ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2014 года по МПК H02M7/06 

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

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, состоящий из двух последовательно соединенных трехфазных мостовых схем, питающихся от одного или двух трехфазных трансформаторов с обязательным соединением одной из обмоток в треугольник. (См., например, Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи, ч.3. - М: Госэнергоиздат, 1956, с.161.)

Такой преобразователь, обеспечивая 12-кратную частоту пульсации выпрямленного напряжения, имеет существенный недостаток, заключающийся в повышенных потерях, поскольку выпрямленный ток протекает через четыре последовательно соединенных вентиля.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с двумя группами одинаковых вторичных обмоток, соединенными в звезду каждая и связанными между собой через вентили, соединенные в замкнутое кольцо через три обмотки со средней точкой уравнительного реактора(прототип). (См. патент RU 2325025 CI, H02M 7/06. Опубликовано 20.05.2008, Бюл. №14.)

Недостатком этого преобразователя является получение только шестикратной частоты пульсации выпрямленного напряжения, а также невозможность работы схемы при соединении в треугольник каждой из вторичных обмоток (некуда подсоединить нагрузку), пониженный уровень выходного напряжения.

Технический результат заключается в улучшении качества выпрямленного напряжения за счет увеличения постоянной составляющей и частоты пульсации выше шестикратной; применении соединения всех вторичных обмоток не только в звезду, но и треугольник, получение более высоких значений выпрямленного напряжения от тех же вторичных обмоток, что и в прототипе, в возможности подключения дополнительной нагрузки и к нулевым точкам звезды.

Сущность заключается в том, что преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с двумя группами одинаковых вторичных обмоток, трехобмоточный уравнительный реактор и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо через обмотки уравнительного реактора, причем каждая фаза одной вторичной обмотки через вентили и обмотку уравнительного реактора связана с разноименными фазами второй вторичной обмотки, снабжен двумя группами вентилей, одна из которых состоит из трех вентилей, соединенных в один узел анодами (анодная группа), а другая - из трех вентилей, соединенных в один узел катодами (катодная группа), при этом свободные катоды первой группы подключены к фазам одной вторичной обмотки, а свободные аноды второй группы подключены к фазам второй вторичной обмотки, а к общей точке анодов и катодов этих вентилей включена нагрузка. Вторичные обмотки преобразователя могут быть соединены как в звезду, так и треугольник. Нагрузка может подключаться и к нулевым точкам звезд.

На фиг.1 показана схема преобразователя при соединении вторичных обмоток в звезду, на фиг.2 - при соединении вторичных обмоток в треугольник, на фиг.3а-г - диаграммы вторичных фазных эдс е_А, e_B, е_C, выпрямленного напряжения e_d напряжения на реакторе u_р. токов вентилей i_a.

Преобразователь (фиг.1) состоит из трансформатора, содержащего две группы вторичных обмоток 1 и 2, соединенных по схеме звезда каждая (первичные обмотки на фиг.1 не показаны), шести вентилей 3-8, соединенных в замкнутое кольцо через обмотки уравнительного реактора УР, выполненного в виде трех обмоток 9-11, расположенных на одном магнитопроводе 12. Обмотки 9-11 уравнительного реактора соединены между собой через вентили 3-8 согласно, по схеме "начало-конец". Каждая средняя точка 0₁, 0₂, 0₃ соответственно обмоток 9, 10 и 11 подключена к одной из фаз группы обмоток 2 так, что любая фазная обмотка группы 2 через половины обмоток уравнительного реактора и вентили соединена с разноименными фазными обмотками группы 1. К зажимам а, в, с фазных обмоток группы 1 подключены анодами три вентиля 13-15, катоды которых соединены вместе и образуют один выходной зажим преобразователя, к зажимам а′, b′, c′ фазных обмоток группы 2 подключены катодами три вентиля 16-18, аноды которых соединены вместе и образуют другой выходной зажим преобразователя. К выходным зажимам преобразователя подсоединяется нагрузка 19. Преобразователь допускает работу и при включенной между точками 0-0′ звезд дополнительной нагрузке 20.

На фиг.2 обмотки как группы 1 трехфазного трансформатора, так и группы 2 соединены в треугольник.

Формирование выпрямленного напряжения e_d на нагрузке 19 при обеспечении низкого 12-пульсного уровня коэффициента пульсаций и высокого напряжения осуществляется в результате сочетания работы схем с уравнительным реактором с мостовой схемой. Так фаза а′ группы обмоток 2 вступает в работу в момент времени t=0 (фиг.3а) и заканчивает работу в момент времени $$t=\frac{T}{2}$$ . При этом ток нагрузки I_d на соответствующих интервалах будет проходить: фаза а′, половина обмотки or УР, вентиль 6, зажим обмотки в группы 1, точку 0 звезды, фаза С вентиль 15, нагрузка 19, вентиль 17, фаза в группы 2. Вместе с вентилем 6 на интервале 0-t₁ продолжает работу вентиль 7, от фазы c, половина обмотки реактора УР 0₃f, зажим в группы 1, фаза c и вентиль 15 до момента $${\text{t}}_{\text{0}}^{\text{'}}$$ и фаза а и вентиль 13 от $${\text{t}}_{\text{0}}^{\text{'}}$$ до момента t1, далее нагрузка 19, вентиль 17, фаза в. Сумма всех этих эдс и дает мгновенное значение выпрямленного напряжения e_d (фиг.3а). На интервале t₁-t₂ сохраняется та же цепь протекания тока через вентиль 6, и одновременно половина тока фазы а′ будет проходить по цепи: фазная обмотка а′, половина обмотки 0₂g УР, вентиль 5, зажим с фазной обмотки группы 1, зажим а, вентиль 13, нагрузка 19, вентиль 17 до момента времени t1′ и вентиль 18 с момента $${\text{t}}_{\text{1}}^{\text{'}}$$ .

Начиная с момента 12 вступает в работу вентиль 4 и полуобмотка рo₁ уравнительного реактора, а вентиль 6 заканчивает работу. При этом половина тока нагрузки I_d будет протекать через продолжающий работу вентиль 5 и от фазы в′ вентиль 4, фаза c группы обмоток 1, фаза а (до момента $${\text{t}}_{\text{2}}^{\text{'}}$$ ), вентиль 13, нагрузка 19, вентиль 18, фаза c′; а с момента $${\text{t}}_{\text{2}}^{\text{'}}$$ - фаза в, вентиль 14 и далее так же, как после 13 вентиля. В момент $$t=\frac{T}{2}$$ вентиль 5 заканчивает работу, и половина тока нагрузки 0.5I_d будет протекать через продолжающий работу вентиль 4, половину обмотки 0₁p УР, а вторая половина 0.5I_d - через часть обмотки 0₁е УР, вентиль 3,зажим фазы а группы 1, зажим фазы в и вентиль 14. Дальнейший порядок работы вентилей кольцевой схемы показан на фиг.3в, а вентилей анодной и катодной групп - на фиг.3г. Следует отметить, что длительность протекания анодного тока i_A для всех вентилей схемы равна 120 эл.град., при этом вентили кольцевой схемы 3-8 проводят половину тока нагрузки 0.5I_d, а вентили анодной и катодной групп 13-18 - полный ток нагрузки I_d.

Процессы работы преобразователя фиг.2 при соединении вторичных обмоток в треугольник будут такими же, как и описанные выше при соединении обмоток в звезду.

При необходимости получения более низкого уровня выпрямленного напряжения при шестикратной частоте пульсации используется схема фиг.1, в которой нагрузка 20 включается между нулевыми точками звезд 0 и 0′, а нагрузка 19 может быть как включенной, так может быть и отключена.

Моделирование и экспериментальная проверка преобразователя как при соединении вторичных обмоток в звезду (фиг.1), так и в треугольник (фиг.2) подтвердили его работоспособность в соответствии с диаграммами фиг.3. На фиг.4 показана схема модели при соединении вторичных обмоток звездой, на фиг.5 - результат моделирования этой схемы, на фиг.6 - схема модели и результат моделирования (осциллограммы) при соединении в треугольник.

Уравнительный реактор на фиг.4 и 6 образован тремя трансформаторами, магнитно-связанными вторичными обмотками.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет улучшить качество выпрямленного напряжения за счет увеличения постоянной составляющей и частоты пульсаций до 12, получить более высокие значения выпрямленного напряжения от тех же вторичных обмоток, что и в прототипе, использовать соединение всех вторичных обмоток как в звезду, так и в треугольник, уменьшить потери в вентилях, расширить функциональные возможности за счет подключения нагрузки и к нулевым точкам преобразователя.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с двумя группами одинаковых вторичных обмоток, трехобмоточный уравнительный реактор и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо через обмотки уравнительного реактора, причем каждая фаза одной вторичной обмотки через вентили и обмотку уравнительного реактора связана с разноименными фазами второй вторичной обмотки, снабжен двумя группами вентилей, одна из которых состоит из трех вентилей, соединенных в один узел анодами (анодная группа), а другая - из трех вентилей, соединенных в один узел катодами (катодная группа), при этом свободные катоды первой группы подключены к фазам одной вторичной обмотки, а свободные аноды второй группы подключены к фазам второй вторичной обмотки, а к общей точке анодов и катодов этих вентилей включена нагрузка. Вторичные обмотки преобразователя могут быть соединены как в звезду, так и треугольник. Нагрузка может подключаться и к нулевым точкам звезд. Технический результат - улучшение качества выпрямленного напряжения. Технический результат достигается за счет увеличения постоянной составляющей и частоты пульсаций до 12. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с двумя группами одинаковых вторичных обмоток, трехобмоточный уравнительный реактор и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо через обмотки уравнительного реактора, причем каждая фаза одной вторичной обмотки через вентили и обмотку уравнительного реактора связана с разноименными фазами второй вторичной обмотки, нагрузку, подключенную к выходным зажимам преобразователя, отличающийся тем, что он снабжен двумя группами вентилей, одна из которых состоит из трех вентилей, соединенных в один узел анодами, образующими один выходной зажим преобразователя, а другая - из трех вентилей, соединенных в один узел катодами, образующими другой выходной зажим преобразователя, при этом свободные катоды первой группы подключены к фазам одной вторичной обмотки, а свободные аноды второй группы подключены к фазам второй вторичной обмотки.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вторичные обмотки соединены в звезду, а нагрузка подключена к выходным зажимам преобразователя.

3. Преобразователь по пп.1 и 2, отличающийся тем, что нагрузка подключена к нулевым точкам звезд.

4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вторичные обмотки соединены в треугольник, а нагрузка подключена к выходным зажимам.