Автотрансформаторный лучевой преобразователь напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания при допустимости гальванической связи подключенной к нему нагрузки и первичного источника электроэнергии.

Цель изобретения - расширение схемно-функциональных возможностей и области применения.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя, в котором трехфазная первичная обмотка электромагнитного аппарата (ЭМА) снабжена дополнительными витками в каждой фазе, причем витки присоединены синфазно основным виткам первичной обмотки и подключены к продолжению лучей трехлучевой ее звезды, так, что выводы секций од- ной звезды трёхфазной обмотки ЭМА соединены через преобразовательные элементы (ПЭ) с основными отводами смежных по фазе секций другой ее звезды в порядке обратной индексной

з со

оо 1

оо

последовательности фаз при обеспечении произвольного значения фазового угла Cf сдвига импульсов выходного напряжения в пределах Ј0, 30Tj эл. град, относительно преобразуемых ЭДС секций обмотки; на фиг. 2 - схема преобразователя с дополнительными отводами, введенными по одному в каждую секцию трехфазной первичной .обмотки ЭМА, причем представлен случай, когда дополнительные отводы совпадают с основными, что дополнительно упрощает устройство; на фиг. 3 - схема преобразователя по фиг.1 для случая, когда основные отводы совмещены с крайними выводами всех шести секций, это соответствует частному значению фазового угла

($ 30 эл.град,, при этом все шесть ПЭ образуют шестивентильное кольцо; на фиг,4 - схема преобразо- .вателя по фиг.З с вспомогательными отводами, которые образуют автономные входные выводы; на фиг.З - схема преобразователя по фиг.2 для случая когда угол (0 - 0 или 60 эл.град. (схема .представляет собой определенную модификацию известной шестилуче- вой схемы в виде, двух трехлучевых с обратным включением ПЭ в одной из них относительно другой при параллельном соединении однонолярных выхоных выводов); на фиг.6 - векторная диаграмма, поясняющая принцип действия преобразователя на фиг.1 по формированию импульсов S д| знакопостоянного выходного напряжения U 0, где одновременно показаны также введенные в первичную обмотку дополнительные витки, а кроме того, приведены обозначения секций и их частей,обеспечивающих путем алгебраического сложения их ЭДС необходимое равенство амплитуд импульсов S /ц и последовательный 60-градусный фазовый сдвиг одного импульса относительно смежных с ним; на фиг,7 и 8 - векторные диаграммы по фиг.6 для случаев кольцевой (фиг.З) и лучевой (фиг.З) схем. Преобразователь (фиг.1) содержит шесть ПЭ 1-6 и ЭМА 7 с трехфазной обмоткой, разделенной в каждой фазе на две секции AgX, ax, ЕгУ, by, CgZ cz. Разноименные по фазе секции соединены в две трехлучевые звезды, образуя первичную и вторичную трехфазные обмотки. Нулевые точки звезд, представляющие собой соединения

5

0

5

0

5

0

5

0

5

крайних выводов XYZ и, xyz этих секций, образуют выходные выводы +, -, к которым может быть подключена соответствующая нагрузка. Первичная обмотка дополнена в каждой фазе дополнительными витками А«Ай, 34Bg., , которые относительно вновь образованной первичной обмотки с увеличенным числом витков представляют собой часть ее новых секций, а выводы А, В, Сг выполняют при этом функцию вспомогательных отводов, свободные выводы А,, В, -С,( образуют входные выводы для подключения фаз А,В,С трехфазного первичного источника электроэнергии, например первичного трехфазного гене-1 ратора переменного тока.

Каждая секция первичной и вторичной обмоток снабжена одним основным отводом (Aj, В, С3, а , Ъг , с ), который в общем случае может занимать любое (произвольное) положение в пределах витков данной секции - между выводами , Y, С2 и Z, а и х, b и у, сиг. Между выводом А(Вг, Сг, а, Ь, с) данной секции АХ (BgY, C2Z, ax, by, cz) и основным отводом с (а , b , Cj, Ag, Bj) смежной по фазе секции cz (ax, by, , , 3ZY) другой звезды включен ПЭ 1 (3,5,4,6,2), а все ПЭ 1-6 имеют одинаковое направление включения относительно соответствующего выходного вывода + или -. При этом числа витков каждой секции обмотки (например, , ах, by) и ее части (A$X, a x, b у) от отвода (А у а., Ъ1 ) до крайнего вывода (X, х, у), образующего нулевую точку данной звезды, могут быть установлены в соотношении sin (60 - Cf ):sintf при эл. град, либо в соотношении sin tf : sin(60° - If ) при 60 эл.град. где ( - некоторый фазовый угол, определяющий сдвиг очередного импульса выходного напряжения относительно образующей его ЭДС данной фазной секции (фиг.6), В действующих значениях напряжения на секции и ее части относительно среднего значения выходного напряжения в режиме холостого хода первое из указанных соотношений соответствует , ( -J3}sin() : -|) 7/3 4 :fi/3 -4б1: 0;1Г /3 4б

0, 0,

Преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

При подключении выводов А,, В., С первичной обмотки ЭМА 7 к выводам А,В,С первичного источника электроэнергии переменного тока в первичной и вторичной трехфазных обмотках создаются переменные ЭДС, сдвинутые по Лазе в смежных секциях каждой из обмоток на 120 эл.град. относительно друг друга, причем эти ЭДС в фазовой плоскости изображаются в виде двух трехлучевых звезд, колинеарных (синфазных) между собой, т.е. совпадающих друг с другом в случае совмещения их или наложения одной на другую. При этом с учетом дополнительных витков полная звезда А«В,С ЭДС первичной обмотки больше звезды аЪс ЭДС вторичной обмотки.

Таким образом относительно ЭДС первичного генератора преобразователь по фиг.1 обеспечивает на наг-

рузке пониженное напряжение, т.е. работает как понижающий в отличие от преобразователей по фиг.2,4 и 5, являющихся повышающими.

В преобразователе (фиг.1-5) нагрузка обеспечивается как энергией первичной, так и энергией вторичной обмотки, причем энергия генератора передается в нагрузку через трехфазную первичную обмотку , BjY, C4Z гальваническим путем (электрически), а сама обмотка работает как понижающая в автотрансформаторном режиме. Используемая нагрузкой энергия вторичной обмотки ах, by,cz передается как электрическим путем (в интервале времени, когда поочередно открыты ПЭ 1-6, и нагрузка гальванически связана с первичным источником энергии), так и электромагнитным путем в соответствии с принципом трансформации энергии при действии наводимых переменных магнитных потоков в магнитопроводе (магнитной системе) ЭМА 7, что и обусловливает повышенную эффективность передачи энергий и улучшенные массогабарит- ные и стоимостные показатели.

Принцип работы преобразователя по фиг.1 при формировании фазосдви- нутых импульсов S m знакопостоянного выходного напряжения UQ поясняется диаграммой на фиг.6. Преобразова тель обеспечивает шестикратную частоту пульсации (), причем при любом расположении основных отводов a , bf, с , А3 В, С эв пределах витков данной секции. Для получения теоретически симметричной пульсации достаточно выполнить эти отводы равноудаленными во всех секциях от одноименных их выводов, причем,несмотря на то, что каждый импульс 5д формируется в общем случае из двух неравных между собой значений ЭДС разноименных по фазе секций, в ЭМА не возникает отрицательного явления постоянного подмагничивания магнитопровода. Отсутствие подмагничивания обусловлено тем, что амплитудные значения, длительности и формы токов в целом одинаковы во всех секциях и соответствующих их частях. Одинаковы и соз0 даваемые ими потоки (ампер-витки), но по знаку или направлению действия они противоположны вследствие встречного включения обмоток разных звезд через соответствующие ПЭ при

5 полной симметрии выполнения этих обмоток и их частей.

Эффект компенсации подмагничивания и обеспечения электромагнитного равновесия ЭМА обеспечивается в схе0 мах по фиг.1-5 аналогично известным лучевым схемам, в которых секции разных фаз соединяются для этого непосредственно, образуя схему одьо- или двухстороннего зигзага. Но г отличие от известных схем в схемах по фиг.1-5 секции обмоток вентильно разделены между собой и гальванически соединяются лишь в моменты поочеред- . ,ного открытия ПЭ 1-6.В эти моменты тоQ пологически образуется двусторонний встречно-встречный зигзаг (подобный зигзагу известных схем), но эта аналогия наиболее близка лишь при ср 30°, когда образуется частная схема

5 с шестивентильным кольцом.

3 общем случае (при , Ц 2 30°) формирующийся через ПЭ двусторонний зигзаг являетсч неравноплечим и неравносторонним, что и

0 обеспечивает определенное множество новых схем с различным фазолым сдвигом выходного напряжения относительно ЭДС обмоток и сети.

Благодаря установленным на фиг.1-5

5 электрическим связям секций даннойf звезды с частями секций другой звезды через ПЭ 1-6 при формировании одной из сторон двустороннего зигзага используется не отдельная секция, а

5

асть той же секции, которая в качетве другой стор оны или плеча зигзага участвует в формировании послеующего импульса.с

Вместе с тем именно встречное соеинение между собой секций и их частей (через ПЭ), относящихся к разым фазам, и следовательно, суммирование именно сдвинутых по фазе ЭДС ю е приводит к взаимному вычитанию синфазных ЭДС, как это происходит при противофазноети их включения в случае .встречного соединения одноимен- „ ных по фазе секций в соответствующих 5 известных устройствах. При этом, как как видно из фиг.6, указанное суммирование ЭДС происходит в преобразователе при полной симметрии векторной геометрии их сложения, а встречное 20 включение ЭДС соответствует их вычитанию.

Вычитание или взаимокомпенсация синфазных ЭДС в преобразователях по фиг.1-5 отсутствует при формировании 25 напряжения на нагрузке при одновременной взаимной компенсации действия на магнитопровод положительных и отрицательных ампер-секундных площадей импульсов тока секций данной фа- 30 зы, т.е. выходное напряжение формируется из напряжений первичной и вторичной обмоток, а компенсация под- магничивания обеспечивается благодаря полному совпадению форм токов и 35 протеканию тока в данной секции первичной обмотки в одном направлении (например, от начала к концу), а в одноименной ей по фазе секции вторичной обмотки - в противоположном до направлении (от конца к началу) со сдвигом этих токов на 180 эл.град. при соответствующей намотке обмоток. Изменение принципа намотки вторичной обмотки относительно первичной обес- д5 печивает дополнительную возможность получения соответствующих вариантов исполнения.

Как следует из фиг. 6-8, благода- о ря встречному включению секций через ID 1-6 и вследствие разноименное™ их фаз в схемах по фиг.-5 при изме- нении положения основных отводов обеспечивается увеличение выходного , напряжения в 1-1,732 -раза относительно амплитуды ЭДС любой секции и изменение фазового угла (0 в широком диапазоне - от 0 или 60 до

30 эл.град. При этом фазовый сдвиг импульсов тока части секции относительно импульса тока всей секции благоприятно сказывается на спектральном составе тока первичного генератора, а при частных значениях угла (f , соответствующих частным положениям основных отводов, можно из схем по фиг.1 и 2 получить как определенное множество новых, так и частных двух (традиционных) базовых схем а именно шестилучевой схемы (при If 0 или 60 ) и -шестивентильной кольцевой ( If 30°), показанных на фиг,5 и фиг.З и 4 соответственно.

Таким образом, реализация функции фазосдвигающего устройства, функции преобразования переменного напряже- ния в постоянное или обратной функции (инвертирования), функции мультипликации частоты пульсации или увеличения ее в шесть раз относительно частоты сети, а также реализация функции регулирования выходного напряжения или его стабилизации в случае выполнения преобразователя управляемым при использовании данного (имеющегося в наличии) ЭМА либо возможность получения определенного множества отдельных базовых схемных реализаций при различном расположении основных и дополнительных отводов (фиг,2, 4 и 5) или дополнительных витков (фиг.1 и 3), а кроме того возможность получения известных традиционных схем в новом (автотрансформаторном) для них исполнении характеризуют предлагаемый преобразователь как многофункциональный,расширяя его возможности и область применения .

Формула изобретения

1. Автотрансформаторный лучевой преобразователь напряжения, содержащий электромагнитный аппарат с трехфазной вентильной обмоткой, разделенной в каждой фазе на две равные секции с одним основным отводом в каждой из них, причем разные по фазе секции соединены в две синфазные между собой обмотки, общие или нулевые точки которых образуют выходные выводы, а между свободным выводом данной секции одной звезды и основным отводом смежной ей по фазе секции другой звезды присоединен

один из шести преобразовательных элементов при однонаправленном включении всех элементов относительно одного из выходных выводов, отличающийся тем, что, с целью расширения схемно-функциональных возможностей и области применения, секции первичной обмотки снабжены в каждой фазе дополнительным отводом или дополнительными витками, образующими входной вывод, а числа витков каждой секции вентильной обмотки и ее части от основного отвода до вывода,образующего нулевую точку звезды,установлены в соотношении sin(6(f -($):sinCf ;при О СрйЗО0 или () при 30°6(60°, meCf - некоторый фазовый угол.

2. Преобразователь по п,1, отличающийся тем, что все дополнительные витки или отводы вы- полнены с одинаковым числом витков относительно одноименных выводов секций первичной и вторичной обмоток.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2,

отличающийся тем, что при 0(0430° секция данной фазы одной из звезд обмотки соединена своим выводом через преобраэовательный элемент с отводом смежной ей по фазе секции другой звезды в порядке обратной, а при ЗОвЈС Ј 60° - в порядке прямой индексной последовательности фаз.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобраэо- в ательной технике, и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания при допустимости гавальнической связи подключенной к нему нагрузки и первичного источника электроэнергии. Цель изобретения - расширение схемно-функциональ- ных возможностей и области применения. Устройство содержит электромагнитный аппарат, трехфазная вентильная обмотка которого разделена на две секции в каждой фазе и соединена в две трехлучевые звезды, образующие первичную и вторичную обмотки.Первичная обмотка снабжена дополнительным отводом или витками в каждой фазе, которые образуют входные выводы для подключения первичного источника энергии. Все секции снабжены основным отводом, который соединен с выводом смежной по фазе секции другой звезды через один из шести преобразовательных элементов. Изменение расположения основного отвода,а также дополнительного отвода или дополнительных витков и выполнение соединений секций разных звезд в порядке прямой или обратной индексной последовательности фаз и, кроме того, использование энергии как вторичной, так и первичной обмотки обеспечивают расширение номенклатуры новых базовых схем и выполняемых функций. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. 55 (Л

Фиг.1

А4/

Фиг.З

Фиг, 2

о-j f

Y

«о

О

В

ФигЛ

Фиг. 5

t(aStjf/V

;т

d&

fa

Ktf5& 3b

я -

%

ж

%

ж