Мостовой преобразователь электроэнергии Советский патент 1987 года по МПК H02M7/162 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве неуправляемого или управляемого (стабилизированного) источника электропитания,, обеспечивающего преобразование переменного напряже - ния Б постоянное, преимущественно при повьшшнных токах нагрузки и требованиях обеспечить простыми средствами высокое качество преобразования энергии путем формирования 12 циклически сменяющихся во времени конту- рои прохождения тока нагрузки с малым уровнем пульсации выходного напряжения без введения дополнительных средств фильтрации и фазосдвигаю щих устройств.

Цель изобретения - расширение области применения преобразователя,

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства; На фиг. 2 - адекватная ей топологическая схема соединения вентильных обмоток; на фиг. 3 - векторная диаграмма фаз о сдвинутых .импульсов , 8(ч( I , 1 2 ) выходного напряжения U в фазовой плоскости.

Преобразователь по фиг. 1 содержит двенадцать преобразовательных элементов 1-12 (в частности мехг1ни- ческих, гэлектронных, полупроводниковых вентилей - неуправляемых или управляемых, в том числе ламп, диодов транзисторов, тиристоров, магнитных усилителей, герсиконов и пр.), собранных в шестиячейковый вентильный ноет 13, выводы постоянного тока которого образуют выходные вьшоды, и к нт- подключена нагрузка 14. Электромагнитное устройство, в частности - трансформатор, электрическая машина и пр., содержит трехфазную вентильную обмотку, которая разде- лена в каждой фазе на три секции: а а,,, а,,;, Ъ,,) , с, с,, с,, и каждая тройка разноименных по фазе секций (например а, Ъ , c.g) соединена .в неравноплечиый (ах , п j) двухсторонний (Ъ( и е) с неравными сторонами , ,), встречно-, встречный (Ъ и с)включены встреч- но с а) зигзаг, основные плечи которого, образованные первыми .секциями а, Ъ, с, соединены в трехлучевую звезду.

i

ВЫВОДЫ X;,, Х, У , у,, Z, , Zj,, Обмоток подключены к соответствующим вьшодам переменного тока шестиячейко

вого вентильного моста 13, управление элементами которого может быть осуществлено от введенной системы 15 управления, а числа витков указанных трех секций (например, а, а,, а) могут быть установлены в каждой фазе в соотношении : ( /3-l):(v3- + + Г)/2.

Устройство работает следующим образом.

Как следует из фиг. 2 устройство формирует систему из шести ДЭДС (диагональных ЭДС). Три ДЭДС образуются между выводами X , у(,, z и еще три ДЭДС (при указанном соотношении витков - между вьшодами Zg

и X

И

У, И Z,

Причем при

0

5

0

5

0

5

0

5

установленном соотношении витков все ДЭДС равны между собой по амплитуде и сдвинуты по фазе на: i 120 зл.град. внутри каждой их тройки и на 30 эл.град. между ближайшими смежными ДЭДС разных их троек (например, между у, , х,).

После выпрямления этих шести ДЭДС посредством вентильного моста 3 на его выходе формируется знако- . постоянное напряжение . -U, содержащее за период любой ЭДС двенадцать одинаковых импульсов S( (f-(l,12), последовательно сдвинутых по фазе 1Га 30 эл.град. (фиг. 3). р-и контур токопрохождения, циклически сменяющийся во времени за период ЭДС, содержит соответствующий ис- точншс ДЭДС и соответствующую пару естественно открытых вентилей --по одному вентилю из анодной (нечетные номера) и катодной четные номера) / . групп, которые, с целью упрощения и удобства понимания принципа действия устройства, указаны при S. на фиг. 3.

ч

Как видно из фиг. 3, частота переменной сос тавляющей (пульсации) выходного Напряжения U относительно частоты преобразуемых ЭДС увеличена в 12 раз (П 12). Обеспечено высокое значение ПОСТОЯННОЙ составляющей V выходного напряжения UQ относительно его амплитуды U - 3 Й ({З - )/7Г sO,9886.B режиме холостого хода(ХХ) и малый уровень пульсации, равный в теоретически идеальном случае по полному размаху kfl AUg/X, ,ci3,45%, по амплитуде первой гармоники kn, %- 1,4%. Этим в единицы раз улучшены массога

баритные и стоимостные показатели (МГСП) сглаживающего фильтра, а также уменьшено потребление реактивной мощности за счет улучшения формы потребляемого тока, сокращены потери энергии, улучшены коэффициенты полезного действия и мощности, обеспечена экономия электроэнергии, дефицитных материалов, средств.

Возможно дальнейшее улучшение показателей путем введения.хотя бы еще одной аналогичной структуры, соединенной выходными вьшодами последовательно или параллельно основной, что дополнительно перераспределяет напряжение высоковольтной или ток сильноточной нагрузки, позволяя использовать менее мощные элементы (сравнительно низковольтные или слаботоч- ные).

Кроме того, при выполнении устройства управляемым (стабилизированным) импульсы управления достаточно подавать лишь на один из преобразовательных элементов вентильного моста 13, в частности, как это следует из;, фиг. 3, последовательно на элементы 1, 4, 6, 3, 5, 8, 10, 7, 9, 12, 2 и 11 с интервалом дискретности в 30 эл.град., либо используя многоим- пульсную широтную модуляцию выходного напряжения с соответствующими под интервалами внутри каждого интервала дискретности, путем соответствующего управления преобразовательными элементами 1-12 от введенной системы 15 управления.

Этим дополнительно улучшаются показатели устройства за счет упрощения алгоритма и системы управления, а также возможности устройства и области практического использования в различных отраслях народного хозяйства.

Фор м.у ла изобретения

1. Мостовой преобразователь электроэнергии, содержащий трансформатор, вентильная обмотка которого, поделенная в каждой фазе на -три секции, соединена в двухсторонний встречно- встречный зигзаг - техлучевую звезду и подключена свободными выводами к .вьшодам переменного тока двух трех- ячейковых вентильных мостов из преоб

разовательных элементов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, оба моста соединены в один шестиячейко- вый вентильный мост, вьюоды постоянного тока которого образуют выходные выводы, а зигзаг обмоток вьшолнен неравносторонним, образуя, совместно с мостом, основную преобразовательную структуру, причем числа витков ; секций обмоток, образующих плечо звезды, а также меньшую и большую стороны зигзага, установлены в каждой фазе в соотношении 1:( ): :(fЗ+l)/2.

2. Преобразователь по п.1, о т- л и чающийся тем, что, с целью дополнительного улучшения тех- нико-экономических показателей пу- . тем перераспределения тока сильноточной или напряжения высоковольтной нагрузки, он дополнительно снабжен по меньшей мере еще одной аналогичной структурой, выходные вьшо- ды которой образуют автономные вьшо- ды или соединены последовательно (параллельно) с выходными вьгаодами основной структуры.

3.Преобразователь по п.1, о т- личающийся тем, что, с целые дополнительного улучшения показателей путем упрощеьшя способа управления при выполнении устройства управляемым, он дополнен системой управления, обеспечивающей подачу сигналов управления последовательно на первый, четвертый, шестой, третий, пятый, восьмой, десятый, седьмой, девятый, двенадцатый, второй и одиннадцатый одно- или двух- позиционно управляемые преобразовательные элементы моста при нечетной нумерации анодной их группы от первого по одиннадцатый и четной нумерации катодной их группы от второго по двенадцатый в порядке естественного открытия элементов.

4.Преобразователь по , отличающийся тем, что хотя бы одна из секций вентильной обмотки вьтолнена в каждой фазе в качестве сетевой и снабжена отводом или дополнительными витками, образующими входные вьтоды.

f

Фш.2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использова- но в качестве неуправляемого источника электропитания, обеспечивающего преобразование переменного напря- .жения в постоянное, преимущественно при повышенных токах нагрузки. изобретения - расширение области применения. Двенадцатикратная частота пульсаций напряжения на нагрузке 14 обеспечивается путем подключения к шестиячейковому вентильному мосту 13 на преобразовательных элементагх 1-12 вторичных обмоток трансформатора, собранных по схеме двусторонний встречно-встречный зигзаг - трехлучевая звезда. Устройство может выполняться управляемым с указанным алгоритмом включения вентилей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. X а Ю Г2 2 6 8 Й1Н1 О п r-L. I rs I т « со х Э го :о JU- / ,/ / fiiii fpi/e.f г J S 7 9 n

Sjly,Xi;1,Z}

iy,Xi;11,2)Sjs (i/,Zr,S.Z)n fyiZf}9,f2)S, (X,2,i9,W)Ss

Ч

0,,;- ,, ,,

/ Ss(X

;,,

Si(ZtX,,fA)

,Зз12,Х,;1.б

,Уг I 3.6)

. / S,6} Ss(Xty,-,5,8)

Редактор В. Данко

Составитель Е. Мельникова Техред В.Кадар

Заказ 7283/56 Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг.З

Корректор Е. Рошко