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

- , . . I , Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использованй при многопульсном выпрямлений трехфазного переменного тока. Известен многопульсный преобразователь, в кагором вторичные обмотки трансформатора выполнены так, что они образуют симметричную систему фазных напряжений с числом фаз (2к+1)3, а вентили в количестве (2к+1) 6 соединены между собой и с вьшодами вторичных обмоток по мостовой схеме. При получается 18-пульсный преобразователь. Вторичньгё обмотки трансформатора состоят из отдельных частей, соединенных по схеме двойного зигзага. Чтобы получить 30-пульсный преобразователь (), вторичные обмотки должны состоять из 5.хЗ-15 частей, соединенных в два двойных зигзага. (2к+1) 6-пульсный преобразсюатель должен иметь вторичные обмотки из (2к+1)3 отдельных частей l Недостатком этого многопупьсного .преобразователя является сложная конст |рукция трансформатора с большим числом отдельных изолированных друГ :от друга вторичных обмоток. Известен такжа. многопульсный преобразовйтель, в котором применяется параллельное соединение через уравнительный реактор (2к+1) шестивентильных мостов. Мосты на стороне посюянйого тока соединяются через трехфазный уравнительный реактор. Вторичные обмотки трансформатора еще больше усложняются: уже для lS-пульсного преобразователя они сс стоят из частей l . Недостатком этого многопульсного преобразователя является сложная конструкция трансформатора или необходимость применять несколько, трансформаторов, а также наличие уравнительного реактора, из-за которого увеличиваются инерцион- ность и габариты преобразователя. Известен преобразователь переменного тока в постоянней, содержащий трехфазный трансформатор, имеющий две группы вторичных обмоток, соадиненных в

звезду и выполненных с отводами, общая точка, обмоток.второй группы соединена с перв.ым выходным зажимом, а отводы каждой ее фазы через вентили, включенные в обратном направлении, соединены с соответствующими вьшодами двух других фаз первой группы обмоток 2 ,

Недостатком изве.стного преобразователя явля1втся больщоё напряжение, прикладиваемое к вентилям в обратном направлении, и низкое использование вт.чзричных обмоток Трансформатора,

Цель изобретения - уменьшение обрат ного напряжения на вентилях и повышение йоэффициента использования вторичных обмоток трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что трансформатор снабжен третьей группой вторичных обмоток, соединенных в звезду и- вьшолненньк с отводами, общая точка обмоток третьей группы соединена со вторым ВЫХОД1ШМ вьшодом, а отводы каждой, ее фазы через вентили, включенные в прямом направлении, соединены с соответствующими выводами двух других фаз первой группы обмоток, к каждому крайнему вьшоду обмоток второй группы катодом, а к каждому крайнему выводу обмоток Третьей группы анодом подключены дополнительные вентили, свободные электроды которых объединены и соедкн& ны с общей точкой обмоток первой группы, при этом каждая обмотка первой группы обмоток содержит К отводов, а второй и третьей группы - к+1 отводов,. где (ю 1,2,3...).

ВьпхрямЛенное напряжение преобразователя имеет (2к+1)6 пульсаций.

На фиг. 1 дана принципиальная ахема ЗО-пульсного преобразователя при на фнг. 2 - векторные диаграммы вторичных обмоток трансформатора.

Преобразователь состоит и:з тридцати вентилей 1-ЗО и силового трансформатора (первичная обмотка, соединенная треугольником, на показана) с тремя вторичными обмотками 31,32 и 33, соединеинымй каждая в звезду и имеющими нуле вые вьтоды соответственно О|, О 3 Обмотки 32 н 33 одинаковые, их нулевые выводы подключены к вькодным вьшодам 34 и 35.

Нулевой вьшод 0 вторичной обмотки 31 подключен к анодам трех вентилей 6, 16 и 26, через .которые он соединен сооюетственно с фазными вьюодами cj 5 и в f вторичной обмотки 32, н к катодам трех вентилей 21, 1 и 11, через которые iOH соединен сеютветспрвенно с фазными выводагди 0,3 и в вторичной обмочки 33. Вьшоды ajL , Bj и с вторичной обмотки 31 подключены соответственно к анодам двух вентилей 28 и 4; 8 и 14} 18 и 24, через которые они соединены с выводами разноименных фаз в и с А , с л и а4 , а4 и в вторичной обмотки 32, и к катодам двух вентилей 13 и 19} 23 и 29; 3 и 9, через которые они соединены с вьюодами разноименных фаз ВА и с с и а , ajj и в вторичной обмотки 33, Выводы а2 , Bj, и С2 вторичной обмотки 31 подключены соответственно к анодам/двух вентилей 30 и 2, Ю и 12, 20 и 22, через которые они соединены с вьшодами разноименных фаз BJ, и с , с и а.3 , а и Вд вторичной обмотки 32, и к катодам Двух вентилей 15 и 17, 25 и 27, 5 и 7, через которые .они соединены с выводами разноименных фаз в и Сд, с и a,j , ai и в вторичной обмотки 33 (см. фиг. 1).

Фазное напряжение на вьюодах 5 (а, .Bg, С5 ) обмотки 32 и. на выводах 5 (а , Bg, Cg) обмотки 33 при равно:

ни

do

.U2K.

.fTlZK Dbsm- Ol 2К + 1

0:35би,

где и , -г среднее значение выпрямленного . напряжения неуправляемого преобразователя при холостом ходе. Напряжения на выводах 1 (а j , B , С ) и 2 (а, в, Cg ) каждой фазы вторичной обмотки 31 при равньп ,

i 2Tfi° 2KM 0.470-i;5, .

2.2

7,51п

2к + 1-0.858 и5

/з

2к+1

Напряжения на выводах 3(ад,В2,,сз, ,а, вз, , с ) и 4 (ад , В4 . с , а ,в;|,; с ) каждой фазы вторичнь.Ех обмоток 32 и 33 при равньк

., 2 . 2(. о 3-;|f -27Tr- - 24.1 0,,;

О 2(4-к)-1

-| 7 60-U2K i 0,679U5.

Vv Работа рассматриваемого ЗО-пульсно го преобразователя поясняется векторные ми диаграммами на фиг, 2. Вентили на фиг, 1 пронумерованы в порядке их поочередного вступления в работу. При мальп токах нагрузки, когда можно пренебречь углом коммутации, вентили пропускают ток группами по двавентиля в следующей последовательности 1-2, 2-3, 3-4, t.S, „,, 2&-30, 30-i... , Каждый вентиль проводит ток в тече:ше 360/(2к+1)3 360/15 24 ал. град, переменного напряжения питающей сети, один раз за один период этого напряжения. Из схемы преобрйзователя видно, что нечетные вентили коммутируют напряжени приложенные между нулевыми выводами О и Од вторичных обмоток 31 и 33. ,Векторная диаг{ амма этах напряжений привед на на фиг. 26. Когда вентили неуправляемьг (диоды), то из нечеТ1 ых вентилей ток пропу кает тот вентиль, с которьол в Йанный момент времени связано наибопьшее напряжение этой диаграммы. Сперва ток пропускает вентиль 1, к которому относится вектор напряжения и 4 (он же ), затем через 1/(2к+1) периода (24°) ток пераходит с вентиля 1 на вентиль 3, к которому относится вектор U 3, образованный векторами al и - Cj , и т.д. Четные вентили коммутируют напряжения, приложенные между нулевь1ми выводами 02 и О вторичных обмоток 32 и 31. Векторная диаграмма этих напряжа-, НИИ приведена ita фиг, 2а. Из четных вентилей (диодов) ток пропускает тот вентиль, с которым в данный момент времени связано наибольшее напряжение этой диаграммьи Если в данном промежутке времени ток пропускает вентиль 30, к которому относится вектор напряжения и ЗО, образованный векторами а2 н - в, то затем ток переходит на вентиль 2, к которому относится вектор напряжения и 2, образованный векторами ag и -c и т,д. Коммутациячетных вентилей так же, как нечетньсс, происходит через 1/15 периода или 24°, Моменты коммутаций четных и нечетных вентилей (см, фиг, 2а и 26) сдвинуты между собой на 1/30 периода (на 12), В промежутке времени, когда ток пропускает вентили. 30 я 1, на выходе преобрааователя между полюсами + и (между нулевыми вьюодами 0 и 0) возникает напряжение, вектор которого иЗО-1 построен на фиг, 2в. Оно состоит из суммы напряжения U1 между вьтода ми Oi и Oj к напряжения и 30 между вы,яодами 0 и 0| , Через 1/30 периода (12°) после вентиля 1 в работу вступает вентиль 2, ток с секции в, 02 обмотки 32 переходит на секцию с 0 той жо обмотки, ввЕггиль 30 отключается (прекращает пропускать ток, так как к uet прикладывается отрицательное анодное напряжение с в з ) и наступает промежуток времени, в течение которого ток пропускают вентили 1 и 2 и на выходе преобразователя возникает напряжеш е и 1-2 (см, фиг. 2в). Через каждые 12° в работу вступает очередной вентиль, происходит коммутация тока и к йШЬду Лреобразоватвля приклаДьшается очередное напряжение 30-фазной симметричной системы. полюг сами + н - возникает выпрямленное напряжение с 30-тью мелкими пульсациями за период переменного напряжения питающей сети. Амплитуда каждой пульсации выпрямленного напряжения равна . ,81и.. Sln к вентилям в непроводную часть периода прикладьшается обратное напряжение, максимальное значешге которого U с 11, , Например, когда ток пропускает вентиль 2 к вентилю 16, в обратном направлении прикладывается линейное напряженней 16-2, представляющее собой разность напряжения а и напряжения, образованного суммой напряжений ag и - с, . Амплитуда линейного напряжения и, следовательно, обратного напряжения равна амплитуде пульсации выпрямпетюго напряжения. При большом числе пульсаций среднее значение выпрямленного напряжения иJ близко к и J , и поэтому можно считать в первом приближении, что максимальное обрагное напряж&ние равно U , Через каждьй вентиль в проводящую асть периода проходит ток нагрузки пребразователя D в течение 1(2к-ь1) ериода (24°), среднее значеш1е тока чеез вентиль равно Зл /(2jj+l) i/15, Из преобразователя видно, что в бмотке 31 между вьшодами 1 и 2 (сек ии а, а Bj, в, сf, Cj) ток нагрузки реобразоватвпя 3{ проходит в одном не равлении 2 -24 48 н в другом направении 2- 24 , а между выводами 1 (секции 0 aj, CI)-B одном направлении 4-24° 96° ив другом направлении 4-24 96 в течение одного периода. В обмотках 32 и 33 ток нагруз ки преобразователя Пj происходит в одном направлении между вьюодами 5 и 4 (секции as ад I BS в , с с , а а, в Вд , с с ), 4 и 3 (секции ад а;, 4 4 Р4 с I а а , в вз , с Cj ) и 3 и О2 (Og) (секции . , а Og , BJ, Oj , Cg, Og ) соответственно 24°, 3 . 24° 72° и 5- 24° 12O в течение одного периода.Рассматриваемый преобразователь с уп равляемьоли вентилями (например, тиристорами), как и любой другой преобразоватеяь, может работать в качёстве выпряЦйтаяя с регулируемым выпрямленньщ нйпряжёнием за счет изменения угла отпирания вентилейИ в качестве инвертора. С||ЖЁ1н1ёШе 1рёШ1агаешзго многопульсного преобразователя с известным пЫсазйЁает, что при его применении могут быть вентили на вдвое меньшее напряжение и коэффицие11Т использования вторичных обмоток трансформатора увеличивается на 15-17%. Форм у л а и 3 о б ре т ё н и я Преобразователь переменного тока в постоянньй, содержащий трехфазный транс фЬрМ;атЬр, имеющий дйе группы вторичных обмоток, соединенных в звезду и вьтолненных с отводами, общая точка обмоток второй группы соединена с первым вы.«рдным заясимом, а отводы каждой ее фазы через вентили, включенные в обратном направлении, соединены с соответствующими вьшодами двух других фаз первой группы обмоток, отличающийся тем, что, с целью уменьшения обратного нйпряженйя на вентилях и повышения коэффициента использования вторичньк обмоток, трансформатора, последний снабжен третьей группой вторичных обмото, соединенных в звезду и выполненных с отводами, общая точка обмоток третьей группы сбединёШ ЬО йторым выходным выводом, а отводы каждой ее фазы через вентили вклтбчённые в прямом направлении, соединены-с сосугветствующими вьюодами двух других фаз первой группы обмоток, к каждому крайнему выводу обмоток второй группьг катодом, а к каждому крайнему выводу обмоток третьей группы анодом подключены дополнительные вентили, свободные электродь которых объединены и соединены с общей точкой обмоток первой группы, при каждая обмотка первой группы обмоток содержит К отводов, а второй и третьей группы - К -1 отводов, где (К 1,2,,..). Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шляпошников Б,. М, Игнитронные выпрямители для тяговых подстанций железных дорог. М., Трансжелдориздат, 1947. 2.Авторское свидетельство СССР № 504281, кл. Н 02 М 7/06, 1973.