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, в частности, в системах электроснабжения электрического транспорта.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, обеспечивающий шестипульсное выпрямление, содержащий трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными друг относительно друга в две обратные звезды, два выпрямителя, каждый из которых соединен с соответствующей вторичной обмоткой по нулевой схеме, уравнительный реактор со средним выводом, включенный между общими точками звезд, причем средний вывод уравнительного реактора и точка соединения однополярных выходов выпрямителей образуют выходные выводы преобразователя (Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы. - М.: Высшая школа, 1967. - С.144, рис.3.6).

Данный преобразователь имеет невысокие энергетические показатели, что обусловлено малым числом пульсаций выпрямленного напряжения.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямленное напряжение, содержащий двенадцать вентилей, уравнительный реактор со средним выводом и трехфазный трансформатор с тремя группами вторичных обмоток, каждая из которых выполнена по схеме звезды, причем общие точки двух обмоток соединены с уравнительным реактором, средний вывод которого соединен с положительным выходным выводом преобразователя, общая точка первой обмотки соединена с катодами трех вентилей, аноды которых соединены с фазными выводами третьей обмотки, общая точка которой образует второй выходной вывод преобразователя, соединенный с анодами трех вентилей, катоды которых подключены к общей точке первой звезды, причем каждая фазная обмотка третьей звезды имеет отвод, соединенный с катодами двух вентилей шестивентильного кольца, аноды которых подключены к фазным выводам второй обмотки, наименование которых отличается от наименования данной фазной обмотки третьей звезды (а.с. SU №668050, МПК Н02М 7/06. Преобразователь переменного тока в постоянный / В.Н.Филатов. Бюл. №22, 1979).

Данный преобразователь технологически сложен в изготовлении из-за большого числа обмоток и сложного построения вентильной части.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного тока в постоянный (а.с. SU №915187, МПК Н02М 7/06. Преобразователь переменного тока в постоянный Игольникова Ю.С. / Ю.С.Игольников. Бюл. №11, 1982), обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямление и содержащий трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными друг относительно друга в две обратные звезды, имеющими в каждой фазе отвод, делящий витки в отношении и два выпрямителя, каждый из которых соединен с соответствующей вторичной обмоткой по нулевой схеме, дополнительные вентили, одни выводы одноименных силовых электродов которых объединены, а каждый из других выводов подключен к отводу соответствующей фазы одной из вторичных обмоток, уравнительный реактор со средним выводом, включенный между общими точками вентилей обоих выпрямителей, причем средний вывод уравнительного реактора и общие точки звезд вторичных обмоток образуют выходные выводы, а общая точка соединения дополнительных вентилей подключена к среднему выводу уравнительного реактора.

Недостатком данного преобразователя являются невысокое качество преобразования, снижение которого обусловлено параметрической несимметрией цепей протекания тока нагрузки у двух составляющих преобразователь шестипульсных секций, одна из которых связана с нагрузкой, минуя уравнительный реактор, что при отклонении величины нагрузки от определенной величины приводит к шестипульсному режиму выпрямления вместо двенадцатипульсного.

Задача изобретения - создание преобразователя переменного тока в постоянный, имеющего более высокое качество преобразования.

Указанная задача достигается тем, что в преобразователе переменного тока в постоянный, содержащем трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными друг относительно друга в две обратные звезды, имеющими в каждой фазе отвод, делящий фазные обмотки на две части, и два выпрямителя, каждый из которых соединен с соответствующей вторичной обмоткой по нулевой схеме, шесть дополнительных вентилей, соединенных в две одинаковые трехвентильные звезды, одна из которых соединена с отводами фаз обмоток звезды, а вторая с отводами фаз обмоток обратной звезды, уравнительный реактор со средним выводом, включенный между общими точками вентилей обоих выпрямителей, причем средний вывод уравнительного реактора и соединенные общие точки вторичных обмоток образуют выходные выводы, общие точки соединения вентилей трехвентильных звезд, образованные электродами, одноименными с объединенными электродами выпрямителей, соединены с противофазными, по отношению к соединению выпрямителей, выводами уравнительного реактора, а отношение частей фазных обмоток, соединенных с общими точками противофазных друг другу звезд, к частям обмоток, соединенных с выпрямителями, равно .

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на Фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип формирования напряжений в секциях и результирующего выпрямленного напряжения; на Фиг.3 - диаграммы, описывающие работу частей вторичных обмоток при формировании 12-ти пульсаций Si; на Фиг.4 - диаграммы выпрямленного напряжения и напряжения одной из секций, полученные на компьютерной модели.

Преобразователь (Фиг.1) содержит трехфазный трансформатор 1 с двумя вторичными обмотками, одну, выполненную по схеме звезды, вторую - по схеме обратной звезды, соединенными общими точками в шестифазную звезду, фазные обмотки которой разделены на две части отводами, и двенадцать вентилей 2…13. Числа витков частей фазных обмоток, размещенных от общих точек обмоток до отводов, и числа витков частей фазных обмоток, размещенных от отводов до фазных выводов, находятся в соотношении . Три вентиля 2, 3, 4 соединяют отводы обмоток первой звезды с выводом 14 уравнительного реактора (УР), а три вентиля 5, 6, 7 соединяют отводы обмоток второй звезды с выводом 15 УР. Три вентиля 8, 9, 10 соединяют фазные выводы обмоток первой звезды с выводом 15 УР, а три вентиля 11, 12, 13 соединяют фазные выводы обмоток второй звезды с выводом 14 УР. В данном случае аноды вентилей 2, 3, 4, 5, 6, 7 подключены, соответственно, к отводам а', в', с', х', у', z' фаз шестифазной звезды, а аноды вентилей 8, 9, 10, 11, 12, 13 подключены, соответственно, к фазным выводам а, в, с, х, у, z шестифазной звезды. Средний вывод 16 УР и общая точка 17 шестифазной звезды образуют выходные выводы устройства.

Принцип работы преобразователя (Фиг.1) иллюстрируется временными диаграммами напряжений (Фиг.2).

Работа выпрямителя основана на использовании свойств уравнительного реактора (с выводами 14, 16, 15) выделять на нагрузке среднее арифметическое значение мгновенных значений двух, прикладываемых к нему напряжений.

Фактически, преобразователь состоит из выпрямителя, выполненного по шестипульсной нулевой схеме, но с УР, включенным между катодами выпрямителей, и имеет отводы от фазных обмоток, соединенные с дополнительным вентильным комплектом из шести вентилей, каждые три из которых, принадлежащие одной трехпульсной секции, объединенными катодами соединены с противоположным (по отношению к соединению основных вентилей) выводом УР.

В результате амплитудного неравенства ЭДС, подводимых к крайним выводам УР, на этих выводах относительно общей точки соединения фазных обмоток образуется напряжение с шестью пульсациями, но форма кривой напряжения неканоническая, что видно из иллюстраций на Фиг.2. Однако в средней точке УР относительно общей точки фазных обмоток формируется каноническое 12-пульсное напряжение.

Из построений на Фиг.3 видно, что каждая из частей обмоток проводит ток в течение 90 эл. град. Вентили, подсоединенные к фазным выводам обмоток, имеют угол проводимости 90 эл. град, за период сетевого напряжения, а вентили, подключенные к выводам от отпаек, 30 эл. град.

На Фиг.4,a показана временная диаграмма выпрямленного напряжения, полученная на компьютерной модели, подтверждающая двенадцатипульсный режим работы преобразователя. На Фиг.4,б приведена диаграмма напряжения на одном из выводов УР.

Принятое схемотехническое решение, как это видно из временных диаграмм (Фиг.2), обеспечивает равенство параметров составляющих преобразователь шестипульсных секций, которые, как это видно из схемы Фиг.1, идентичны. Поэтому в отличие от прототипа, где имеется явная параметрическая несимметрия составных секций, в предлагаемом преобразователе при изменении величины нагрузки от определенной величины 12-пульсный режим выпрямления сохраняется, что обеспечивает более высокое качество преобразования.

Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного тока в постоянный имеет более высокое качество преобразования, чем прототип.

Преобразователь переменного тока в постоянный может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрического транспорта. Предложенный преобразователь содержит трехфазный трансформатор (1) с двумя вторичными обмотками, одну, выполненную по схеме звезды, вторую - по схеме обратной звезды, соединенными общими точками в шестифазную звезду, фазные обмотки которой разделены на две части отводами, и двенадцать вентилей (2…13). Числа витков частей фазных обмоток, размещенных от общих точек обмоток до отводов, и числа витков частей фазных обмоток, размещенных от отводов до фазных выводов, находятся в соотношении ():

(). Три вентиля (2, 3, 4) соединяют отводы обмоток первой звезды с выводом (14) уравнительного реактора (УР), а три вентиля (5, 6, 7) соединяют отводы обмоток второй звезды с выводом (15) УР. Три вентиля (8, 9, 10) соединяют фазные выводы обмоток первой звезды с выводом (15) УР, а три вентиля (11, 12, 13) соединяют фазные выводы обмоток второй звезды с выводом (14) УР. В данном случае аноды вентилей (2, 3, 4, 5, 6, 7) подключены, соответственно, к отводам а', в', с', x', y', z' фаз шестифазной звезды, а аноды вентилей (8, 9, 10, 11, 12, 13) подключены, соответственно, к фазным выводам а, в, с, х, у, z шестифазной звезды. Средний вывод (16) УР и общая точка (17) шестифазной звезды образуют выходные выводы устройства. Предложенный преобразователь переменного тока в постоянный обеспечивает технический результат - имеет более высокое качество преобразования. 4 ил.

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными относительно друг друга в две обратные звезды, имеющими в каждой фазе отвод, делящий фазные обмотки на две части, и два выпрямителя, каждый из которых соединен с соответствующей вторичной обмоткой по нулевой схеме, шесть дополнительных вентилей, соединенных в две одинаковые трехвентильные звезды, одна из которых соединена с отводами фаз обмоток звезды, а вторая с отводами фаз обмоток обратной звезды, уравнительный реактор со средним выводом, включенный между общими точками вентилей обоих выпрямителей, причем средний вывод уравнительного реактора и общие точки звезд вторичных обмоток образуют выходные выводы, отличающийся тем, что каждая из общих точек соединения вентилей трехвентильных звезд, образованные электродами, одноименными с объединенными электродами выпрямителей, соединена с противофазным выводом уравнительного реактора, по отношению к выводу уравнительного реактора, соединенного с выпрямителем, соединенным с той же трехфазной вторичной обмоткой, а отношение частей фазных обмоток, соединенных с общими точками противофазных друг другу звезд, к частям обмоток, соединенных с выпрямителями равно ():().