Преобразователь переменного напряжения в постоянное (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК H02M7/12 

дгми постоянного тока мостового вы-. прямителя.

3,;.Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем вторичная обмотка соединена в звезду и подключена к основной группе вентилей, основную обмотку уравнительного реактора с двумя промежуточньми выводами от 1/4 cos части витков, отсчитываемых от крайних выводов обмотки, при этом к соответствукицим промежуточным выводам обмотки реактора подключены катоды(аноды) вспомогательных вентилей, аноды (катоды) которых объединены, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощ-кости и улучшения массо-габаритных

показателей, введены две дополнительные обмотки уравнительного реактора с указанным расположением промежуточных выводов и подключением к ним дополнительно введенных вспомогательных вентилей, причём аноды (катоды) всех вспомогательных вентилей попарно объединены и подключены к соответствующим фазным выводам первичной обмотки, дополнительно введены вентили, анод (катод) каждого из которых соединен с одним из крайних выводов соответствующей обмотки реактора, а катоды (аноды) попарно объединены и общая точка их соединения подключена к соответствующему фазному выводу первичной обмотки, основная группа вентилей соединена по трехфазной мостовой схеме и ее выводы постоянного тока образуют выходные выводы

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с вторичными обмотками, соединенными в две звезды, основную обмотку уравнительного peaiKTopa с двумя промежуточными выводами от 1/4 части витков, отсчитываемых от крайних выводов обмотки, основные вентили, подключенные к первой вторичной обмотке, и вспомогательные вентили, катоды (аноды) которых подключены к соответствующим промежуточным выводам обмотки реактора, а аноды (катоды) объединены, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности и улучшения массо-габаритных показателей, введены две дополнительные обмотки уравнительного реактора с указанным расположением промежуточных выводов и подключением к ним дополнительновведённых вспомогательных вентилей, причем аноды (катоды) всех вспомогательных вентиЛей попарно объединены и подкяю чены,к соответствующим фазным выводам второй вторичной обмотки, и дополнительно введены основные вентили, при этом анод (катод) каждого основного вентиля соединен с одним из крайних выводов соответствующей обмотки реактора, их катоды (аноды) попарно объединены и общая точка их соединения подключенак соответствующему выводу первой вторичной обмотки, а выходные выводы образованы общими точками вторичных обмоток. I 2. Преобразователь переменного - напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, основную обмотку уравнительного реактора с двумя промежуточными выводами от 1/4 cos -ljчасти витков, отсчитываеьвлх от крайних выводов обмотки, основные вентили, подключенные к вторичной обмотке, и вспоS могательные вентили, катоды (аноды) которых подключены к соответствующим промежуточным выводам обмотки реактора, а аноды (катоды) объединены, отличающийся тем, что. с целью повышения коэффициента мощности и улучшения массо-габаритных показателей, введены две дополнительные обмотки уравнительО ного реактора с указанным располо жением промежуточных выводов и подключением, к ним дополнительно ввеСП денных вспомогательных вентилей, 00 причем аноды (катоды) всех вспомогательных вентилей попарно объеди нены и подключены к соответствующим 00 первым фазным выводам вторичной обмотки, и дополнительно введены основные вентили, при этом анод (катод) каждого основного вентиля соединен с одним из крайних выводов соответствующей обмотки реактора, их катоды (ани,;ы) попарно объединены и общая точка их соединения подключена к соответствующему первому фазному выводу вторичной обмотки, а также введен трехфазный мостовой выпрямитель, подключенный к вторым фазным выводам вторичной обмотки, ia выходные выводы образованы выво

i

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания нагрузок выпрямленным напряжением с высокой кратностью частоты пульсаций, а также в пихаияцих сетях, недопускающих значительного искажения кривой входного напряжения.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трансформа тор с двумя вторичными обмотками, соединенными в звезду,между нулевыми выводами которых включена нагрузка, причем вывод.каждой фазы одной.вторичной обмотки подключен к.одноименным.электродам двух вентилей,черезкоторые он связан с выводами разноименных фаз другой вторичной обмотки l .

Недостатком преобразователя является то, что он не обеспечивает 12-пульсного выпрямленного напряжения, причем для получения последнег необходимо усложнение конструкции . трансформатора (наличие дополнительных обмоток, отпаек и т.п.).

Известен также преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий управляемые вентили и трансформатор с тремя вторичными фазными обмотками, кажда из которых имеет N отводов, кроме того, введены дополнительные вентили, собранные по трехфазной мостоKofi схеме, вход переменного тока которой подключен к дополнительно введенным отводам вторичных обмоток, причем управляемые вентили попарно объединены, образуя встречно;параллельные пары, каждая из которых включена между соответствующими

отводами вторичных обмоток.Преобразователь позволяет получить 12пульсное выпрямленное напряжение, а при подключении к его выходным зажимам трехфазной нагрузки вместо

выпрямительного моста - трехфазное несинусоидальное напряжение с малым уровнем высших гармоник 2 .

Недостаток преобразователя - необходимость в дополнительных отводах от вторичных обмоток трансформатора, т.е„ сложное конструктивное исполнение последнего.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

преобразователь переменного напряжения в постоянное, состоящий из двух т-фазнык вентильных блоков, анодные напряжения которых сдвинуты по фазе на угол IT/т, например, из

двух трехфазных мостовых схем, одна из которых подключена к обмоткам трансформатора, соединенным в треугольник,.а другая - к обмоткам трансформатора, соединенным в звезду, включенных параллельно на общую нагрузку через реактор со стальным сердечником, содержащим два / дополнительных вывода от 1/4 части витков, отсчитываемых от крайних выводов обмотки, а нагрузка подключена к дополнительным выводам через вентили. Частным случаем этого решения при является схема 12-пульсноГо выпрямителя. содг ержащая трехфазный трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, соединенных в шестилучевую звезду З Недостатком известного устройств Б указанном частном случае является низкое использование по мсяцности обмоток трансформатора, что приводит к снижению коэффициента мощности и ухудшению массо-габаритных пок зателей, : Цель изобретения - повЕлцение коэ фициента мощности и улучшение массо-габаритных показателей. ..Поставленная.цель согласно первому варианту-достигается тем, что впреобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с вторичны ми обмотками, соединенными в две звезды, основную обмотку уравнитель ного реактора с двумя промежуточными выводами от 1/4 cos части витков, отсчитываеккзх от крайних выводов обмотки, основные вентили, подключенные к первой вторичной обмотке, и вспомогательные вентили, като ды (аноды).которых подключены к . схответствующим промежуточным выво.дам обмотки реактора, а аноды (като ды) объединены, введены две допол.нительные обмотки уравнительного ре актора с указанным расположением промежуточных выводов и подключением к ним дополнительно введенных вспомогательных вентилей, причем аноды (катоды) всех вспомогательных вентилей попарно объединены и подключены к соответствующим фазным выводам второй вторичной обмотки, и дополнительно введены основные ве тили, при этом анод (катод) каждого основного вентиля соединен с одним из- крайних выводов соответствующей обмотки реактора, их катоды (аноды) попарно объединены и общая точка их соединения подключена к со ответствующему выводу первой вторич ной обмотки, а выходные выводы образованы оО11Ими точками, вторичных обмоток. Поставленная цель во втором варианте устройст.ва достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, основную обмотку уравнительного реактора с двумя Д1ромежуточными выводами от 1/4 cos ; части витков, отсчитываемых от крайних выводов обмотки, основные вентили, подключенные к вторичной обмотке, и вспомогательные вентили, катоды (аноды) кото рых подключены к соответствующим промежуточным выводам обмотки реактора, а аноды (катоды) объединены, введены две дополнительные обмотки уравнительно1о реактора с указанным расположении- промежуточных вентилей, причем аноды (катоды) всех вспомогательных вентилей попарно объединены и подключены к соответствующим первым фазным выводам вторичной обмотки, и дополнительно введены основные вентили, при этом анод (катод) каждого основного вентиля соединен с одним из крайних выводов соответствующей обмотки реактора, их катоды (аноды) попарно объединены и общая точка их сое- динения подключена к соответствущему первому фазному выводу вто-. ричной обмотки, а также введен трехфазный мостовой выпрямитель, подключенный к вторым фазным выводам вторичной обмотки, а выходные выводл образованы выводами постоянного тока мостового выпрямителя..... Поставленная цель в третьем варианте устройства .достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содер ащий трехфазный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем вторичная обмотка соединена в звезду и подключена к основной группе вентилей, основную обмотку урав-; нитёльного реактора с двумя про-, межуточными выводами от 1/4 cos части витков, отсчитываемых от крайних выводов обмотки, при этом к соответствующим промежуточным выводам обмотки реактора подключены катоды (аноды) вспомогательных вентилей, аноды (катоды) которых объединены, введены две дополнительные обмотки уравнительного реактора с указанным расположением промежуточных выводов и подключением к ним дополнительно введенных вспомогательных вентилей, причем аноды (катоды) всех вспомогательных вентилей попарно объединены и подключены к соответствующим фазным выводам первичной обмотки, дополнительно введены вентили, анод (катод) каждого из которых соединен с одним из крайних выводов соответствующей обмотки реактора, а катоды (аноды) попарно объединены и общая точка их соединения подключена к соответствующему фазному выводу первичной обмотки, основная группа вентилей соединена по трехфазной мостовой схеме и ее выводы постоянного тока образуют выходные выводы. На фиг. 1 изображена принципиальная схема первого варианта преобразователя; гз фиг. 2 - то же,второй вариант;на фиг. 3 - то же, третий вариант. Преобразователь по фиг. 1 содержит управляемые вентили 1-12 и трехфазный трансформатор 13 с группой первичных Обмоток 1.4, соединенных в звезду и подключенных к фазньи .ВХОДНЫМ выводам А гв/С, и. двумя гру пами вторичных обмоток 15 и 16,соединенных в звезду. Между нулевыми выводами этих обмоток включена нагрузка 17. Кроме того, преобразователь содержит трехобмоточный уравнительный реактор с обмотками 18-20, размещенными на однофазном магнитопро:Чоде.Выводы начала фаз а Ь,с вторичных обмоток 15 подключе ны к попарно объединенным анодам вентилей соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, катоды которых подключены к промежуточным выводам обмоток уравнительного реактора соответственно к обмоткам 18-20. Выводы начала фаз а,Ь,с вторичных обмоток 16 подключены к попарно объеди ненным катодам вентилей соответственно 8 и 9, 7 и 12,10 и 11. Аноды вентилей8 и 9 подключены соответственно к началу обмотки 20 и концу обмотки 19. Аноды вентилей 7к 12 подключены соответственно к концу обмотки 20 и началу Ъбмотки 16. Аноды вентилей 10 и 11 подключёны соответственно к началу об мотки 19 и.концу обмотки 18. . Каждая обмотка уравнительного реактора разделена промежуточньми выводами на три секции, причем отношение числа витков каждой крайне секции к числу витков всей обмотки равно 1/4 со/: (2--/з) 0,268. Устройство работает следующим образом. Допустим, что в интервале 30 эл град.потенциал начала фазы а втори ных обмоток 15 и 16 положителен, а потенциалы начал фаз b и с отрицательны так, что мгновенное значение линейного напряжения между йыйодами фаз а и b (UQI,) больше мгно венного значения линейного напряже ния между выводами фаз а и с (13ас ) 8этом интервале времени включены вентили 1,11 и 12. К обмотке 18 уравнительного реактора прикладывается разность мгновенных значени напряжений Одь причем больш из этих напряжений прикладывается к секции с меньшим числом витков, а меньшее - к остальным двум секциям. ЭДС взаимоиндукции уравнител ного реактора выравнивает мгновен ные значения напряжений Од-ьи . , при этом огибающая получаемого в результате .напряжения вследствие выбранного соотношения чисел витков формируется на нагрузке 17 с отстающим фазовым сдвигом 15 эл.гр относительно огибающей напряжения Ток нагрузки замыкается по цепи: фазао обмотки 15, вентиль 1, далее разветвляется на две неравные част по величине обратно пропорциональные числам витков соответствующих секций обмотки 18 уравнительного реактора,одна из которых протекает через вентиль 12 и фазу b ,а другая - через вентиль 11 и фазу с обмотки 16, далее ток вновь протекает через нагрузку 17. В след:/ющем интервале длительностью 30 эл.град. потенциал начала фазыа вторичных обмоток 15 и 16 положителен, а потенциалы начал фаз b и с отрицательны так, что мгновенное значение линейного напряжения ме;аду выводами фазаис {Ugc) боль- : ше мгновенного значения линейного напряжения между выводами фаз а и b (Цд) , т.е. происходит перемена полярности напряжения, прикладываемого к обмотке 18 уравнительного реактора, причем Ujj}, прикладывается к секции с меньшим числом витков, а Од, - к остальным двум секциям, и на нагрузке 17 продолжается формирование указанного синусоидального напряжения. Если же в начале этого интервала времени включается вентиль 2, вследствие чего запирается вентиль 1, то, аналогично, предыдущему интервалу времени, ток нагрузки замыкается по цепи: фаза 3. обмотки 15, вентиль 2, далее разветвляется на две неравные части, большая из которых протекает через одну секцию обмотки 18 уравнительного реактора, вентиль 11 и.фазу обмотки 16,, а меньшая через две секции обмотки 18, вентиль 12 и фазу обмотки 16, далее ток вновь протекает по общей цепи че.рез нагрузку 17. Огибающая формируемого при этом на нагрузке напряжения опережает по фазе на 15 эл.град. огиба-. кацую напряжения Цд . В следующем интервале длительностью тока также 30 ,эл.град.,в начале которого включаются вентили: .4 и 10 и выключается вентиль 12, потенциалы начала фаз Of и b обмоток 15 и 16 положите;1ьны, а потен- . циал начала фазы С отрицателен так, что мгновенное значение линейного напряжения Реактор выравнивает эти напряжения. При этом большая часть тока нагрузки протекает через одну секцию обмотки 18, а меньшая - через две секции обмотки 19. Величины тока в соответствующих секциях обмоток уравнительного реактора устанавливаются автоматически в соответствии с естественным требованием к соблюдению баланса ампервиткоё, т.е., отсутствия подмагничивающего ,потока. Аналогично формируются и остальные пульсации выпрямленного напряжения, образуя симметричное 12-пульсное напряжение, при этом очередность работы вентилей следующая:

,1-12-11;2-12-11;2-11-4-10, 3-10-1-11;3-10-9;4-10-9,-4-9-6-8;5-83-9;5-8-7;6-7-8;6-7-2-12;1-12-5-7.

Преобразователь по фиг. 2 содержит управляемые вентили 21-32 и трехфазный трансформатор 33 с группой первичных обмоток 34, соединенных в звезду и; подключенных к фазным входным выводам А ,В,С , и с одной группой вторичных обмоток 3537, одноименные выводы которых подключ.ены к выводс1м переменного тока трехфазного мостового выпрямителя, собранного на вентилях 3&-43, к выходу которого подключена нагрузка 1 того, преобразователь содержит трехобмоточный уравнительный реактор с обмотками размещенньши на однофазном магнитопроводе, Выводы начала фаз й,Ь,с вторичных Гфазных обмоток 35-37 подключены к попарно объединеннЕлм анодам вентилей соответственно 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26, катоды которых подключены к промежуточнь1м вывбдам обмоток уравнительного реактора и попарно объединенным катодам венти лей соответственно 28 и 29, 27 и 32, 30 и 31. Аноды вентилей 28 и

29подключены соответственно к началу обмотки 47 и концу обмотки 46, Аналогично аноды.вентилей 27 и

32 подключены к концу обмотки 47 и началу обмотки 45, а аноды вентилей

30и 31 - к началу обмотки 46 и концу обмотки 45.

Также, как и в преобразователе по фиг. 1, здесь отношение числа |Витков каждой крайней секции к числу витков всей обмотки уравнительного реактора равно 0,268

Характер работы преобразователя по фиг..2 аналогичен работе преобразователя по фиг. 1 с той лишь разницей, что вместо двух трехфазных групп вторичных обмоток, работающих в однополупериодном режиме, используется только одна трехфазная группа обмоток, работающая в двухполупериодном режиме. Последнее достигается благодаря разомкнутой схеме включения вторичных фазных обмоток и подключению в рассматриваемом варианте к одноименным выводам зтнх обмоток трехфазного мостового выпрямителя .

Очередность работы вентилей 12пульсноговыпрямителя следующая:

21-31-32-39-40-42;22-31-32-39-4042; 24-30-22-31-39-41-42; 21-2330-31-39-41-42;23-29-30-41-38-42;24-29-30-41-38-42;24-29-26-28-4i.43-38; 23-25-28-29-41-43-38; 25-2728-43-38-40; 26-27-28-43-38-40; 22-32-26-27-39-43-40;21-32-25-27-3943-40.

Вместо трехфазного мостового выпрямителя к одноименным выводам вторичных фазных обмоток можно подключить трехфазную нагрузку, соединенную в звезду (треугольник).Переменное напряжение на трехфазной нагрузке можно формировать и одновременно с выпрямлением этого, напряжения на мостовом выпрямителе, что целесообразно, например, для введения обратной связи.

Преобразователь по фиг. 3 содержит трехфазный трансформатор 48 с первичными фазными обмоткс1ми 49-51, подключенными началами к фазным входным выводам А , В , С , с группой вторичных фазных обмоток 52, соединенных в звезду, подключенную началами к выводам переменного тока трехфазной мостовой схемы, собранной на венти- . лях 53-58, общие точки анодов и ка-. тодов которых образуют выходные

выводы 59 и 60 преобразователя,Кроме того, преобразовательсодержит. трехобмоточный уравнительный реактор с обмотками 61-63, размещенными на однофазном магнитрпроводе. Концы

обмоток 49-51 подключены к попарно объединенным анодам вентилей 64 и 65, 66 и 67, 68 и 69 соответственно, кйтоды которых подключены к промежуточным выводам обмоток уравнительного реактора соответственно к обмоткам 61-63. Конец и начало обмоток 63-61 подключены соответственно к анодам вентилей 70 и 71, 72 и 73, 74 и 75. Общие точки катодов вентилей 71 и 72, 70 и 75, 73, 74 подключены к концам

обмоток 49-51 соответственно.

Также, как и в преобразователях по фиг. 1 и 2, здесь отношение числа витков каждой крайней секции к чис лу витков всей обмотки уравнительного реактора равно 0,268.

Из сравнения преобразователей по фиг. 2 и 3 видно, что они отличаются один от другого только взаимообратным подключением первичных и вторичных обмоток соответственно к входным выводам Л ,В, С , и к трехфазному выпрямительному мосту. Это позволяет получить 12-пульсное выпрямленное напряжение при регулировании на первичной стороне.

Очередность одновременной работы управляемых и неуправляемых вентилей следующая:

64-75-74-54-55-57;65-75-74-5455-57; 65-74-67-73-54-56-57;64-7466-73-54-56-57; 66-73-72-56-53-57; 67-72-73-56-53-57;67-72-69-71-5658-53; 66-72-68-71-56-58-53;6871-70-58-5 j-::5; 69-71-70-58-53-55; -65-75-69-70-54-58-55; 64-75-68-7054-58-55.

Аналогично преобразователю по фиг. 2 вместо трехфазного выпрямительного моста можно включить трехфазную нагрузку, возможно также

выполнение преобразователя по фиг, Зс двумя вторичными обмотками, соединенными в звезду с нагрузкой между нейтралями и замкнутой цепью из шести встречно-последовательно соединенных неуправляемых вентилей к общим точкам которых подключены выводы, соответствующих фаз упомянутых вторичных обмоток.

Преобразование трехфазного переменного напряжения в постоянное (в переменное напряжение кусочн синусоидальной ступенчатой формы) с малым уровнем высших гармоник осу,ществляется без усложнения конструк, тивного исполнения трансформатора при меньших габаритах последнего и с более высоким коэффициентом мощности.