Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1975 года по МПК H02M7/06 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания группы нагрузок постоянного тока.

Известен двухфазный мостовой выпрямитель, выполненный по схеме , который требует четыре вентиля на одну нагрузку при одном источнике питания. В отличие от двухфазного нулевого выпрямителя со средним выводом вентильной обмотки, требующего два вентиля на одну нагрузку, мостовая схема имеет более выгодный энергетический баланс мощностей - меньшее отношение мощности источника питания к мощности нагрузки и малые потери в источнике питания.

Предлагаемый преобразователь переменного напряжения в постоянное отличается от известного тем, что мостовая схема выпрямления дополнена по числу нагрузок подключенными к зажимам переменного тока моста параллельно соединенными цепочками, каждая из которых состоит из двух встречно включенных вентилей так, что цепочки, в которых вентили соединены катодами, чередуются с цепочками, в которых вентили соединены анодами, причем каждая нагрузка подключается между общими точками вентилей цепочек.

На чертеже дана схема описываемого преобразователя.

Группа последовательно включенных единичных нагрузок 1-6, каждая из которых

соединена со смежными ей в цепочке нагрузками встречно, одноименными полюсами, питается через вентили 7-20 от вентильной обмотки группового источника питания 21. Два

вывода обмотки источника через пары вентилей, связанных катодами, соединены с каждым положительным полюсом цепочки нагрузок, а через пары вентилей, связанных анодами, - с каждым отрицательным ее полюсом.

Если в описываемой схеме каждая пара положительных (отрицательных) выводов пары смежных нагрузок соединена, соответственно, с катодами (анодами) пары вентилей, то в двухфазной мостовой схеме требуется два

вентиля для подключения к источнику каждого вывода нагрузки. В данном случае по два вентиля на вывод требуется только для двух крайних выводов цепочки. При п единичных нагрузках необходимо

2л + 2 вентилей, в то время как в двухфазной мостовой схеме - 4п вентилей. Относительная экономия количества вентилей в oniiсываемой схеме по сравнению с .мостовой, определяемая отношением

25

Жг

п -г 1

при увеличении п к пределу приближается к 30 двойной. Так, при десяти питающихся от одного источника нагрузках имеет место почти лЧБОйкая экономия вентилей: М - 1,82.

Соединенные между собой носледовательно единичные нагрузки при работе нреобразователя включаются вентилями нараллельно друг другу на выводы источника иитания. Отключение любы.м коммутаниониым аннаратом (на чертеже не показан) ценн любой единичной нагрузки, еоединяюндей ее с общей точкой связи вентилей смежной нагрузки, не влечет за собой нарушений, режима работы других нагрузок.

Такое вынолнение схемы выирямлеиия позволяет повысить надежность в работе нреобразователя за счет сниження числа веитилей на единичную нагрузку и невозможностн раснространення аварийного режнма на остальные элементы схемы при аварии на одном из них, как это имеет место в групповой мостовой схеме.

Если в групповой схеме наругаение коммутационных свойств или шунтирование одного из вентилей связано с ьччлюченнем на короткое замыкание всей вентилей второго плеча схемы и при нензбежном разбросе характеристик срабатывання быстродействуЕощнх нредохрапителей, регулярных нарушениях селективности их действия но отиошеиию к грунновому аппарату зашиты может быть связано с отключением всей групповой нагрузкн, то в онисываемой схеме эти нарушения работы связаны только с аварнйным током в одном вентиле, снареииом с поврежденным. Сочетание быстродействующей зашиты отдельных веитилей с грунновой защитой источника интаиия нормального быстродействия легко обеспечивает необходимую селективность. Шунтирование отдельных нагрузок не связано с короткнм замыканием всех веитилей.

Кроме того, нредложениая схема обеснечивает возможность автономного регулирования тока объединенных в ней еднничных нагрузок.

При введении в схему нонарно регулируемых нагрузок регулироваиие их возможио с нрименеиием симметричного управления парами веитилей, связаииых одиоимеииыми электродами с одноименными полюсами пар нагрузок, а при введении в схему одиночно регулируемых нагрузок регулирование нх возможно с применением несимметричного унравлення этими вентилями. Одинаковый угол регулирования каждого вентиля в паре при симметричном управлении обусловливает равенство токов спаренных нагрузок в оба нолуиериода.

Ток от источника иитаиия 21 к общему полюсу двух смежных нагрузок, наиример, 3 и 4 подводится в один полупериод через вентиль 12 и отводится черзе вентили 13 и 17, а в другой нолупернод через вентнль 14 и отводится через вентнли И и 15. В симметричном режиме углы регулирования вентилей данной пары должны быть одииаковыми, а углы регулирования смежных пар веитилей - меньшими их или равными нулю. Автоиомное регулирование тока сиаренных нагрузок в цепочке (например, пары нагрузок о-4) достигается разделением функции выирямления и унравлення связанных с этими нагрузками

иар вентилей, iiapbi вентилей, связанные с крайними иолюсамн иары нагрузок (вентили li, 13 и 15, 17), общие со смежными нагрузками, выполняют только функции вынрямления; пара вентилей, связанная со средней

точкой спаренной нагрузки (вентили 12 и 14), дополнительно выио.чияет функции управления.

Таким образом, оиисываемая схема с автономно регулируемыми парами нагрузок требует управляемых вентилей меньше половииы их общего числа.

Предлолсенная схема облегчает также комплексное решение проблемы надежности электропривода. Известно, что применение

тиристоров в цепях возбуждения повышает экономичность регулирования возбуждения привода и его Оыстродействие, но ВдМесте с тем ввиду иовышеннои чувствительности тиристоров к перегрузкам но току и нанряже ию снижает надежность по сравнению с реостатной системой регулирования возбуждения, повышение надежности системы тиристорного возбуждения электронриводом может быть достигнуто расчленением обмотки возбуждеиия на две части и включением их на источник питания через отдельные групны тиристоров. Описываемая схема с соединением в цепочку расчлененных на две части обмоток возбуждения нескольких двигателей обесиечивает возможность иродолжения работы двигателя и связанной с ним технологической линии при любой аварии в одной из его цеией возбуждения, требуя при этом меньше вентилей, чем двухфазная мостовая или трехфазная

схема питания, н улучшая энергетический баланс мощностей источника питания и нагрузки. По условиям надежности ряд приводов технологических линий, например приводов рольгангов, ирокатных клетей, выполняется

двухдБигательным.

Спаренные нагрузки в ценочке могут также разделять отдельные совместно регулируемые группы нагрузок. Две нагрузки, включаемые в рассматриваемую схему, имеют возможность независимо друг от друга регулирования тока изменением угла отпирания вентилей, но в отличие от мостовой схемы требуют не восемь, а шесть вентилей. Крайнне нагрузки схемы, объединяющей любое число их (например, нагрузки 1 и 6) также имеют возможность автономного от других нагрузок регулирования их тока в любом дианазоие, если вентили, общие со смежной нагрузкой, - неуправляемые.

В одпой схеме смежные пагрузки могут иметь разные номинальные токи.

При высоконндуктивных нагрузках, обеспечивающих хорошее сглаживание тока (обмотки возбуждения), нагрузках, использующих теиловой эффект действия тока (печи сопротивления), и малоилдуктивных нагрузках (якорь двигателя), питаемых током повышенной частоты, несимметричное управление парами вентилей, подключенных к общему выводу смежных нагрузок цепочки, позволяет осуществлять автономное управление током каждой единичной нагрузки в цепочке. Каждый вентиль изменением угла регулирования обусловливливает в течение полупериода величину тока двух смежных нагрузок, но вместе с тем общий ток каждой нагрузки в течение двух полупериодов может определяться углом регулирования любого из связанных с ней четырех вентилей. Напряжение от источника питания 21 к общему полюсу двух смежных нагрузок цепочки, например нагрузок 3 и 4, в один из полупериодов подводится через один вентиль 12 и к двум противоположным полюсам этой пары нагрузок - через два вентиля 13 и 17. Одинаковое изменение равных токов нагрузок 3 и 4 может быть достигнуто либо изменением угла регулирования вентиля 12, либо аналогичным изменением угла вентилей 13 и 17. Для того, чтобы сделать различными токи нагрузок 3 и 4, например уменьшить ток нагрузки 4, можно увеличить угол регулирования вентиля 17. Связанное с этим нежелательное уменьщение тока нагрузки 5 комненсируется уменьшением угла регулирования вентиля 18 во второй полупериод. Уменьшение тока нагрузки 3 вместе с уменьшением тока нагрузки 4 во второй полупериод при увеличении угла регулирования вентиля 14 компенсируется увеличением угла регулирования вентиля 13 в первый полупериод.

Таким образом достигается снижение тока в нагрузке 4 при сохранении неизменными токов нагрузок 3 и 5. Аналогично, одновременно с изменением тока нагрузки 4 могут автономно изменяться токи любых других единичных нагрузок. Приведенные для несимметричного управления вентилями зависимости при небходимости могут быть реализованы в виде схемы фазового управления.

Следовательно, описываемая схема может быть использована для групп неуправляемых нагрузок, групп совместно управляемых нагрузок, групп автономно управляемых пар

нагрузок, а также для групп автономно регулируемых единичных нагрузок.

Автономному регулированию и снижению тока отдельных нагрузок внлоть до нуля наличие гальванической связи цепочки нагрузок не препятствует. При запирании тока единичной нагрузки (например, нагрузки 4) вентилями, связанными с одним или другим ее выводом (вентилем 17 или 14), обходной контур

протекания тока в этой нагрузке через другие вентили (через вентили 12, 20 или 10 и 15) отсутствует, поскольку между этими вентилями в цепочке нагрузок имеются ее выводы, которые благодаря другим работающим вентилям (вентилю 16 или 11, питающему совместно с вентилем 20 или 10 нагрузки 5 и 2) становятся эквипотенциальными выводу, связанному с вентилями 12 и 14. Для питания неуправляемых нагрузок описываемый преобразователь может быть эффективно иснользован взамен мостового во всех случаях, когда число питающихся от данного источника нагрузок с равными или различными номиналами по току не менее

двух.

Предлагаемый преобразователь с неуправляемыми или управляемыми вентилями в отличие от групповой мостовой схемы, питающей нагрузки большой суммарной мощности,

НС требует токовыравнивающих дросселей.

Предмет изобретения

Преобразователь переменного нанряжения в постоянное для групповых нагрузок, питаемый от общего источника переменного напряжения, содержащий мостовую схему выпрямления и вентили, отличающийся тем, что мостовая схема выпрямления дополнена по числу нагрузок подключенными к зажимам переменного тока моста параллельно соединенными цепочками, каждая из которых состоит из двух встречно включенных вентилей так, что цепочки, в которых вентили соедннены катодами, чередуются с цепочками, в которых вентили соединены анодами, причем каждая нагрузка подключается между общими точками вентилей цепочек.