ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02M7/162 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в 12N-пульсное (где N=2, 3, 4 …), а также трехфазное переменное напряжение с качественным гармоническим составом.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное (см. патент №2340073 на «Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное» (варианты) от 10.09.2007, опубликованный 27.11.2008., Бюл. №33), 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, а i-й из остальных N групп выводов к входным выводам i-го моста, вторичная обмотка соединена в звезду с нулевым выводом 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, в виде которой выполнена соединительная цепь, соединена в разомкнутый треугольник с числом витков, меньшим числа витков наибольшего участка гальванически связанной с ней 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 w_i, от которых выполнен i-й вывод первичной обмотки трехфазного трансформатора, равно

$$w_i=w_N\cdot \frac{\sin \left(\frac{\pi }{6}+\frac{\pi }{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}$$ ,

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

$$\frac{w_2}{w_1}=\frac{\sqrt{3}\cdot \sin \left(\frac{\pi }{6}-\frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}\right)}{\sin \frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}}$$ ,

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, 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-и и фазными входными выводами.

Кроме того, может содержать межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входному выводам.

Недостатком этого преобразователя при N=2, 3, 4, … является наличие вентилей двухполюсников, усложняющих устройство и создающих дополнительные падения напряжений в одной из параллельных цепей замыкания токов в пределах каждого интервала дискретности. Кроме того, недостатком является наличие N пар магнитопроводов уравнительных реакторов для размещения N пар их обмоток.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в несовершенстве принципа построения преобразователя при N≠1.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является преобразователь трехфазного переменного напряжения (см. патент №2389126 от 08.04.2009), содержащий нулевой входной вывод, N (где N=2, 3, 4, …) 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, содержащих каждый пару встречно параллельно включенных управляемых вентилей, и нулевым входным выводом образована первичная соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток i-й пары уравнительных реакторов, делящие число витков обмотки каждого реактора этой пары на части в отношении, равном

$$\frac{w_2}{w_1}=\frac{\sqrt{3}\cdot \sin \left(\frac{\pi }{6}-\frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}\right)}{\sin \frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}}$$ ,

образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, трехфазный трансформатор, первичные фазные обмотки которого подключены одной группой выводов к фазным входным выводам, а другой - к входным выводам первого (i=1) моста, вторичные фазные обмотки подключены каждая обоими выводами к выходным выводам переменного тока с возможностью образования вторичной соединительной цепи между группой одноименных выводов этих обмоток и соответствующим выходным выводом, дополнительная обмотка трехфазного трансформатора, в виде которой выполнена соединительная цепь, соединена в разомкнутый треугольник с числом витком, меньшим числа витков гальванически связанной с ней основной трехфазной обмотки трансформатора, к упомянутой другой группе выводов первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора подключены входные выводы N-1 управляемых вентильных мостов, а вентили i-го моста открыты на величину, пропорциональную в относительных единицах отношению

$$\frac{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi }{12N}\right)}$$ ,

где: w_i - 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, k=f(i)=2i-1,…,2N-1 - коэффициент соотношения чисел витков обмоток уравнительного реактора i-го моста.

При этом упомянутые вторичные фазные обмотки могут быть соединены в звезду с нулевым выводом, а выходные выводы переменного тока подключены к четырем входным выводам трехфазного вентильного моста.

Упомянутые вторичные фазные обмотки могут быть соединены в треугольник, вершины которого подключены или к трехфазной нагрузке или к входным выводам трехфазного вентильного моста.

Преобразователь может содержать межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входному выводам.

Недостатком этого преобразователя является наличие вентилей двухполюсников, усложняющих устройство и создающих дополнительные падения напряжений в одной из параллельных цепей замыкания токов в пределах каждого интервала дискретности. Кроме того, недостатком является наличие N пар магнитопроводов уравнительных реакторов для размещения N пар их обмоток.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в несовершенстве принципа построения преобразователя.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в упрощении.

Эта задача решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения, содержащем нулевой входной вывод, N (где N=2, 3, 4, …) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к соответствующим вентильным выводам первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора, свободные выводы которых подключены к фазным входным выводам, одну пару уравнительных реакторов и N пар их обмоток, одна пара обмоток которых размещена по одной обмотке на каждом магнитопроводе уравнительного реактора, N пар дополнительных диодов, каждый полюс i-го (где i=1, 2, 3, …, N) из указанных мостов соединен с крайним выводом одной из i-й пары обмоток 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 одной и той же обмотки уравнительного реактора одноименными электродами, промежуточные выводы i-й пары обмоток уравнительных реакторов, делящие число витков каждой обмотки этой пары на части в отношении, равном

$$\frac{w_2}{w_1}=\frac{\sqrt{3}\cdot \sin \left(\frac{\pi }{6}-\frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}\right)}{\sin \frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}}$$ ,

образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, первичную соединительную цепь с двумя выводами, соединенную первым выводом с нулевым входным выводом, вторичные фазные обмотки трехфазного трансформатора, подключенные каждая обоими выводами к выходным выводам переменного тока с возможностью образования вторичной соединительной цепи между группой одноименных выводов этих обмоток и соответствующим выходным выводом, дополнительную обмотку трехфазного трансформатора, в виде которой выполнена соединительная цепь, соединенную в разомкнутый треугольник, общая точка электродов каждой пары дополнительных диодов подключена ко второму выводу первичной соединительной цепи, N-1 свободных пар обмоток уравнительных реакторов размещены по одной обмотке от каждой i-й пары на одном из двух магнитопроводов, причем, магнитно связанные обмотки подключены одноименными выводами к одноименным полюсам упомянутых мостов, импедансы i-й пары обмоток уравнительных реакторов равны, а вольтамперные характеристики соответствующих пар дополнительных диодов выбраны с минимальным разбросом, где: 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, k=f(i)=2i-1,…,2N-1 - коэффициент соотношения чисел витков обмоток уравнительного реактора i-го моста.

Входные выводы каждого управляемого вентильного моста могут быть подключены к одной и той же группе вентильных выводов первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора, а вентили i-го моста открыты на величину, пропорциональную в относительных единицах отношению $$\frac{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi }{12N}\right)}$$ , при этом число витков дополнительной обмотки меньше числа витков гальванически связанной с ней основной трехфазной обмотки трансформатора.

Преобразователь может дополнительно содержать N-1 групп вентильных выводов первичной обмотки трехфазного трансформатора, подключенных i-я из указанных N-1 групп выводов от обмотки с числом витков w₁, отсчитываемым от фазных входных выводов, к входным выводам i-го из упомянутых управляемых вентильных мостов, при этом число витков дополнительной обмотки меньше числа витков наибольшего участка гальванически связанной с ней обмотки между ее смежными группами выводов, а число витков 1-й первичной обмотки равно $$w_i=w_N\cdot \frac{\sin \left(\frac{\pi }{6}+\frac{\pi }{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}$$ , где: w_N - число витков первичной обмотки трехфазного трансформатора между ее крайними группами выводов, k=f(i)=2i-1,…,2N-1 - также коэффициент соотношения чисел витков i-х первичных обмоток трехфазного трансформатора.

Упомянутые вторичные фазные обмотки могут быть соединены в звезду с нулевым выводом, а выходные выводы переменного тока подключены к четырем входным выводам трехфазного вентильного моста.

Упомянутые вторичные фазные обмотки могут быть соединены в треугольник.

Вершины треугольника могут быть подключены к трехфазной нагрузке.

Вершины треугольника могут быть подключены к входным выводам трехфазного вентильного моста.

Преобразователь может содержать межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входному выводам.

Технический результат заключается в упрощении, достигаемом за счет отсутствия в схеме преобразователя N двухполюсников, содержащих 2N вентилей, а также за счет размещения N пар обмоток уравнительных реакторов на одной паре магнитопроводов. Кроме того, отсутствие двухполюсников уменьшает потери на вентилях.

На фиг.1 приведена принципиальная схема 24-пульсного преобразователя, входные выводы двух управляемых вентильных мостов которого подключены к одной и той же группе вентильных выводов первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора; на фиг.2 - возможные схемы соединения вторичной стороны преобразователя в случае выполнения первичной соединительной цепи в виде обмотки трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник; на фиг.3 - схема соединения вторичной стороны преобразователя и вторичной соединительной цепи в случае выполнения первичной соединительной цепи в виде короткозамкнутого соединения; на фиг.4 - детализированные фрагменты векторных диаграмм, приведенных к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, где на примере первого квадранта, U_ac и U_a0 - соответственно вектора линейного и фазного напряжений питающей сети, U_0c2 и U_0c1 - соответственно вектора уравнительного напряжения и его меньшей части, пропорциональной участку обмотки уравнительного реактора между электродом дополнительного вентиля и промежуточным выводом, показывающие построение результирующих векторов выпрямляемых напряжений U_r1, U_r2 при N=2(m=24) и U_r1, U_r2, U_r3 при N=3 (m=36); на фиг.5 - временные диаграммы выпрямленного напряжения Udα₁, Udα₂, Udα при включении соответственно только первого (i=1), только второго (i=2) управляемых вентильных мостов с одинаковыми углами отпирания тиристоров, обоих этих мостов с неравными углами отпирания тиристоров по указанному соотношению, а также переменного напряжения U_H фазной нагрузки с теми же неравными углами отпирания тиристоров; на фиг.6 - принципиальная схема 24-пульсного преобразователя, входные выводы двух управляемых вентильных мостов которого подключены к разным группам вентильных выводов первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора.

Преобразователь (фиг.1) 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 началам первичной обмотки трансформатора 17, концы которой подключены к фазным входным выводам А, В, С. Кроме того, преобразователь содержит второй трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 18-23 и диоды 24, 25, обмотки 26, 27 (28, 29) уравнительного реактора 9 (10), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 30 (31) упомянутого моста. Начало обмотки 26 (28) соединено с катодами (анодами) тиристоров 19, 21, 23 (18, 20, 22), конец обмотки 27 (29) соединен с катодом (анодом) диода 25 (24). Общие точки разноименных электродов тиристоров 18-23 подключены к началам первичной обмотки трансформатора 17, концы которой подключены к фазным входным выводам А, В, С. Нулевой входной вывод 0 подключен к общей точке начал соединенной в звезду обмотки дополнительного трансформатора 32, концы которой подключены к фазным входным выводам А, В, С. Первый вывод 33 соединительной цепи 34 подключен к нулевому входному выводу 0, а ее второй вывод 35 - к общей точке разноименных электродов диодов 7, 8 и 24, 25. Разновидности исполнения первичной соединительной цепи 34, показанной на фиг.1, а также вторичной соединительной цепи (на фиг.1 не показано) и разновидности исполнения вторичной стороны 36 преобразователя приведены на фиг.2 и фиг.3.

Разновидности исполнения вторичной стороны 36 преобразователя для случая исполнения первичной соединительной цепи 34 в виде соединенной в разомкнутый треугольник трехфазной обмотки 37 трансформатора 17 представлены на фиг.2. Как видно, это может быть соединение вторичной обмотки 38 трансформатора 17 в треугольник, вершины которого подключены к входным выводам моста на вентилях 39-44, а выходные выводы 45, 46 этого моста - к нагрузке 47. В этом случае угол проводимости вентилей 39-44 достигает 180 эл.град. Так же вершины упомянутого треугольника могут быть подключены непосредственно к трехфазной нагрузке 48,49, 50. Кроме того, это может быть соединение вторичнойобмотки 38 трансформатора 17 в звезду с нулевым выводом. В этом случае вторичная соединительная цепь представляет собой короткозамкнутое соединение между этим нулевым выводом и одним из 4-х входных выводов вентильного моста, соединяющим разноименные электроды вентилей 51 и 52.

В случае исполнения первичной соединительной цепи 34 в виде короткозамкнутого соединения, соединенная в разомкнутый треугольник трехфазная обмотка 37 трансформатора 17 подключается между нулевым выводом соединенной в звезду вторичной обмотки 38 и одним из 4-х входных выводов моста на вентилях 39-52, соединяющим разноименные электроды вентилей 51 и 52.

Согласно соотношению чисел витков обмоток уравнительного реактора первого (i=1) управляемого вентильного моста на тиристорах 1-6, при N=2(m=24), i=1, k=1 получаем $$\frac{w_2}{w_1}=\mathrm{5,0779}$$ .

Согласно соотношению чисел витков обмоток уравнительного реактора второго (i=2) управляемого вентильного моста на тиристорах 18-23, при N=2(m=24), i=2, k=3 получаем $$\frac{w_2}{w_1}=\mathrm{0,5907.}$$

Согласно фрагментам первого квадранта векторной диаграммы (см. фиг.4, при N=2) вектор выпрямляемого напряжения Ur₁ или Ur₂, формируемый на нагрузке 47 при включении соответственно только первого (i=1) или только второго (i=2) управляемого вентильного моста, отстает по фазе относительно смежного с ним общего вектора фазного напряжения Ua₀ на угол, равный в свою очередь 7,5 эл. град или 22,5 эл. град. Для второго квадранта справедливо то же, но только в сторону опережения на те же углы. Так как число векторов фазных и линейных напряжений, преобразуемых каждым управляемым мостом с уравнительными реакторами, равно двенадцати (по шесть фазных и линейных векторов напряжений), то при включении каждого из указанных мостов на нагрузке 47 формируется система из 12-и выпрямляемых напряжений, вектор каждого из которых сдвинут по фазе относительно двух смежных с ним векторов выпрямляемых напряжений одного и того же моста соответственно на 15 эл. град. и 45 эл. град. Формируемые таким образом две 12-пульсные системы выпрямляемых напряжений несимметричны, т.е. частота пульсаций основной гармоники выпрямленного напряжения каждой составляет всего 300 Гц. Вместе с тем, эти две системы выпрямляемых напряжений сдвинуты друг относительно друга по фазе на 30 эл. град. (см. фиг.5, где Udα₁, и Udα₂ - выпрямленное напряжение при включении соответствующего моста), однако имеют неравные амплитуды, отношение которых из косоугольных треугольников на векторной диаграмме (см. фиг.4) равно $$\frac{U{r}_1}{U{r}_2}=\frac{\sin \mathrm{37,5}°}{\sin \mathrm{52,5}°}=\mathrm{0,7673}$$ . Вследствие того, что форма и фазовая ориентация выпрямленного напряжения каждого моста данного преобразователя, из-за воздействия противоЭДС разомкнутого треугольника, не зависят от угла отпирания α тиристоров, а регулирование происходит только за счет изменения амплитуды выпрямленного напряжения, то для получения симметричного 24-пульсного выпрямления (см. Udα на фиг.5) достаточно, при любом значении α, открывать тиристоры второго (i=2) моста на 0,7673 от величины, на которую открываются тиристоры первого (i=1) моста, т.е. угол отпирания тиристоров второго моста, отсчитываемый от естественного, всегда должен быть больше угла отпирания тиристоров первого моста, чтобы обеспечивалось требуемое равенство Ur₁=Ur₂. Это следует также из вышеприведенного отношения $$\frac{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi }{12N}\right)},$$ где, при N=2, i=1, k=1, получаем для первого моста $$\frac{\sin \mathrm{52,5}°}{\sin \mathrm{52,5}°}=1$$ , а, при N=2, i=2, k=3, получаем для второго моста $$\frac{\sin \mathrm{37,5}°}{\sin \mathrm{52,5}°}=\mathrm{0,7673}$$ .

Допустим, что полностью открыты тиристоры только одного из управляемых вентильных мостов, например, первого или второго на тиристорах соответственно 1-6 или 18-23. На нагрузке 47 формируется (см. фиг.5) несимметричное выпрямленное напряжение Udα₁, или Udα₂, содержащее 12 пульсаций с частотой основной гармоники 300 Гц. В обмотках 12, 14 и 27, 29 уравнительных реакторов 9, 10 попеременно формируется ток подпитки, усиливаемый воздействием на него напряжения тройной частоты разомкнутого треугольника 37, которое формируется за счет неравенства нулю суммы магнитных потоков в трансформаторе 17. Причиной возникновения тока подпитки служит стремление не участвующего в данном интервале дискретности в формировании выпрямляемого напряжения уравнительного реактора каждого моста к балансу намагничивающих сил. В то же время другой уравнительный реактор того же моста формирует очередной вектор выпрямляемого напряжения, вследствие выравнивания на нем величин, смежных по фазе векторов фазного и линейного напряжений. Непрерывное замыкание тока подпитки по цепи, включающей выходные выводы 15, 16 (30, 31) и диоды 7, 8 (24, 25), не позволяет последним переходить в непроводящее состояние, и управление соответствующим мостом преобразователя осуществляется за счет подачи импульсов на тиристоры 1-6 (18-23) и переключением тока нулевой последовательности между диодами 7 и 8 (24 и 25), которое обеспечивается уравнительными реакторами 9, 10 в моменты естественного изменения направления его замыкания. Напряжение тройной частоты обмотки 37 противофазно напряжению пульсации выпрямленного напряжения, а его амплитуда увеличивается с увеличением угла отпирания тиристоров. Поэтому ни форма, ни фаза каждой пульсации выпрямленного напряжения не зависят от угла отпирания тиристоров, а амплитуда имеет обратную от него зависимость. Режим прерывистых токов отсутствует, несмотря на то, что напряжение регулируется до нуля, что позволяет подавать на 5 из 6-и тиристоров моста одиночные управляющие импульсы во всем диапазоне регулирования. Но на один из тиристоров при включении моста необходимо подавать сдвоенные управляющие импульсы, первый из которых выполняет функцию запускающего.

При совместной работе обоих управляемых мостов, в результате совмещения Udα₁, и Udα₂ происходит формирование результирующего выпрямленного напряжения Udα с частотой 1200 Гц во всем диапазоне регулирования (см. фиг.5), вследствие попеременного превышения мгновенных значений пульсаций совмещаемых выпрямленных напряжений. Это обеспечивается выбранным соотношением чисел витков обмоток уравнительных реакторов 9,10. Каждая пара несимметричных пульсаций первичных мостов в совмещаемых 12-и парах интервалов дискретности преобразуется в две симметричные пульсации, и общее число интервалов дискретности удваивается.

Очередность включения тиристоров и диодов (см. фиг.1): 1-4-8, 1-6-8, 19-22-24, 19-22-25, 1-6-7, 3-6-7, 21-22-25, 21-22-24, 3-6-8, 3-2-8, 21-18-24, 21-18-25, 3-2-7, 5-2-7, 23-18-25, 23-18-24, 5-2-8, 5-4-8, 23-20-24, 23-20-25, 5-4-7, 1-4-7, 19-20-25, 19-20-24.

При совместной работе обоих мостов число витков обмотки 37 (см. фиг.2) в процентах от числа витков первичной обмотки трансформатора 17 соответствует амплитуде переменной составляющей симметричного 24-пульсного выпрямления. Эта амплитуда не превышает значения 13% - взятой в относительных единицах максимальной разности значения ординаты переменной составляющей выпрямленного напряжения и ее среднего значения при некотором угле отпирания α тиристоров.

Результирующий ток нулевой последовательности замыкается через соединительную цепь 34, нулевой входной вывод, образованный общей точкой, соединенной в звезду обмотки дополнительного трансформатора 32, далее разветвляется на 3 равные части, каждая из которых течет в сеть через один из фазных входных выводов А, В, С и аналогично в обратном направлении. Тем самым устраняется вредное воздействие на сеть тока нулевой последовательности, т.к. в потребляемом линейном токе он отсутствует. Формируемый под действием ЭДС обмотки 37 ток всегда направлен встречно току нулевой последовательности, совпадает с ним по форме и подвергается общему регулирующему воздействию.

В случае подключения к первичным обмоткам двух и более управляемых вентильных мостов первичный ток преобразователя попеременно замыкается то через один, то через другой из них. Под действием подключаемых и отключающихся выпрямляемых напряжений периодически происходит обесточивание то одного, то другого моста. При очередном включении моста одиночные управляющие импульсы одновременно подаются на два соответствующих тиристора, затем, и только в случае необходимости, всего еще на один тиристор. При переключении напряжений с одного моста на другой, из-за наличия гальванической связи между мостами через нулевой провод, к соответствующим обмоткам уравнительных реакторов 9, 10 и к дополнительным диодам с предварительно подобранным минимальным разбросом вольтамперных характеристик прикладывается неканоническое линейное напряжение. Оно формируется между одними и теми же вентильными выводами (фиг.1) разноименных фаз (например, a₁ и b₁) при разных углах отпирания тиристоров мостов или между смежными вентильными выводами (фиг.6) разноименных фаз (например, a₁ и b₂) при одинаковых углах отпирания тиристоров мостов. Например, цепь тока на фиг.1: вывод a₁, тиристор 1, обмотки 11, 14, диоды 8, 25, обмотки 27, 28, тиристор 20, вывод b₁. Одновременно такое же по величине линейное напряжение прикладывается к соответствующим обмоткам уравнительных реакторов с тем же импедансом и к другим дополнительным диодам с предварительно подобранным минимальным разбросом вольтамперных характеристик в обратном направлении. Например, цепь тока на фиг.1: вывод a₁, тиристор 19, обмотки 26, 29, диоды 24, 7, обмотки 12, 13, тиристор 4, вывод b₁. Импеданс обмотки 11 (26) уравнивается с импедансом обмотки 13 (28), например, путем изготовления уравнительных реакторов на идентичных магнитопроводах кольцевидной формы. Сумма падений напряжений на диодах 8, 25 подбирается равной сумме падений напряжений на диодах 24, 7, например, путем уравнивания падений напряжений на диодах 7, 8 и 24, 25 или 7, 24 и 8, 25. Это приводит к тому, что ток в общей цепи суммирования этих линейных напряжений между общими точками пар разноименных электродов дополнительных вентилей практически замыкается только через нулевой провод. Тем самым исключается необходимость в вентильных двухполюсниках, препятствующих, при неравенстве упомянутых импедансов и значительном разбросе вольтамперных характеристик дополнительных диодов, замыканию паразитных токов между общими точками пар разноименных электродов дополнительных вентилей.

Для 36-пульсного преобразования из вышеприведенного отношения $$\frac{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi }{12N}\right)},$$

где, при N=3, i=1, k=1, получаем для первого моста $$\frac{\sin 55°}{\sin 55°}=1$$ ,

при N=3, i=2, k=3, получаем для второго моста $$\frac{\sin 45°}{\sin 55°}=\mathrm{0,8632}$$ ,

при N=3, i=3, k=5, получаем для третьего моста $$\frac{\sin 35°}{\sin 55°}=\mathrm{0,7002}$$ .

Поэтому, для получения равенства Ur₁=Ur₂=Ur₃ векторов (см. фиг.4) выпрямляемых напряжений трех управляемых первичных мостов 36-пульсного выпрямителя, тиристоры второго, при i=2 (третьего, при i=3) первичного моста должны быть открыты, при любом значении α, на 0,8632 (на 0,7002) от величины, на которую открываются тиристоры первого первичного (i=1) моста. В этом случае происходит совмещение трех 12-пульсных систем выпрямляемых напряжений (из которых две несимметричны, а одна симметрична) первичных мостов в одну общую симметричную 36-пульсную систему. В этой общей системе каждый вектор выпрямляемого напряжения сдвинут по фазе относительно двух смежных с ним векторов выпрямляемых напряжений одного и того же моста соответственно на 10 и 50 эл. град. Сумма этих углов в общем случае для каждого моста 6N-пульсного преобразователя равна 60 эл. град, а меньший по величине угол равен 30/N эл. град. Каждая из N систем выпрямляемых напряжений имеет сдвиг по фазе 60/N эл. град относительно смежной с ней системы.

Преобразователь на фиг.6 отличается от преобразователя на фиг.1 только тем, что трансформатор 17 содержит дополнительные выводы в каждой фазе первичной обмотки для равенства амплитуд результирующих выпрямляемых напряжений, формируемых разными управляемыми вентильными мостами. Поэтому управляющие импульсы на тиристоры всех мостов подаются с одним и тем же значением регулируемого угла отпирания α. Работа управляющей части преобразователей по фиг.6 аналогична работе преобразователя по фиг.1, число витков дополнительной обмотки меньше числа витков наибольшего участка гальванически связанной с ней обмотки между ее смежными группами выводов, а число витков i-й первичной обмотки равно $$w_i=w_N\cdot \frac{\sin \left(\frac{\pi }{6}+\frac{\pi }{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}$$ , где: w_N - число витков первичной обмотки трехфазного трансформатора между ее крайними группами выводов, k=f(i)=2i-1,…,2N-1 - также коэффициент соотношения чисел витков i-х первичных обмоток трехфазного трансформатора.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное с периодичностью выпрямления 12N (где N=2, 3, 4,…), а также трехфазное переменное напряжение с качественным гармоническим составом. Технический результат заключается в упрощении заявленного устройства. Для этого преобразователь трехфазного переменного напряжения содержит N (где N=2, 3, 4,…) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к соответствующим вентильным выводам первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора, свободные выводы которых подключены к фазным входным выводам, одну пару уравнительных реакторов (УР) и N пар их обмоток, N пар дополнительных диодов, каждый полюс i-го (где i=1, 2, 3,…,N) из указанных мостов соединен с крайним выводом одной из i-й пары обмоток УР, другой крайний вывод которой соединен с электродом одного из i-й пары дополнительных диодов, при этом i-e дополнительные диоды и вентили i-го моста соединены с крайними выводами одной и той же обмотки УР одноименными электродами, промежуточные выводы i-й пары обмоток УР, делящие число витков каждой обмотки этой пары на неравные части образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, первичную соединительную цепь с двумя выводами, соединенную первым выводом с нулевым входным выводом, а вторым - с общей точкой электродов каждой пары дополнительных диодов, вторичные фазные обмотки трехфазного трансформатора, подключенные каждая обоими выводами к выходным выводам переменного тока с возможностью образования вторичной соединительной цепи между группой одноименных выводов этих обмоток и соответствующим выходным выводом, дополнительную обмотку трехфазного трансформатора, соединенную в разомкнутый треугольник, в виде которой выполнена одна из соединительных цепей, магнитно связанные обмотки УР подключены одноименными выводами к одноименным полюсам упомянутых мостов, импедансы i-й пары обмоток УР равны, а вольтамперные характеристики соответствующих пар дополнительных диодов выбраны с минимальным разбросом, вентили i-го управляемого моста, подключенные к одной и той же или к разным группам выводов обмоток трансформатора, открыты на величину, соответственно, пропорциональную установленному соотношению или одинаково. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий нулевой входной вывод, N (где N=2, 3, 4,…) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к соответствующим вентильным выводам первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора, свободные выводы которых подключены к фазным входным выводам, одну пару уравнительных реакторов и N пар их обмоток, одна пара обмоток которых размещена по одной обмотке на каждом магнитопроводе уравнительного реактора, N пар дополнительных диодов, каждый полюс i-го (где i=1, 2, 3,…, N) из указанных мостов соединен с крайним выводом одной из i-й пары обмоток 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 одной и той же обмотки уравнительного реактора одноименными электродами, промежуточные выводы i-й пары обмоток уравнительных реакторов, делящие число витков каждой обмотки этой пары на части в отношении, равном
$$\frac{w_2}{w_1}=\frac{\sqrt{3}\cdot \sin \left(\frac{\pi }{6}-\frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}\right)}{\sin \frac{\pi \cdot k}{12\cdot N}},$$
образуют замкнутые накоротко выходные выводы i-го моста, первичную соединительную цепь с двумя выводами, соединенную первым выводом с нулевым входным выводом, вторичные фазные обмотки трехфазного трансформатора, подключенные каждая обоими выводами к выходным выводам переменного тока с возможностью образования вторичной соединительной цепи между группой одноименных выводов этих обмоток и соответствующим выходным выводом, дополнительную обмотку трехфазного трансформатора, в виде которой выполнена соединительная цепь, соединенную в разомкнутый треугольник, отличающийся тем, что общая точка электродов каждой пары дополнительных диодов подключена ко второму выводу первичной соединительной цепи, N-1 свободных пар обмоток уравнительных реакторов размещены по одной обмотке от каждой i-й пары на одном из двух магнитопроводов, причем магнитно-связанные обмотки подключены одноименными выводами к одноименным полюсам упомянутых мостов, импедансы i-й пары обмоток уравнительных реакторов равны, а вольтамперные характеристики соответствующих пар дополнительных диодов выбраны с минимальным разбросом,
где 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; k=f (i)=2i-1,…, 2N-1 - коэффициент соотношения чисел витков обмоток уравнительного реактора i-го моста.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что входные выводы каждого управляемого вентильного моста подключены к одной и той же группе вентильных выводов первичных фазных обмоток трехфазного трансформатора, а вентили i-го моста открыты на величину, пропорциональную в относительных единицах отношению $$\frac{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi }{12N}\right)}$$ , при этом число витков дополнительной обмотки меньше числа витков гальванически связанной с ней основной трехфазной обмотки трансформатора.

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит N-1 групп вентильных выводов первичной обмотки трехфазного трансформатора, подключенных i-я из указанных N-1 групп выводов от обмотки с числом витков w_i, отсчитываемым от фазных входных выводов, к входным выводам i-го из упомянутых управляемых вентильных мостов, при этом число витков дополнительной обмотки меньше числа витков наибольшего участка гальванически связанной с ней обмотки между ее смежными группами выводов, а число витков i-й первичной обмотки равно $$w_i=w_N\cdot \frac{\sin \left(\frac{\pi }{6}+\frac{\pi }{12N}\right)}{\sin \left(\frac{\pi }{3}-\frac{\pi \cdot k}{12N}\right)}$$ ,
где w_N - число витков первичной обмотки трехфазного трансформатора между ее крайними группами выводов; k=f(i)=2i-1,…, 2N-1 - также коэффициент соотношения чисел витков i-х первичных обмоток трехфазного трансформатора.

4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что упомянутые вторичные фазные обмотки соединены в звезду с нулевым выводом, а выходные переменного тока подключены к четырем входным выводам трехфазного вентильного моста.

5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что упомянутые вторичные фазные обмотки соединены в треугольник.

6. Преобразователь по п.5, отличающийся тем, что вершины треугольника подключены к трехфазной нагрузке.

7. Преобразователь по п.5, отличающийся тем, что вершины треугольника подключены к входным выводам трехфазного вентильного моста.

8. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что содержит межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к фазным и нулевому входному выводам.