Преобразователь переменного тока в постоянный Советский патент 1980 года по МПК H02M7/06 

. Изобретение относится к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный и может быть использовано для питания различных потребителей постоянного тока, в том числе и с падающей вольтамперной харакгеристик&й, например дуговых ламп высокого и низког давления. Известен выпрямитель с удвоением напряжения, который позволяет наряду с обеспечением линейно-падающей внешней характеристики уменьшить коэффициент пульсаций тока и увеличить ее частоту . Однако это устройство обладает срав нительно низким коэффициентом умножения напряжения, а наличие большого чис ла вентилей приводит к неоправданным потерям электрической энергии на омическом сопротивлении этик вентилей, что неизбежно приводит к уменьшению КПД устройства. Кроме того, большое количество вентилей, (каждый из которых имеет систему охлаждения, например радиатор) в значительной степени завышает массу и габариты устройства. Все это в совокупности обеспечивает сравнительно низкие удельные энергетические показатели устройства в целом. Известно также устройство для питания нагрузки, содержащее трехфазный источник переменного тока, выпрямитель с линейно-падающей вопьтамперной мрактеристикой, катод одного вентиля которого соединен с положительной, а анод другого - с отрицательной клеммами нагрузки. Кроме того, одна пара вентилей своими катодами подключена к положительной, вторая, анодная, к отрицательной клеммам нагрузки, а все шесть вентилей образуют трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный по схеме Ларионова. Между клеммами источника и входными выводами выпрямителя включены токоограничивающие конденсаторы. Нагрузка подключена к выходным выводам выпрямительного устройства 2J. 374 Однако эта схема устройства отличается достаточной простотой но характеризуется невысокими уаельными энерге тическими показателями. Так как токо- ограничивающие конденсаторы в цепь пи- тания нагрузки включены послеаовательно, максимальная величина напряжения на нагрузке не превосходит амплитуды линейного напряжения источника питания. Кроме .того, схема имеет завышенные массогабаритные показатели (шесть вентилей) . Наиболее близким к изобретению является преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор с тремя фазными обмотка ми, выпрямитель с линейно-падающей вопьгамперной характеристикой и три токоограничивающих конденсатора. о Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей. Указанная цель достигается тем, что в П11еоб)азователе переменного тока в постоянный, содержащем трехфазный трансфс матор с тремя фазными обмотками, выпрямитель с линейно-падающей вольтамперной характеристикой и три токоограничнвающих конденсатора, выпря митель выполнен в виде цепочки из трех согласно-последовательно соединенных вентидей, концы которой образуют выходные выводы, причем каждый из венти лей зашунтирован соответствующей фазной обмотки и одного из токоограничивающего конденсатора. На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит трехфазный тра сформатор с фазными обмотками 1, 2 и 3 соответственно,-- выпрямитель с линейно-падающей вопьтамперной характеристикой, выполненнойна трех вентилях 4, 5 и 6, трех токоограничивающих кон денсаторах 7, 8 и 9 и нагрузку 10, по ключенную к выходным выводам 11 и 12. Вентили выпрямителя соединены последовательно-согласно, а параллельно каждому из них включены цепочки из со единенных последовательно фазной обмо ки источника и токоограничивающего конденсатора. Параллельно вентилю 4 включена цепочка, содержащая фазную обмотку 1 и токоограничивающий конден сатор 7, вентилю 5 - цепочка, содержа щая фазную обмотку 2 и токоограничива ющий конденсатор 8, вентилю 6 - цепоч ка, содержащая фазную обмотку 3 и ток ограничивающий конденсатор 9. Нагрузка 10 положительной клеммой 11 соединена с катодом вентиля 6, а отрицатель- ной 12 - с анодом вентиля 4 указанного выпрямителя. Фазные обмотки источника в общую схему устройства могут включаться двумя способами. В первом способе все три фазные обмотки включены последовательно согласно. При этом на выходе выпрямительного устройства, при отключенной нагрузке напряжение не превышает Зи„, так как равно суммарному напряжению на трех токоограничив.ающих конденсаторах, а мгновенное суммарное напряжение фаз источника равно нулю. Во втором способе две фазные обмотки (например 1 и 2) включены между собой согласно и встречно по отнощению к третьей фазной обмотке, при этом в режиме, близком к холостому ходу, все токоограничивающие конденсаторы 7, 8, 9 заряжены плюсом на правой обкладке, а мгновенное суммарное напряжение фазовых обмоток 1, 2 и 3 изменяется как однофазное напряжение удвоенной амплитуды Ощ. Это напряжение суммируется с напряжением конденсаторов. Напряжение на выходных клеммах выпрямителя изменяется от максимального значения, равного 5 Um, до минимального, равного и , Если к этим клеммам подключить измерительный прибор электромагнитной системы, то он покажет среднее значе- . нИе напряжения, равное Включение фазных обмоток по второму способу приводит к тому, что вектора напряжений фаз источника сдвинуты друг относительно друга на 60 электрических градусов, причем вектор напряжения фазы 1 опережает вектор напряжения фазы 3, а вектор напряжения фазы 3 - вектор напряжения фазы 2. Если считать, что начало фазных обмоток 1 и 2 на чертеже изображено слева, а фазы 3 справа, т. е. две первые обмотки включены между собой последовательно - согласно и встречно по отно- шению к третьей, то в номинальном режиме устройство работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени потенциал фазы 1 равен нулю, а двух других фаз - отрицательной. Тогда в первой четверти периода изменения питающего напряжения происходит заряд товдограничивающего конденсатора 7 по цепи начало фазы 1, вентиль 4, токоограничивающий конденсатор 7, конец фазы 1. Через 6О электрических градусов начнется заряд токоограничивающего кон аенсатора 9 по цепи конец фазы 3, вентиль 6, конденсатор 9, начало фазы 3. Во второй четверти периода абсолютное значение напряжения фазы 1 убывает, а суммарное напряжение фазы 1 и конденсатора 7 увеличивается. Конденсатор 7 разряжается на нагрузку. Образуется следующая цепь протекания тока; положительная обкладка конденсатора 7, фазы 2 и токоограничиваюший: конденсатор 8, вентиль 6, нагрузка 10, фаза 1, отри цательная обкладка конденсатора 7, Это обусловлено тем, что вентиль 5 заперт обратным суммарным напряжением фазы 2 и конденсатора 8. Конденсатор 8 при этом заряжается напряжением полярности, обратной напряжению фазы 2, чем ускоряется отпирание вентиля 5, которое происходит при равенстве напряжений фазы 2 и конденсатора 8, Начиная с момента открытия вентиля 5 ток в нагрузку потечет по цепи положительная обклад ка конденсатора 7, вентили 5 к 6, нагрузка Ю, фаза 1, отрицательная обклад- ка конденсатора 7 и токоограничивающий конденсатор 8 разряжается на обмотку фазы 2, напряжение которой уменьшает- ся по абсолютной величине, по цепи положительная обкладка конденсатора 8, фаза 2, вентиль 6, отрицательная обкладка конденсатора 8. Через треть.периода напряжение фазы 2 становится равным нулю, а конденсатор 8 полностью разряжается. Начиная с этого момента происходит заряд конденсатора 8 по цепи нача ло фазы 2, вентиль 5, конденсатор 8, конец фазы 2. Как только напряжение фазы 3 достигает максимального значения, заряд конденсатора 9 прекращается и в дальнейшем ток через нагрузку увеличивается, так как начинается разряд конден сатора 9 в связи с уменьшением напряжения фазы 3 по абсолютной величине, причем вентиль 6 закрывается суммарным напряжением фазы 3 и конденсатора 9. Ток в нагрузку в этом случае течет по цепи «положительная обкладка конденсатора 7, вентиль 5, фаза 3, конденсатор 9, нагрузка 1О, фаза 1, отрицательная обкладка конденсатора 7. В третьей четверти периода полярность напряжения фазы 1 меняется на противоположную, которая суммируется с напряжением конденсатора 7 и суммарным напряжением фазы 3 и конденсатора 9, и тем самым увеличивая напряжение и ток, протекающий через нагрузку. При достижении максимального значения напряжения фазы 2, заряд конденсатора 8 прекращается и вентиль 5 закрывается, В дальнейшем по мере убывания абсолютного значения напряжения 4йзы 2 суммарное напряжение фазы 2 и конденсатора 8 увеличивается. Ток в нагрузку потечет по цепи отрицательная клемма нагрузки 10, фаза 1, конденсатор 7, фаза 2, конденсатор 8, фаза 3, конденсатор 9, положительная клемма нагрузки. Через 240 электрических градусов напряжение фазы 3 меняет свою полярность и действует согласно с напряжением на конденсаторе 9, тем самым увеличивая напряжение на нагрузке, причем цепь протекания тока в нагрузку остается прежней. В четвер- той четверти периода, а именно через ЗОО электрических градусов, аналогичный процесс происходит в фазе 2. Когда амплитудное значение напряжения на фазе 3 достигает своего максимального значения, что соответствует углу в ЗЗО электрических градусов, напряжение на нагрузке достигает своего максимально- го значения, опред-еляемого геометрической суммой фазных напряжений обмоток источника и напряжение на конденсаторах. В последующих периодах изменения питающего напряжения все указанные процессы повторяются циклически и если принять постоянную разряда конденсаторов, определяемой величиной емкости и сопротивлением нагрузки достаточно большой, то процесс перезаряда токоограничивающих конденсаторов в следующих периодах питающего напряжения не происхоВ реальном устройстве среднее значение напряжения на нагрузке за период равно утреннему значению напряжения фа- зы источника, а гокоограничивающие коненсаторы, запасая энергию в соответстующие четверти периода питающего наряжения, в последующем отдают ее в агрузку с высоким КПД. Масса элемен- о предлагаемого устройства, по сравнеию с й-звестным, уме.ньшена почта в два аз, а выходное напряжение устройства озрастает в 1,7 раза. В два раза сокра1цены потери электриеской энергии на вентилях по сравнению известным устройством, что существено улучшаег КПД предлагаемого устройста. Это свидетельствует о том, что предлагаемое устройство обладает значительно лучшими удельными энергетическими пока эателйми.

Формула изобретения

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор с тремя фазными обмотками, выпрямитель с линейно падающей вопьт .амперной характеристикой и три токо- ограничивающих конденсатора, о т л-и чающийся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей, выпрямитель выполнен в виде цепочки из трех согласно-последовательно соединенных вентилей, концы которой образуют выходные выводы, приче м, каждый из вентилей зашунтирован цепочкой из соединенных последовательно соответствующей фазной обмотки и одного токоограничивающего конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 506103, кл. Н 02 М 7/19, 1976.

2.Современные задачи преобразовательной техники. Тезисы докладов ВНТК 1975, Киев, часть 2, с. 259, рис. 7.

П

f2