Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное Советский патент 1990 года по МПК H02M7/17 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при сильноточном низковольтном многопульс- ном выпрямлении с малым числом диодов.

Цель изобретения - повышение КПД.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема первого частного исполнения преобразователя; на фиг. 2 - то же, второго чгст- Ного исполнения.

; Преобразователь (фиг. 1} содержит тиристоры 1-12, попарно образующие шесть Двухполюсников, однофазные трансформаторы 13 и 14 и диоды 15-18. Отпайки вичных обмоток 19 и 20 от -п- части витков

каждой обмотки, отсчитываемой от ее нача- лз (конца), подключенного к входному выводу фазы А(С), соединены через первый двухполюсник, образованный встречно-параллельно включенной парой тиристоров 3 и 9. Конец (начало) первичной обмотки 19 (20) через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 2, 8 (4, 10) (второй и третий двухполюсники) подключен к нуле- йому входному выводу, а через встречно-па- - раллельно включенную пару тиристоров 1, 7 (5, 11) (пятый и шестой двухполюсники) Соединен с концом обмотки 21 трансформатора 13. Начало обмотки 21 соединено с началом обмотки 22 трансформгтора 14, конец которой через встречно-параллельно йключенную пару тиристоров 6 и 12 подключен к нулевому входному выводу. Конец обмотки 21 соединен с началом обмотки 23 трансформатора 13, а начало обмотки 24 - с входным выводом фазы В. Число витков первичной обмотки 21 (23) равно числу витков первичной обмотки 22 (24) и составляет 0,134 часть (0,366 часть) числа витков первичной обмотки 19 или 20. Начало вторичной обмотки 25 (26) трансформатора 13 (14) подключено к катоду диода 15 (16), а конец подключен к катоду диода 17 (18). Аноды диодов соединены с отрицательным выводом 27 выпрямителя, положительный вывод 28 которого образован отпайками вторичных обмоток 25 и 26, делящими их витки на |эавные части.

Преобразователь работает следующим образом.

Допустим, что открыт тиристор 12 от трикладываемого к нему напряжения сети Нов между нулевым и фазным входными выводами О и 8, и ток первичных фазных йбмоток 21-24 протекает через тиристор 12 От конца к началу обмотки 22 от начала к концу обмоток 21 и 23 и от конца к началу Обмотки 24. Одновременно ток нагрузки (не показана) протекает между выходными выводами 28 и 27, далее разветвляется на две равные части, одна из которых протекает через диод 17 от конца к отпайке обмотки 25, а другая - через диод i 6 от начала к

отгайке обмотки 26.

Через 30 эл. рад, отпирается тиристор 1 от прикладываемого к нему напряжения сети UAB между фазными входными выводами А и В, а тиристор 12 записается вследст0 вне того, что из-за трансформаторной связи между обмотками 19, 23 и 21 (24 и 22) к нему прикладывается обратное напряжение. При этсм ток нагрузки продолжает протекагь через диоды 16 и 17.

5 Через 30 эл.град. отпирается тиристор

2,д тиристор 1 запирается обратным напряжением, прикладываемым к нему вследст- виэ трансформаторной саязи между обмотками 19 и 23, Кроме того, из-за транс0 форматорной связи между обмотками 19 и 25 потенциал анода относительно катода диода 17становится больше, чем удиода 16, который запирается и обесточивает обмотки 24, 23 и тиристор 12. В результате весь

Г5 ток на-рузки протекает через диод 17 от конца к отпайке обмотки 25, между выходными выводами 28 и 27, а ток первичной обмотки 19 протекает от ее начала к концу через тиристор 2.

0 Через 30 эл.град. отпирается тиристор

3,Јi тиристор 2 запирается вследствие автотрансформаторной связи между частями обмотки 19, Первичный ток протекает через тиристор 3 от начала к отпайке обмотки 19

5 и от отпайки к концу обмотки 20. При этом ток нагрузки разветвляется на две равные части, одна из которых протекает через диод 17, а другая - через диод 18.

Через 30 эп.град. отпирается тиристор

0 4, а к тиристору Зприкладывается обратное напряжение между входными выводами 0 и Л. Кроме того, при отпирании тиристора 4 потенциал анода относительно катода диода 18 становится больше, чем у диода 17,

5 который запирается и обесточивает трансформатор 13 и тиристор 3. В результате весь ток нагрузки протекает через диод 18, а первичный фазный ток - через тиристор 4 от начала к концу обмотки 20.

0 Через 30 зл.град. отпирается тиристор Б, а тиристог 4 запирается вследствие того, что из-за трансформаторной связи между обмотками 24 и 20 к нему прикладывается обратное напряжение. Первичный ток про5 текает через тиристор 5 от начала к концу обмотки 24, от конца к началу обмотки 23 и от начала к концу обмотки 20. При этом ток нагрузки разветвляется на две равные части, одна из которых продолжает протекать

через диод 18, а другая начинает протекать через диод 15.

Через 30 эл.град. отпирается тиристор 6, а тиристор 5 запирается вследствие того, что из-за трансформаторной связи между обмотками 22 и 20,24, а также 21 и 23 к нему прикладывается обратное напряжение. Первичный ток протекает через тиристор б от начала к концу обмотки 24, от конца к началу обмоток 23 и 21 и от начала к концу обмотки 22. При этом ток нагрузки продолжает протекать через диоды 15 и 18.

Очередность включения тиристоров 1- 12 соответствует их нумерации. При этом очередность включения диодов следующая: 16-17, 16-17, 17, 17-18, 18, 15-18, 15-18, 15-18, 15,15-16, 16, 16-17.

В процессе формирования на выходе выпрямителя 12-пульсного напряжения к первичным обмоткам трансформаторов через соответствующие тиристоры поочередно прикладываются линейные и фазные напряжения сети. При этом роль соотношения чисел витков этих обмоток заключается в том, что линейное напряжение, в 3 раз большеефазного напряжения, прикладывается к V3 раз большему числу-витков. Так, например, линейное напряжение UBC между фазными входными выводами В и С прикладывается к первичным обмоткам 20, 24 и 23, сумма приведенных чисел витков которыхравна

I

1 Н2-нт- л 3,а фазное напряжение UBO между фазным и нулевым входным выводами В и О прикладывается к первичным обмоткам 24, 23, 21 и 22, сумма приведенных чисел витков которых равна vfr-1 , VT-1 , 2-vT , . 2-V3

+

+

+ +

1.В

2 2 2

результате амплитуда магнитного потока каждого трансформатора при переключении напряжений остается постоянной, независимо от числа трансформаторов, работающих в каждом интервале дискретности.

Преобразователь (фиг. 2) содержит тиристоры 1-12, попарно образующие шесть двухполюсников, однофазные трансформаторы 13 и 14 и диоды 15-18. Отпайки первичных обмоток 19 и 20 от -п- части витков

каждой обмотки, отсчитываемой от ее начала, подключенного соответственно к входному выводу Аи В, соединены через первый двухполюсник, образованный встречно-параллельно включенной парой тиристоров 1 и 7. Конец первичной обмотки 19 (20) через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 2 и 8 (6, 12) (второй и третий двухполюсники) подключен к нулевому входному выводу, а через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 3, 9 (5. 11) (пятый и шестой двухполюсники) соединен с 5 концом обмотки 21 трансформатора 13. Начало обмотки 21 соединено с концом обмотки 22 трансформатора 14, начало которой через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 4, 10 (четвертый двухпо10 люсник) подключено к нулевому входному выводу. Конец обмотки 21 соединен с началом обмотки 23 трансформатора 13, конец обмотки 23 - с началом обмотки 24 трансформатора 14, а конец обмотки 24 - с вход15 ным выводом фазы С. Число витков первичной обмотки 21 (23) равно числу витков первичной обмотки 22 (24) и составляет 0,134 часть (0,366 часть) числа витков первичной обмотки 19 или 20.

0 Начало вторичной обмотки 25 (26) трансформатора 13 (14) подключено к катоду диода 15 (16), а конец - к катоду диода 17 (18). Аноды диодов соединены с отрицательным выводом 27 выпрямителя, положитель5 ный вывод 28 которого образован отпайками вторичных обмоток 25 и 26, делящими их витки на равные части.

Устройство по фиг. 2 работает аналогично устройству по фиг. 1. При этом очеред0 ность включения тиристоров также соответствует их нумерации. Амплитуда и длительность тока в одинаково обозначенных обмотках трансформаторов и вентилях одинаковы.

5 Повышение КПД достигается за счет уменьшения активных потерь в трансформаторах и диодах вследствие более экономичного режима работы обмоток трансформаторов по току и напряжению, а

0 диодов - по току. Например, сопоставление очередности включения диодов показывает, что в известном преобразователе угол проводимости диода равен 120 эл.град., а форма его тока содержит четыре пульсации, по

5 30 эл.град., причем ампли гуда каждой промежуточной пульсации равна сумме амплитуд крайних пульсаций. В предложенном преобразователе угол проводимости диода равен 150 эл.град., а форма его тока содер0 жит 5 пульсаций, по 30 эп. град., причем амплитуда только одной из промежуточных пульсаций равна сумме амплитуд любых двух других его пульсаций. Так как амплитуды больших пульсаций тока равны амплиту5 де тока нагрузки, то среднее значение тока диода в предложенном и известном преобразователях равны, а действующее в предложенном в 1,118 раз меньше. Соответственно меньше в 1,118 раз коэффициент формы Кф тока диода, а также и действующ0е значение тока вторичной обмотки трансформатора. Это приводит к снижению потерь мощности в диодах пропорционально квадрату Кф, входящему в виде множителя в слагаемое его основных потерь, а также во вторичных обмотках трансформаторов. Уменьшается и расчетная мощность вторичных обмоток.

Соотношение активных потерь в первичных обмотках известного и предлагав- мЬго преобразователей пропорционально соотношению расчетных мощностей этих обмоток. Исходя из того, что в сопоставляв- лых устройствах одноименные обмотки Wi, W2 имеют одинаковые приведенные числа вйткоэ пережимы работы по току, в предла- преобразователе по сравнению с известным отсутствует обмотка А/з с приведенным числом витков Wa 0,732 (Wi + ) и с VT раз меньшим током, чем обмотка А/4, а обмотка W4 разделена на две части Vita.i м Л/4.2, меньшая из которых Л/4.1 обтекается таким же током, как и обмотка , a большая W4.2 в Vj-T раз большим, можно

ч5

рассчитать, что в итоге расчетная мощность первичных обмоток трансформаторов в предлагаемом преобразователе оказывается в 1,22 раза меньше, чем в известном. Анализ показывает, что происходи) это, несмотря на повышение в у§Г раз расчетной

3

мощности в обмотке W4.2. именно из-за уменьшения приведенного числа витков первичных обмоток каждого трансформато5 ра на Wa.

Предлагаемое техническое решение до- пускаег возможность выполнения вторичной стороны преобразователя также и по двухполупериодной схеме выпрямления. При этом вторичная обмотка каждого однофазного трансформатора подключается к входу соответствующего мостового выпрямителя, выходы которых подключаются к общей нагрузке. Это приводит к угГрощению конструктивного исполнения и уменьшению расчетной мощности трансформатора, однако удваивает число диодов. Сопоставление известного и предлагаемого преобразователей при удвоенном числе диодов показывает, что в последнем КПД выше за счет уменьшения активных потерь и в трансформаторах, и в диодах.

В предлагаемом преобразователе имеется возможность подключения как к естественному, так и к искусственному нулевому входному выв оду, образованному нейтралью первичных фазных обмоток дополнительного маломощного трехфазного трансформатора, подключенного к фазным входным выводам, При STL M вторичные фазные обмотки этого трансформатора мо- 0 гут быть соединены в треугольник.

Техническим преимуществом предлагаемого решения является меньшее приведенное число витков первичных обмоток каждого тоансформатсра на величину, рав- 5 ную 0,732 {Wi + W2).

Формула и з о б р о г е и и я Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий шесть двухполюсников, выполненных 0 в виде встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, два однофазных трансформатора со вторичными фазными обметками, подключенными к входам однофазных выпрямителей, выходы которых со- 5 единены параллельно, образуя выпрямитель с числом вентилей, кратным четырем, с двумя первыми первичными фазными оОмотками, подключенными одной парой разноименных или одноименных крайних выводов 0 обеих обмоток к двум фазным входным выводам, промежуточными выводами от части их витков, отсчитываемых от указанных фазных входных выводов, - к первому двухполюснику, а другой парой крайних вы- 5 водов через второй и третий двухполюсники - к нулевому входному выводу,с двумя вторыми соответственно встречно или согласно-последовательно включенными первичными фазными обмотками, образующими 0 с. четвертым двухполюсником последовательную цепь, включенную между нулевым входным выводом и общей точкой пятого и шестого двухполюсников, с двумя третьими первичными фазными обмотками, о т л и - 5 чающийся тем,что, с целью повышения КПД, третьи первичные фазные обмотки со- здинены соответственно встречно или согласно-последовательно и включены между третьим фазным входным выводом и общей 0 точкой пятого и шестого двухполюсников, свободные вывиды которых подключены соответственно к второму и третьему двухполюсникам, причем соотношение чисел витков первой, второй и третьей первичных 5 фазных обмоток равно 1:(( vT-1)/2.

5 Cc

yp 02Јjj

ft

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при сильноточном низковольтном многопульсном выпрямлении с малым числом диодов. Цель изобретения - повышение КПД. Эффект достигается таким образом, что в процессе формирования на выходе устройства двенадцатипульсного напряжения к первичным обмоткам однофазных трансформаторов 13 и 14 через соответствующие тиристоры 1-12 поочередно прикладываются линейные и фазные напряжения сети. При этом роль соотношения чисел витков этих обмоток заключается в том, что линейное напряжение в √3 раза больше фазного напряжения, прикладывается к √3 раз большему числу витков. В результате амплитуда магнитного потока каждого трансформатора при переключении напряжений остается постоянной независимо от числа трансформаторов, работающих в каждом интервале дискретности. 2 ил.

И/1

.1

,

tV2

z/

wi

/

2J

W/

42

75

Ј

20

.7

ft

IVj

5

%.f

22

i

2

15