Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1983 года по МПК H02M7/12 

О1

О) 00

со

ч1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания с регулируемым выпрямленным напряжением, где требуется повышенное качество входного и выходного токов.

Известен трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное с повышенным качеством выходного и входного токов, выполненный путем параллельного соединений трехфазных мостовых схем с питанием их от системы напряжений с увеличенным числом фаз 1.

Недостаток этого преобразователя заключается в необходимости применения специальных трансформаторов для увеличения числа фаз.

Известен также трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий управляемый вентильный мост и цепочку из двух последовательно соединенных диодов, подключенную параллельно указанному мосту, причем средняя точка цепочки диодов соединена с нулевой точкой питающей системы.

Этот преобразователь характе- ризуется тем, что для катодных и анодных групп управляемых вентилей имеются отдельные нулевые диоды В результате этого становится возможным независимое и поочередное управление вентилями катодной и анодной групп, что позволяет уменьшить пульсацию выходного выпрямленного тока и улучшить форму потребляемого от сети переменного тока по сравнении с мостовым выпрямителем как без шунтирующих диодов,так и с одним шунтирующим диодом 2.

Недостатком преобразователя является то, что он может работать только в 3-пульсном и б-пульсном режимах. В результате этого в выходном токе появляются третья и шестая гармоники, а в переменном токе питания - пятая и седьмая гарм НИКИ частоты питания, что затрудняат сглаживание входного и выходного

ГОКОВ.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий основной управляемый вентильный мос и цепочку из двух последовательно соединенных вентилей, подключенную параллельно основному управляемому вентильному мосту, выходные выводы образованы объединенными анодами и катодами указанного моста, при этом введены два дополнительных управляемых вентильных моста, соединенных по входу с основным управляемым вентильным MoctoM и делителем тока,обмотка которого расположена на одном

сердечнике и имеет две последовательно-соглс1сно соединенные секции с отводом от точки соединения секций, причем этот отвод подключен к точке соединения вентилей указаннойцепочки, начало обмотки соединено с объединенньтми анодами и катодами одного дополнительного управляемого вентильного моста, а конец обмотки подключен к объединенным анодам и катодам другого дополнительного управляемого вентильного моста 3J.

Недостатками известного устройства являются жесткая связь между напряжением питания и максимальным выходным напряжением, а также ограниченность диапазона регулирования выходного напряжения только напряжейием ниже линейного напряжения Все это ухудшает энергетические по казатели устройства.

Целью Изобретения является улучшение энергетических показателей.

Эта цель достигается тем, что в трехфазном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем полностью управляемый трехфазный вентильный мост, к выходным выводам которого подключена последовательная цепочка из двух диодов, причем катод одного из диодов подключен к катодной группе, анод другого диода - к анодной группе, а точка их соединения - к одному из трех выводов обмотки односердечникового делителя тока, два других вывода которой подключены к соответствующим ключвал переменного тока, выполненным в виде трехфазных управляемых вентильных мостов, при этом входы переменного тока всех трех вентильных мостов подключены к входным выводам, точка соединения двух диодов подключена к одному крайнему выводу обмотки делителя тока, а другой крайний и промежуточный выводы этой обмотки подключены к соответствуквдим выходам ключей переменного тока, соединенных параллельно-встречно по выходу.

На фиг.1 изображена .принципиальная схема трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - временная диагpaMi-ia напряжения питания одной фазы, тока питания одной фазы при полностью сглаженном выходном токе и напряжени5Г нагрузки, а также таблица включенного состояния управляемых вентилей.

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное (фиг.1) содержит полностью управляемый трехфазный вентильный мост с управляемыми вентилями 1-6. Полностью управляемые ключи переменного тока с двухсторонней проводимостью в виде двух трехфазных управляемых

вентильных мостов, соединенных параллельно-встречно по выходу, образуют встречно-параллельные пары полностью управляемых вентилей 7-8, 9-10, 11-12, 13-14, 15-16, 17-18 и подключены к трем входным выводам 19-21 венти-льного моста.

Выходные выводы 22 и 23 подключены к нагрузке 24 и цепочке из двух последовательно соединенных диодов 25 и 26.

Обмотка 27 односердечникового делителя тока имеет обмотку с двумя крайними выводами 2В к 29 н с промежуточнмл выводом 30. Один крайний вывод 29 подключен к точке соединения диодов 25 и 26, другой крайний вывод 28 и промежуточный вывод 30 через полностью управляемые ключи на вентилях 7-8,9-10, 11-12, 13-14, 15-16 и 17-18 подключены к выходным выводам 19-21. А, В, С - фазы пиI тающей сети.

Устройство работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находятся три полностью управляемых вентиля, подключенные к трем разным входным выводам 19-21 и к разным вентильньяи группам на вентилях 1-6, 7-12.и 13-18. При этом, когда в вентилях 13-18, пoдkлючeны к промежуточному, выводу 30, включен вентиль в положительном направлении фазных токов, то в вентилях 1-6 и 7-12 включены вентили, в отрицательном направлении фазных токов, и наоборот.Таким образом, выводы 28-30 делителя тока подключаются всегда к трем разным фазам, причем фаза с наибольшим током подключается к промежуточному выводу 30 обмотки 27 делителя тока. В результате этого наибольший фазный ток распределяется на два меньших тока двух остальных фаз, обратно пропорциональных числам витков секций обмотки делителя тока. Если числа витков секций обмотки равны 0,732 и 0,268 от суммарного числа витков обмотки делителя тока, то S токах питания гармоники ниже 11-Й (т.е. пятая и седьмая гармоники) исключаются полностью. Отклонение от этого оптимального отношения чисел витков сопровождается появлением пятой и седьмой гармоник. Так, например, когда числа витков двух секций равны (т.е. оба равны 0,5 от схммарного числа витков), то пре образователь работает в 6-пульсном режиме, и амплитуды пятой и седьмой гармоник составляют соответственно 1/5 и 1/7 от амплитуды первой гармоники тока питания, когда же число витков меньшей секции изменяется лишь в пределах 0,214-0,314 от суммарного числа витков обмотки делителя тока, то величины пятой и седьмой гармоник не превышают 20% от их значений в 6-пульсном режиме. Соответственно такую же относительную в.еличинуне превышает шестая гармоника в выпрямленном выходном напряжении. Таким образом, существенное улучшение формы входного и выходного токов преобразователя, по сравнению с 6-пульсНЫ7/1, достигается и при некотором от0клонении отношения числа витков секций обмотки делителя тока ot оптимального отношения 0,732:0,268.

Рассмотрим интервал работы, когда .ключены полностью управляемые вентили 2, 11 и14. В этом случае один

5 крайний вывод 28 обмотки делителя тока через вентиль 11 и входной вывод 21 соединен с фазой С питающей сети, промежуточный вывод 30 через вентиль 14 и входной вывод 19 - с фа0зой А, а другой крайний вывод 29 через диод 26, нагрузку 24, вентиль 2 и .входной вывод 20 - с фазой В питающей сети. Пренебрегая падением :напряжения на включенных вентилях,

5 в этоминтервале напряжение на обмотке .jo равно линейному напряжению питания УСД , а напряжение нагрузки н 2Ъ 22 равно напряжениюi 20-29 V29 V30 V29

0

в-30 ВА

с учетом

IW.

-)cA

28-29

ЪО-29- 2Ъ-29 2в-Ъа(f.

26-30

получим

(5в22Э..и

7

В 12-пульсном режиме работы оптимальными являются отношения чисел витков

2в-2Э: «28-30 1: О , 732 1, 366 или (r Z8-3Q - 3,371, обеспечивающие полное устранение в токах питания высших гармоник ниже 11-й и в выходном напряжении ниже 12-й. Этим отношениям чисел витков в рассматриваемом интервале соответствуют мгновенные напряжения нагрузки

UH UBA + 366 UCA

или

55

UH UeA+ 2,73 UCAСоответственно, в зависимости от выбранного оптимального отношения витков секция обмотки делителя тока максимальное мгновенное напряжение нагрузки может равняться 1,22 или 3,34-кратному максимальному значению линейного напряжения питания. Если допустить некоторое отклонетние отнсяпения чисел витков от оптимального, что не сопровождается существенным увеличением высших гармоник, то можно получить и другие отношения между максимальными значениями напряжения нагрузки и линейного напряжения питания.

Изменение величины выпрямленного напряжения от максимального до нуля осуществляется сдвигом фаз замыкания заданных комбинаций включенных вентилей, а тем самым и фазы тока питания ОТНОСИТЕЛЬНО фазы напряжения питания. При этом .регулирование возможно как с отстающим, так и с опережанзщим током питания.

Для получения 12-пульсного режима, работы преобразователя неов;ходимо, чтобы напряжение нагрузки формировалось из одинаковых отрезков синусоид, сдвинутых между собой на ЗО. Требуемые сдвинутые синусоидальные полуволны для фсч мйройания 12-пульсного вь пря1«шенного напряжения можно получить включением через каждые ЗЛ новых подходящих комбинаций вентилей. Очередность замыкания вентилей 1-1 обеспечивающая 12-пульсный режим работы схемы, приведена в таблице иа фиг,2.

Временные диаграмлш фазного напряжения питания йд, тока питания 1д и напряжения нагрузки U (фиг.2 соответствуют (Отношению чисел витков ft-id If 366 полность сглаженному выходному току 1д и Ьдвигу фазы Чд бО между напряжением и током питания. Сдеиг фаз во всех фазах одинаков, т.е. V г If ± Ц. if, при выбранном отношении чисел витков, ток i равен

высоте средней ступени тока if.

Когда же выбрано VC28.2P%в-3о , то ток if) равен высоте наименьшей ступени тока i. На фиг. 2 показана также временная диаграмма мак симального напряжения нагрузки UH макс .соответствующая сдвигу фазы -1 О®. Регулированию выходного напряжения от максимума до нуля соответствует изменение-фазы V в

пределах 0-90®. При полностью сглаженном токе нагрузки i форма тока питания во всем диапазоне регулирования остается неизменной. Соответственно не изменяется и спектральный

5 состав тока питания. При активной нагрузке форма выходного тока совпадает с формой выходного напряжения, а первичный тоК имеет характерную для 12-пульсного режима работы фор0 МУ.

Положительным свойством преобра зователя является повышение напряжения нагрузки относительно напряжения питания в результате испсзяь5 зования делителя тока одновременно и в качестве согласующего повьшгиощего автотрансформатора. Это делает воэможньа регулирование выходного напряжения не только ниже, а и выше

0 напряжения питания. При полном устранении пятой и седьмой гармоник в токе питания и шестой гармоники в выходном напряжении, максимальное выходное напряжение можно выбрать

5 равньал 1,23-кратному или 3/34-кратному линейнс 1у напряжению. Допуская появление Пятой, шестой и седьмой гармоник с амплитудами не выше 20% от их значений в 6-пульсном режиме, максимальное выходное напряжение может быть выбрано равным (1,161,29)-кратному или (2,82-4,26)-кратнсмлу линейному напряжению.

Фиг

,

Oi/ередность jff/46// ffffi/ff Sef/ri/ e f АЛ иг.2

UH, MffKC.

ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОС- : ТОЯННОЕ, содержсцций полностью управляемый трехфазный веитильиый мост, к выходным выводам которого подключена последовательная цепоч , ка нэ двух диодов, причем катод одного из диодов подключен к катодной группе, анод другого диода к анодной группе, а точка их соедиI нения - к одному из трех выводов обмотки односердечникового делителя тока, два других вывода которой подключены к соответствующим ключам переменного тока, выполненным в виде трехфазных управля ллс вентильных юстов, при этом входа переменного тока всех трех вентильных мостов подключены к входнь выводам, отличающийся тем, что,. с целью улучиюния энергетических показателей, точка соединения двух диодов подключена к одному крайне- му выводу обмотки делителя тока, ,аiдругой крайний и промежуточный выводы этой обмотки подключены к соответствующим выходам ключей tiepe;манного тока, соединенных параллельно-вртречно по выходу.