Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1993 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в низковольтных источниках питания для электротехнологических установок.

Целью изобретения является упроще- ние и повышение надежности.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема выпрямителя, а на фиг. 2 - временные диаграммы выпрямленного напряжения Ud, состоящего-из участков си- нусоид линейных напряжений сети, трансформированных во вторичные обмотки трансформатора; выпрямленного тока id, который при активной нагрузке повторяет форму напряжения Ud, а также тока вентиля Iv, установленного на вторичной стороне трансформатора, которому соответствуют заштрихованные площадки.

Трехфазный выпрямитель (фиг. 1) содержит трансформатор с тремя первичными обмотками 1-3, соединенными через одну группу из трех неуправляемых вентилей 4,6 и 8 в треугольник с прямым чередованием фаз, и через другую группу из трех неуправляемых вентилей 5, 7 и 9 в треугольник с обратным чередованием фаз. При этом к попарно объединенным анодам вентилей из разных групп 4 и 5; 6 и 7; 8 и 9 подключены соответственно входные выводы А, В и С. Вторичные обмотки трансформатора 10-12 вместе с подключенными к ним вентилями 13-15 образуют трехфазную нулевую схему выпрямления.

Работа выпрямителя при угле управления а, равном нулю, не отличается от работы прототипа, рассмотренной ранее. При этом одиночные за период импульсы управления на тиристоры 13-1В подают в моменты пересечения соседних синусоид линейных напряжений, соответственно ВС и ВА; СА и СВ; АВиАС.

Рассмотрим работу выпрямителя при угле управления, равном 30 град. э.

Пусть в момент Vi нэ фиг. 2 на тиристор 15 подается импульс управления, смещен- ный относительно точки пересечения соседних синусоид линейных напряжений АВ и АС (точки естественной коммутации - точки О на фиг. 2) на 30 эл. град. При этом тиристор 15 открывается, так как наибольшее в данном интервале линейное напряжение АС через диод 5 прикладывается к первичной обмотке 3 и трансформируется во вторичную обмотку 12. Через включившийся тиристор 15 напряжение фазы 12 приклады- вается к нагрузке.

После сравнения напряжений АС и ВС в момент /2 открывается диод 6, а диод 5 закрывается приложенным к нему обратным напряжением При этом к работающей

первичной обмотке 3 через открывшийся диод 6 прикладывается уже напряжение ВС, которое также трансформируется вторичную обмотку 12, вследствие чего тиристор 15 продолжает проводить ток нагрузки до момента V4, т.е. он будет открыт в течение 120эл. град (2Я/3).

В момент V4 подается импульс управления на тиристор 13, смещенный на угол управления а относительно точки естественной коммутации, соответствующей моменту Va (моменту сравнения напряжений ВС и ВА). При этом тиристор 13 открывается, так как наибольшее в данном интервале напряжение В А через диод 7 прикладывается к первичной обмотке 1 и трансформируется во вторичную обмотку 10, а тиристор 15 закрывается. Тиристор 13 также будет проводить ток нагрузки 120 эл. град,, т.е. до момента Ve, так как после сравнения напряжений ВА и СА в момент Vg закрывается диод 7 и открывается диод 8. через который к той же первичной обмотке 1 прикладывается наибольшее в данном интервале напряжение СА.

В момент Ve подается импульс управления на тиристор 14, который после включения проводит ток нагрузки до момента Vs.

При этом в интервале Ve-V к работающей первичной обмотке 2 среднего стержня трансформатора прикладывается через диод 9 напряжение СВ. а в интервале Vy-Ve - через диод 4 напряжение АВ,

После подачи в момент Va импульса управления на тиристор 15 работа выпрямителя повторяется. В результате на нагрузке формируется шестипульсное с несимметричным регулированием выпрямленное напряжение, аналогичное напряжению полууправляемой мостовой схемы выпрямления или несимметричной схемы встречно-параллельного включения вентилей на первичной стороне трансформатора,

На фиг. 2 заштрихованы для наглядности площадки, соответствующие току тиристора 15, а толстой огибающей линией отмечено напряжение (ток) нагрузки.

Установка на первичной стороне трансформатора неуправляемых вентилей (диодов), а на второй стороне - управляемых вентилей (тиристоров), т.е. перестановка их местами по сравнению с прототипом позволяет значительно упростить систему управления тиристорами выпрямителя, а, следовательно, повысить надежность его работы.

При этом вместо шестиканальной системы используется трехканальная, а при неглубоком регулировании может быть

применена одноканальная система управления. Кроме того, вследствие объединения катодов тиристоров отпадает необходимость применения в низковольтных выпрямителях, для которых данная схема наиболее предпочтительна, разделительных импульсных трансформаторов для подачи импульсов на управляющие электроды тиристоров. Следует также отметить, что при установке тиристоров на первичной стороне трансформатора (как в прототипе) к системе управления предъявляются дополнительные требования: -.длительность импульсов управления должна быть не менее 60 эл. град.; - допустимая несимметрия между импульсами - не более 0,5-1,0 эл. град.

При установке тиристоров на вторичной стороне они могут управляться короткими импульсами, что также упрощает систему управления.

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является отсутствие регулирования тока намагничивания трансформатора при регулировании напряжения на нагрузке.

При необходимости в предлагаемом устройстве может быть реализовано симметричное регулирование выходного напряжения с использованием совместного (комбинированного) управления как по первичной, так и по вторичной стороне трансформатора. Для этого должны быть управляемыми наряду с вентилями 13-15, подключенными к вторичным обмоткам трансформатора, также вентили 4, 6 и 8, через которые первичные обмотки трансформатора соединяются в треугольник с прямым чередованием фаз.

Использование устройства в выпрямителе для питания гальванических ванн на номинальный ток 100 А и напряжения 12 В позволяет вместо шестиканальной системы управления с разделительными импульсными трансформаторами применить трехка- нальную систему управления без импульсных трансформаторов.

Формула изобретения Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с тремя первичными и тремя вторичными обмотка ми и три вентильных группы, по три вентиля в каждой, причем вентили по меньшей мере одной группы выполнены управляемыми, первичные обмотки через первую группу вентилей соединены в треугольник с прямым чередованием фаз, а через вторую группу вентилей - в треугольник с обратным чередованием фаз, и общие точки соединения попарно объединенных одноименными электродами соответствующих вентилей первой и второй групп образуют входные выводы для подключения питающей сети, а вторичные обмотки соединены с вентилями третьей группы по нулевой схеме выпрямления, выход которой образует выходные выводы для подключения нагрузки, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, вентили указанных первой и второй групп выполнены неуправляемыми, а вентили третьей группы - управляемыми.

Использование: изобретение может быть использовано в низковольтных источниках питания для электротехнологических установок. Сущность изобретения: устройство содержит трехфазный трансформатор с тремя первичными 1, 2, 3 и тремя вторичными 10,11, 12 обмотками, а также три вентильные группы по три вентиля 4, 6, 8; 5, 7, 9 и 13. 14, 15, причем вентили 13, 14, 15 выполнены управляемыми. Первичные обмотки 1, 2, 3 через неуправляемые вентили 4, 6, 8 соединены в треугольник с прямым чередованием фаз, а через неуправляемые вентили 5, 7, 9 - в треугольник с обратным чередованием фаз; при этом общие точки соединения попарно объединенных одноименными электродами вентилей первой и второй групп образуют входные выводы для подключения питающей сети. Вторичные обмотки 10, 11, 12 соединены с вентилями 13, 14, 15 третьей группы по нулевой схеме выпрямления, выходы которой образуют выходные выводы для подключения нагрузки. Указанное выполнение устройства позволяет реализовать симметричное регулирование выходного напряжения с ис- пользованием управления как по первичной, так и по вторичной стороне трансформатора, а также применить вместо шестиканальной системы управления с разделительными импульсными трансформаторами трехканальную систему управления без импульсных трансформаторов, 2 ил.

Ud,id,iv

/1C

ВС 8А СА CS 46 .AC 8С

#, Ъ Ъ

Фиг.Z

Фиг.Z