Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1986 года по МПК H02M7/04 

тока вентилей, что позволяет регулировать реактивную мощность, потребляемую преобразователем, без применения компенсирующих конденсаторов, имеющих большие габариты. Преобразователь содержит трехфазный четырехстержневой преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми обмотками 2-4, вентильными обмотками 5-10 и вспомогательными обмотками 11-14. Шесть вентилей 15-20

объединены катодами, образуя положительный выходной вывод, подключенный к инвертору 24„ Трехфазный датчик 29 тока и один из выводов вспомогательной обмотки 14 подключены к системе управления, выполненной на основе датчика 32 тройной частоты, одновибратора 33, фозосдвигающего устройства 34,блока 35 управления, дешифратора 36 и формирователя 37 импульсов .2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией. Цель изобретенияулучшение массогабаритных и энергетических показателей. В шестифазном вентильном преобразователе наличие инвертора тройной частоты и легких вспомогательных обмоток на трансформаторе позволяет снять пик напряжения при холостом ходе преобразователя и тем самым улучшить его внешние характеристики. По мере увеличения нагрузки изменяется фаза напряжения тройной (Л частоты, подаваемого на вспомогательные обмотки через инвертор напряжения, и создается опережающая коммутация

Изобретение относится к преобразо|Вательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией. Цель изобретения - улучшение маесогабаритных и энергетических показа телей преобразователя. На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его ра боту. Преобразователь содержит трехфазный четырехстержневой преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми обмотками 2-4, вентильными обмотками 5-7 и 8-10, соединенными в две звезды, и четырьмя вспомогательными обмотками 11-14j шесть вентилей 15-20, катоды которьк объединены в общую точку и образуют положительный выход ной вывод 21, который, в свою очередь, через разделительный диод 22 подключен к первому входному выводу 23 инвертора 24, отрицательный выгход ной вьюод 23, к которому подключены нулевые выводы вентильных обмоток, второй входной вывод 26 инвертора 24 к выходным выводам 27 и 28 которого подключены вспомогательные обмотки 11-13 основных стержней, соединенные в -открытый треугольник, трехфазный датчик 29 тока, первый и второй входные выводы 30 и 31 системы управле.ния, к которым соответственно подключены вспомогательная обмотка 14 четвертого стержня и трехфазный датчик 29 тока. Система управления выполнена на основе датчика 32 тройной частоты одновибратора 33, фазосдвигающего устройства 34, блока 35 управления, дешифратора 36 и формирователя 37 импульсов. Трехфазный датчик 29 тока выполнен в виде трех трансформаторов 38-40 тока, первичными обмотками каждого из которых являются две встречные шины одноименных вентильных обмоток 5-7 и 8-10, диодного моста 41 Ларионова, к зажимам переменного тока которого подключены вторичные обмотки трансформаторов тока 38-40, и потенциометра 42, ползунок которого является выходным выводом датчика 29 тока. Инвертор 24 на полностью управляемых вентилях 43-46 с диодным мостом обратного тока содержит вход ной фильтр, представленный конденсатором 47,и выходной фильтр, состоящий из последовательного колебательного контура, включающего дроссель 48 и конденсатор 49, и параллельного колебательного контура, включающего дроссель 50 и конденсатор 51, настроенные на тройную частоту сети. Датчик 32 тройной частоты имеет в своем составе компаратор 52, подключенный входом к первому входному выводу 30 системы управления, формирователи 53 и 54 переднего и заднего фронтов, подключенные входами к выходу компаратора 52, триггер 55 и схему ШШ 56. Фазосдвигающее устройство 34 включает операционный усилитель 57, подключенный входом к второму входному выводу 31 системы управления, конденсатор 58 и ключ 59, подключенные параллельно- входному и выходному вывоiЬдам операционного ус1и1нтеля 57, и второй компаратор 60, подключенный входом к выходу операционного усилителя 57 . Блок 35 управления содержит трети компаратор 61, подключенный входом к второму входному выводу 31 системы управления, триггер 62 и логический инвертор 63. Дешифратор 36 собран на шести схе мах И 64-69, вюрой и третьей схемах ИЛИ 70 и 71 и триггере 72. Устройство работает следующим образом. При нормальной работе однотактового ше.стифазного преобразователя вступают в параллельную работу два однотактовых трехфазных выпрямителя на вентилях 15-17 и 18-20. При этом мгновенные значения выпрямленных напряжений этих выпрямителей неодинаковы и их разность составляет напряжение треугольной формы и тройной частоты по отношению к частоте питающей сети с амплитудой, равнойполовине амплитуды фазного напряжения вентильной обмотки, которое приложено к двум последовательным обмоткам различных фаз различных трехфазных систем. Для выравнивания мгновенных значений выпрямленных напряжений двух параллельно работающих трехфазных выпрямителей в преобразователе использован трансформатор 1 с четырехстержневым магнитопроводом, который, кроме сетевых обмоток 2-4, соединенных в звезду без нулевого провода, и вентильных обмоток 5-7 и 8-10, соединенных в две обратные звезды с общей точкой, имеет четыре вспомогательные обмотки 11-14 Под действием напряжения тройной частоты, генерируемого преобразователем по обмоткам параллельно работающих фаз протекает уравнительный ток тройной частоты,-который создает однонаправленные потоки в основных стержнях трансформатора. Потоки нулевой после довательности в преобразователе проходят по магнитопроводу четвертого стержня, находящегося в ненасьщенном состоянии. Благодаря этому в уравнительном контуре имеется большое сопротивление нулевой последовательнос ти Хр, соизмеримое с сопротивлением намагничивания х трансформатора, которое в достаточной степени ограничивает уравнительный ток преобразователя. Амплитуда уравнительного тока 494 не превышает 1-2% от амплитудрл поминального тока вентильной обмотки при сечекии четвертого стержня 30-40% от сечения основных стержней. Таким образом, для осуществления параллельной работы двух однотактных трехфазных выпрямителей и увеличения длительности протекания анодных токов до 120 исключается необходимость применения громоздких двухфазных уравнительных реакторов. К вспомогательным обмоткам 11-13 основных стержней, соединенным в открытый треугольник, подводится напряжение тройной частоты от инвертора 24. Под действием этого напряжения по вспомогательным обмоткам 11-13 течет ток тройной частоты, который создает потоки нулевой последовательности в основных стержнях. Это потоки также замыкаются по магнитопроводу четвертого стержня, благодаря чему ток вспомогательных обмоток мал. Таким образом, выравнивание мгновенных значений напряжений параллельно работающих фаз достигается пропусканием . намагничивающего тока тройной частоты по вспомогательным обмоткам основных стержней. Вспомогательные обмотки основных стержней могут создавать также и опережающую коммутацию токов вентилей. При возрастании тока нагрузки постепенно через систему управления меняется фаза напряжения тройной частоты на выходе инвертора 24, что автоматически приводит к опережающей коммутации вентилей. При этом конт- роль за током нагрузки осуществляется с помощью датчика 29 тока. Сигнал с выхода датчика тока поступает пропорционально току нагрузки на систему . управления. Датчик 32 тройной частоты подключен к вспомогательной обмотке четвертого стержня. Напряжение на вспомогательной обмотке 14 отображено кривой на фиг.2а. Компаратор 52 формирует на выходе двухполярное напряжение с реверсами с одной полярности на другую в моменты перехода напряжения на вспомогательной обмотке 14 через нуль. Формирователи 53 и 54 переднего и заднего фронтов, подключенные к выходу компаратора 52, управляют триггером 55, на прямом и инверсном выходах которого формируются однополярные прямоугольные импульсы, синхронизированные с тройной частотой напряжения вспомогательной обмотке 14. На выходе схемы ИЛИ 56 формируется поспедовательность импульсов частоты 6f, где f - частота промьшшенной сети. Сигналы на выходах компаратора 52 прямом выходе триггера 55, схеме ИЛИ 56 приведены на фиг,26, в, г соответ ственно. Последовательность импульсо на выходе одновибратора 33, который запускается под действием импульсов частоты с выхода схемы ИЛИ 56, представлена на фиг.2д. Операционный усилитель 57, конден сатор 58 и ключ 59 образуют интегратор. Импульсы частоты 6f с выхода элемента ИЛИ 56 поступают на ключ 59 закорачивая на короткое время конден сатор 58 и разряжая его. В этот момент напряжение на выходе интегратор равно нулю. Интегратор формирует пилообразное напряжение, показанное на фиг.2е5, в функции сигнала с выхода датчика тока преобразователя. Компаратор 60 под воздействием сигналов с выхода интегратора и опорного напряжения U;., формирует последовательность импульсов с длительностями импульсов, пропорциональными сигналу датчика тока преобразователя (фиг.2я Компаратор 61 блока 35 управления контролирует по сигналам с датчика 2 тока и опорного напряжения UQ моменты перехода выходного тока через величину Id.Kp . При величинах тока, меньших Icikp под воздействием компаратора одиночный сигнал формируется на прямом выходе триггера 62, а при токах, больших I, ,- на его инверсном выходе. При токах, меньших , нулевьм сигналом с инверсного выхода триггер 62 закрыты вторая, пятая и шестая схемы И 65, 68 и 69 дешифратора. Открыты схемы И 64, 66 и 67. Триггер 7 повторяет сигналы триггера 55 тройно частоты сети за исключением незначительного сдвига из-за сигналов одновибратора 33. Выходные сигналы триггера 72 через формирователь 37 импульсов, вьшолняющий роль усиленных :гальванически развязывающих каскадов поступают поочередно на входы полностью управляемых ключей, находящийся противоположных плечах мостовогс инвертора, а именно на вентили 43-46. При токах, больших 1 нулевьм сигналом с прямого выхода триггера 6 закрыты схемы И 64, 66 и 67 дешифратора „На выходах схем ИЛ1-1 70 и 71 формируются сигналы,, сдвлиутые по переднему фронту относительно исходных сигналов с триггера 55 на время длительности импульсов, формируемых фазосдвигающим устройством 34 (сигналы на выходе схем ИЛИ 70 и 71 приведены fia фиг.2з,и). В результате выходные сигналы триггера 72, которые поступают через формирователь 37 импульсов на силовые ключи инвертора, (фиг.2к,л), формируются с опережающей фазой относительно тройной питающей частоты напряжения со вспомогательной обмотки 14, пропорциональной величине тока преобразователя. На зажимах переменного тока инвер °Р 4 формируется прямоугольное напряжение частоты 3f, которое с помощью фильтра (последовательного и параллельного колебательных контуров, настроенных на частоту 3f) преобразовывается в синусоидальное напряжение тройной частоты (фиг.2м). Наличие разделительного вентиля на зажимах входного фильтра инвертора, представленного в простейшем случае конденсатором 47, исключает появление пульсаций с выходных вьшодов 21 и 25 вентильного преобразователя в кривой синусоидального напряжения тройной частоты инвертора 24. Формула изобретения Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный преобразовательный трансформатор, обмотки которого расположены на трех стержнях магнитопровода, при этом сетевая обмотка соединена в звезду, а две вентильные обмотки соединены по схеме две обратные звезды с нулевым выводом и щесть вентилей, аноды которых подключены к шинам вентильных обмоток, отличающийс я тем, что, с целью улучшения массогабаритных и энергетических показателей, в него введены инвертор с системой управления и трехфазный датчик тока, а магнитопровод преобразовательного трансформатора дополнен четвертым стержнем малого сечения, каждый из четырех стержней снабжен вспомогательной обмоткой, при этом вспомогательные обмотки основных стержней включены последовательно в открытый треугольник, выходные выводы которого подключены к выходным выводам инвертора., катоды шести зентилей объединены в общую точку, образуя положительный выходной вывод, к которому через разделительный диод подключен первый входной вывод инвертора, нулевые выводы вентильных обмоток объединены в общую точку, образуя отрицательный выходной вывод, к которому подключен второй входной вывод инвертора, трехфазный датчик тока выполнен на трех однофазных трансформаторах тока, первичными обмотками каждого из которых являются две встречные шины одноименных вентильных обмоток, а вторичные обмотки соединены в звезду и через трехфазный диодный мост с заземленной катодной группой подключены к потенциометру, ползунок которого является выходным выводом датчика тока, подключенным к одному выводу системы управления инвертором другим выводом соединенной со вспомогательной обмоткой четвертого стержня, свободный вывод которой заземлен инвертор выполнен по мостовой схеме на полностью управляемых вентилях с диодным мостом обратного тока и подключен выводами постоянного тока через входной фильтр к входным выводам выводами переменного тока через фильтр к выходным выводам, причем система управления вьтолнена на основе датчика тройной частоты, одновибратора, фазосдвигающего устройства, блока управления, дешифратора и формирователей импульсов, при этом датчик тройной частоты содержит компаратор, подключенный входом к первому входно му выводу системы управления, формирователи переднего и заднего фронтов подключенные входами к выходу компаратора, схему ИЛИ и триггер, подключенные входами к выходам формировате

лей переднего и заднего фронтов, фазосдвигающее устройство содержит операционный усилитель, подключенный входом к второму входному выводу системы управления, ключ и конденсато), подключенные параллельно входному и выходному выводам операционного усилителя, вход ключа подсоединен к выходу схемы ИЛИ датчика тройной 4actoты и входу одновибратора, -второй компаратор, подключенньш входом к выходу операционного усилителя, блок управт ления содержит третий компаратор, подключенный входом к второму входному выводу системы управления, второй триггер S-вход которого непосредственно, а R-вход - через логический инвертор подключены к выходу третьего компаратора, дешифратор содержит шесть двухвходовых схем И, первые входы первой и второй схем И соединены соответственно с выходом одновибратора и выходом второго компаратора, вторые их входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам второго триггера, первые входы третьей и пятой схем И, а также четвертой и шестой схем И подсоединены соответственно к прямому и инверсному выходам первого триггера, вторые входы третьей и четвертой схем И, а также пятой и шестой схем И подключены соответственно к выходам первой и второй схем И, вторую и третью двухвходовые схемы ШШ, вторая подключена входами соответственно к выходам третьей и пятой схем И, третья подключена входами соответственно к выходам четвертой и шестой схем И, третий триггер, подключенный входами к выходам соответственно схем ИЛИ, а выходы третьего триггера через формирователи импульсов подключены к входам полностью управляемых ключей инвертора.

ф(ле2