ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ Российский патент 2009 года по МПК H02M7/08 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием.

Известны преобразователи переменного тока в постоянный, в которых для лучшего использования трансформаторов многофазные системы образованы путем сочетания трехфазных звезд и зигзагов с уравнительным реактором (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. М.: Искусство. 1960).

Недостатком данных преобразователей является необходимость введения уравнительного реактора.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого и две вторичных соединены в звезду, причем общая точка одной вторичной обмотки подключена к первому выходному выводу, и шесть вентилей, соединенных последовательно так, что у них попарно объединены одноименные электроды (а.с. SU №265254, МПК Н02М 7/12, опубл. 14.02.1966).

Данный преобразователь обеспечивает только шестипульсное выпрямление.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного тока в постоянный (а.с. SU №803089, МПК Н02М 7/06, опубл. 07.02.1981), обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямление и содержащий два трехфазных трансформатора с первичными обмотками, соединенными в одном трансформаторе в звезду, во втором в треугольник, и со вторичными обмотками, выполненными в каждом трансформаторе по схеме звезда и обратная звезда, соединенными нулевыми точками, и двенадцать вентилей, образующих двенадцативентильное кольцевое построение, содержащее парные соединения одноименных электродов вентилей, причем каждая фаза вторичных обмоток первого трансформатора подключена к объединенным одноименным силовым электродам двух вентилей, через которые она соединена с двумя фазами вторичных обмоток второго трансформатора, имеющими относительный фазовый сдвиг (1±¹/₆)π эл. град. относительно первой, причем общие точки соединения вторичных обмоток в каждом трансформаторе образуют два выходных вывода.

Недостатком данного преобразователя являются большие массогабаритные показатели, обусловленные большой мощностью вторичных обмоток и применением двух трансформаторов.

Задача изобретения - создание преобразователя переменного тока в постоянный, имеющего меньшие массогабаритные показатели.

Указанная задача достигается тем, что преобразователь переменною тока в постоянный содержит трехфазный трансформатор и две группы вторичных обмоток, каждая из которых содержит обмотку, выполненную по схеме звезда, и обмотку, выполненную по схеме обратная звезда, соединенные нулевыми точками, образующими в каждой из групп вторичных обмоток один из выходных выводов устройства, и двенадцать вентилей, причем отношение одинакового для обмоток звезд числа витков к одинаковому для обмоток обратных звезд числу витков равно , при этом шесть вентилей соединены в шестивентильное кольцо так, что попарно объединены одноименные электроды вентилей, каждая пара вентилей соединяет фазный вывод обмотки звезды, размещенной на одном из стержней трансформатора, с двумя фазными выводами обмоток другой звезды, размещенных на других стержнях трансформатора, а к каждой точке соединения одноименных электродов пар вентилей, к которой подключен вывод обмотки звезды, размещенной на одном из стержней трансформатора и принадлежащей одной из групп вторичных обмоток, подключен электрод такого же наименования незадействованного вентиля, второй электрод которого соединен с выводом обмотки обратной звезды другой группы вторичных обмоток, размещенной на том же стержне трансформатора.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на Фиг.2 - векторные диаграммы напряжений, представленные в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток, и развернутые векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования векторов результирующих напряжений; на Фиг.3 - схема работы обмоток и вентилей преобразователя.

Преобразователь содержит трехфазный трансформатор 1 с двумя группами вторичных обмоток, каждая из которых содержит обмотку, выполненную по схеме звезда, и обмотку, выполненную по схеме обратная звезда. Вторичные обмотки в каждой группе соединены нулевыми точками, О - в одной группе и О' - в другой, образующими выходные выводы устройства, и двенадцать вентилей 2…14. Числа витков обмоток, составляющих звезды, и числа витков обмоток, составляющих обратные звезды, находятся в соотношении . Шесть вентилей 3, 5, 7, 9, 11, 13 соединены в шестивентильное кольцо так, что попарно соединены одноименные электроды вентилей: аноды пар вентилей 3, 13; 5, 7; 9, 11 и катоды пар вентилей 3, 5; 7, 9; 11, 13.

Фазные выводы а, в, с обмоток звезды одной группы вторичных обмоток соединены соответственно вентилями 13, 5, 9 с фазными выводами b', с', а', а вентилями 3, 7, 11 с фазными выводами с', а', в' обмоток звезды другой группы вторичных обмоток.

К точкам соединения анодов пар вентилей 5, 7; 9, 11; 3, 13 подключены соответственно фазные выводы в, с, а обмоток звезды одной группы вторичных обмоток и аноды вентилей 6, 10, 2, катоды которых соответственно подключены к фазным выводам y', z', x' обмоток обратной звезды другой группы вторичных обмоток. К точкам соединения катодов пар вентилей 3, 5; 7, 9; 11, 13 подключены соответственно фазные выводы с', а', b' обмоток звезды другой группы вторичных обмоток и катоды вентилей 4, 8, 12, аноды которых соответственно подключены к фазным выводам z, х, у обмоток обратной звезды первой группы вторичных обмоток.

К нулевым точкам О и О' подключена нагрузка 14.

Принцип работы преобразователя (Фиг.1) иллюстрируется векторными диаграммами напряжений, представленными в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток, составляющих две несимметричные шестифазные системы напряжений групп вторичных обмоток, и развернутой на фазовой плоскости совмещенной векторной диаграмме, показывающей принцип формирования результирующих напряжений, представленных векторами S1-S12 (Фиг.2). В каждой группе вторичных обмоток, гальванически связанных между собой, отношение чисел витков фазных обмоток, составляющих звезды к числам витков фазных обмоток, составляющих обратные звезды, равно . При таком соотношении чисел витков обеспечивается равенство результирующих напряжений и требуемый фазовый сдвиг между ними 30 эл. град.

Формирование 12-пульсного выпрямленного напряжения на нагрузке происходит в соответствии с векторными диаграммами, которые на Фиг.2 совмещены с текущими композициями фазовых портретов напряжений вторичных обмоток. Так, первый вектор результирующею напряжения S1 является суммой коллинеарных векторов фазных напряжений вторичных фазных обмоток о - а и х'-о' трансформатора. Вектор S2 является вектором линейного напряжения, полученного из фазных напряжений обмоток о-а и с'-о'. За период формируется двенадцать одинаковых результирующих напряжений, образующих симметричную 12-фазную систему.

Схема работы обмоток и вентилей (Фиг.3), полученная из анализа диаграмм на Фиг.2, позволяет определить, что все обмотки, образующие звезды, работают 90 эл. град., а обмотки, образующие обратные звезды, работают 30 эл. град. за период. Все вентили имеют угол проводимости 30 эл. град. Ток нагрузки в интервале пульсации обтекает один вентиль. Порядок вступления вентилей 2…13 в работу отражен в их нумерации на схеме (Фиг.1).

Исходя из геометрического построения диаграмм формирования векторов результирующих напряжений (Фиг.2) определено максимальное значение выпрямленного напряжения при идеальной коммутации и соответственно его среднее значение. Приняв за относительную единицу (о.е.) амплитуду напряжения на вторичной фазной обмотке, имеющей наибольшее число витков, в соответствии с векторными диаграммами на Фиг.2 получено среднее значение выпрямленного напряжения U_do=1,712 о.е.

По результатам анализа работы вторичных обмоток (Фиг.3) определена мощность вторичных обмоток, составившая 1,762 P_d. Коэффициент установленной мощности трансформатора предлагаемого преобразователя равен 1,387. Аналогичные показатели у прототипа больше, так как мощность вторичных обмоток трансформаторов прототипа составляет 1,814 P_d и в прототипе использовано два трансформатора.

Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного тока в постоянный, по сравнению с прототипом, имеет меньшие массогабаритные показатели, так как уменьшена мощность вторичных обмоток и преобразователь содержит один трансформатор.

Преобразователь переменного тока в постоянный может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием. Предложенный преобразователь содержит трехфазный трансформатор (1) с двумя группами вторичных обмоток, каждая из которых содержит обмотку, выполненную по схеме звезда, и обмотку, выполненную по схеме обратная звезда. Вторичные обмотки в каждой группе соединены нулевыми точками, образующими выходные выводы устройства, и двенадцать вентилей (2…14). Числа витков обмоток, составляющих звезды, и числа витков обмоток, составляющих обратные звезды, находятся в соотношении . Шесть вентилей (3, 5, 7, 9, 11, 13) соединены в шестивентильное кольцо так, что попарно соединены одноименные электроды вентилей: аноды пар вентилей (3, 13; 5, 7; 9, 11) и катоды пар вентилей (3, 5; 7, 9; 11, 13). Фазные выводы а, в, с обмоток звезды одной группы вторичных обмоток соединены соответственно вентилями (13, 5, 9) с фазными выводами b', с', а', а вентилями (3, 7, 11) с фазными выводами с', а', в' обмоток звезды другой группы вторичных обмоток. К точкам соединения анодов пар вентилей (5, 7; 9, 11; 3, 13) подключены соответственно фазные выводы в, с, а обмоток звезды одной группы вторичных обмоток и аноды вентилей (6, 10, 2), катоды которых соответственно подключены к фазным выводам у', z', x' обмоток обратной звезды другой группы вторичных обмоток. К точкам соединения катодов пар вентилей (3, 5; 7, 9; 11, 13) подключены соответственно фазные выводы с', а', в' обмоток звезды другой группы вторичных обмоток и катоды вентилей (4, 8, 12), аноды которых соответственно подключены к фазным выводам z, х, у обмоток обратной звезды первой группы вторичных обмоток. К нулевым точкам подключена нагрузка 14. Предложенный преобразователь переменного тока в постоянный обеспечивает технический результат - меньшие массогабаритные показатели. 3 ил.

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор и группу вторичных обмоток, содержащую обмотку, выполненную по схеме звезда, и обмотку, выполненную по схеме обратная звезда, соединенные нулевыми точками, образующими один выходной вывод устройства, и двенадцать вентилей, отличающийся тем, что указанный трансформатор снабжен дополнительной группой вторичных обмоток, содержащей обмотку, выполненную по схеме звезда и обмотку, выполненную по схеме обратная звезда, соединенные нулевыми точками, образующими второй выходной вывод устройства, причем отношение одинакового для обмоток звезд числа витков к одинаковому для обмоток обратных звезд числу витков равно , при этом шесть вентилей соединены в шестивентильное кольцо так, что попарно объединены одноименные электроды вентилей, каждая пара вентилей соединяет фазный вывод обмотки звезды, размещенной на одном из стержней трансформатора, с двумя фазными выводами обмоток другой звезды, размещенных на других стержнях трансформатора, а к каждой точке соединения одноименных электродов пар вентилей, к которой подключен вывод обмотки звезды, размещенной на одном из стержней трансформатора и принадлежащей одной из групп вторичных обмоток, подключен электрод такого же наименования незадействованного вентиля, второй электрод которого соединен с выводом обмотки обратной звезды другой группы вторичных обмоток, размещенной на том же стержне трансформатора.