Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины Советский патент 1983 года по МПК H02M7/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, в которых в качестве основных источников электрической энергии используются трехфазные источники переменного напряжения, линейное номинальное напряжение которых по величине меньше требуемого номинального выпрямленного напряжения на нагрузке. Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины, содержащий трехфазный источнии переменного тока и выпрямитель из последовательно соединенных трехфазных каскадов вентильно-конденсаторного типа, выходом подключенный к нагрузке. Трехфазный выпрямитель преобразователя содержит центральный каскад, выполненный только из вентилей, количество которых равно шести, при этом точки соединения вентилей каждой пары последовательно-согласно включенных вентилей соединены с соответствующими фазными выводами трехфазного источника переменного тока. Вентили всех каскадов соединены так, что образуют три параллельные по постоянному току вентильные ветви, каждая из которых выполнена из последовательно-согласно соединенных между собой вентилей, причем концы ветвей подключены к полюсам нагрузки. Конденсаторы всех каскадов образуют три колонны конденсаторов, а вентили каждой ветви подключены от каскада к каскаду по закону циклической перестановки фаз прямой и обратной последовательности (1). Однако такое устройство имеет сравнительно невысокий коэффициент умножения ш, равный четырем и определяемый как отнощение максимального напряжения на нагрузке к амплитуде линейного напряжения источника питания. Кроме того, при коэффициенте устройство имеет большое количество вентилей (восемнадцать) и конденсаторов (девятнадцать), что приводит к завышенным значениям массы и габаритов устройства и невысокому значению КПД. Известен также преобразователь, содержащий трехфазный источник переменного .тока, четыре последовательно-согласно соединенных между собой диода, два управляемых вентиля и три пары по. два последовательно включенных конденсатора, причем точки соединения конденсаторов каждой, пары подключены к соответствующимтремфазным выводам источника, переменного тока, при этом одна пара конденсаторов подключена параллельно двум средним диодам, а другая пара через включенные в зарядном, направлении два управляемых вентиля соединена с нагрузкой, и блок контроля напряжени- и фазного управления управляемыми вентилями 2. Однако данное устройство при наличии большого количества вентилей (двенадцати) имеет низкий коэффициент умножения, равный двум. Завышенное количество полупроводниковых элементов приводит к низкому КПД устройства, большим массе и габаритам устройства, что отрицательно сказывается на его удельных энергетических показателях. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоякное повышенной величины, который содержит трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, тиристор катодом подключенЕ1ый к положительному выводу нагрузки, и последовательно соединенные каскады с пятью входными и пятью выходными выводами, каждый из каскадов содержит по две вентильные ячейки, каждая из которых выполнена из двух последовательно-согласно соединенных между собой вентилей, причем анод крайнего вентиля соединен с входным выводом каскада, а. катод другого вентиля этой вентильной ячейки подключен к второму выходному выводу каскада и одной из обкладок первого внешнего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с первым входным выводом каскада, внутренний и второй внешний конденсаторы обкладки которых соединены соответственно с третьим и пятым выходными выводами каскада соответственно. Кроме того, преобразователь содержит два последовательно-согласно соединенных вентиля, которые совместно с указанными элементами .образуют один каскад с шестью входными и шестью выходными выводами трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное повышенной величины 3. Известное устройство имеет улучшенные удельные энергетические показатели, однако характеризуется завышенными массогабаритными показателями, так как каждый каскад имеет шесть диодов и три диода и три. тиристора для подключения нагрузки. Кроме того, это устройство обладает сравнительно низким удельным значением напряжения на каждый каскад, т. е. каждый каскад обеспечивает увеличение напряжения лишь на величину равную Ew, т. е. максимальному линейному. Цель изобретения - упрощение и увеличение максимального значения напряжения на нагрузке. Поставленная цель достигается тем, что трехфазном преобразователе переменного апряжения в постоянное повышенной веичины, содержащем тргзхфазный источник еременного тока с тремя выходными выодами, тиристор, катодом подключенный положительному выводу нагрузки, прслеовательно соеди.ненные каскады с пятью ходными и пятью выходными выводами, аждыйиз каскадов выполнен из двух вентильных ячеек, которые, в свою очередь, содержат по два последовательно-согласно соединенных между собой вентиля, причем анод крайнего вентиля, соединен с вторым входным выводом каскада, а катод другого вентиля этой ячейки подключен к второму выходному выводу каскада и одной- из обкладок первого внешнего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с первым входным выводом каскада, первый внутренний конденсатор,Обкладка которого соединена с третьим выходным выводом каскада, второй внешний конденсатор, обкладка которого соединена с пятым выходным выводом каскада, и блок контроля напряжения и управления тиристором, каждый.каскад снабжен вторым внутренним конденсатором, который с первым внутренним конденсатором образует емкостную цепочку, которая включена между точками соединения вентилей вентильных ячеек, точка соединения конденсаторов подключена к третьему . входному выводу, катод крайнего вентиля . второй вентильной ячейки подключен к чет вертому входному выводу каскада, а аноД второго вентиля этой ячейки подключен. к четвертому выходному выводу каскада, к этому же выводу подключена вторая обкладка второго внешнего конденсатора, а первый и пятый входные выводы соединены с соответствуюш.ими выходными выводами каскада. Кроме того, выходные выводы источника соединены с входными выводами первого каскада: первый с первым и вторым, второй с третьим, третий с четвертым и пятым, а.нод тиристора соединен ко второму выход-, ному выводу п-го каскада, а четвертый выходной вывод этого каскада соединен с нагрузкой. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное повышенной величины. Преобразователь содержит трехфазный источник 1 переменного тока с тремя выходными выводами 2-4, п последовательна соединенных каскадов с пятью входными выводами 5-9 и пятью выходными выводами 10-14, каждый k-й каскад 15 содержит две вентильные ячейки, каждая из которых выполнена из двух последовательно-согласно соединенных между собой вентилей соответственно 16 и 17, 18 и 19, емкостную цепочку из двух внутренних конденсаторов 20 и 21, два внешних конденсатора 22 и 23, тиристор 24, блок 25 контроля напряжения и управления тиристором, подключенным к нагрузке 26. Анод вентиля 16 соединен с входным выводом 6, а катод вентиля 17 этой вентильной ячейки подключен к выходному выводу 11 каскада и одной из обкладок конденсатора 22, вторая обкладка которого соединена с входным выводом 5 каскада, катод вентиля 18 и анод вентиля 19 второй вентильной ячейки подключены к входному 8 и выходному 13 выводам каскада соответственно, конденсаторы 20 и 21 образуют емкостную цепочку, которая включена между точками соединения вентилей вентильных ячеек, точка соединения конденсаторов подключена к входному 7 выводу каскада, конденсаторы 22 и 23 соединены с выходными выводами 10, II, 13 и 14 каскада соответственно, .а входные выводы 5, 7 и 9 соединены с выходными выводами 10, 12 и 14 каскада соответственно. Преобразователь работает следующим образом. . : . Рассмотрим работу на примере К-го каскада. При периодическом изменении напряжений трехфазного источника конденсаторы заряжаются до различного уровня напряженннй на своих обкладках (конденсаторы 20 и 21 заряжаются до величины (2К-1)Етл, где К - номер каскада, Е - амплитудное значение линейного напряжения источника 1, а конденсаторы 22 и 23 - до ). Полярность напряжений заряжаемых конденсаторов показана на чертеже В промежуток времени, при котором потенциал выходного вывода 2 выше потенциала входного вывода 3 источника I и мгновенное значение линейного напряжения J изменяется от нуля до ЕГА, потенциал входного вывода 6 выше потенциала выходного 7 К-го каскада и напряжение Uj.y изменяется от 2(К-1)Етл до (2Х-ПЕтд. При этом происходит заряд конденсатора 20. Когда же потенциал выходного вывода 2 станет ниже потенциала выходного вывода 3 и мгновенное значение линейного наггряжепия U изменяется от нуля до Е„, потенциал входных выводов 7 выше потенциала входных выводов 5 и напряжение Uv изменяется от (2k-1)Етл до 2kEr«- При этом происходит заряд конденсатора 22. Максимальное 3Ha4efnie напряжения, которое может быть приложено к конденсатору 22, складывается из амплитуды/линейного напряжения источника Eta и максимального напряжения на конденсаторе 20 равного ()Е.п,. поэтому конденсатор 22 заряжается до величины напряжения, равного 2kEi,. Аналогичным образом происходит заряд конденсаторов 21 и 23 при периодическом изменении мгновенного значения линейного напряжения Uj. Заряд конденсатора 21 происходит до величины напряжения, равного (2k-1)Ет1, а конденсатора 17 - до напряжения на его обкладках 2kEtn. Максимальное значение напряжения, которое подается на нагрузку 26, равно суммарному значению, складывающемуся из максимального напряжения на одном выходном конденсаторе последнего каскада равного 2пЕтл, амплитудного значения Ef«. лиj10643974

неЙного напряжёияя Ц и максимальногочить максимальное напряжение на нагрузке

налряження на другом выходно и кондеи-в (4п + 1)/п раза по сравнению с устройстсаторе последнего каскада, равного 2-п КТА:вом-прототнпом. Кроме того, каждый каскад

поэтому к нагрузке при открытом тиристорепредлагаемого преобразователя в результате

может быть приложено напряжение (4-п +1 )хs сокращения на колнчества полупроводХЕтй.никовых элементов позволяет существенным

Таким образом, трехфазный преобразо-зателн при одновременном увеличении каЖватель переменного напряжений в постоян-дым каскадом на 4Ет выходного напря

ное позволяет упростить устройство и увели-Ксения.

образом улучшить массогабаритные пока

1. ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНад В ПОСТОЯННОЕ ПОВЫШЕННОЙ ВЕЛИЧИНЫ, содержащий трехфазный источник переменного тока с тремя выходными выводами, тиристор, катодом подключенный к положительному выводу нагрузки, по-, следовательно соединенные каскадь с пятью входными и пятью выходными выводами, каждый из каскадов выполнен из двух вентильных ячеек, которые, в свою очередь, содержат по два последовательно-согласно соединенных между собой вентиля, причем анод крайнего вентиля соединен с вторым входным выводом каскада, а катод другого вентиля этой ячейки подключен к второму выходному выводу каскада и одной из обкладок первого внешнего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с пер.вым входным выводом каскада, первый внутренний конденсатор, обкладка которого соir -0 -j-О . ... OJ I -|-0...(-j t Ь 4c}V4-H J с в tj -I- TO 13-r iо . . . оti-o ,..0 «-9f единена с третьим выходным выводом каскада, второй внешний конденсатор, обкладка которого соединена с пятым выходным выводом каскада, и блок контроля напряжения и управления тиристором, отличающийся тем, что, с целью упрощения и увеличения максимального значения напряжения на нагрузке, каждый каскад снабжен вторым внутренним конденсатором, который с первым внутренним конденсатором образует емкостную цепочку, которая включена между точками соединения вентилей вентильных ячеек, точка соединения конденсаторов подключена к третьему входному выводу, катод крайнего вентиля второй вентильной ячейки подключен к четвертому входному выводу каскада, а анод второго вентиля этой ячейки s подключен к четвертому выходному выводу каскада, к этому же выводу подключена (Л вторая обкладка второго внешнего конденсатора, а первый и пятый входные выводы соединены с соответствунЗшими выходными выводами каскада. 2. Преобразователь по п. I, отличающийся тем, что выходные выводы источника соединены с входными выводами первого О5 каскада: первый с первым и вторым, второй с третьим, третий с четвертым и пятым, NU анод тиристора подключен к второму выход00 ному выводу п-го каскада, а четвертый выCD ходной вывод этого каскада соединен с наМ грузкой. 5- W }7 fO-4 Zt rtePb- - T« T