Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/04 

132

мотками 20-26 и маломощный иннертор с системой управления. Трансформатор 1, кроме -основной функции, выполняет также функции уравнительного, коммутирующего и токоограничивающего реакторов. Наличие маломощного инвертора тройной частоты позволяет снять пик напряжения при холостом ходе. По мере увеличения нагрузки изменяется фа1

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией.

Цель изобретения - повьшение надежности, улучшение массогабаритных и энергетических показателей.

На фиг.1 и 2 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.З - графики, поясняющие работу устройства.

Двухтактный шестифазный преобразователь (фиг. и 2) содержит четырех- стержневой преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми обмотками 2-4, вентильными обмотками 5-7, включенными между вывода и переменного тока трехфазных вентильных мостов, собранных на вентилях 8-19, двумя парами вспомогательных обмоток 20-25 на основньгх стержнях магнитопровода и вспомогательной обмоткой 26 на четвертом стержне магнитопровода. Катоды вентилей 8-10, 14-16 объединены в общую точку и образуют положительный выходной вывод 27, который через разделительный диод 28 подключен к первому входному выводу 29 инвертора 30 (фиг.2). Отрицательный выходной вывод 31 образован анодами вентилей 11-13, 17-19. Инвертор 30 имеет второй входной вывод 32, а к его выходным вьгеодам 33 и 34 подключена первичная обмотка 35 выходного трансформатора 36. Три вторичные обмотки 37- 39 выходного трансформатора 36 через три пары вст речно-параллельно включенных тиристоров 40-45 подключены каждая отдельно к первым вспомогательным обмоткам 23-25 преобразовательного трансформатора 1, а четвер640

за напряжения тройной частоты, подаваемого на вспомогательные обмотки 23-25 через инвертор напряжения и тем самым создается опережающая коммутация тока вентилей, что позволяет регулировать реакционную мощность, потребляемую преобразовагелем, без применения коммутиругег х конденсаторов. 3 ил.

тая обмотка 46 выходного трансформатора 36 через четвертую пару встреч- но-параллельно включенных тиристоров 47 и 48 подключена к вторым вспомогательным обмоткам 20-22 преобразовательного трансформатора 1, которые соединены в открытый треугольник. Преобразователь содержит также трехфазный датчик 49 тока, первый 50 и второй 51 входные вьгооды системы управления, к которым подключены вспомогательная обмотка 26 четвертого стержня и трехфазный датчик 49 тока. Система управления выполнена на основе

датчика 52 тройной частоты, двух од- новибраторов 53 и 54, блока 55 управления, дешифратора 56, блока 57 управления тиристорами и трех формирователей 58-60 импульсов.

Трехфазный датчик 49 тока вьтол- нен на основе трех трансформаторов 61-63 тока, первичными обмотками каж- дого из которых являются шины вентильных обмоток 5-7 диодного моста

64, к входу переменного тока которого подключены вторичные обмотки - трансформаторов- 61-63 тока, и потенциометра 65, ползунок которого является выходным выводом датчика 49 тока.

Инвертор 30 выполнен на полностью управляемых вентилях 66-69 с диодным мостом обратного тока и содержит входной фильтр, представленный конденсатором 70, и выходной фильтр, состояпсий из последовательного колебательного контура, включающий дроссель 71 и конденсатор 72, и параллельный колебательный контур, включагоишй дроссель 7.3 и конденсатор 74, настроенные на тройную частоту сети.

Датчик 52 тройной частоты содержит кпмплратор 75, подключенный входом к первому входному выводу 50 системы управления, формирователи переднего 76 и заднего 77 фронтов, подключенные входами к выходу компаратора . 75, триггер 78 и схему ИЛИ 79.

Клок 55 управления содержит второй компарато р 80, подключенный входом к второму входному выводу 51 системы управления, второй триггер 81 и логический инвертор 82.

Дешифратор 56 собран на схемах И 83-88, второй и третьей схемах ИЛИ 89-90 и третьем триггере 91.

Блок 57 управления тиристорами выполнен на основе трех схем И 92-94 шестиразрядного регистратора 95 сдвига, логического инвертора 96.

В качестве формирователей 58-60 импульсов наиболее приемлемыми являются формирователи с наполнением от высокочастотного генератора, в которых длительности выходных импульсов соответствуют длительности входных сигналов.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной работе двухтактного шестифазного преобразователя вступают в параллельную .работу два трехфазных мостовых выпрямителя, собранных на вентилях 8-13 и 14-19. При параллельной работе мостов устанавливается выпрямленное напряжение, величина которого является средней между мгновенными значениями фазных напряжений поочередно встречно-параллельно работающих вентильных обмоток 5 - 7. Разность мгновенных значений фазных напряжений встречно-параллельно работающих фаз составляет напряжение треугольной формы и тройной частоты по отношению к частоте питающей сети с ам1глитудой, равной половине амплитуды фазного напряжения вентильной обмотки.

Для выравнивания мгновенных значеПри токах нагрузки, меньших , 40 к вспомогательным обмоткам 20-22, соединенным в открытый треугольник, подводится напряжение тройной частоты (фиг.ЗУ) через встречно-парал лельно включенные тиристоры 47 и 48 45 обмотки 46 выходного трансформатора инвертора 30. Под действием этого на пряжения по вспомогательным обмоткам 20-22 с основных стержней протекает ток тройной частоты, который создает

ний фазных напряжений встречно-парал- 50 потоки нулевой последовательности в

лельно работающих вентильных обмоток в преобразователе использован трансформатор 1 с четырехстержневым магни- топроводом. Под действием напряжения тройной частоты, генерируемого преобразователем, по вентильным обмоткам параллельно работающих фаз протекает уравнительный ток тройной частоты, который создает однонаправленные поосновных стержнях. Эти потоки также замыкаются по магнитопроводу четвертого стержня, в результате чего ток вспомогательных обмоток 20-22 мал. 55 Таким образом, выравнивание мгновенных значений напряжений параллель но работающих фаз можно осуществить пропусканием намагничивающего тока тройной частоты по вспомогательным

токи в основных стержнях трансформатора. Для потоков нулевой последова- рпьнпгти в преобразователе имеется путь по магнитопроводу четвертого стержня находящегося в ненасыщенном состоянии. Благодаря.этому в уравнительном контуре имеется большое сопротивление нулевой последовательнос10

ТИ X,

соизмеримое с сопротивлением

намагничивания х, трансформатора.

которое в достаточной степени ограничивает уравнительный ток преобразователя. Амлитуда уравнительного тока

не превьшшет 1-2% от амплитуды номинального тока вентильной обмотки при сечении четвертого стержня 30-40% от сечения основных стержней.

Таким образом, для осуществления параллельной работы двух трехфазных мостов с продолжительностью работы вентилей 120 без учета угла коммутации нет необходимости применения громоздких двухфазных уравнительных

реакторов. При токе нагрузки преобразователя, называемом критическим 1 и равном 1-2% от номинального выпрям- ленного тока, при котором начинается параллельная работа трехфазных мостов, кривая выпрямленного напряжения Vj и кривая фазного напряжения Ufj, имеют соответствующие формы (фиг.Зф). От потоков нулевой последовательности на вспомогательнЬй обмотке 26 четвертого стержня наводится напряжение Uj тройной частоты, которое является сигналом для датчика 32 тройной частоты.

При токах нагрузки, меньших , к вспомогательным обмоткам 20-22, соединенным в открытый треугольник, подводится напряжение тройной частоты (фиг.ЗУ) через встречно-параллельно включенные тиристоры 47 и 48 обмотки 46 выходного трансформатора инвертора 30. Под действием этого напряжения по вспомогательным обмоткам 20-22 с основных стержней протекает ток тройной частоты, который создает

потоки нулевой последовательности в

основных стержнях. Эти потоки также замыкаются по магнитопроводу четвертого стержня, в результате чего ток вспомогательных обмоток 20-22 мал. 55 Таким образом, выравнивание мгновенных значений напряжений параллельно работающих фаз можно осуществить пропусканием намагничивающего тока тройной частоты по вспомогательным

обмоткам 20-22 основных стержнер1. Вспомогательные обмотки 23-25 основных стержней могут создавать также и опережающую коммутацию токов венти лейг.

При токах нагрузки, больших Т- , тиристоры А7 и 48 закрываются и включаются поочередно встречно-параллельные тиристоры 40-45 и к вспомогательным обмоткам 23-25 преобразовательного трансформатора приложены по лусинусоидальные напряжения Uj, - Uj (фиг.3л, м, н) тройной частоты, которые трансформируются на вентильн{)1е обмотки 5-7. При этом передний фронт формы кривой фазных напряжений Uj, и. , 11 вентильных обмоток 5-7 изменяется (фиг.Зф, пунктир). При этом равенство мгновенных значений напряжений вентильных обмоток, подключенных к вентилям, заканчивающих работу и вступающих в работу, происходит раньше, чем при естественном включении, т.е. отпирание вентилей, вступающих в работу, происходит с опережением момента их естественного отпирания на некоторый угол Ы (фиг,Зф). При дальнейшем возрастании тока нагрузки постепенно через систему уйравления меняется до определенного предела фаза напряжения тройной частоты на выходе инвертора 30, что ав-г тома.тически приводит к увеличению угла опережения о, , При этом контроль за током нагрузки осуществляется с помощью датчика 49 тока. Сигнал с выхода датчика тока поступает пропорционально току нагрузки на систему управления.

Датчик 52 тройной частоты подключен к вспомогательной обмотке 26 четвертого стержня. Напряжение на вспомогательной обмотке 26 приведено на фиг.За. Компаратор 75 формирует на выходе двухполярное напряжение с реверсами с одной полярности на другую в моменть перехода напряжения на вспомогательной обмотке 26 через нуль. Формирователи переднего 76 и заднего 77 фронтов, подключенные к выходу компаратора 75, управляют триггером 78, н прямом и инверсном выходах которого формируются однопо- лярные прямоугольные импульсы, синхронизированные с тройной частотой напряжения вспомогательной обмотки 26. На выходе схемы ИЛИ 79 формируется последовательность импульсов с ча ;тотой 6f5 где f - частота промышленной сети. Сигналы на выходах компаратора 75, прямом выходе трип ера 78 и схеме ИЛИ 79 приведены соответственно на фиг.Зб. в, г.

Компаратор 80 блока 55 управления контролирует по сит налам с датчика 49 тока и опорного напряжения моменты перехода выходного тока преобразователя через величину Ijц.

При величинах тока, больших 1 , под воздействием компаратора единич- ный сигнал формируется на прямом выходе триггера 81, а при токах, меньших . ha его икверсном выходе.

Одновибратор 53 служит в качестве ли-нии задержки и вырабатывает длительность импульса, равную 2/3 периода частоты 6f. Выходной сигнал одно- вибратора приведен на фиг.Зд. Второй

Одновибратор 54 вырабатьгаает длительность импульса для стробирования работы блока 56, а также они могут быть использованы при необходимости в качестве вспомогательных импульсов для

управления полностью управляемыми

вентилями инвертора 30. Сигнал на выходе одновибратора 54 приведен на фиг.Зе.

Рассмотрим режим работы системы

управления инвертором при выходных токах преобразователя, больших 1 . На прямом выходе второго триггера 81 блока 55 управления присутствует единичный сигнал, который в качестве

разрешающего сигнала поступает на вторые входы первой 83 и седьмой 92 схем И. При этом выходной сигнал первого одновибратора 53 поступает на входы третьей 85 и четвертой 86 схем

И, на которые поступают также выходные сигналы первого триггера 78. Соответственно, на инверсных выходах второй 89 и третьей 90 схем ИЛИ формируются сигналы (Лиг.Зж и з). Сигиал на прямом выходе триггера 91 приведен на фиг.Зи. Выходные сигналы триггера 91 через формирователь 58 импульсов, выполняющий роль усилительных гальванически развязывающих

каскадов, поступают поочередно на входы полностью управляемых вентилей 66, 69 и 67, 68, находящихся в противоположных плечах постового инвертора.

Прямоугольное напряжение, формируемое полностью управляемыми вентилями инвертора 30, с помощью элементов выходного фильтра преобразуется в синусоидальное напряжение и поступает на выходные выводы 33 и 34 инвертора. Кривая выходного напряжения инвертора 30 (фиг.Зк) показывает, что выходной сигнал инвертора 30 сдвинут относительно сигнала тройной частоты вспомогательной обмотки 26 на длит ельность импульса, формируемого одновибратором 53.

Отсекающий диод 28 исключает пере-ig 36 инвертора 30 (фиг.Зу), которое качку энергии между входным фильтром сфазировано с напряжением тройной инвертора 30 и нагрузкой преобразователя. В дальнейшем со вторичных обмоток 37-39 выходного трансформатора 36 выходное напряжение инвертора перераспределяется между первыми вспо- могательными обмотками 23-25 преобразовательного трансформатора с по15

на формирователи 60 импульсов и затем на входы четвертой пары тиристоров 47 и 48. В результате к вторым вспомогательным обмоткам 20-22 преобразовательного трансформатора 1, включе.н- шх в открытый треугольник, прикладывается выходное напряжение вторичной обмотки 46 выходного трансформатора

частоты.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трех-

мощью трех пар встречно-параллельно

фазный четырехстержневой преобразовательный трансформатор, обмотки кото- Эключенных тиристоров 40-45 (фиг.3л, 2п рого расположены на стержнях магнито- м, н). Необходимый порядок следова- провода, при этом сетевые обмотки - ния импульсов на тиристоры 40-45 вы- соединены в звезду, каждый из четы- .рабатываются с помощью блока 57 управ- рех стержней снабжен вспомогательной ления тиристорами.обмоткой, при зтом вспомогательные

В режиме токов преобразователя, боль-25 обмотки основных стержней включены ших IOJKP выходные сигналы схемы И 83, последовательно в открытый треуголь- которые повторяют по форме выходной ник, трехфазный датчик тока, выпол- сигнал одновибратора 53 (фиг.Зд), пос- ненный на базе трех однофазных транс- ле инвертирования логический инверто- форматоров тока, первичными обмотка30 ми каждого из которьтх являются шины вентильных обмоток, а вторичные обмотки соединены в звезду и через трехфазный диодный мост с заземленром 96 и прохождения схемы И 92 поступают на вход шестиразрядного регисто- ра 95 сдвига. Сигналы на выходах первой, второй и шестой ячеек приведены на фиг.Зо, п, р. На выходах формирователей 59 импульсов указан порядок следования импульсов на входы .тиристоров . 1

При токах преобразователя меньших Ij сигналом с прямого выхода второго триггера 81 закрыты схемы И 83 и 92. Управляющие импульсы с входов тиристоров 40-45 снимаются. При этом под воздействием компаратора 80 сигнал проходит через логический инвертор 82 и формируется на инверсном вы- . ходе триггера 81, который открывает схемы И 84, 93 и 94. Так как длительность импульсов второго одновибратора 54 незначительна, то сигнал третьего триггера практически совпадает по фазе с напряжением исходной тройной частоты (фиг.За). Выходные сигналы схем ИЛИ 89 и 90 приведены на фиг.3с, т. Выходное напряжение вторичной обмотки 46 выходного трансформатора 36 инвертора 30 приведено на фиг.Зу. Кроме этого, напряжение с прямого и инверсного выходов третьего триггера 91 через схемы И 93 и 94 поступает

35

45

ной катодной группой подключены к потенциометру, ползунок которого является выходным выводом датчика тока, подключенным к первому входному выводу системы управления инвертором, вторым выводом соединенной с вспомо-

.,, гательной обмоткой четвертого стерж- 40„

ня, свободный вывод которой заземлен,

инвертор, выполненный по мостовой схеме на полностью управляемых вентилях с диодным мостом обратного тока и подключенным выводами постоянного тока через входной фильтр и разделительный диод к выходным выводам, а выводами переменного тока - к выходному фильтру. Причем система управления инвертором выполнена на основе датчика тройной частоты, одновибратора, блока управления, дешифратора и первого формирователя импульсов, при этом датчик тройной частоты содержит первый компаратор, подключенный входом к первому входному вьгеоду системы управления, формирователи переднего и заднего фронтов, подключенные входами к выходу компаратора, триг55

на формирователи 60 импульсов и затем на входы четвертой пары тиристоров 47 и 48. В результате к вторым вспомогательным обмоткам 20-22 преобразовательного трансформатора 1, включе.н- шх в открытый треугольник, прикладывается выходное напряжение вторичной обмотки 46 выходного трансформатора

36 инверт сфазирова

частоты.

36 инвертора 30 (фиг.Зу), которое сфазировано с напряжением тройной

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трех-

5

5

ной катодной группой подключены к потенциометру, ползунок которого является выходным выводом датчика тока, подключенным к первому входному выводу системы управления инвертором, вторым выводом соединенной с вспомо-

,, гательной обмоткой четвертого стерж- 0„

ня, свободный вывод которой заземлен,

инвертор, выполненный по мостовой схеме на полностью управляемых вентилях с диодным мостом обратного тока и подключенным выводами постоянного тока через входной фильтр и разделительный диод к выходным выводам, а выводами переменного тока - к выходному фильтру. Причем система управления инвертором выполнена на основе датчика тройной частоты, одновибратора, блока управления, дешифратора и первого формирователя импульсов, при этом датчик тройной частоты содержит первый компаратор, подключенный входом к первому входному вьгеоду системы управления, формирователи переднего и заднего фронтов, подключенные входами к выходу компаратора, триг5

rep и схему ИЛИ, подключенные входа- ми к выходам формирователей переднего и заднего фронтов, блок управления содержит второй компаратор, подключенный входом к первому входному выводу системы управления, второй триггер, S-вход которого непосредственно, а R-вход через логический инвертор подключен к выходу второго компаратора, дешифратор содержит шесть двухвходовых схем И, первый вход первой схемы И соединен с выходом одновибратора, вторые входы первой и второй схем И 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 ИЛИ, 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 второй и третьей схем ИЛИ, а выходы третьего триггера через первый формирователь импульсов подключены на входы полностью управляемых вентилей инвертора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения надежности, улучшения массогабаритных и энергетических показателей, дополнительно введены два трехфазных вентильных моста, выходной трансформатор инвертора, четыре пары встречно-параллельно включенный тиристоров, второй одновибратор, блок управления тиристорами, вторые и третьи формирователи импульсов, причем основные стержни преобразовательного трансформатора снабжены дополнительными вспомогательными обмотками каждый, одной системой вентильных обмоток, которые включены между вхо

дами леремеиного тока трехфлзнмх ВРИ- тильных мостов, при -этом одноименные выводы постояииог о тока трехфаз}1ых вентильных мостов соединены между собой и образуют первый и второй выходные выводы преобразователя, к выходному фильтру инвертора подключена первичная обмотка выходного трансформатора инвертора, дополнительные . вспомогательные обмотки основных стержней преобразовательного транс- . форматора подключены каждая через три пары встречно-параллельно включенных тиристоров соответственно к трем вторичным обмоткам выходного трансформатора инвертора четвертая вторичная обмотка выходного трансформатора инвертора через четвертую пару встречно-параллельно включенных тиристоров подключена к основным вспомогательным обмоткам основных стержней преобразовательного трансформатора, соединенным в открытый

треугольник , первый вход второй схемы И блока управления инвертором через второй одновибратор подключен к выходу схемы ИЛИ датчика тройной частоты, блок управления тиристорами содержит седьмую схему И, которая первым входом подключена Через второй логический инвертор к выходу первой схемы И, вторым входом соединена с прямым выходом второго триггера, шестиячейковую пересчетную схему,

подключенную входом к выходу седьмой схемы И, а шесть выходов пересчетной схемы через второй формирователь импульсов подключены на входы соответственно трех пар встречно-параллельно включенных тиристоров, восьмую и девятую схемы И, которые первыми входами подключены соответственно к прямому инверсному выходу третьего триггера., вторыми входами подключены к инверсному выходу второго триггера, а их выходы через третий формирователь импульсов подключены на входы четвертой пары встречно-параллельно включенных триггеров,

.

..z:.

Ut

90 Ug,

a.

d.

3. -T-;./,., 1.

9и.г.д

Редактор М. Бланар

Составитель E. Мельникова

Техред Л,Сердюкова Корректор Л. Патай

Заказ 3122/53

Тираж 659Подписное

ВНИКЛИ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией. Цель изобретения- повышение надежности, улучшение массо- габаритных и энергетических показателей. Эффекта преобразователе достигается исключением уравнительного реактора при параллельной работе двух мос товых выпрямителей на диодах 8-19. При этом применяется четырехстержневой трансформатор I со вспомогательными (Л С Фия.