Вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/10 

1

Изобретение относится к электро- и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания, преимущественно с повышенным напряжением нагрузки при необходимости обеспечения улучшенных массогабаритных показателей и повышенной надежности за счет совмещенной конструкции источника на пространственном магнитопроводе силозо то трехфазного трансформатора при повьпиенном числе однотипных ступеней (модулей ).

Цель изобретения - улучшение массогабаритных показатели преобразователя.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства при последовательном соединении j, низковольтных полупроводниковых модулей данной фазы трехфазного Пространственного трансформатора, соединенных в смежных фазах одно- , именными (первьй с первым) крайними модулями в порядке прямой или обратной индексной последовательности фаз (схема цепь); на фиг.2 то же, со ступенями смежньк фаз, соединенными между собой разноименными (первый с последним) крайними модулями (схема цикл); на фиг. 3 схема устройства при последовательном соединении одноименных модулей разных фаз с последую дими соединеними одноименных по фазе модулей (схема ряд); на фиг. 4 - то же, любые два соединенных между собой модуля разноименны по фазе (схема спираль); на фиг.5 - то хе, при 12-кратной ( П 12) частоте пульсации (схема спираль-зигзаг, на примере одного звена);, на фиг. 6 - модульная конструкция высоковольтного источника (10-ЗС кВ) вьшол- ненного в соответствии-со схемой цепь на трехстержневом пространственном магнитопроводе с преимущественно треугольными ярмами (в двух проекциях), пример исполнения.

i-ia чертеже приняты следующие

обозначения: i, п,, j

обшее

число ступеней, звеньев и секций соответственно; Э общее число элементарных преобразовательных структур; i, п, j - текущие номера ступеней, звеньев, секций; В - число вентильных плеч (вентилей ); В - общее число вентилей; В „ - число

62

последовательно соединенных вентилей, одновременно проводящих ток :агрузки в каждом циклически сменяю- га.емся во времени контуре токопрохождения; Л - число линий, соединяющих источники ЭДС (обмотки) с вен- ильньгм мостом данной ступени, равное числу вентильных плеч моста; Л - общее число линий (вентильных

ячеек); W, W j- - суммарное число витков вентильных обмоток относительно базового числа витков с напряжением на них,, равным соответственно амплитудному U и среднему UQ

значениям выходного напряжения (на наг рузке) в режиме холостого хода; Sy, Ujjp- амплитудное и действующее значения напряжения (ЭДС ) между линиями Данного вентильного

моста (Греца-Поллака) или на не разделенной на части вентильной обмотке, на частях разделенной обмотки, соединенных в зигзаг для образования:, например, П |2, указанные значения ЭДС в I раз меньше; П - крат- f OCTb частоты пульсации выходного напряжения относительно частоты преобразуемых ЭДС; 1 f. , { ,v,: (f - наиболь- ;пее мгновенное значение напряжения

ме}щу смежными секциями вентильных

обмоток данной фазы и между секгшя- ми смежных фаз при последовательном наборе секций обмоток по высоте с.тержня.

Под электрическ1 1ми схемами на фиг.I-5 приведены индексные последовательности фаз, секций и звеньев, мнемоническая структура связей кото- pbDc предопределяет этимологическую

сущность их названий (цепь, цикл и пр. ).

Устройство содержит низковольтные полупроводниковые модули 1, сос- тояпше из источников фазосдвинутых

ЭДС, сформированных на вентильных обмотках 2 трехфазного трансформатора на пространственном магнитопроводе 3 с ярмами 4 преим тцественно треугольной формы. Кроме того, каждый

модуль 1 содержит двухячейковые вентильные мосты Греца-Поллака 5, зашун- тированные или незашунтированные конденсаторами 6 и соединенные по цепи постоянного тока разнополярно

последов ат ель но.

Выходы крайних модулей образуют выходные вьшоды 7 к 8, к которым под- в:лючена нагрузка 9,

313

Магнитопровод 3 (фиг.6 ) содержит стержни IО с расположенными на них катушками низковольтных сетевых 11 и высоковольтных вентильных 2 обмоток. Вентильные обмотки 2 разделены в каждой фазе на низковольтные секции 12, подключенные к вентилям 5 Калодую секцию удобно выполнять на напряжение порядка 400-500 В при общем их числе, например, для 20 кВ, равной тринадцать - шестнадцать на одном стержне. Это упрощает изоляцию поБыщает надежность. Сетевые обмотки 11 могут быть выполнены из алюминиевой оксидированной ленты, а секции 12 вентильных обмоток - из алю миниевой оксидированной фольги.

При этом монтаж преобразователь - ных мостов 5 (фиг.1-6 ) может быть вьтолнен на горизонтальных платах 13 (фиг.6), а монтажный переход с одной плоскости монтажа на другую обеспечен кабелем 14 (при схеме спираль) или перемычками 14 (при остальных схемах) при монтаже связей вентилей и выводов обмоток на вертикальных монтажных платах 15.

Механическое скрепление деталей и сборок обеспечивает стянутые шпиль ками 16 литые из алюминиевого сплава основание 17 с отверстиями 18 для крепления конструкции и крьпяка 1 9 с крепежной платой и клеммами 20 для вьшодов сетевой обмотки и подключения вьшодов первичной сети переменного тока. Основание 17 и крьпика 19 выполнены в виде корыта.

Вьшолнение модулей на двухячей- ковьгх мостах Греца-Поллака и магни- топровода пространственным с преимущественно треугольными ярмами снижает напряжение на обмотках 2 и обеспечивает симметрию магнитной цепи, что облегчает решение проблем высоковольтной изоляции, а также уменьшает уровень низкочастотно модуляционной составляющей выходного напряжения. Это, в свою очередь, улучшает массу и объем фильтров.

Соединение по схеме цепь, показанное на фиг.1, позволяет снизить до S напряжение U между смежными секциями данной фазы.

Соединение по схеме ряд (фиг.3j позволяет выравнять напряжение между секциями как данной, так и смежных фаз, а при соединении по схеме цикл (фиг.2, представляющей собой

7606

определенное сочетание схем спираль и и. . R

цепь , можно получать .„ . что упрощает изоляцию.

Соединение по фиг.5, являсь в лом спиральным, позволяет удвоить частотную кратность пульсации по сравнению с соединениями по фиг.1- 4 (п 26 12) за счет введения дополнительных секций вентильных обмоток и соединения РОС с основными в односторонний равноплечий встречный зигзаг. При этом напряжения U, (дей- ствук)1чее значение ) на обмотках а , , h , с составляет всего 18,5% относительно среднего значения выходного напряже} ия, а на секциях а, Ь, , с ,а,, bj, Cj, соединенных в зигзаг, - по 10,7%, причем такой результат достигается лишь при наличин одного непросекционированного звена.

Введение секций, как в схемах на фиг.1 и 2, и/или звеньев, как в схемах на фиг.3 и 4 резко уменьшает

указанные напряжения.

Описанные соединения, несмотря на принц тиальное их схемное отличие, в конструктивном отношении не требует существенных изменений и связаны в основном с некоторым перераспределением изоляционных промежутков между , фазами, секциями и относительно корпуса, что следует из мнемонических схем связей и соответствхтощих им числовых данных. Наиболее экономичными по высоте являются конструктивные реализации источника по схемам цепь и цикл (Лиг. 1 и 2), так как вследствие

малой разности потенциалов между смежными секциями данной фазы (по высоте стержня) межсекционные изоляционные промежутки минимальны, что и минимизирует высоту стержней 0

магнитопровода 3 (фиг.6). Эти схемы обеспечивают также наиболее простую в конструктивном отношении связь одной горизонтальной платы (модуля) с другой смежной. Промежуточное по-

ложение между схемами цепь, цикл и спира-пь схема ряд

(фиг.З). I

Использование модульного построе- ния высоковольтного источнюса на основе низковольтных двухячейковых четырехвентильных модулей позволяет существенно снизить напряжение на каждой секции трехфазной вентильной обмотки по сравнению с устройствами на трехячейковых Д1естивентиль- ных мостах (Ларионова ) и при том же напряжении нагрузки сутцественно снизить переменное напряжение на сек- циях, перейти на более повышенную частоту питающих напряжений, повысить надежность, упростить монтаж за счет размещения его по периферии, исключить центральный контактньш стержень, находящийся под нарастающим по высоте потенциалом, улучшить распределение электромагнитных процессов, снизить потери и повысить КПД, что особенно важно для высоковольт- ных устройства подвижных объектов. Модульное построение позволяет применять конструктив ю законченные низковольтные компоненты, легко поддающиеся требуемой унификации, и в ито- 20 личающийся тем, что, пергк разрабатьшать высоковольтные источники с улучшенными массогабаритным и и надежностными показателями в сложных условиях эксплуатации (повышенная температура, низкое давление, перегрузки и пр.).

Формула изобретения 1. Вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное по

1Г

l,-Jj,,3 4;Jf-6 /,,B-/2J -3 6J, (сещии w- |f; W gвlS7 f с cxe/i,

я,г « f J и Q.37iMU 1

Фш,2

аЕт св. № 917280, отличаю- ш, и и с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, источники переменных ЭДС вьшолнены в виде трехфагшого трансформатора с пространственным магнитопроводом, а крайние ступени данной фазы соединены со стз пенямк смежной фазы в порядке прямого или обратного индексного чередования при последовательном соединении ступеней данной фазы.

2. Преобразователь по п., о т - личающийся тем, что, первая (последняя) ступень данной фазы соединена с первой (последней) cтvпeнью смежной фазы.

3. ГГреобразователь по п.

о твая последняя ступень данной фазы соединена с последней (первой) ступенью смежной фазы.

254. Преобразоватешь по nn.t - 3

отличающийся тем, что магнитопровод трансформатора выполнен преимущественно с треугольньми ярмами.

I

L,n,-n 1,n,,B ,,,Bn-6n

a Cz {звенья}, а ,51,П 6 Лс-схема, b,- Cj Uf,c 3Sa;U JSa-Uq,-0 :}7lfo/nj(

Фиг.З

n-r,f7fjj} 2; ,7-5/7,,

(з&енья, Wfff 7,5f Г,57;П-6 Jig слгема,

,Ung,-23o; ,37Uoffl,(.слираль }

(ригА

16

3, i, 6, n, Д -ff, -Pf -,Sff 1;

ff 2;JI 12;B it;B 2ii;Sn-JZ;

1 } 2/ 1П6П; ./ц, -Л/КГ / 5.

Я /f,- Л схема,

s,,u,«D,mUo, г/да.,, - г/д,,/

/1 cnt/paf - /

9«/г.5

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания преимущественно с повышенным напряжением нагрузки. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей. Использование модульного , Сг- Л;;-- Л; г, з ,,в)гJ,s„-6J, (секции); W /7-5, У7( - схема, / i .. ft; Л и с Sg- , /;2Sa; «р 0,37VjJ.(,цепь построения высоковольтного источни - ка на основе низковольтных двухячей- копых четырехвентильных модулей поз- .нол.чет существенно снизить напряжение на каждой секции обмотки. Это облегчает решение проблем высоковольтной изоляции. Одна из возможных принципиальных электрических схем устройства содержит низковольтные полупро- вод,никовые модули 1 , состоящие из вентильных обмоток 2 трехфазного трансформатора на пространственном магнитопроводе 3. В зтой реализации первая ступень данной фазы соединена с первой ступенью смежной фазы, а последняя ступень этой фазы, например а., соединена с последней ступенью смежной фазы, например Ь;. 1 3 . П . ф-ЛЫ , 6 И.П . S (Л vj а гч

Составитель E.Мельникова Редактор А.Ог-ар Техред М.Ходанич Корректор

Заказ 2431/52 Тир;аж 660Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытие 113035, Москва, Ж-35, Ра-ушская наб. , д,4/5

Производственно-полиграфи-ческое предприятие, г.Ужгород, ул. Проер;тная, 4