Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1990 года по МПК H02M7/162 

А I

Ц

f

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования как однофазного, так и многофазного переменного напряжения в постоянное, характеризующегося самокомпенсацией уровня пульсаций, вплоть до получения беспульсного выпрямления в широком диапазоне регулирования ключевыми элементами. Цель изобретения - повышение энергетических показателей. Преимуществом изобретения, характеризующегося независимо от угла отпирания ключей 5-10 и 16-21 постоянством гармонического состава потребляемого тока, является возможность получения повышенных энергетических показателей без использования усложненных законов управления ключами и более сложного исполнения трансформатора, специальных фильтров. Цель достигается выполнением сглаживающего реактора 12 с двумя обмотками 11 и 23, одна из которых подключена к выходным выводам моста на ключах 5-10, а другая - последовательно с нагрузкой 22. 1 ил.

ел

4Ь

со ел

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования как однофазного, так и многофазного переменного напряжения в постоянное, характеризующегося самокомпенсацией уровня пульсаций, вплоть до получения беспульсного выпрямления в широком диапазоне регулирования клычевыми элементами. JQ

Цель изобретения - повышение энергетических показателей.

На чертеже приведена схема преобразователя, пример исполнения.

Преобразователь переменного напря-

жения в постоянное содержит трехфазный трансформатор 1 с первичными фазными обмотками 2-4, подключенными

началами к фазным входным выводам

А,В,С, а концами - к входным выводам jn трехфазного моста на ключах 5-10 с однонаправленной проводимостью, выходные выводы которого подключены положительным полюсом к началу, а

отрицательным полюсом - к концу 25 основной обмотки 11 сглаживающего реактора 12. Вторичные фазные обмот-, ки 13-15 трансформатора 1 соединены началами в звезду и подключены концами к входным выводам трехфазного моста на ключах 16-21 с однонаправленной проводимостью, выходные выводы которого подключены положительным полюсом к началу, а отрицательным полюсом через нагрузку 22 - к концу дополнительной обмотки 23 сглажи- 35

вающего реактора 12. 1

Рассмотрим принцип работы преобразователя.

Допустим, что число витков первич- 40 ной и вторичной групп обмоток трансформатора 1 равны. Пусть числа витков обмоток реактора 12 также равны. Допустим далее, для удобства рассмотрения принципа действия индуктивно 45 связанных обмоток реактора, что одна из обмоток (23 или 11) закорочена. В этом случае ЭДС самоиндукции оставшейся включенной обмотки реактора сглаживает протекающий через нее 50 выпрямленный ток, уменьшая уровень пульсаций на нагрузке.

При включении обеих обмоток реактора из-за увеличения вдвое числа витков в приведенном контуре тока 5 его индуктивность возрастает вчетверо (если не учитывать ЭДС взаимоиндукции обмоток 11 и 23). При этом вследствие протекания через обмотки

30

n

5 5

0 5 0

0

11 и 23 соответственно первичного и вторичного токов преобразователя магнитный поток реактора возрастает вдвое и во избежание насыщения его магнитопровода сечение последнего также должно быть увеличено вдвое. Если не учитывать ЭДС взаимоиндукции обмоток 11 и 23, то для получения двумя обмотками прежней индуктивности реактора {соответствующей закорачиванию одной из обмоток 23 или 11) число витков каждой его обмотки может быть уменьшено вдвое. Если учитывать ЭДС взаимоиндукции обмоток 11 и 23, то окажется, что для получения двумя обмотками указанной прежней индуктивности реактора число витков каждой его обмотки может быть уменьшено намного более, чем в два раза в зависимости от их коэффициента связи. Обусловлено это -тем, что эффект, связанный с взаимоиндуктивностью обмоток, не ограничивается простым увеличением суммарной индуктивности сглаживающего реактора.

При всяком изменении мгновенного значения пульсации тока в обмотке 23(11), кроме ЭДС самоиндукции, возникающей в этой обмотке и препятствующей указанному изменению тока, происходит наведение ЭДС взаимоиндукции в обмотке 11(23). ЭДС взаимоиндукции в каждой обмотке реактора складывается согласно с ее ЭДС самоиндукции и оказывается направленной противо- фазно пульсациям первичной на обмотке 11 (или вторичной на обмотке 23) системы выпрямленных переменных напряжений. В результате каждая обмотка реактора становится для другой его обмотки источником противоЭДС пульсаций и происходит взаимокомпенсация противофазных пульсаций, в том числе составляющих неканонической частоты.

Более простое объяснение описанному явлению заключается в том, что пульсации первичной и вторичной гальванически развязанных систем выпрямленных напряжений,будучи подведены каждая к одной из взаимоиндуктивно связанных обмоток реактора с согласным направлением протекания в них токов, вызывают индуктирование ЭДС пульсаций с одной обмотки реактора на другую. При этом из-за взаимообрат- ной полярности подводимого к обмотке напряжения пульсации и индуктирован

51

ной на ней ЭДС пульсации происходит взаимокомпенсация пульсаций и в первичном, и во вторичном контурах протекания тока преобразователя.

Если числа витков первичной и вторичной групп обмоток трансформатора 1 равны (неравны), а числа витков обмоток реактора 12, соответственно, не равны (равны), то на нагрузке 22 нарушается баланс между напряжением пульсации и индуктированной ЭДС пульсаций. В результате форма выпрямленного напряжения приобретает волнистость. Поэтому, во избежание последнего, в случае неравенства между числами витков первичной и вторичной групп обмоток трансформатора 1 при низковольтном или высоковольтном выпрямлении необходимо соблюдатьсоответств ющее неравенство чисел витков обмото реактора 12. Например, если V.Tr меньше (больше) W. , то W,j выбирают пропорционально меньше (больше) W3.

Ключи с однонаправленной проводи- мостью могут быть выполнены как неуправляемыми, так и управляемыми. Например, управление может осуществляться на первичной или вторичной стороне трансформатора 1. При этом габариты реактора 12 с увеличением глубины регулирования растут по общеизвестному закону в связи с увеличением амплитуды переменной составляющей магнитного потока реактора,, Однако форма выпрямленного напряже- ния благодаря описанному эффекту не претерпевает изменений, сохраняя свою беспульсность. Вследствие этого форма тока в обмотках трансформатора при изменении угла отпирания ключей (например, тиристоров) также не претерпевает изменений и лишь отстает (опережает) по фазе от напряжения соответствующей обмотки, уменьшаясь по амплитуде.

Возможные примеры реализации технического решения не ограничиваются представленной на чертеже схемой. Все они могут быть построены на базе известных технических решений - ана-

логов трансформаторного типа. i

Например, на вторичной стороне трансформатора при той же, что и на представленном чертеже,схеме соеди- нения его первичной стороны может быть выполнена однополупериодная схема с обмотками, соединенными в две звезды с выходными выводами,

0

Q

5 5

0

7

образованными нейтралями этих звезд или соединенными в шестифазную звезду, а также двухполупериодная схема с обмотками, соединенными в треугольник. При этом управление в общем случае может осуществляться на первичной или вторичной стороне трансформатора, а нагрузка может быть включена в любую цепь выпрямленного тока, т.е. как на вторичной, так и на первичной стороне преобразователя.

Техническое решение может быть реализовано не только при трехфазной,но и однофазной,двухфазной или многофазной первичной системе переменных напряжений. В последнем случае,как и при использовании схем,предназначенных для фазоступенчатого регулирования напряжения с первичной стороны, по сравнению, например, с однофазными схемами уменьшаются габариты реактора в связи с уменьшением относительного значения апмлитуды переменной составляющей магнитного потока реактора.

Необходимым условием наиболее эффективной реализации технического решения является противофазность взаимокомпенсирующихся пульсаций в первичном и вторичном контурах протекания тока, т.е . например, равнофазность первичной и вторичной системы выпрямляемых переменных нэп-1 ряжений. Однако это исключает возможности повышения энергетических показателей в преобразователях с неравнофазностью между первичной и вторичной системами выпрямляемых переменных напряжений и/или с LC- фильтром на стороне нагрузки. В преобразователях, в которых отсутст-1- вие нулевого провода на первичной стороне может привести к неуравновешенности магнитной системы трансформатора, необходимо предусмотреть возможность включения одного из свободных входных выводов вентиль - ного моста к нулевому входному выво- ДУ.

-Предлагаемое техническое решение по сравнению с известным обеспечивает возможность получения повышенныхэнер- гетических показателей без использования усложненных законов управления ключевыми элементами и/или более сложного по конструктивному исполнению трансформатора и др. дополнительных средств, в том числе специальных фильтров, путем получения беспульсного выпрямления в широком диапазоне регулирования ключевыми элементами, т.е. выпрямления, характеризующегося независимо от угла отпирания ключей постоянством гармонического спектра потребляемого тока.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор и мост на ключах с однонаправленной проводимостью, к одному из выходных выводов которого подключена

Составитель Е.Мельникова Редактор А.Огар Техред М.Ходанич Корректор М.Самборская

Заказ 406

Тираж 493

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

........ - -. .-- -- -,.--...-.«-. - - - .- -.- - «- - --- - - - .

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

5

основная обмотка сглаживающего реактора, а выходные выводы подключены по крайней мере к выводам первичных обмоток трансформатора, вторичные обмотки которого подключены к ключам с однонаправленной проводимостью, образующим выпрямитель, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей, к одному из выходных выводов указанного выпрямителя подключена согласно- параллельно дополнительно введенная обмотка сглаживающего реактора, выполненная бифилярно с основной.

Подписное