ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК H02M7/155 H02M1/14 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в 12N-пульсное (где N=1, 2, 3,…).

Все нижеприведенные аналоги являются аналогами для всех вариантов предлагаемого преобразователя.

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 (УР), N пар дополнительных диодов, 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 УР 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 УР 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 , от которых выполнен i-й вывод первичной обмотки трехфазного трансформатора, равно , а промежуточный вывод обмотки УР каждого моста делит ее число витков на части в отношении, равном , где: - число витков первичной обмотки трехфазного трансформатора между ее крайними выводами, - число витков обмотки УР между электродом дополнительного вентиля и промежуточным выводом, - число витков обмотки УР между промежуточным выводом и полюсом управляемого вентильного моста, i=1, 2, 3, …, N - порядковый номер трехфазного управляемого вентильного моста, - коэффициент соотношения чисел витков обмоток УР i-го моста, а также участков первичной обмотки трехфазного трансформатора между i-и и фазными входными выводами.

Вентили, к которым подключены фазные выводы вторичной обмотки трехфазного трансформатора, могут быть выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них, между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, между выходными выводами вторичного вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор, а выходные выводы управляемого вентильного моста замкнуты накоротко.

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, представляющего собой, по сути, первый в своем классе статический генератор постоянного тока, т.е. преобразователь с коэффициентом мощности при N=1 не менее 0,988 во всем диапазоне регулирования, является повышенная расчетная мощность трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в относительно низком использовании по току и напряжению обмоток трансформатора. Выпрямляемое напряжение при N=1 всего в 1,22, а не 1,73 раза больше фазного напряжения. Кроме того, межфазный распределитель тока (МРТ) устраняет кратные трем гармоники тока нулевой последовательности только в потребляемом токе питающей сети, а не в обмотках основного трансформатора, тем самым не способствуя улучшению формы тока в его обмотках.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения (патент №2392728 от 17.09.2008), содержащий в первом варианте нулевой и фазные входные выводы, трехфазный управляемый вентильный мост, два дополнительных вентиля, каждый полюс упомянутого моста соединен с крайним выводом обмотки соответствующего УР, другой крайний вывод которой соединен с электродом соответствующего дополнительного вентиля, при этом дополнительные вентили и вентили упомянутого моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же УР одноименными электродами, общая точка свободных электродов дополнительных вентилей соединена с нулевым входным выводом, а промежуточные выводы обмоток УР образуют выходные выводы упомянутого моста, причем, промежуточный вывод обмотки каждого УР делит ее число витков на части в отношении, равном , меньшая из которых отсчитывается от упомянутых дополнительных вентилей, межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, обмотки которого соединены в трехфазную группу и подключены общей точкой соответствующих выводов к нулевому входному выводу, свободные выводы обмоток упомянутого распределителя и фазные входные выводы соединены с входными выводами упомянутого моста, между выходными выводами которого включены сглаживающий реактор и нагрузка.

Недостатком первого варианта этого преобразователя, в котором МРТ улучшает форму тока в обмотках основного, в частности сетевого трансформатора, путем устранения в его обмотках, кратных трем гармоник тока нулевой последовательности, является повышенный уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в невозможности использования разомкнутого треугольника для уменьшения уровня пульсаций. Причина в том, что при отсутствии трансформатора или его управления с первичной стороны, невозможно регулирование напряжения путем воздействия на магнитный поток, с одновременным формированием разомкнутым треугольником противофазных пульсаций на нагрузке.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является преобразователь трехфазного переменного напряжения (патент №2487457 от 31.07.2012), содержащий 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 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-е 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 части в отношении, равном , 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, вентили i-го управляемого моста, подключенные к одной и той же группе выводов обмоток трансформатора, открыты на величину, пропорциональную отношению , где - число витков обмотки УР между электродом дополнительного вентиля и промежуточным выводом, - число витков обмотки УР между промежуточным выводом и полюсом управляемого вентильного моста, i=1, 2, 3, …, N - порядковый номер трехфазного управляемого вентильного моста, - коэффициент соотношения чисел витков обмоток УР 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.

Преобразователь может содержать МРТ, 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, представляющего собой в сравнении с первым аналогом более совершенный пример 12N-пульсного (с возможностью функционирования при N=1) статического генератора постоянного тока, является повышенная расчетная мощность трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в относительно низком использовании по току и напряжению обмоток трансформатора. Например, выпрямляемое напряжение при N=1 всего в 1,22, а не 1,73 раза больше фазного напряжения. Кроме того, МРТ устраняет кратные трем гармоники тока нулевой последовательности только в потребляемом токе питающей сети, а не в обмотках основного трансформатора, тем самым, не способствуя улучшению формы тока в его обмотках.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в уменьшении расчетной мощности основного трансформатора, т.е. в повышении использования его обмоток по току и напряжению, путем построения автотрансформаторной схемы выпрямления без нейтрали с трансформаторной схемой подключения обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Эта задача в первом варианте решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем нулевой входной вывод, N (где N=1, 2, 3, 4, …) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к одной и той же группе выводов первой группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, с возможностью подключения их свободных выводов к фазным входным выводам, одну пару магнитопроводов уравнительных реакторов и N пар их обмоток, размещенных на каждом магнитопроводе по одной обмотке от каждой пары, причем, магнитно связанные обмотки подключены одноименными выводами к одноименным полюсам упомянутых мостов, 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 , образуют выходные выводы i-го моста, вторая группа фазных обмоток трехфазного трансформатора, подключенная одноименными выводами к трем входным выводам дополнительного вентильного моста с дополнительной парой выходных выводов, четвертый входной вывод которого соединен с первым крайним выводом третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, число витков которого меньше суммы чисел витков фазных обмоток, отделенных от фазных входных выводов другой группой фазных обмоток, вентили i-го моста открыты на величину, пропорциональную отношению , межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к одноименным выводам первой группы фазных обмоток и к нулевому входному выводу, где: - число витков обмотки уравнительного реактора между электродом дополнительного вентиля и промежуточным выводом, - число витков обмотки уравнительного реактора между промежуточным выводом и полюсом управляемого вентильного моста, i=1, 2, 3, …, N - порядковый номер трехфазного управляемого вентильного моста, - коэффициент соотношения чисел витков обмоток уравнительного реактора i-го моста, каждая пара одноименных фазных обмоток первой и второй групп основного трехфазного трансформатора образует согласно последовательное соединение, подключенное свободным выводом к фазному входному выводу, второй крайний вывод третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора соединен с нулевым входным выводом, а ее первый крайний вывод, одноименный с выводом фазной обмотки, подключенным к фазному входному выводу, - с общей точкой электродов каждой пары дополнительных диодов.

При N≥2 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, могут быть выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них, между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, между выходными выводами этого моста включены нагрузка и сглаживающий реактор, а выходные выводы управляемых вентильных мостов замкнуты накоротко.

При N=1 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, могут быть выполнены неуправляемыми, его выходные выводы замкнуты накоротко, а между выходными выводами управляемого вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор.

Во втором варианте эта задача решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем нулевой входной вывод, N (где N=1, 2, 3, 4, …) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к одной и той же группе выводов первой группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, с возможностью подключения их свободных выводов к фазным входным выводам, одну пару магнитопроводов уравнительных реакторов и N пар их обмоток, размещенных на каждом магнитопроводе по одной обмотке от каждой пары, причем, магнитно связанные обмотки подключены одноименными выводами к одноименным полюсам упомянутых мостов, 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 , образуют выходные выводы i-го моста, вторая группа фазных обмоток трехфазного трансформатора, подключенные одноименными выводами к трем входным выводам дополнительного вентильного моста с дополнительной парой выходных выводов, четвертый входной вывод которого соединен с первым крайним выводом третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, число витков которого меньше суммы чисел витков фазных обмоток, отделенных от фазных входных выводов другой группой фазных обмоток, вентили i-го моста открыты на величину, пропорциональную отношению , межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к одноименным выводам первой группы фазных обмоток и к нулевому входному выводу, где: - число витков обмотки уравнительного реактора между электродом дополнительного вентиля и промежуточным выводом, - число витков обмотки уравнительного реактора между промежуточным выводом и полюсом управляемого вентильного моста, i=1, 2, 3, …, N - порядковый номер трехфазного управляемого вентильного моста, - коэффициент соотношения чисел витков обмоток уравнительного реактора i-го моста, каждая пара одноименных фазных обмоток первой и второй групп основного трехфазного трансформатора образует согласно последовательное соединение, подключенное свободным выводом к фазному входному выводу, второй крайний вывод третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, одноименный с выводом фазной обмотки, подключенным к фазному входному выводу, соединен с нулевым входным выводом и с общей точкой электродов каждой пары дополнительных диодов.

При N≥2 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, могут быть выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них, между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, между выходными выводами этого моста включены нагрузка и сглаживающий реактор, а выходные выводы управляемых вентильных мостов замкнуты накоротко.

При N=1 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, могут быть выполнены неуправляемыми, его выходные выводы замкнуты накоротко, а между выходными выводами управляемого вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор.

Технический результат заключается в уменьшении расчетной мощности трансформатора за счет повышения использования обмоток основного трансформатора и по напряжению и по току, причем, первое достигается за счет автотрансформаторного эффекта (передачи части мощности за счет электрической связи), а второе - за счет улучшения формы тока. Кроме того, имеется возможность дальнейшего уменьшения уровня пульсаций выпрямленного напряжения за счет шунтирующих диодов (основных 7, 8 при N=1 или дополнительных 42, 43 при N≥2).

На фиг. 1 приведена принципиальная схема 24-пульсного (N=2) преобразователя по первому варианту; на фиг. 2 - схема 12-пульсного (N=1) преобразователя по первому варианту; на фиг. 3 - схема 24-пульсного (N=2) преобразователя по второму варианту; на фиг. 4 - схема 12-пульсного (N=1) преобразователя по второму варианту.

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). Кроме того, преобразователь содержит трансформатор 17, второй трехфазный управляемый вентильный мост на тиристорах 18-23, 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). Нулевой входной вывод 0 образован общей точкой начал, соединенной в звезду обмотки дополнительного трансформатора 32, концы которой подключены к началам первой группы фазных обмоток 33 и концам согласно последовательно соединенной с ней второй группы фазных обмоток 34 трансформатора 17. Третья группа фазных обмоток 35 трансформатора 17 соединена в разомкнутый треугольник и подключена выводом начала фазы а к нулевому входному выводу 0, а концом фазы с к общим точкам разноименных электродов диодов 7, 8 и 24, 25. Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 и 18-23 подключены к началам первой группы фазных обмоток трансформатора 17, концы которых подключены к фазным входным выводам А, В, С. Начала второй группы фазных обмоток трансформатора 17 и общая точка разноименных электродов вентилей 7, 8 и 24, 25 подключены к входным выводам моста соответственно на тиристорах 36-41 и диодах 42, 43, между выходными выводами 44 и 45 которого включены нагрузка 46 и сглаживающий реактор 47. Согласно параллельно каждому тиристору 36 (38 и 40), между его анодом и управляющим электродом включена цепочка, содержащая последовательно соединенные диод и переменный резистор соответственно 48, 49 (50, 51 и 52, 53). Согласно параллельно каждому тиристору 37 (39 и 41), между его анодом и управляющим электродом включена цепочка, содержащая последовательно соединенные диод и переменный резистор соответственно 54, 55 (56, 57 и 58, 59). При этом движки переменных резисторов 49, 51, 53 и 55, 57, 59 соединены с управляющими электродами тиристоров соответственно 36, 38, 40 и 37, 39, 41.

Преобразователь построен, по сути, по схеме автотрансформатора с дополнительной обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник 35 с неравным нулю напряжением, трансформируемым в него под нагрузкой. Намагничивающий ток подвергается регулированию тиристорами аналогично трансформаторному преобразователю, управляемому с первичной стороны. Отличием от обычной схемы автотрансформатора является также отсутствие нейтрали в обмотке, подключенной к питающей сети, которое (отсутствие) необходимо для неравенства нулю напряжения на крайних выводах разомкнутого треугольника. В противном случае сумма напряжений фазных обмоток треугольника равна нулю. При этом для реализации автотрансформаторного режима работы используется дополнительный вентильный мост, неуправляемый в случае N=1 и управляемый в случае N≥2. Возможность управления дополнительным мостом с вентилями 36-43 необходима только для эффективного использования сглаживающего реактора, энергия которого может в этом случае сглаживать пульсации выпрямленного напряжения через шунтирующие диоды 42, 43. Поэтому не требующее регулирования управление дополнительным мостом не требует применения системы управления и может быть заменено на диодно-резисторные цепочки, обеспечивающие только естественные углы отпирания тиристоров. Выводы обмотки МРТ могут быть подключены как между фазными входными выводами А, В, С и выводами первой группы фазных обмоток 33, так и между выводами первой 33 и второй 34 групп фазных обмоток. Во втором случае, в отличие от первого, устраняются кратные трем гармоники тока нулевой последовательности не только в потребляемом токе сети, но и в обмотках основного трансформатора 17, что повышает использование его обмоток по току. Угол проводимости первой группы фазных обмоток 33 увеличивается от 120 эл. град. до 180 эл. град., а амплитуда фазного тока уменьшается. Форма тока во второй группе фазных обмоток 34 повторяет форму тока в первой группе фазных обмоток 33 с учетом коэффициента трансформации. Аналогично, обмотка 35, включенная непосредственно в цепь обмотки 33, оказывает воздействие на форму тока и в обмотке 34. Допустимо взаимообратное подключение мостов на вентилях 1-6, 18-23 и 36-41 соответственно к началам и концам фазных обмоток 34 трансформатора 17.

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 . 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 .

Первый мост формирует на нагрузке 46 несимметричную систему из 12-й выпрямляемых напряжений, каждое из которых, вследствие соотношения чисел витков обмоток 11-14 уравнительных реакторов 9, 10, сдвинуто по фазе относительно одного из смежных с ним выпрямляемых напряжений системы на 15 эл. град., а относительно другого на 45 эл. град. Аналогично функционирует и второй мост с тем лишь отличием, что, вследствие соотношения чисел витков обмоток 26-29 уравнительных реакторов 9, 10, его система выпрямляемых напряжений сдвинута по фазе на 30 эл. град относительно системы выпрямляемых напряжений первого моста и изначально больше по амплитуде в . C другой стороны, переменное напряжение на крайних выводах обмотки 35 с положительной обратной связью его амплитуды от угла отпирания тиристоров повторяет форму пульсаций выпрямленного напряжения каждого управляемого вентильного моста и прикладывается к нагрузке через цепь тока нулевой последовательности с обратным знаком. Тем самым оно обеспечивает, наряду с постоянством уровня пульсаций во всем диапазоне регулирования, постоянство фазы каждого интервала дискретности независимо от угла отпирания тиристоров. Поэтому для равенства амплитуд систем напряжений обеих мостов начальный угол отпирания тиристоров второго моста должен быть равен от угла отпирания тиристоров первого моста, т.е. угол отпирания тиристоров второго моста, отсчитываемый от естественного, всегда должен быть больше угла отпирания тиристоров первого моста. В результате на нагрузке 46 формируется симметричное 24-пульсное выпрямленное напряжение, сохраняющее свою форму и режим непрерывных токов при регулировании до нуля. Дальнейшее сглаживание пульсаций на нагрузке 46 происходит за счет ЭДС самоиндукции сглаживающего реактора 47 в контуре с шунтирующими диодами 42 и 43.

Допустим, что полностью открыты тиристоры только одного из управляемых вентильных мостов, например, первого или второго на тиристорах соответственно 1-6 или 18-23. В обмотках 12, 14 и 27, 29 уравнительных реакторов 9, 10 формируется реактивный ток, поддерживаемый воздействием на него напряжения тройной частоты разомкнутого треугольника 35, которое формируется за счет неравенства нулю суммы магнитных потоков в трансформаторе 17. Причиной возникновения реактивного тока 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 очередное выпрямляемое напряжение, вследствие выравнивания на нем величин смежных по фазе фазного и линейного напряжений. Непрерывное замыкание реактивного тока по цепи, включающей выходные выводы 15, 16 (30, 31) и диоды 7, 8 (24, 25), не позволяет последним переходить в непроводящее состояние при включенной паре тиристоров соответствующего моста. Поэтому 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 35 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 при N=1 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 происходит формирование результирующего выпрямленного напряжения с частотой 1200 Гц во всем диапазоне регулирования, вследствие попеременного превышения мгновенных значений пульсаций совмещаемых выпрямленных напряжений. Это обеспечивается выбранным соотношением чисел витков обмоток уравнительных реакторов 9, 10.

Очередность включения тиристоров и диодов: 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. Как видно, ток нулевой последовательности изменяет свое направление только в процессе его замыкания через один мост на тиристорах 18-23 с большим углом отпирания. При переключении этого тока с одного моста на другой, как и в процессе замыкания тока через вентили другого управляемого моста, его направление остается неизменным. При большей периодичности выпрямления принцип наибольшего угла отпирания сохраняется.

При N=2 число витков обмотки 3 5, в процентах от числа витков второй группы фазных обмоток 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 (без включенного треугольника) и ее среднего значения при некотором угле отпирания α тиристоров. При N=1 и N=3 эта величина составляет соответственно 25% и 9%.

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 при непрерывающемся токе нагрузки. 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. Для 36-пульсного выпрямления из вышеприведенного отношения , откуда,

при N=3, i=1, k=1 получаем для первого моста ,

при N=3, i=2, k=3 получаем для второго моста ,

при N=3, i=3, k=5 получаем для третьего моста .

Поэтому для получения равенства векторов выпрямляемых напряжений трех управляемых мостов 36-пульсного выпрямителя тиристоры второго, при i=2 (третьего, при i=3) моста должны быть открыты, при любом значении α, на 0,8632 (на 0,7002) от величины, на которую открываются тиристоры первого (i=1) моста. В этом случае происходит совмещение трех 12-пульсных систем выпрямляемых напряжений (из которых две несимметричны, а одна симметрична) 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. 2 является частным случаем первого варианта (N=1), в соответствии с которым , а дополнительный вентильный мост выполнен неуправляемым. При этом пример исполнения схемы преобразователя на фиг. 2 иллюстрирует возможность подключения входных выводов дополнительного моста на диодах 36-43 к концам второй группы фазных обмоток 34, а входных выводов управляемого моста - к началам тех же обмоток, наряду с возможностью взаимообратного подключения. Дополнительный вентильный мост этого 12-пульсного выпрямителя, в отличие от 24-пульсного, не является единственным, на выходных выводах которого могут суммироваться токи и напряжения. Поэтому нагрузка 46 включена между выходными выводами 15, 16 управляемого вентильного моста на тиристорах 1-6, а энергия сглаживающего реактора сглаживает пульсации выпрямленного напряжения через шунтирующие диоды 7, 8. Исключение сглаживающего реактора 47 из схемы дополнительного моста делает возможным его исполнение неуправляемым. При одиночной работе управляемого моста число витков обмотки 35, в процентах от числа витков второй группы фазных обмоток трансформатора 17, соответствует амплитуде переменной составляющей симметричного 12-пульсного выпрямления.

Преобразователь на фиг. 3 представляет собой второй вариант предлагаемого 24-пульсного (N=2) выпрямителя. Он отличается от первого тем, что общая точка диодов 7, 8 и 24, 25, вместо соединения с общей точкой диодов 42, 43, подключена к нулевому входному выводу. При этом начала и концы обмотки 35 подключены взаимообратно. Это переводит обмотку 35 из цепи обмотки 33 в цепь обмотки 34 с тем же качественным результатом.

Преобразователь на фиг. 4 является частным случаем второго варианта (N=1), в соответствии с которым , а дополнительный вентильный мост выполнен неуправляемым. При этом пример исполнения схемы преобразователя на фиг. 4 иллюстрирует возможность подключения входных выводов дополнительного моста на диодах 36-43 к началам второй группы фазных обмоток 34, а входных выводов управляемого моста - к концам тех же обмоток, наряду с возможностью взаимообратного подключения. Дополнительный вентильный мост этого 12-пульсного выпрямителя, в отличие от 24-пульсного, не является единственным, на выходных выводах которого могут суммироваться токи и напряжения. Поэтому нагрузка 46 включена между выходными выводами 15, 16 управляемого вентильного моста на тиристорах 1-6, а энергия сглаживающего реактора сглаживает пульсации выпрямленного напряжения через шунтирующие диоды 7, 8. Исключение сглаживающего реактора 47 из схемы дополнительного моста делает возможным его исполнение неуправляемым.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное с периодичностью выпрямления 12N (где N=1, 2, 3, 4, …). Технический результат - повышение использования обмоток трансформатора по току и напряжению. Преобразователь содержит нулевой входной вывод, N (где N=1, 2, 3, 4, …) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к одной и той же группе выводов первой группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора; одну пару магнитопроводов уравнительных реакторов (УР) с N парами их обмоток, одна пара крайних выводов которых подключена к одной паре разноименных электродов N пар дополнительных диодов, другая - к полюсам указанных мостов. Выходные выводы мостов образованы промежуточными выводами обмоток УР, делящими число витков каждой обмотки на неравные части. Вторая группа фазных обмоток трехфазного трансформатора подключена одноименными выводами к трем входным выводам дополнительного моста с управляемыми (неуправляемыми) вентилями при N≥2 (при N=1). Четвертый входной вывод дополнительного моста соединен с первым крайним выводом третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник. Вентили управляемых мостов открыты на неравные углы. Межфазный распределитель тока выполнен на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к одноименным выводам первой группы фазных обмоток и к нулевому входному выводу. Каждая пара одноименных фазных обмоток первой и второй групп основного трехфазного трансформатора образует согласно последовательное соединение, подключенное свободным выводом к фазному входному выводу. Второй крайний вывод третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора соединен с нулевым входным выводом, а ее первый крайний вывод, одноименный с выводом фазной обмотки, подключенным к фазному входному выводу, - с общей точкой электродов каждой пары дополнительных диодов. Согласно второму варианту упомянутый второй крайний вывод, одноименный с выводом фазной обмотки, подключенным к фазному входному выводу, соединен с нулевым входным выводом и с общей точкой электродов каждой пары дополнительных диодов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий нулевой входной вывод, N (где N=1, 2, 3, 4, …) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к одной и той же группе выводов первой группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, с возможностью подключения их свободных выводов к фазным входным выводам, одну пару магнитопроводов уравнительных реакторов и N пар их обмоток, размещенных на каждом магнитопроводе по одной обмотке от каждой пары, причем, магнитно связанные обмотки подключены одноименными выводами к одноименным полюсам упомянутых мостов, 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 , образуют выходные выводы i-го моста, вторая группа фазных обмоток трехфазного трансформатора, подключенная одноименными выводами к трем входным выводам дополнительного вентильного моста с дополнительной парой выходных выводов, четвертый входной вывод которого соединен с первым крайним выводом третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, число витков которого меньше суммы чисел витков фазных обмоток, отделенных от фазных входных выводов другой группой фазных обмоток, вентили i-го моста открыты на величину, пропорциональную отношению , межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к одноименным выводам первой группы фазных обмоток и к нулевому входному выводу, 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, отличающийся тем, что каждая пара одноименных фазных обмоток первой и второй групп основного трехфазного трансформатора образует согласно последовательное соединение, подключенное свободным выводом к фазному входному выводу, второй крайний вывод третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора соединен с нулевым входным выводом, а ее первый крайний вывод, одноименный с выводом фазной обмотки, подключенным к фазному входному выводу, - с общей точкой электродов каждой пары дополнительных диодов.

2. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что при N≥2 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них, между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, между выходными выводами этого моста включены нагрузка и сглаживающий реактор, а выходные выводы управляемых вентильных мостов замкнуты накоротко.

3. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что при N=1 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, выполнены неуправляемыми, его выходные выводы замкнуты накоротко, а между выходными выводами управляемого вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор.

4. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий нулевой входной вывод, N (где N=1, 2 ,3, 4, …) трехфазных управляемых вентильных мостов, подключенных входными выводами к одной и той же группе выводов первой группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, с возможностью подключения их свободных выводов к фазным входным выводам, одну пару магнитопроводов уравнительных реакторов и N пар их обмоток, размещенных на каждом магнитопроводе по одной обмотке от каждой пары, причем магнитно связанные обмотки подключены одноименными выводами к одноименным полюсам упомянутых мостов, 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 , образуют выходные выводы i-го моста, вторая группа фазных обмоток трехфазного трансформатора, подключенные одноименными выводами к трем входным выводам дополнительного вентильного моста с дополнительной парой выходных выводов, четвертый входной вывод которого соединен с первым крайним выводом третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, число витков которого меньше суммы чисел витков фазных обмоток, отделенных от фазных входных выводов другой группой фазных обмоток, вентили i-го моста открыты на величину, пропорциональную отношению , межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трансформаторе, фазные обмотки которого подключены одними выводами и общей точкой других выводов соответственно к одноименным выводам первой группы фазных обмоток и к нулевому входному выводу, 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, отличающийся тем, что каждая пара одноименных фазных обмоток первой и второй групп основного трехфазного трансформатора образует согласно последовательное соединение, подключенное свободным выводом к фазному входному выводу, второй крайний вывод третьей группы фазных обмоток основного трехфазного трансформатора, одноименный с выводом фазной обмотки, подключенным к фазному входному выводу, соединен с нулевым входным выводом и с общей точкой электродов каждой пары дополнительных диодов.

5. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 4, отличающийся тем, что при N≥2 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, выполнены управляемыми, согласно параллельно каждому из них, между его анодом и управляющим электродом подключена последовательная цепь, содержащая переменный резистор и диод, между выходными выводами этого моста включены нагрузка и сглаживающий реактор, а выходные выводы управляемых вентильных мостов замкнуты накоротко.

6. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 4, отличающийся тем, что при N=1 вентили дополнительного вентильного моста, к которым подключены дополнительные фазные обмотки трехфазного трансформатора, выполнены неуправляемыми, его выходные выводы замкнуты накоротко, а между выходными выводами управляемого вентильного моста включены нагрузка и сглаживающий реактор.