Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1984 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к преобразовательной технике н может быть использовано в системах электропитания с регулируемым выпрямленным напряжением, где требуется повышенное качество выходного и входного токов и :регулированне напряжения с первичной стороны питающего трансформатора.

Известны трехфазные преобразователи переменного напряжения в постоянное, состоящие из двух или нескольки трехфазных вентильных блоков, анодные напряжения которых сдвинуты дпя получения многопульсных, например, двенадцатипульсных схем выпрямленного напряжения и тока питания l .

Но такие преобразователи не обеспчивают многопульсного, в том числе двенадцатипульсного регулирования выходного напряжения с первичной сторо ны трансформатора.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого, вместе с управляемыми ключами переменного . тока, образуют звезду, подключенную к трехфазному источнику питания, а вторичные обмотки соединены в звезду и подключены к неуправляемому выпрямтельно1У1у мосту 2 ..

Недостатком преобразователей является то, что они обеспечивают лишь шест и:ульсное регулирование выпрямленного напряжения.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь, содержащий трехфазшлй трансформатор, начала первичных обмоток которого образуют входные выводы, двенадцать управляемых вентилей, подключенных к концам и двум отводам обмоток трехфазного делителя тока и.концам первичных обмоток и вторичные обмотки, соединенные к звезду и подключенные к тpexфaзнo /Iy неуправляемому мостовому выпрямителю 3J ,Иедостаткаг.Ш преобразователя является то, что при работе преобразователя на первичной сторо-не трансформатора включены одновременно три управляемык вентиля, что создает потери, уменьшая КПД. Работа, трехфазного делителя тока в .кайсгдом интервале проводимости вентилей приводит к увеличению его габаритов. Применение в устройстве двенадцати управляемых вентилей также увеличивает габариты преобрзователя.

Целью изобретения является повьшение КПД и улучшениемассогабаритных показателей..

Эта цель достигается тем, что в трехфазном преобразователе перемен Юго напряжения в постоянное, содержащем трехфазный трансформатор, начала первичных обмоток которого образуют

входные выводы, двенадцать управляемых вентилей, трехфазный делитель тока, вторичную обмотку, подключенную к трехфазному неуправляемому мостовому выпрямителю, обмотки трехфазного делителя тока соединены в первый треугольник и выполнены с центральными отводами, каждый из которых через пару встречно-параллельно включенных управляемых вентилей соединен с общей точкой двух остальных обмоток делителя тока, а каждая пер,вичная обмотка трансформатора выполнена с отводом с относительным числом витков от начала до отвода, равным -J3/2, остальные управляемые вентили образуют три пары при их встречно-параллельном включении и соединен во второйтреугольник, при этом концы и отводы первичных обмоток подключены к вершинам первого или второго треугольника.

Вторичные обмотки соединены в звезду, концы первичных обмоток подключены к вершинам второго треугольника, а отводы первичных обмоток - к вершинам первого треугольника.

Кроме того, вторичные обмотки соединены в треугольник, концы первичных обмоток подключены к вершинам первого треугольника, а отводы первиных обмоток - к вершинам второго треугольника.

На фиг. .1 изображена принципиальная схема трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное в случае соединения вторичных обмоток в звезду; на фиг. 2 - временные диаграгдмы напряжения питания одной фазы, тока питания одной фазы при полностью сглаженном выходном токе Ij и напряжения нагрузки UH/ а также таблица включенного состояния управляемых вентилей, встречно-параллельные пары KOTOprdx выполняют функцию -двунаправленных управляемых ключей, и выпрямительных диодов.

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное сос7 тоит из трехфазного трансформатора б первичными обмотками 1-3., подключенными к трехфазной сети, и со вторичными обмотками 4-6, соединенными в звезду и подключенными к выводам переменного тока трехфазного неуправляемоз о мостового выпрямителя, собранного на диодах 7-12 и подключенного к выводным выводам 13 и 14. Три обмотки трехфазного делителя тока 15 имеют центральные отводы 16-18 и coe динены в первый треугольник, вершины которого подключены к.отводам 1921 первичных обмоток трансформатора.

Через двунаправленные управляемые кяючи, составленные из встречнопараллельных пар управляемых вентилей 22-27, например, тиристоров, каждый отвод 16-18 обмоток делителя тока соединен с общей точкой двух остальных обмоток делителя тока, а тем самым и с одним из отводов 1921 трансформатора. Через три двунаправленных управляемых ключа, соединенных во второй треугольник и составленных из встреч но-параллельных пар управляемых вентилей 28-33, между собой соединены концы первичных обмоток трансформатора. В случае соединения вторичных обмоток трансформатора в треугольник, концы первичных обмоток подключены к вершинам первого треугольника обмо ток делителя-тока, а отводы первичных обмоток подключены к вершинам второго треугольного соединения дву направленных ключей, составленных из встречно-параллельных пар управляемых вентилей 28-33. Устройство работает следующим образом. В основном режиме работы в каждый момент времени во включенном состоянии находится один из управляемых вентилей 22-33. Управляемые вентили 22-33 включаются с определенной последовательностью и в каждом периоде питания каждый вентиль находится во включенном состоянии в течение 30 эл.град. При этом, когда включен один из вентилей 22-27 напряжения на всех обмотках трансфор матора находятся в фазе или в противофазе с одним из фазных напряжений питания. Когда же включен один из ве тилей 28-33,напряжения на обмотках двух фаз трансформатора находятся в фазе или в противофазе с соответствующим линейным напряжением питания I Таким образом, подходящее поочередное включение вентилей 22-33 позволяет формировать на выводах переменного тока трехфазного мостового выпрямителя на диодах 7-12 переменные напряжения, сдвинутые на , 30 эл.град. Подключение трехфазного делителя тока к отводам первичных обмоток трансформатора обеспечивает равенство амплитуд этих напряжений. В результате этого-как выходное выпрямленное напряжение U, , так и токи питания 1д , ig , ij, являются двенадца типульсными. Регулирование выходного напряжения, как ив известных схемах фазово го регулирования, изменением сдвига фазы вклю-чения управляемых вентилей относительно напряжения питания. При этом регулирование возможно как с отстаиощим, так и с опережающим током В первом случае тиристоры работают в режиме естественной коммутации, во втором случае необходима принудитель ная коммутация тиристоров или применекие полностью управляемых ключей других типов. Рассмотрим интервал работы, когда включен управляемый вентиль 22. В этом случае отвод 19 первичной обмотки трансформатора через вентиль 22 соединен с центральным отводом 16 делителя тока, причем начало и конец этой обмотки делителя тока подключены к отводам 20 и 21 первичных обмоток трансформатора. В результате этого фазный ток питания нд в отводе 16 распределяется на две части, по величине равные и по полярности противоположные фазным токам i и 1(, , т. е. ;Ц (. ) Обозначим число витков первичных и вторичных обмоток трансформатора соответственно VV, и W, а число витков секции между началом и отводом первичной обмотки через Vj . Пренебрегая при анализе намагничивающим током трансформатора,на основе равенства намагничивающих сил первичных и вторичных обмоток 1 . 1 . 10 , 2 . . vv; . вс Под действием вторичных токов трансформатора ia а с рассматриваемом интервале проводят диоды 8, 9 и 10. Напряжение нагрузки на выходных, выводах 13, 14 Ъ WT н-i Следующий интервал работы начинается включением управляемого вентиля 32 и, соответственно, отключением вентиля 22. В этом интервале через включенный вентиль 32 концы первичных обмоток трансформатора в фазах А и С соединены между собой и на них распределяется линейное напряжение Бдс Токи в фазах А и С по величине равны и по направлению противоположны. Соответственно, в этом интервале работы H cHavj Под действием токов 1д и if проводят диоды 9.и 10, а напряжение нагрузки UH U,C Из выражений (4) и (.6) вытекает и требуемое относительное число витков от начала до отвода первичной обмотки, равное Чз72. Действительно, так как для получения двенадцатипульсного режима работы выходное напряжение следует формировать из сдвинутых на 30 эл.град. переменных напряжений с равной амплитудой, а амплитуда линейного напряжения питания превышает в тГз раз амплитуду фазного напряжени питания, то из равенства величин выходного напряжение через 30 эл.град на основе (4) и (.6) .4. откуда -Ь . (7) 2ЧТ 2 В течение периода питания управля емые вентили (тиристоры) 22-33 включаются В последовательности: 24-3127-28-22-32-25-30-26-29-23-33-24 и каждое изменение интервала сопровождается ступенчатым изменением фазных токов д , 5 , с . При включении одного из вентилей 22-27 в первичных токах формируются ступени высотой N2/W, и 3 Wj j-ZW;., а при включении одного из вентилей 28-33 - ступени с высотой Ij NWj и 0. Соответственно, соотношение высот ступе. ней первичного тока равно 1:-11з7з: 1/2:0, что обеспечивает устранение высших гармоник ниже 11-ой. На фиг. 2 изображен ток 1д . Токи ig и Ic имеют такую же форму,- но сдвинуты соответственно на 120 и 240 эл.град. Форма выходного напряжения Uji) На фиг. 2 соответствует углу регулирования об 45 эл.град. В случае соединения вторичных обмоток трансформатора в треугольник, управляемые вентили 22-33 включаются в той же последовательности и устройство работает аналогично, но при заданном угле регулирования выходное напряжение уменьшается в раз. Таким образом, за счет работы в каждом интервале лишь Одного управляемого вентиля повышается, по сравнению с известным, КПД устройства. Трехфазный делитель тока участвует в работе только в течение шести интервалов из двенадцати, в течение остальных шести интервалов делителем тока между фазами являются управляемые вентили 28-33. Это позволяет уменьшить массу и габариты делителя тока: типовая мощность его равна 0,80 от типовой мощности делителя тока в прототипе. Преобразовател требует более простой системы управления, так как управление одним вентилем не требует угла размножения сигналов управления, необходимого) в схеме управления известным устройством. Снижение массогабаритных показателей достигается также в устройстве за счет возможности использования в качестве управляемых вентилей двунаправленных ключей-симисторов.

В

13

п

Ь« 1«/ J

i -ntrb

ггз Vrj/

zUxJWi

Очередность включения вентилеИ 7-/г и IZ-33

Фиг.1

) 1. ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТО- . ЯННОЕ, содержащий трехфазный трансформатор, начала первичных обмоток которого образуют входные выводы, двенадцать управляемых вентилей, трехфазный делитель тока, вторичную обмотку, подключенную к трехфазному неуправляемому мостовому выпрямителю, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей, обмотки трехфазного делителя тока соединены в первый треугольник и выполнены с центральными отводами, каждый из которых через пару встречно-параллельно включенных управляемых вентилей соединен с общей точкой двух остальных обмоток делителя тока, а каждая первичная обмотка трансформатора выполнена с отводом с относительным числом витков от начала до отвода, равный , остальные управляемые вентили образуют три пары при их встречно-параллельном включении и соединены во второй треугольник, при этом концы и отводы первичных обмоток подключены к вершин ам первого или второго треугольника. i 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что (Л вторичные обмотки соединены в звезду, концы первичных обмоток подключены к вершинам второго треугольника, а отводы первичных обмоток - квершинам первого треугольника. J.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем,что вторичные обмотки соединены в треуголь-i ник, концы первичных обмоток подклюг со чены к вершинам первого треугольника, а отводы первичных обмоток .- к вершинам второго треугольника. оэ