СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1968 года по МПК H02M7/12 

Известный способ регулирования выпрямленного напряжения в бесконтактном преобразователе, содержащем последовательно соединенные выпрямительные мосты и выполненном на управляемых вентилях, которые питаются от отдельных секций вторичной обмотки трансформатора, заключается в том, что по мере перехода на более высокую ступень регулирования напряжения в работу вводится все большее количество секций.

На низких ступенях регулирования неработающие мосты проводят ток, минуя секцию обмотки трансформатора, от которой они питаются, по двум смежным вентилям, соединенным с одним из полюсов переменного тока выпрямительного моста. Поэтому через эти вентили протекает постоянный ток I_b в то время, как средний ток вентилей работающего моста равен 0,5I_b. Это вынуждает удваивать мощность двух вентилей выпрямительных мостов.

Особенностью описываемого способа регулирования является циклический порядок управления вентилями выпрямительных мостов, при котором на каждой ступени регулирования поочередно используется напряжение всех секций в качестве рабочего и одновременно для коммутации тока из одних вентилей в другие.

При использовании этого способа регулирования отпадает необходимость увеличивать мощность выпрямительных мостов при регулировании напряжения от «0» до максимального значения U_{b max}, и достигается равномерная токовая нагрузка вентилей.

(На фиг. 1 приведена схема преобразователя с четырьмя последовательно соединенными мостами; на фиг. 2, а, б - выпрямленное напряжение при угле регулирования на 1-ой ступени и диаграммы работы вентилей; на фиг. 3, а, б - то же, на 2-й ступени; на фиг. 4, а, б - то же, на 3-й ступени; на фиг. 5, а, б - то же, на четвертой ступени.

(Крестиком обозначено время нахождения вентилей под током. В левой колонке проставлены номера вентилей, в правой - отношение времени, которое вентили находятся под током t_откр. к общему времени цикла t_ц).

Преобразователь состоит из управляемых вентилей 1-16, образующих выпрямительные мосты 17-20, секций 21-24 вторичной обмотки трансформатора, нагрузки 25 (в выпрямительном режиме) или источника постоянного напряжения (в инверторном режиме).

Стрелками (сплошной и пунктирной) показано направление э. д. с. секций вторичной обмотки трансформатора в различные полупериоды питающего напряжения.

Рассмотрим работу схемы на 1-й ступени, т.е. в диапазоне напряжения от 0 до U_{b max}.

В начале первой полуволны, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения равно 0, контур тока нагрузки замыкается по вентилям 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 (фиг. 2, а, б).

При ωt=α открывается вентиль 1, и э. д. с. секции 21 (ее направление показано сплошной стрелкой) коммутирует ток из вентиля 2 в вентиль 1. Ток проходит по элементам 1, 21, 4, 6, 8, 10, 12,14, 16, 25, т.е. в цепь нагрузки введена секция 21.

При ωt=π открывается вентиль 3, и э. д. с. секции 21 (пунктирная стрелка) коммутирует ток из вентиля 4 в вентиль 3. Цепь тока нагрузки замыкается по цепи элементов 1, 3, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 25.

При ωt=π+α открывается вентиль 5, и под действием э. д. с. секции 22 (пунктирная стрелка) коммутируется ток из вентиля 6 в вентиль 5. Создается цепь элементов 1, 3, 5, 22, 8, 10, 12, 14, 16, 25. Теперь в цепь нагрузки введена секция 22.

Порядок дальнейшего управления вентилями можно проследить на фиг. 2, б. Постепенно все открытые в начале цикла четные вентили запираются, и при ωt = 4π открыты все нечетные вентили.

Затем подобным же образом нагрузка постепенно переводится с нечетных вентилей на четные.

При ωt = 8π схема возвращается в исходное состояние. Через каждые 8π цикл повторяется.

Из фиг. 2, б (колонка справа) видно, что каждый вентиль схемы находится под током примерно половину времени цикла, т.е. средний ток каждого их вентилей близок к 0,5I_b.

На второй и третьей ступенях регулирования длительность циклов управления составляет 6π (фиг. 3, 4).

На четвертой ступени (фиг. 5) работа схемы не отличается от обычного способа, т.к. каждый полупериод в работе находятся все секции вторичной обмотки трансформатора.

Способ регулирования выпрямленного напряжения путем изменения по фазе момента отпирания управляемых вентилей преобразователя, содержащего последовательно соединенные выпрямительные мосты, питающиеся от отдельных секций вторичной обмотки трансформатора, отличающийся тем, что, с целью достижения равномерной токовой нагрузки вентилей, уменьшения их установленной мощности при сохранении высокого коэффициента мощности преобразователя, на каждой ступени регулирования напряжение всех секций трансформатора используют поочередно в качестве рабочего и одновременно для коммутации тока во всех вентилях преобразователя.