Способ выпрямления и инвертирования электрического тока Советский патент 1936 года по МПК H02M7/72 H02M1/12 

Основным затруднением,возникающим в связи с применением ионных преобразователей, является отстающий сдвиг фаз в :ети переменного тока. Для устранения этого недостатка был предложен ряд схем ионных преобразователей, дающих в большей или меньшей степени решение задачи.

По настоящему изобретению предполагается дать наиболее экономичное разрешение вопроса повышения и регулирования коэфициента мощности в сети переменного тока, независимо, от соотношения постоянного и переменного напряжений, которое можно получить, применяя в преобразовательной установке вентили типа тиратронов (т. е. вентили, у которых управляется только момент зажигания, но не потухания).

Эти же схемы могут быть использованы и для фазокомпенсаторов.

Основной принцип построения этих схем заключается в следующем: в синусоиду напряжения, подаваемого на каждый из анодов управляемых вентилей, вводится кратковременный отрицательный пик. В течение этого пика управляемый вентиль гаснет и деионизйруется; далее, при возобновлейии положительного анодного напряжения ток начнет проходить через этот вентиль только после подачи отпирающего сеточного импульса. Таким образом мы можем получить прекращение анодного тока до момента прохождения через нуль основной синусоиды анодного напряжения, т. е. получить опережающий сдвиг фаз. Регулируя местоположение , отрицательного гаснщего пика на кривой анодного напряжения, можно регулировать сдвиг фаз током и напряжением.

В виду того, что длительность га,сящего пика напряжения весьма непродолжительна, мощность вспомогательного устройства (например, конден:атора), необходимого для создания этого импульса, невелика и составляет всего ЛИШЬ несколько процентов от всей преобразуемой мощности.

На чертеже фиг. 1, 2. 4, 5, б, 7, 9, 10, II представляют собою различные варианты выполнения устройств по предлагаемому способу, а фиг. 3 и 8-кривые токов и напряжений устройства.

Первой разновидностью предлагаемых преобразовательных схем являются так называемые „двухтактные схемы с горящим нулевым вентилем.

На фиг. 1 представлена наиболее простая двухтактная преобразовательная схема с гасящим нулевым вентилем. Для облегчения рассмотрения схемы часть ее выделена более жирными линиями. Кроме того опущена цепь сеточного управления.

Показанное на фиг. 1 преобразовательное устройство состоит из двух отдельных двухполуперис дных групп: трансформатор Т питает первую группу; трансформатор Т -вторзю. Посредством вспомогательных гасящих вентилей F и У между катодами каждой из выпрямительных групп и нулевой точкой, питающей эту группу трансформатора, может быть включен конденсатор С.

Предположим, что конденсатор С заряжен до напряжения, несколько более высокого, чем Ет (Ет мы обозначаем амплитуду напряжения вторичной обмотки трансформаторов 7 и Т. Пусть при этом на левой обкладке конденсатора будет минус, а на правой-плюс.

Тогда, если в какой угодно момент будет подан положительный импульс напряжения на сетку тиратрона У, то конденсатор С начнет питать цепь постоянного тока I, а горевший до этого момента анод А или S перестанет проводить ток. При этом конденсатор С перезарядится так, что на его левой обкладке будет плюс, а на правой- минус.

Теперь мы можем использовать конденсатор О для гашения анодов второй преобразовательной группы А и В . Подавая положительный импульс на сетку тиратрона У, мы заставим конденсатор С разряжаться в цепь постоянного тока // и тем самым прервать ток через аноды А или В . Питая цепь //, конденсатор С вновь перезарядится так, что на его левой обкладке будет минус, а на правой плюс и таким образом он вновь сможет погасить один из анодов первой выпрямительной группы.

В схеме фиг. 1 выпрямители питают две отдельных сети постоянного тока. Это не всегда бывает удобно. Поэтому, на фиг. 2 изображена схема фиг. 1 в несколько измененном виде. Питание обеих выпрямительных групп происходит из общей трехфазной сети, а цепи

постоянного тока обеих выпрямительных групп соединены параллельно при помощи двух разделительных дросселей: дросселя Dp , соединяющего нулевые точки вторичных обмоток анодного трансформатора, и дросселя Ly , включенного параллельно гасящему конденсатору. Между н} левыми точками дросселей включается нагрузка постоянного тока. В цепь нагрузки постоянного тока можно еще включить сглаживающий дроссель LC .

Так как конденсатор С попеременно гасит аноды обеих выпрямительных групп, то напряжения обеих выпрямительных групп должны быть сдвинуты

одна относительно другой на угол. -JL

2от

(где т-число фаз в каждой выпрямительной группе).

На фиг. 3 изображены теоретические кривые, построенные для случая работы схемы фиг. 2 в выпрямительном режиме.

Кривая 1 изображает напряжение между нулевой точкой обмотки трансформатора Т и катодом первого выпрямителя; кривая 2-напряжение между нулевой точкой обмотки Т и катодом второго выпрямителя /д , /в и Iz -токи соответствующих анодов; Ua -напряжение между катодом и анодом А; ЕС и /с -напряжение и ток гасящего конденсатора; ЕС и /с-напряжение и ток в сети переменного тока.

Следующей разновидностью предлагаемых в настоящей заявке схем являются двухтактные схемы с гасящими фазовыми вентилями.

Пример такой схемы дан на фиг. 6.

Анодный трансформатор имеет две вторичных обмотки TI и Fg, питающих каждую отдельную по.пупернодную выпрямительную группу. Между катодами этих выпрямительных групп включен гасящий конденсатор С.

Параллельно фазовым анодам А н В приключены гасящие аноды а и б, находящиеся в сосудах противоположных выпрямительных групп. Между катодами этих выпрямительных групп включен гасящий конденсатор С.

Если в некоторый момент времени ток проводит анод А, а конденсатор С заряжен так, что на его левой обкладке плюс, а на v правой минус, то, щодав положительный импульс на сетку анода а, мы прекратим ток через анод Л; аналогично, зажигая анод Ь, мы прервем ток через анод В. На фиг. 7 .изображена двухтактная схема с гасящими фазовыми вентилями, состоящая из двух двухполупериодпых групп. Кривые токов и напряжений в этой схеме представлены на фиг. 8.

Кривые токов обозначены буквами /, ндексы Л, В указывают, через какой из анодов этот ток протекает. Ток и напряжение в сети переменного тока обозначены Д и Е.

Из этих кривых видно, что при разряде конденсатора в интервале на аноде А будет пребывать отрицательное напряжение, и в течение этого интервала анод А успеет деионизироваться и потухнуть. Меняя момент подачи отпирающего импульса на сетки гасящих анодов У и У, мы можем установить любой момент прекращения тока через анод и таким образом установить любое соотношение фаз между током /1 и напряжением Е в питающей сети.

На фиг, 4 изображена двухтактная схема с гасящими нулевыми вентилями, состоящая из двух трехфазных групп. Принции ее действия очевиден после вышесказанного.

Ток, отдаваемый конденсатором в сеть, в моменты гашения анодов равен амплитуде анодного тока. Поэтому для применения мощности конденсатора выгоднее уменьшить амплитуды токов фазовых анодов.

Этого можно достигнуть, применяя многофазные схемы с разделительными дросселями. Пример такой схемы представлен на-фиг. 5.

В этой схеме амплитуды токов фазовых вентилей равны Ve от тока нагрузхи. Длительность разряда конденсатора не может быть больше Ve части полупериода питающего тока. Поэтому вольтамперы гасящего конденсатора в этой схеме равны Vse мощности постоянного тока.

На фиг. 9 представлена двухтактная схема с гасящи.ми фазовыми вентилями, составленная из трехфазных выпрямительных групп. Схема эта предназначена работать в качестве фазокомпенсатора. Поэтому нагрузки в цепи постоянного тока в ней не показаны, и нулевые точки вторичных обмоток трансформатора соединены непосредственно с катодами выпрямителей.

Так как постоянная составляющая тока через гасящие аноды значительно меньше, чем постоянная составляющая тока главных (фазовых) анодов, то целесоббразно объединять гасящие аноды в отдельных вспомогательных выпрямителях малой мощности, как это и показано на фиг. 9. Помимо вышеописанных двухтактных схем, используя предложенный принцип введения гасящего импульса в кривую анодного напряжения, можно составить целый ряд вариантов схем с опережающим cos Два таких варианта представлены на фиг. 10 и 11.

На фйг. 10 конденсатор С при помощи гасящих анодов а и 6 замыкает накоротко вторичную обмотку а:1одного трансформатора Та и тем самым гасит главные аноды А -л В. Накопляющийся при этом на конденсаторе С заряд посредством анода D передается в сеть постоянного тока.

В схеме фиг. 11 при зажигании тиратронов а и а гасится фазовый тиратрон Л, а при зажигании тиратронов Ъ и Ь гасится фазовый тиратрон В.

Предмет изобретения,

1.Способ выпрямления и инвертирования электрического тока при помощи ионных вентилей с сеткой, отличающийся тем, что,, с целью улучшения коэфициента мощности в питающей сети, кри1 Ой напряжения, подаваемого на аноды фазовых вентилей, придают такую форму, что она на короткий промежуток времени принимает отрицательное значение до момента перехода через нуль основной синусоиды анодного напряжения.

2.Устройство для осуществления способа по п. 1 с применением гасящего конденсатора, отличающееся тем, что для получения указанных отрицательных импульсов между двумя группами фазовых вентилей включен конденсатор С, предназначенный перезаряжаться посредством вспомогательных управляемых вентилей У, приключенных, к нулевым точкам отдельных выпрямительных групп (фиг. 1, 2, 4, 5).

3.Устройство для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что параллельно всем фазовым вентилям А, В, С приключены гасящие вентили а, Ь, J, предназначенные подавать на аноды фазовых вентилей отрицательное гасящее напряжение от конденсатора С (фиг. 6, 7, 8).

4.Устройство для осуществления способа по п, 1, отличающееся тем,

что конденсатор С посредством вспомогательных управляемых вентнлей в и В включен на вторичную обмотку анодного трансформатора, причем для возвращения в сеть постоянного тока, накапливаемого при каждом замыкании в конденсаторе С заряда управляемого вентиля D, конденсатор С соединен с цепью постоянного тока (фиг. 10).

5. Устройство для осуществления способа по п. I, отличающееся тем, что конденсатор С включен параллельно фазовым вентилям А я В посредством гасящих вентилей а и 6 (фиг. 11).

Фиг /. k

КТПЯРФиг 2.

. I ..

too 000001 If

y Фиг 4

wwm

S..l

Hh к авторскому свидетельству Г. И.

Фиг5. Бабата № 48762 к авторскому свидетельству Г. И. Фиг. 5.

Фиг. В. Бабата J 48762

Фиг 8.

V

ФигЗ.

ФигЮ. с

Фл

У , Т Р Г и II U 11 „1

teoecacoooo

Та

1Л W В,

Фиг//.

-OOILWASJU-

|5

в 1

ic