен с катодом (анодом) диода 7 (8), причем число витков обмотки 12 (14) в √3 раз меньше числа витков обмотки 11 (13). Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 подключены к началам первичных фазных обмоток трансформатора 17, концы которых подключены к фазным входным выводам А, В, С. Вторичная обмотка трансформатора 17 соединена в звезду и подключена концами к общим точкам диодов 18-23 моста, выполненного на диодах 18-25, между выходными выводами 26 и 27 которого включена нагрузка 28. На трансформаторе 17 выполнена обмотка 29, соединенная в разомкнутый треугольник. Дополнительный трансформатор 30, обмотка которого соединена в звезду и подключена группой одноименных выводов к фазным входным выводам А, В, С, а общей точкой других выводов - к нулевому входному выводу 0, соединенному с общей точкой диодов 7 и 8. Обмотка 29 подключена началом к общей точке начал вторичной обмотки трансформатора 17, а концом - к общей точке диодов 24 и 25.

Получение при некоторой величине нагрузки, достаточной для нормальной работы уравнительных реакторов, на входных выводах каждого из мостов преобразователя 12-и равных по амплитуде и сдвинутых друг относительно друга по фазе на 30 эл. град. выпрямляемых напряжений, формирующих 12-пульсное выпрямленное напряжение (фиг.2), достигается соотношением чисел витков обмоток уравнительного реактора 9 или 10. Это показано на векторной диаграмме (фиг.3), где каждый вектор выпрямляемого напряжения Ur - это результат суммирования на одном из уравнительных реакторов смежных и сдвинутых по фазе относительно друг друга на 30 эл. град. линейного и фазного напряжений сети. При этом величина выпрямляемого напряжения, определяемая из косоугольных треугольников, равна: Ur=1,2247·U_ф·k_тр, где U_ф - фазное напряжение сети, k_тр - коэффициент трансформации.

В каждом интервале дискретности один из уравнительных реакторов формирует выпрямляемое напряжение Ur, под действием которого выпрямляемый ток разветвляется, с учетом баланса ампер-витков, на две его обмотки, а также протекает по цепи, включающей обмотку с большим числом витков другого уравнительного реактора, выполняющего функцию катодной индуктивности. В любой момент времени токи смежных по фазе обмоток трансформатора 17 отличаются друг от друга по величине в раз. Во столько же раз отличаются друг от друга и величины создаваемых ими магнитных потоков. Разность этих токов ответвляется в нулевой провод. Под действием неравных по величине и противофазных суммируемых эдс смежных фаз (третья фаза в это время выполняет функцию дополнительной анодной индуктивности) в обмотке 29 трансформатора 17 наводится регулируемая тиристорами результирующая разностная эдс тройной частоты, направленная встречно переменной составляющей выпрямляемого напряжения и имеющая с ней одинаковую форму меньшей амплитуды. Благодаря этой противо-эдс уменьшается амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения, а в обмотке 12 или 14 реактора, выполняющего функцию катодной индуктивности, независимо от угла отпирания тиристоров, формируется ток подпитки, препятствующий выключению соответствующего диода 7 или 8. Вместе с тем, наблюдается и отсутствие режима прерывистых токов, вследствие чего оказывается возможной замена вентилей 7, 8 на диоды. Форма тока подпитки в каждом интервале дискретности представляет собой кривую с возрастающими ординатами мгновенных значений

(см. I₁₂ и I₁₄ на фиг.4), в отличие от ниспадающей формы исходной кривой основного выпрямляемого тока. Результирующая форма тока на всех остальных элементах схемы преобразователя с увеличением числа витков обмотки 29 и независимо от угла отпирания тиристоров приближается к прямоугольно-ступенчатой. Амплитуда тока подпитки прямо пропорциональна величине противо-эдс, а ее пологость - анодной индуктивности, определяемых выбором числа витков обмотки 29.

Необходимо учесть, что для нормальной работы преобразователя между общей точкой разноименных электродов диодов 7, 8 и нулевым входным выводом 0 должен протекать ток нулевой последовательности. Для этого число витков обмотки 29 должно быть меньше числа витков вторичной обмотки трансформатора 17 и практически может не превышать значения 25% от этого числа, с учетом требований к достаточному подавлению пульсаций и допустимому ограничению диапазона регулирования, имеющих прямую зависимость от величины противо-эдс обмотки 29 (величина 25% - это величина в относительных единицах максимальной разности значения ординаты переменной составляющей выпрямленного напряжения и ее среднего значения при некотором угле α отпирания тиристоров). Характер воздействия противо-эдс обмотки 29 на форму выпрямленного тока выглядит как уплощение верхушек полуволн синусоид, а степень этого уплощения, при прочих равных условиях, возрастает с увеличением угла α отпирания тиристоров от значения, превышающего 78 эл. град, до близкого к предельному в 105 эл. град. Иными словами, уменьшение амплитуды переменной составляющей сопровождается увеличением доли постоянной составляющей в форме выпрямленного напряжения. Дальнейшее увеличение числа витков обмотки 29 до предельно допустимого значения возможно, однако приращение воздействия на форму выпрямленного напряжения становится при этом все менее заметным.

Уравнительные реакторы 9 и 10, попеременно обеспечивая одновременное преобразование линейных и фазных напряжений, устраняют исходное неравенство коммутационных сопротивлений смежных пульсаций путем их усреднения, т.е. препятствуют формированию разных углов коммутации, а именно: образованию неканонической гармоники с частотой 300 Гц.

Моменты переключения участков синусоид, формирующих в обмотке 29 противо-эдс частотой 150 Гц, а на выходе выпрямителя - 12-пульсное выпрямленное напряжение, задаются в ее положительном и отрицательном полупериоде системой управления, а точки свободного перехода через ноль - образуются строго симметрично относительно пульсаций, соседних с этими точками, вследствие взаимной индуктивности обмоток уравнительных реакторов, обеспечивающих фазовый сдвиг 60 эл. град. между переключениями диодов 7 и 8.

Отсутствие в форме выпрямленного напряжения неканонической гармоники частотой 50 Гц объясняется тем, что уравнительные реакторы обеспечивают в каждом такте преобразования участие тока нулевой последовательности, который по определению не может содержать гармоник, не кратных трем.

Трансформатор 17, напряжения и токи которого на вторичной стороне повторяют их на первичной стороне, служит не только для согласований напряжений, но и для создания в обмотке 29 противо-эдс, которая совместно с анодной индуктивностью попеременно подключаемой ее неактивной фазы обеспечивает работу преобразователя в режиме непрерывных токов во всем диапазоне регулирования, что упрощает его управление.

Дополнительный маломощный трансформатор 30 предназначен для разделения тока нулевой последовательности преобразователя на 3 одинаковые части, каждая из которых одновременно протекает между нулевым входным выводом 0 и соответствующим фазным входным выводом. В результате устраняется вредное воздействие на сеть тока нулевой последовательности, т.к. в потребляемом линейном токе он отсутствует.

Рассмотрим работу преобразователя на фиг.1 более детально. В соответствии с картой импульсов (фиг.2), подаваемых на тиристоры 1-6, они отпираются в следующей последовательности: 1, 6, 3, 2, 5, 4 и работают с диодами 7, 8 в очередности: 1-4-7; 1-4-8; 1-6-8; 1-6-7; 3-6-7; 3-6-8; 3-2-8; 3-2-7; 5-2-7; 5-2-8; 5-4-8; 5-4-7. Очередность работы диодов на вторичной стороне в точности повторяет работу тиристоров и диодов на первичной стороне.

Допустим, что управляющий импульс подан на тиристор 4, он открыт от прикладываемого к нему напряжения U_0b, и через него протекает ток по цепи, включающей нулевой входной вывод 0, диод 7, обмотку 12 реактора 9, выходные выводы 15, 16, обмотку 13 реактора 10, анод-катод тиристора 4, первичную фазную обмотку трансформатора 17, фазный входной вывод В. На вторичной стороне ток проводят диоды 20, 25. Описанный запускающий цикл (возможный при подаче импульса на любой тиристор) предваряет вхождение преобразователя в нормальный режим работы. Через 60 эл. град. управляющий импульс подается на тиристор 1, он открывается от прикладываемого к нему выпрямляемого напряжения Ur - результирующего от суммирования на уравнительном реакторе 9 линейного напряжения Uab на его обмотке 11 и фазного напряжения U_0b на его обмотке 12, и преобразователь входит в нормальный режим работы. Амплитуда напряжения Ur является результатом его равноугольного фазового сдвига относительно суммируемых напряжений, определяемого выбранным соотношением 1:√3 чисел витков обмоток уравнительного реактора 9, обратно пропорционального (с учетом соблюдения баланса ампер-витков) соотношению токов в этих обмотках. Отсюда следует неравенство токов в загруженных обмотках смежных фаз трансформатора 17. Одновременно с этим, благодаря противофазному напряжению Ur меньшей величины обмотки 29, в обмотке 14, независимо от угла отпирания тиристоров, формируется ток подпитки, представляющий собой кривую с возрастающими ординатами мгновенных значений. Объясняется это тем, что, в соответствии со схемой замещения всякого трансформатора с нулевыми выводами, в нулевом проводе его первичной цепи протекает ток, идентичный, с учетом коэффициента трансформации, противофазному току в нулевом проводе его вторичной цепи. В результате наложения кривой тока подпитки на исходную кривую основного выпрямляемого тока, форма результирующей кривой выпрямляемого тока остается практически неизменной при всех углах отпирания тиристоров. Первый интервал дискретности может быть получен и без предварительного вышеописанного запускающего цикла, если управляющие импульсы подать одновременно на тиристоры 1 и 4, т.е. в общем случае на два соответствующих тиристора разноименных групп управляемого моста, что, однако, потребует подачи в первом интервале дополнительного запускающего импульса, который затем может быть снят.

Через 30 эл. град. после включения тиристора 1 ток первичной цепи переключается с диода 7 на диод 8 без дополнительного вмешательства системы управления за счет того, что заданный системой угол отпирания тиристора 1 является фактическим углом отпирания диода 8 в цепи нулевого провода, т.к. диод 8 включен в цепь обмотки 14 уравнительного реактора 10, которая связана взаимной индуктивностью с его обмоткой 13. Соответственно ток вторичной цепи переключается с диода 25 на диод 24, и ток нагрузки протекает по цепи, включающей диоды 19, 20, 24. Теперь уравнительный реактор 10 формирует следующий с фазовым сдвигом 30 эл. град. вектор выпрямляемого напряжения Ur, а реактор 9 выполняет функцию катодной индуктивности.

Далее, через 30 эл. град., когда потенциал анода тиристора 6 становится более отрицательным, чем потенциал анода тиристора 4, происходит переключение с тиристора 4 на тиристор 6, а реакторы 9 и 10 работают в прежнем режиме, формируя на уравнительном реакторе 10 следующий по фазе вектор напряжения Ur.

Затем, еще через 30 эл. град., аналогично вышеописанному, ток первичной цепи без вмешательства системы управления переключается с диода 8 на диод 7, реакторы 9 и 10 вновь изменяют свой режим работы, формируя следующий по фазе вектор напряжения Ur на уравнительном реакторе 9.

При экспериментах было замечено, что включение сглаживающего реактора между выходными выводами 15, 16 не влияет на уровень пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке 28, включенной между выходными выводами 26, 27 на вторичной стороне, что объясняется шунтированием энергии сглаживающего реактора диодами 7, 8. Вместе с тем, перенос нагрузки на первичную сторону (между выходными выводами 15, 16) приводит к полному устранению пульсаций на этой нагрузке, вследствие того же шунтирующего действия диодов 7, 8. Для реализации обнаруженного эффекта с включением сглаживающего реактора на вторичной стороне преобразователя между выходными выводами 26 и 27 необходимо выполнить вентили 18-23 управляемыми, с тем, чтобы энергия сглаживающего реактора могла шунтироваться в свободном контуре основными диодами 24 и 25. При этом выходные выводы 15, 16 управляемого моста целесообразно замкнуть накоротко.

Преобразователь (фиг.6) содержит трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 1-6 и диоды 7, 8, уравнительный реактор 9 (10) с обмотками 11, 12 (13, 14), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 15 (16) упомянутого моста, начало обмотки 11 (13) соединено с катодами (анодами) тиристоров 1, 3, 5 (2, 4, 6), конец обмотки 12 (14) соединен с катодом (анодом) диода 7 (8), причем число витков обмотки 12 (14) в √3 раз меньше числа витков обмотки 11 (13). Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 подключены к началам первичных фазных обмоток трансформатора 17, концы которых подключены к фазным входным выводам А, В, С. Вторичная обмотка трансформатора 17 соединена в звезду и подключена концами к общим точкам разноименных электродов тиристоров 31-36 моста, выполненного на указанных тиристорах и диодах 24, 25, между выходными выводами 26 и 27 которого включены нагрузка 28 и сглаживающий реактор 37. На трансформаторе 17 выполнена обмотка 29, соединенная в разомкнутый треугольник и подключенная началом к общей точке начал вторичной обмотки трансформатора 17, а концом - к общей точке диодов 24 и 25. Дополнительный трансформатор 30, обмотка которого соединена в звезду и подключена концами к фазным входным выводам А, В, С, а общей точкой начал - к нулевому входному выводу 0, соединенному с общей точкой диодов 7 и 8. Согласно параллельно каждому тиристору 32 (34 и 36), между его анодом и управляющим электродом включена цепочка, содержащая последовательно соединенные диод и переменный резистор соответственно 18, 38 (20, 39 и 22, 40). Согласно параллельно каждому тиристору 31 (33 и 35), между его анодом и управляющим электродом включена цепочка, содержащая последовательно соединенные диод и переменный резистор соответственно 19, 41 (21, 42 и 23, 43). При этом движки переменных резисторов 38-40 и 41-43 соединены с управляющими электродами соответствующих тиристоров 32, 34, 36 и 31, 33, 35.

Преобразователь на фиг.6 отличается от преобразователя на фиг.1 только конфигурацией вторичной стороны. Поэтому работа преобразователя на фиг.6 отличается от работы преобразователя на фиг.1 только теми особенностями, которые вносят дополнительные элементы вторичной стороны.

Допустим, что открыты тиристоры 1 и 4 и диод 8 в рамках вышеуказанной очередности их включения. На вторичной стороне под действием выпрямляемого напряжения Ur управляющий ток протекает от конца фазы a вторичной обмотки трансформатора 17 по цепи, включающей диод 19, резистор 41, управляющий электрод и катод тиристора 31, выходной вывод 27, нагрузку 28, сглаживающий реактор 37, выходной вывод 26, далее разветвляется через диод 24 и обмотку 29 к нейтрали вторичной обмотки, а через диод 20, резистор 39, управляющий электрод - катод тиристора 34 к концу фазы b вторичной обмотки. Величина сопротивления резисторов выбирается из такого расчета, чтобы ток, протекающий через управляющие электроды тиристоров 31, 34, был достаточен для их отпирания. Тиристоры 31 и 34 отпираются от прикладываемого к ним выпрямляемого напряжения Ur и совместно с диодом 24 проводят номинальный ток нагрузки. Через 30 эл. град. отпирается тиристор 6, а тиристор 4 запирается обратным напряжением. Соответственно отпирается тиристор 36 от очередного по фазе выпрямляемого напряжения Ur, при протекании через его управляющий электрод и катод управляющего тока, тиристор 34 запирается обратным напряжением, а ток нагрузки вместо тиристора 34 протекает через тиристор 36. Так реализуется естественная коммутация тиристоров на вторичной стороне преобразователя без участия системы управления. Тем самым обеспечивается выделение на нагрузке 28 энергии сглаживающего реактора 37 за счет шунтирующего контура, включающего основные диоды 24 и 25, т.е. без применения дополнительных шунтирующих диодов. При этом форма выпрямленного напряжения на нагрузке 28 преобразуется в параллельную оси абсцисс абсолютно прямую линию, величина смещения которой относительно оси ординат зависит от α тиристоров, что делает излишней необходимость использования конденсатора в схеме фильтра. Это позволяет уменьшить число витков соединенной в разомкнутый треугольник обмотки 29 трансформатора 17 относительно числа витков его вторичной обмотки до достижения удовлетворительного компромисса между уменьшением числа витков обмотки 29 и увеличением индуктивности сглаживающего реактора 37. Возможность реализации режима непрерывных токов во всем диапазоне регулирования имеет прямую зависимость от величин противо-эдс и анодной индуктивности обмотки 29.

Преобразователь (фиг.7) содержит первый трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 1-6 и диоды 7, 8, уравнительный реактор 9 (10) с обмотками 11, 12 (13, 14), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 15 (16) упомянутого моста, начало обмотки 11 (13) соединено с катодами (анодами) тиристоров 1, 3, 5 (2, 4, 6), конец обмотки 12 (14) соединен с катодом (анодом) диода 7 (8). Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 подключены к промежуточным выводам a₁, b₁, c₁ первичной обмотки трансформатора 17, концы которой подключены к фазным входным выводам А, В, С. Вторичная обмотка трансформатора 17 соединена в звезду и подключена концами к общим точкам разноименных электродов диодов 18-23 моста, выполненного на диодах 18-25, между выходными выводами 26 и 27 которого включена нагрузка 28. Обмотка 29 трансформатора 17 соединена в разомкнутый треугольник и подключена концом к общей точке диодов 24 и 25, а началом соединена с общей точкой начал вторичной обмотки трансформатора 17. Преобразователь содержит встречно-параллельно включенные пары: диод 44 с тиристором 45 и диод 46 с тиристором 47, согласно последовательно включенную пару диодов 48 и 49. К аноду тиристора 45 (47) подключен анод диода 50 (51), катод которого соединен с одним выводом переменного резистора 52 (53), к движку которого подключен управляющий электрод тиристора 45 (47). Кроме того, второй трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 54-59, уравнительный реактор 60 (61) с обмотками 62, 63 (64, 65), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 66 (67) упомянутого моста, начало обмотки 62 (64) соединено с катодами (анодами) тиристоров 54, 56, 58 (55, 57, 59), конец обмотки 63 (65) соединен с катодом (анодом) диода 48 (49). Общие точки разноименных электродов тиристоров 54-59 подключены к крайним выводам начал первичных фазных обмоток трансформатора 17. Анод диода 44 (46) и катод тиристора 45 (47) подключены к общей точке диодов 7, 8 (48, 49). Катоды диодов 44,46 и аноды тиристоров 45, 47 подключены к нулевому входному выводу 0, образованному общей точкой начал соединенной в звезду обмотки дополнительного трансформатора 30, концы которой подключены к фазным входным выводам А, В, С.

Для случая 12N-пульсного (где N=2,3,4,…) выпрямления, аналогично прототипу, число витков, от которых выполнен i-й вывод первичной обмотки трансформатора, равно w_i

,

а промежуточный вывод обмотки уравнительного реактора каждого моста делит ее число витков на части в отношении, равном

,

где w_N - число витков первичной обмотки трехфазного трансформатора между ее крайними выводами, w₁ - число витков обмотки уравнительного реактора между электродом дополнительного вентиля и промежуточным выводом, w₂ - число витков обмотки уравнительного реактора между промежуточным выводом и полюсом управляемого вентильного моста, i=1,2,3,…,N - порядковый номер трехфазного управляемого вентильного моста, N - общее количество этих мостов, k=f(i)=2i-1,…2N-1 - коэффициент соотношения чисел витков обмоток уравнительного реактора i-го моста, а также участков первичной обмотки трехфазного трансформатора между i-ми и фазными входными выводами.

Для периодичности выпрямления m=24 принимаем: N=2; i=1,2; k=1,3.

Для каждого уравнительного реактора первого моста:

Для каждого уравнительного реактора второго моста:

Принятое соотношение чисел витков уравнительных реакторов обеспечивает требуемый фазовый угол сдвига неравных по величине выпрямляемых напряжений Ur₁ и Ur₂, соответственно первого и второго управляемых вентильных мостов. Для получения равенства этих напряжений результирующему выпрямляемому напряжению:

Ur₁=Ur₂=Ur,

соотношение чисел витков всей первичной обмотки трехфазного трансформатора к числу витков между ее промежуточными выводами и фазными входными выводами А, В, С выбрано равным соотношению напряжений:

Ur₂/Ur₁=1,4227·U_ф/1,0916·U_ф=1,3033

Число витков обмотки 29 выбрано равным части числа витков вторичной обмотки трехфазного трансформатора.

В соответствии с картой импульсов (фиг.8), подаваемых на тиристоры 1-6 или 54-59, они проводят ток совместно с вентилями 7, 45 и 8, 44 или 48, 47 и 49, 46 в очередности, указанной на векторах результирующих выпрямляемых напряжений (фиг.9). При этом очередность включения соответствующих диодов вторичного моста приведена на тех же векторах в скобках.

Каждый управляемый вентильный мост поочередно проводит ток от двух смежных по фазе результирующих напряжений, а переключение мостов в моменты подачи управляющих импульсов на тиристоры происходит вследствие превышения по амплитуде результирующего напряжения включающегося в работу моста относительно смежного по фазе результирующего напряжения выключающегося моста, что, в свою очередь, обеспечивается выбранным соотношением чисел витков уравнительных реакторов 9, 10 и 60, 61.

Каждый раз, от момента включения до момента выключения первого управляемого моста на тиристорах 1-6, ток проводят только вентили 7 и 45, или только вентили 8 и 44, т.е. в процессе работы этого моста ток в его нулевом проводе не изменяет своего направления, причем тиристор 45 включается автоматически при наличии напряжения соответствующей полярности между нулевым и фазным входными выводами. Поэтому тиристоры 1-6 самодостаточно обеспечивают управляемость первого моста.

Каждый раз, в процессе работы второго управляемого моста ток в его нулевом проводе изменяет свое направление на противоположное, и ток проводят либо вентили 49 и 46, либо вентили 47 и 48, причем тиристор 47 включается автоматически при наличии напряжения соответствующей полярности между нулевым и фазным входными выводами. Поэтому тиристоры 54-59 не могут самодостаточно обеспечить управляемость второго моста, которая, тем не менее, достигается благодаря треугольнику 29 и уравнительным реакторам 60, 61 аналогично схеме на фиг.1 или фиг.6, а именно: под действием разностной эдс треугольника 29 в обмотках 63, 65 уравнительных реакторов 60, 61 попеременно протекает ток подпитки, вентили 48, 49 не могут закрыться, их управляющие функции в соответствующие моменты времени берут на себя указанные реакторы, происходит подавление пульсаций выпрямленного напряжения до уровня примерно вдвое меньшего, чем в указанном случае при N=1 и прочих равных условиях, режим прерывистых токов отсутствует (см. фиг.10).

Вентильные пары 44, 45 и 46, 47 предназначены для того, чтобы обеспечить автономность протекания токов в нулевых проводах управляемых мостов, т.е. каждая указанная пара препятствует протеканию тока нулевого провода одного моста по цепи другого, чему содействует очередность включения этих вентилей (см. фиг.9).

Результирующий ток нулевой последовательности протекает между общей точкой вентилей 44-47 и нулевым входным выводом, образованным общей точкой соединенной в звезду обмотки дополнительного трансформатора 30, далее разветвляется на 3 равные части, каждая из которых течет в сеть через один из фазных входных выводов А, В, С и также в обратном направлении попеременно через одну из вышеупомянутых вентильных пар. Ток, протекающий под действием разностной эдс, обмотки 29 всегда направлен встречно вторичному (идентичному первичному, с учетом коэффициента трансформации) результирующему току нулевой последовательности, совпадает с ним по форме и подвергается общему регулирующему воздействию.

Все результирующие токи первичной стороны преобразователя с требуемым коэффициентом трансформации являются токами его вторичной стороны.

Преобразователь (фиг.11) содержит первый трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 1-6 и диоды 7, 8, уравнительный реактор 9 (10) с обмотками 11, 12 (13, 14), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 15 (16) упомянутого моста, начало обмотки 11 (13) соединено с катодами (анодами) тиристоров 1, 3, 5 (2, 4, 6), конец обмотки 12 (14) соединен с катодом (анодом) диода 7 (8). Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 подключены к промежуточным выводам a₁, b₁, c₁ первичных фазных обмоток трансформатора 17, концы которых подключены к фазным входным выводам А, В, С. Вторичная обмотка трансформатора 17 соединена в звезду и подключена концами к общим точкам разноименных электродов тиристоров 31-36 моста, выполненного на указанных тиристорах и диодах 24, 25, между выходными выводами 26 и 27 которого включены нагрузка 28 и сглаживающий реактор 37. Обмотка 29 трансформатора 17 соединена в разомкнутый треугольник и подключена концом к общей точке диодов 24 и 25, а началом соединена с общей точкой начал вторичной обмотки трансформатора 17. К аноду тиристора 45 (47) подключен анод диода 50 (51), катод которого соединен с одним выводом переменного резистора 52 (53), к движку которого подключен управляющий электрод тиристора 45 (47). Преобразователь содержит второй трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 54-59, уравнительный реактор 60 (61) с обмотками 62, 63 (64, 65), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 66 (67) упомянутого моста, начало обмотки 62 (64) соединено с катодами (анодами) тиристоров 54, 56, 58 (55, 57, 59), конец обмотки 63 (65) соединен с катодом (анодом) диода 48 (49). Общие точки разноименных электродов тиристоров 54-59 подключены к крайним выводам начал первичных фазных обмоток трансформатора 17.

Анод диода 44 (46) и катод тиристора 45 (47) подключены к общей точке диодов 7, 8 (48, 49). Катоды диодов 44, 46 и аноды тиристоров 45, 47 подключены к нулевому входному выводу 0, образованному общей точкой начал соединенной в звезду обмотки дополнительного трансформатора 30, концы которой подключены к фазным входным выводам А, В, С. Согласно параллельно каждому тиристору 32 (34 и 36), между его анодом и управляющим электродом включена цепочка, содержащая последовательно соединенные диод и переменный резистор, соответственно 18, 38 (20, 39 и 22, 40). Согласно параллельно каждому тиристору 31 (33 и 35), между его анодом и управляющим электродом включена цепочка, содержащая последовательно соединенные диод и переменный резистор, соответственно 19, 41 (21, 42 и 23, 43). При этом движки переменных резисторов 38-40 и 41-43 соединены с управляющими электродами соответствующих тиристоров 32, 34, 36 и 31, 33, 35.

Преобразователь на фиг.11 отличается от преобразователя на фиг.7 только конфигурацией вторичной стороны. Поэтому работа преобразователя на фиг.11 отличается от работы преобразователя на фиг.7 только теми особенностями, которые вносят дополнительные элементы вторичной стороны. Эти особенности аналогичны преобразователю по фиг.6 и заключаются в том, что обеспечивается выделение на нагрузке 28 энергии сглаживающего реактора 37 за счет шунтирующего контура, включающего основные диоды 24 и 25, т.е. без применения дополнительных шунтирующих диодов. Работа шунтирующего контура подавляет небольшие по амплитуде неканонические гармоники с частотой 300 Гц (неодинаковые условия коммутации, а именно: изменение или неизменность направления тока нулевой последовательности в процессе работы одного из первичных мостов) и 600 Гц (неравные углы коммутации), которые могут возникать на выходе преобразователя из-за неоднородности режимов работы управляемых вентильных мостов. При этом форма выпрямленного напряжения на нагрузке 28 преобразуется в линию с весьма малой волнистостью, величина смещения которой относительно оси ординат зависит от α тиристоров, что позволяет обойтись без использования конденсатора в схеме фильтра. Шунтирующий контур позволяет уменьшить число витков соединенной в разомкнутый треугольник обмотки 29 трансформатора 17 относительно числа витков его вторичной обмотки до достижения удовлетворительного компромисса между уменьшением числа витков обмотки 29 и увеличением индуктивности сглаживающего реактора 37. Для достижения отмеченного результата в преобразователе по фиг.11, в отличие от преобразователя по фиг.6, при прочих равных условиях, требуется примерно вдвое меньшее число витков обмотки 29 трансформатора 17, что объясняется меньшей величиной переменной составляющей выпрямленного напряжения, не превышающей значения 13% - взятой в относительных единицах максимальной разности значения ординаты переменной составляющей выпрямленного напряжения и ее среднего значения при некотором угле отпирания α тиристоров. При этом вдвое уменьшается и величина сужения диапазона регулирования выпрямленного напряжения.

При превышении потенциала анода относительно катода одного из диодов 18-22 и 19-23 отпирается соответствующая пара диодов, ток протекает через пару соединенных с ними резисторов 38-43, отпирается соответствующая пара тиристоров 31-36, один в катодной, а другой в анодной группе, и ток нагрузки протекает через эти тиристоры и один из диодов 24, 25. Величина сопротивления резисторов 39-43 выбирается из такого расчета, чтобы ток, протекающий через управляющие электроды тиристоров 31-36, был достаточен для их отпирания.

Для периодичности выпрямления m=36 принимаем: N=3; i=1,2,3; k=1,3,5.

Для каждого уравнительного реактора первого моста:

Для каждого уравнительного реактора второго моста:

Для каждого уравнительного реактора третьего моста:

Принятое соотношение чисел витков уравнительных реакторов обеспечивает требуемый фазовый угол сдвига неравных по величине выпрямляемых напряжений Ur₁, Ur₂ и Ur₃ соответственно первого, второго и третьего управляемых вентильных мостов. Для получения равенства этих напряжений результирующему выпрямляемому напряжению:

Ur₁=Ur₂=Ur₃=Ur, соотношение чисел витков всей первичной обмотки трехфазного трансформатора к числу витков между первой группой промежуточных выводов и фазными входными выводами А, В, С равно соотношению напряжений:

Ur₃/Ur₁=1,5098·U_ф/1,0572·U_ф=1,4281,

а соотношение чисел витков между второй группой промежуточных выводов и фазными входными выводами к числу витков между первой группой промежуточных выводов и фазными входными выводами равно соотношению напряжений:

Ur₂/Ur₁=1,2247·U_ф/1,0572·U_ф=1,1584.

Величина в относительных единицах максимальной разности значения ординаты переменной составляющей выпрямленного напряжения и ее среднего значения при некотором угле отпирания α тиристоров для случая N=3 составляет порядка 9%. Поэтому для получения сглаженности выпрямления аналогичной 24-пульсному (12-пульсному) выпрямлению число витков обмотки трансформатора, соединенной в треугольник, может быть на четверть меньше (почти втрое меньше). Соответственно меньше и сужение диапазона регулирования.

В общем случае 12N-пульсного выпрямления управление дополнительными вентилями в полном диапазоне только одного управляемого вентильного моста, подключенного к крайним (N-м) выводам первичной обмотки трансформатора, обеспечивается наличием дополнительной обмотки, соединенной в треугольник, и уравнительными реакторами. Для управления остальными управляемыми вентильными мостами достаточно наличия 6-и тиристоров в каждом из них. Это видно из рассмотрения векторных диаграмм (см. фиг.12), т.к. во время работы только одного N-го управляемого моста, подключенного к N-м выводам первичной обмотки трансформатора (например, 3-го моста при N=3 или 2-го моста при N=2), переключение дополнительных вентилей происходит вследствие изменения направления результирующего тока нулевой последовательности.

Включение соединенной в разомкнутый треугольник дополнительной обмотки трехфазного трансформатора во вторичную соединительную цепь расширяет эксплуатационные возможности преобразователя.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное с постоянным уровнем высших гармоник во всем диапазоне регулирования. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное содержит нулевой входной вывод, N (где N=1,2,3,…) трехфазных управляемых вентильных мостов, пар уравнительных реакторов, пар дополнительных диодов, двухполюсников, каждый полюс i-го (где i=1,2,3,…,N) из указанных мостов соединен с крайним выводом обмотки одного из i-й пары уравнительных реакторов, другой крайний вывод которой соединен с электродом одного из i-й пары дополнительных диодов, при этом i-е дополнительные диоды и вентили i-го моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, к общей точке свободных электродов i-х дополнительных диодов подключен входной вывод i-го двухполюсника, между общей точкой выходных выводов N двухполюсников и нулевым входным выводом образована первичная соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток i-й пары уравнительных реакторов образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, трехфазный трансформатор, первичные фазные обмотки которого содержат каждая N+1 выводов и подключены одной группой крайних выводов к фазным входным выводам, a i-й из остальных N групп выводов - к входным выводам i-го моста, вторичная обмотка соединена в звезду с выведенным нулем и подключена фазными выводами к входным выводам вторичного вентильного моста со свободным входным выводом, полюсами которого образованы его выходные выводы, а между упомянутыми свободным входным выводом и нулевым выводом вторичной обмотки образована вторичная соединительная цепь, дополнительная обмотка, соединенная в разомкнутый треугольник, первичная соединительная цепь выполнена короткозамкнутой, а вторичная соединительная цепь содержит упомянутую обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник, число витков которой меньше числа витков вторичной обмотки трехфазного трансформатора. При N=1 двухполюсник выполнен короткозамкнутым, а при N=2,3,4,… каждый двухполюсник содержит пару встречно-параллельно включенных вентилей, один из которых выполнен управляемым с одинаковым относительно нулевого входного вывода направлением подключения электродов., Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных свойств преобразователя с сохранением постоянного уровня гармонического состава выпрямленного напряжения и обратной зависимости амплитуд высших гармонических потребляемого тока от угла отпирания тиристоров. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий нулевой входной вывод, N (где N=1,2,3,…) трехфазных управляемых вентильных мостов, N пар уравнительных реакторов, N пар дополнительных диодов, N двухполюсников, каждый полюс i-го (где i=1,2,3,…,N) из указанных мостов соединен с крайним выводом обмотки одного из i-й пары уравнительных реакторов, другой крайний вывод которой соединен с электродом одного из i-й пары дополнительных диодов, при этом i-е дополнительные диоды и вентили i-го моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, к общей точке свободных электродов i-й пары дополнительных диодов подключен входной вывод i-го двухполюсника, между общей точкой выходных выводов N двухполюсников и нулевым входным выводом образована первичная соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток i-й пары уравнительных реакторов образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, трехфазный трансформатор, первичные фазные обмотки которого содержат каждая N+1 выводов и подключены одной группой крайних выводов к фазным входным выводам, a i-й из остальных N групп выводов к входным выводам i-го моста, вторичная обмотка соединена в звезду с выведенным нулем и подключена фазными выводами к входным выводам вторичного вентильного моста со свободным входным выводом, полюсами которого образованы его выходные выводы, а между упомянутыми свободным входным выводом и нулевым выводом вторичной обмотки образована вторичная соединительная цепь, дополнительная обмотка трехфазного трансформатора соединена в разомкнутый треугольник, отличающийся тем, что первичная соединительная цепь выполнена короткозамкнутой, а вторичная соединительная цепь содержит дополнительную обмотку трехфазного трансформатора, соединенную в разомкнутый треугольник, число витков которой меньше числа витков вторичной обмотки трехфазного трансформатора.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что при N=1 двухполюсник выполнен короткозамкнутым.

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что при N=2,3,4,… каждый двухполюсник содержит пару встречно параллельно включенных вентилей, один из которых выполнен управляемым с одинаковым относительно нулевого входного вывода направлением подключения электродов.

4. Преобразователь по п.3, отличающийся тем, что согласно параллельно каждому управляемому вентилю двухполюсника между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод.

5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вентили вторичного вентильного моста, к которым подключены фазные выводы вторичной обмотки трехфазного трансформатора, выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, а между выходными выводами вторичного вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор.

6. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что содержит дополнительный трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в звезду и подключена одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входным выводам.