Регулируемый выпрямитель с применением управляемых ионных ламп Советский патент 1935 года по МПК H02M7/12 

Обычныз регулируемые выпрямители обладают тем недостатком, что при понижении величины выпрямленного напряжения сильно возрастают пульсации последнего, ухудшается costp в питающей выпрямитель сети переменного тока, ухудшается использование силового трансформатора и т. п.

Предметом настоящего изобретения является регулируемый выпрямитель с применением управляемых ионных ламп, который был бы в значительной мере свободен от вышеперечисленных недостатков.

На чертеже фиг. 1 изображает нрннциниальнук схему предлагаемого выпрямителя в случае однофазного тока; фиг. 2 -то же, но в применении к трехфазному току; фиг. 3 - кривые токов и напряжений в предлагаемом выпрямителе, согласно схеме, изображенной на фиг. 2; фиг. 4, 5, 6, 7 и 8-различные видоизменения схемы предлагаемого выпрямителя.

На фиг. 1 и 2 имеются следующие обозначения: 1 изображает нагрузку; 2-сглаживающий конденсатор, щунтирующий нагрузку (наличие его, вообще говоря, необязательно и сущность работы схемы не меняется от того, существует он или нет); 3 -реверсивную катушку; 4-вспомогательный не управляемый выпрямитель (это может быть любой электрический выпрямитель, например, газотрон); 5 - управляемые ионные лампы (например тиратроны); 6 - силовой траис(503)

форматор; 7 фазовращающее устройство, служащее пля изменения угла зажигания ламп 5 (например, заторможенный асинхронный двигатель); 8 - источник постоянного тока для сеточного смещения.

Внещнее отличие предлагаемого регулируемого выпрямителя от обычных параллельных схем управляемых выпрямителей заключается в том, что у первого между нулевой точкой силового трансформатора и общим полюсом управляемых вентилей (катодом) приключается один не управляемый выпрямитель (вентиль).

В изображенных на фиг. 3 кривых токов и напряжения выпрямителя 1, 2, 3 обозначают напряжения разных фаз силового трансформатора; /1, /2 и /3 - токи через управляемые ионные лампы (например, тиратроны); /е -ток через вспомогательный вентиль; ЕО - напряжение в первичной обмотке силового трансформатора; /о - ток в этой первичной обмотке; а -угол зажигания, 9 - угол сдвига фаз между напряжением и током в сети.

Если, например, угол зажигания управляемых ламп в схеме фиг. 2 так задан, что первая управляемая лампа вступает в работу (начинает пропускать ток) в момент ( (фиг. 3), то в момент 4 напряжение той фазы трансформатора, которая соединена с анодом первой лампы, станет равным нулю. Затем оно примет отрицательное значение. В случае обычной параллельной схрмы ток через первую лампу продолжал бы течь и после моментп 4- В предлагаемом же выпрямителе в момент 4 nai рузочный ток перейдет на вспомогательный вентиль. Произойдет это потому, что в цепи первой лампы пос .е момента t напряжение направлено против тока, и реактивной катушке 3 легче пропустить ток через вспомогательный вентиль, чем через управляемый анод.

После момента 4 нагрузочный ток течет исключительно за счет запасенной в реактивной катушке электромагнитной энергии. Для того, чтобы заставить проходить нагрузочный ток после момента 4 через первую управляемую лампу, указанная катушка вынуждена была бы поставлять энергию не только для питания нагрузки, но и отдавать часть накопленной в ней энергии обратно в сеть переменного тока (после момента 4 ток первой лампы будет направлен против напряжения питающей этот анод фазы трансформатора).

При прохождении же нагрузочного тока через вспомогательный вентиль реактивная катушка расходует энергию только для питания нагрузки.

Прохожаение нагрузочного тока через вспомогательный вентиль продолжается до момента зажигания следующей управляемой лампы (на фиг. 3 этот момент обозначен /д), Затем, когда напряжение той фазы, которая соединена со второй лампой, также станет равной нулю (в момент 4), нагрузочный ток снова перейдет на вспомогательный веьтиль, через который он будат протекать, пока не наступит момент зажигания третьей лампы и т, д.

Таким образом, очевидно, что в схемах с вспомогательным вентилем ток через любой из управляемых анодов прекращается при переходе через нулевое значение напряжения соединенной с данным анодом фазы силового трансформатора, независимо от угла зажигания управляемых анодов. Следовательно, при изменении угла за жигания управляемых анодов продолжительность импульса анодного тока меняется. Время протекания тока через каждый из управляемых

2тс, анодов уже будет не -- как это имело место

для простыхпапаллельных схем, а будет равно л- а (где а - угол зажигания). Неразрывность же нагрузочного тока достигается тем, что промежутки между токами отдельных анодов заполняются током через вспомогательный вентиль. Таким об азом, последний пропускает через себя т импульсов тока в течение одного периода выпрямляемого напряжения. Необходимо, однако, указать, что указанный выпрямитель только тогда вступает в работу, когда напряжение на каком-либо из управляемых анодов станет равным нулю, прежде чем наступит момент зажигания следующего управляемого анода. Если же угол зажигания управляемых анодов сдвинут всего лишь так, что напряжение на каком-либо из последних еще положительно к моменту зажигания следующего управляемого анода, то вспомогательный вентяль будет бездействовать (для схемы фиг. 2 это обозначает, что указанный вентиль будет действовать только тогда, когда к моменту зажигания, например, второй лампы

напряжение на аноде первой лампы уже будет ниже нуля).

Очевидно, чго минимальный угол зажигания, начиная с которого вспомогательный вентиль

2л

ьступает в работу, равен л--. Этот угол называется критическим углом зажигания - «крит Для трехфазных выпрямительных схем КРИТ 60°, что соответствует V 0,87 V д „,31. Для щестифазных схем а,(р,.т, , чему соответствует Vg 0.5 V .Для однофазных (двухполупериодных и однополупериодных) схем 0. Это означает, что в двзхполупериодной схеме вспомогательный вентиль вступает в работу в самом начале регулирования напряжения выпрямленного тока. В простых же многофазных схемах все преимущества применения вспомогательного вентиля сказываются только тогда, когда приходится производить регулировку напряжения выпрямленного тока в сравнительно широких пределах,

В случае применения выпрямителя с жидким катодом (например, ыногоанодного управляемого ртутного выпрямителя вспомогательный вентиль может быть выполнен в виде добавочного анода, соединенного с нулевой точкой трансформатора.

Для получения больших сил токов, что особ и о важно, например, в случае примен-гния выпрямителя в электрохимической промышле ности (для целей электролиза цинка, алюминия, меди и т. д.) или для питания электротяги, целесообразно применить параллельное соединение отдельных двухполупериодных выпрямительных групп.

Один из варианто i такого параллельного соединения примени 1ельно к мног.-анодному (десятианодному) ртутному выпрямителю изображен на фиг. 4.

Здесь 1 - сеть трехфазного переменного тока; 2-силовой трансформатор; 3-выпрямитель; 4, 5 и 6 -не управляемые аноды; 7, 8, 9, 10, И и 12 - аноды, снабженные управляющими сетками, i цравляющее сеточное напряжение подводится к проводам 13; 13 -с.лаживающая реяктиьная катушка в цепи выпрямленного тока.

Для того, чтобы каждая из фаз в схеме фиг. 1 мог.ча работать как независимый двухполупериодный выпрЯлМитель параллельное согдинение выпрямительных групп осуществлено с помощью спиральной реактивной катушки 14, причем не ynpai-.ляемые вспомогательные вентили (аноды) включены между средней или нулевой (при трехфазных группах) точкой вторичной обмотки трансформатора каждой группы и катодом.

Благодаря параллельному включению в схеме фиг. 4 максимальное значение тока через любой из анодов (как управляемый, так и не управляемый) никогда не превышает одной трети оттока нагрузки.

Вспомогательные вентили с понижением выпрямленного напряжения, т. е. с увкличением угла зажи1ания управляемых вентилей принимают на себя часть нагрузочного тока. Последнее должно способствовать увеличению коэфициента моп1ности в сети, питающей выпрямительную установи}, повышению коэфиииента полезного действия последней и уменьшению пульсации выпрямленного тока.

На фиг. 5 изображен другой возможный вариант параллельного включения двухполупериодных выпрямительных групп. В выпрямительном устройстве по фиг. 5 имеются две отдельные группы, соединенные параллельно с помощью однофазной разделительной катушки 8.

li ьиду того, что в схеме фиг. 5 применены всего две выпрямительных группы для питания их от трехфазной сети приходится произвести преобразование трехфазного тока в двухфазный (например, с помощью включенного по схеме Скотта трансформатора, как показано на чертеже). Надо все-таки указать, что необходимость специального не стандартного силового трансформатора является известным недостатком схемы фнг. 5.

Для получения высоких напряжений можно отдельные двухполупериодные группы соединить последовательно, как это покас-ано на фиг. 6. Здесь 1, 2 и 3 - вторичные обмоткн трехфазного трансформатора.

К каждой такой обмотке присоединена буферная двухполупериодная группа. Так , к обмотке 1 присоединены тиратроны 7 и 8 и буферный газотрон 4.

Все три выпрямительных группы соединены последовательно. Не управляемые вентили присоединяются параллельно к каждой группе и последовательно между Собой, образуя непрер зный путь для нафузочного тока.

Выпрямительные устройства с последовательным соединением отдельных групп могут найти особенное применение для питания радио-передающих станций.

При осуществлении выпрямителя по схемам фиг. 4, 5 и 6 может оказаться затруднительным достать, например, трехфазную разделительную реактивную катушку, силоьой трансформатор с отдельными выводами от всех трех фаз и т. д.

Поэтому предлагается некоторые видоизменения выпрямительного устройства, состоящего из Соединенных параллельно (фиг. 7) или последовательно (фиг. 8} трехфазных выпрямительных групп, параллельно которым включаются не управляемые ьспомогательные вентили.

Правда, в случае применения трехфазных групп значения cos- и К получаются несколько худшие, чем для двухполуцериодных или однополуперподных буферных групп, но все же предлагаемые схемы пыпрямителей дают значительно лучшие результаты чем, например, простые щестифазные схемы.

Особенно ценными могут оказаться предлагаемые в настоящей заявке схемы, когда требуется переделать уже имеющиеся установки.

В случае осуществления выпрямителя, согласно схемам №№ 7 и 8, вспомогательные не управляемые вентили начинают пропускать через себя часть нагрузочного тока лишь при понижении выпрямленного напряжения более определенного заранее установленного предела, например 87% от максимального значения указанно о напряжения.

Предмет изобретения.

1.Регулируемый выпрямитель с применением управляемых ионных ламп, питаемых от соединенного звездой трансформатора, в котором изменение выпрямленного напряжения производится изменением угла зажигания управляемых ламп, а межзу выпрямителем и нагрузкой включена реактивная катушка, отличающийся тем, что между нулевой точкой трансформатора и катодом управляемых ламп включен вспомогательный ие управляемый выпрямитель (фиг. 2).

2.Форма выполнения выпрямителя по п. 1 с жидким катодом, отличающаяся применением добавочного анода, соединенного с нулевой точкой трансформатора.

3.Видоизменение выпрямителя по п. 1, отличающееся тем, что при соединении управляемых ионных ламп в отдельные диухполупериодные группы, соединенные параллельно при помощи разъединительной реактивной катушки, не управляемые вспомогательные вентили включены между средней или нулевой (при трехфазных группах) точкой вторичной обмотки трансформатора каждой группы и катодом,

4.Форма выполнения ьыпрямителя по п. 3, отличающаяся тем, что в случае последовательного соединения отдельных выпрямительных групп не управляемые ьыпрямитеди, присоединенные указанным образом к отдельным группам, ВКЛЮЧЕНЫ между собой последовате..ьно.

5.Применение в выпрямителе но пп. 3 и 4 не управляемых вентилей, рассчитанных так, что они начинают пропускать через себя часть нагрузочного тока лишь при понижении выпрямленного нaпpяжeния более определенного заранее установленного предела, например 87% от максимального значения указанного напряжения. срип 2

фиг 4 1П

; 1 л3

М- п п п.

i

I I н« || ППГ

cfs иг 5

фи::В

It-f-jriJt (

-хшшь-i-AjmuAiJ

г. 3-пг г ;г

МЮ

сриг8