ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2009 года по МПК H02M7/12 

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое постоянное, и может быть использовано в регулируемых электроприводах постоянного тока и в качестве первого преобразователя в преобразователях частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. - ч.III. - М.: ГЭИ, 1956, с.258), который содержит трансформатор для преобразования однофазного напряжения в двухфазное с секционированными вторичными обмотками, к выводам которых подключены управляемые вентили, образующие катодную (анодную) группу вентилей преобразователя переменного напряжении в постоянное, то есть выпрямителя.

Поскольку выпрямитель собран по однополупериодной схеме, то он характеризуется плохим использованием вентилей по обратному напряжению, достигающего в π раз большего значения, чем среднее значение выпрямленного напряжения.

Кроме того, известен преобразователь переменного напряжения в постоянное (Б.Н.Тихменев, В.А.Кучумов. Электроприводы переменного тока с тиристорными преобразователями. - М: Транспорт, 1988, с 38, см. рис.приложения), являющийся прототипом, содержащий однофазный трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и тремя секциями 3, 4, 5 вторичной обмотки, две группы управляемых вентилей 7 и 8, состоящие соответственно из управляемых вентилей (тиристоров) 9, 10, 11 и 13, 14, 15, а также нагрузку 16, причем управляемые вентили подсоединены к отводам вторичной обмотки трансформатора по схеме многоплечевого мостового выпрямителя.

Недостатком преобразователя является то, что обратные напряжения на вентилях превосходят среднее значение выпрямленного напряжения.

Задачей предлагаемого изобретения является создание преобразователя переменного напряжения в постоянное с уменьшенными значениями обратных напряжений на вентилях.

Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий однофазный трансформатор с разделенной на n секций вторичной обмоткой и две группы управляемых вентилей, подключенных к вторичной обмотке трансформатора, введены дополнительно две группы диодов [причем одна группа n управляемых вентилей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего вентиля к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего вентиля группы - к одному выводу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом - ко второму выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, также между катодами последовательно включенных управляемых вентилей второй группы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки].

На фиг.1 приведена схема предлагаемого изобретения, на фиг.2 приведена диаграмма выпрямленного напряжения для первого поддиапазона регулирования, на фиг.3 приведена диаграмма выпрямленного напряжения для второго поддиапазона регулирования.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное (фиг.1) содержит однофазный трансформатор Т 1, имеющий первичную обмотку 2, и, в общем случае, n секций вторичной обмотки (на фиг.1 изображен случай с n=3 секциями 3, 4, 5 вторичной обмотки трансформатора), первую группу из n-последовательно включенных управляемых вентилей ПГУВ 6 (для рассматриваемой фиг.1 с n=3 отводами вторичной обмотки это вентили 7, 8, 9), подключенную катодом к началу вторичной обмотки и к одному из выводов нагрузки 10 преобразователя, вторую группу из n-последовательно включенных управляемых вентилей ВГУВ 11 (в рассматриваемой фиг.1 с n=3 это вентили 12, 13, 14), подключенную анодом к началу вторичной обмотки трансформатора и ко второму выводу нагрузки преобразователя, две группы диодов - первую ПГД 15 и вторую ВГД 16, состоящую в первой группе из n диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 17, 18, 19 и во второй группе из n диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 20, 21, 22), подключенные катодами первой группы диодов к отводам вторичной обмотки трансформатора и анодами к анодам первой группы 6 последовательно включенных управляемых вентилей 7, 8, 9 и подключенные анодами второй группы диодов к отводам обмотки, а катодами - к катодам второй группы 11 управляемых вентилей 12, 13, 14.

Устройство работает следующим образом. Весь диапазон регулирования выпрямленного напряжения разделен на n поддиапазонов, в рассматриваемом случае на n=3 поддиапазона. В первом поддиапазоне при положительной полуволне питающего напряжения сначала включаются вентили 7 и 8 с углами управления α=0 и затем с варьируемым углом управления α₁>0 вентиль 9. Ток при этом протекает сначала по контуру вентиль 7 - вентиль 8 - диод 22, секции 4 и 3 вторичных обмоток трансформатора - диод 7 - нагрузка. Затем с углом управления α₁>0 включается вентиль 9 и ток из диода 22 переходит в силу естественной коммутации в цепь из вентиля 9 и секции вторичной обмотки 5 трансформатора. Мгновенное значение выпрямленного напряжения на нагрузке 10 возрастает до полного напряжения всех секций вторичной обмотки трансформатора, как показано на фиг.2, где наряду с выпрямленным напряжением показано напряжение одной секции вторичной обмотки трансформатора.

При отрицательной полуволне питающего напряжения сначала включаются с углами управления α=0 вентили 12 и 13, а затем с варьируемым углом управления α₁>0 вентиль 14. Тогда форма выпрямленного напряжения в этой полуволне будет такая же двухступенчатая, как в предыдущей полуволне, как показано на фиг.2.

Во втором поддиапазоне регулирования выпрямленного напряжения в положительную полуволну питающего напряжения сначала включается вентиль 7 с углом управления α=0 и на нагрузке 10 действует напряжение секции 3 вторичной обмотки. Ток протекает по контуру вентиль 7 - диод 21 - секция 3 - диод 17 - нагрузка 10. Затем с варьируемым углом управления α₂>0 включается вентиль 8 и напряжение на нагрузке 10 становится равным сумме напряжений секций 4 и 3 вторичной обмотки трансформатора. Результирующая кривая напряжения на нагрузке показана на фиг.3 для второго поддиапазона регулирования. При отрицательной полуволне питающего напряжения сначала с углом управления α=0 включается вентиль 12, а затем с углом управления α₂>0 вентиль 13.

В третьем поддиапазоне регулирования выпрямленного напряжения в положительную полуволну питающего напряжения включается с варьируемым углом управления α₃>0 вентиль 7 и ток течет по контуру вентиль 7 - диод 21 - секция 3 вторичной обмотки - диод 17 - нагрузка 10 до тех пор, пока не сменится полярность питающего напряжения. С этого момента и до момента вступления в работу с углом управления α₃>0 вентиля 12 ток нагрузки замыкается через диоды 17 и 20, выполняющие функцию нулевого вентиля. Кривая выпрямленного напряжения на нагрузке, как в классической схеме выпрямления напряжения одной секции обмотки.

Таким образом, как видно из схемы преобразователя, обратные напряжения на управляемых вентилях 7-9 и 12-14 уменьшены, т.к. фиксируются с помощью диодов 20-22 и 17-19 соответственно на уровне напряжения секции вторичной обмотки, которая в общем случае в n раз (здесь в 3 раза) меньше напряжения всей вторичной обмотки.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, то есть выпрямитель, относится к электротехнике и необходим для питания регулируемых электродвигателей постоянного напряжения. Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит однофазный трансформатор с секционированной на n частей вторичной обмоткой, две группы управляемых вентилей (тиристоров или транзисторов) из n вентилей и две группы диодов из n диодов, причем одна группа из n управляемых вентилей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего вентиля к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего вентиля группы - к одному концу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом другого крайнего вентиля группы - ко второму концу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, также между катодами последовательно включенных управляемых вентилей второй группы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки. Технический результат - уменьшенными значениями обратных напряжений на вентилях. 3 ил.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий однофазный трансформатор с разделенной на n секций вторичной обмоткой и две группы из n управляемых вентилей, подключенных к вторичной обмотке трансформатора, отличающийся тем, что введены две дополнительные группы диодов из n диодов каждая, причем одна группа из n управляемых вентилей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего вентиля к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего вентиля группы - к одному выводу нагрузки, вторая группа из n последовательно включенных управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом другого крайнего вентиля группы - ко второму выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, также между катодами последовательно включенных управляемых вентилей второй группы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки.