Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины Советский патент 1980 года по МПК H02M7/10 

Изобретение относится к эпектротахнике и преимущественно может бьггь использовано в автономных система.х электроснабжения, в которых в качестве основ- ных источников электрической энергии, используются трехфазные источники переме ного напряжения, линейное номинальное напряжение которых по величине меньше требуемого номинального выпрямленного напряжения на нагрузке. Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины, содержащий трехфазный источник переменного тока и выпрямитель из пос ледовательно соединенных трахфазных каскадов вентильно-конденсаторного.типа, подключенный к нагрузке ll . Один каскад (центральный) содержит только вентили и подключен к фазам трахфазного источника. Вентили всах каскадов .соединены так, что они образуют три параллельные по itocTonHHotv току вентиль ные ветви, концы которых подключены к .выходным клеммам выпрямителя, Конденсаторы всах каскадов образуют три колонны конденсаторов. Вентили каждой из трех вентильных, ветвей подключены от каскада к каскадупо6чёр ВД ° ®Но1вВ §пьноК каждой из трах колонн конденсаторов по закону циклической перестановки фаз прямой и обратной последовательности, Такой преобразователь обеспечивает сравнительно малую величину пульсаций выпрямле ного напряжения. Его недостаток - очень больщое коли- , i ebtBO вентилей и конденсаторов, причем каждая фаза выпрямителя содержит шесть последовательно соединенных вентилей, что в значительной степени увеличивает пот&ри электрической энергии, рассеиваемой на их омическом сопротивлении. Это приводит к низкому КПД преобразователя. Наличие большого количества вентилей выпрямителя требует громоздкой системы охлаждения (18 радиаторов), что приводит к значительному увеличению массы и габаритов выпрямителя, а следовательно И к невысоким удельным 3HfepreTH4ecKHM показателям преобразователя в цепом. Известно другое устройство для пpeoб разования переменного напряжения в пост янное с удвоением напряжения J - Такое устройство имеет крутопадающую вольтамперную характеристику, такж большое Количество элементов {вентилей и конденсаторов), что обеспечивает низкий КПД, болып ю массу и габариты и, как следствие, сравнительно низкие удель ные энергетические показатели устройства в целом. Кроме того, устройство позволяет осуществлять питание нагрузки вьтрямленным током в сравнительно небольшом диапазоне изменения величины выпрямйтельного напряжения, максималь HofcpefiHee значение кбторот не превышает 0,98 от амплитудного значения Пикейного напряжения источника. Известен также преобразователь переменного напряжения в постоянное с удвоенным напряжением, содержащий трехфазный источник переменного тока и вен тидьно-конденсаторный выпрямитель, Ес лй Бе11ТйЛИ выпрямителя выпапнены управ ляемыми, то преобразователь снабжен блоком управления тиристорами SJ , Недостатком указанного преобразовате ля является то, что если номинальное вы примиенное напряжение на нагрузке превы шает удвоенное номинагьное линейное нап ряжение трахфазного источника переменно го тока, то для обеспечения нормальной работы потребителей электрической энергии (нагрузки) необходимо в преобразователь вводить дополнительный повышающий трехфазный трансформатор или приме нять другой трехфазный источник перемен ного тока с большим значением линейного номинального напряжения, а следовательно, большей массой и габаритами (большей типовой мошностью), что приводит к уменьшению удельных энергетичеСКИ.Х показателей всего преобразователя в целом. Кроме. того, такой преобразователь обладает сравнительно небольшим диапазоном регулирования напряжения на нагрузке, максимальное значение которог не превышает удвоенного значения амплитуды линейного напряжения трехфазного источника, что обеспечивает сравнительно узкие функциональные вoз дoжнocти этого преобразователя. Известен трехфазный выпрямитель-умножИтель напряжения, в котором точки со единения каждой пары последовательно согласно включенньк вентилей выпрямителя через соответствующее емкостное токо ограничивающее сопротивление, преимущест- венно конденсатор, подключены к фазам трахфазного источника 4 . Однако такое устройство имеет завышенное количество полупроводниковых элементов (девять вентилей), каждый из которых имеет систему охлаждения, напри- мер радиатор, что увеличивает массу и габариты устройства, потери электрической энергии на омическом сопротивлении вентилей, что всвою очередь снижает КПД устройства. Кроме того, устройство имеет , завышенное количествоконденсаторов (пять), что такжеотрицательно сказьюается на массо-габаритных показателях у1зтройства. То есть, такое устройство .в целом обладает сравнительно низкими Удельными энергетическими показателями, И наконец, при достаточно большом количестве вентилей и конденсаторов оно имеет довольно узкий диапазон регулирования напряжения на нагрузке, максимальное значение которого равно всего лишь утроенному- амплитудному значению фазн1 го напряжения трехфазного источника, что ограничивает функциональные возможности этого устройства. Ограничение в использовании этого устройства в различных системах электропитания обусловлено еще и тем, что применяться этот выпрямительумножитель может лишь с трехфазными источниками, обмотки которых обязательно должны быть соединены между собой в звезду с вьшеденной нейтралью, что у трехфазных источников не всегда имеет место, или же нейтраль Находится в труднодоступном месте. Все это в совокупности обеспечивает низкие удельные энерготехнические показатели устройства при ог раниченных его функциональных возможностях по диапазону регулирования напряжения на нагрузке. Наиболее близким из предлагаемых устройств является трехфазный преобразователь переменного напряжения в цостоянное повьщ1енной величины, содержащий цепочку .из четырех соединенных согласнопоследоватрльно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным выводом, а.катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре конденсатора, причем общая точка соединения первого и второго вентилей через первый конденсатор подключена к первом}- входному выводу, общая точка соединешш второго и третьего вентилей ко второму входному вью оду, а общая точка соединения третьего и четвертого ьентилей через второй конденсатор - к третьему входному вьшоду . В этом преобразователе завышены масса и габариты устройства за счет увеличенного количества полупроводниковых эле ментов (семь ) с И.Х системой о.хлаждения (оемь радиаторов), что приводит дополнительно к увеличению потерь электрической энергии на омическом сопротивлении этих вентилей, что снижает КПД устройства. Все это приводит к сравнительно невысоким удельным энергетическим показателям устройства. Кроме того, это устройство обладает ограниченными функциональными возможностями по его применению в систе мах электропитания из-за узкого диапазона регулирования напряжения на нагрузке, максимальное значение которого равно все го лишь утроенному амплитудному значению линейного напряжения трехфазного источниКа переменного тока. Цель изобретения - улучшение удельны энергетических показателей преобразователя и расширение его функциональных возможностей путем увеличения диапазона регулирования напряжения на нагрузке. Эта цель достигается тем, что в трах- фазном преобразователе переменного напряжения в постоянное повышенной величины, содерж.аш,ем цепочку из четырех . сое/щненных согласно-последовательно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным выводом, а катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре, конденсатора причем обшая точка- соединения первого и второго вентилей через первый ковденса- тор подключена к первому входному вьшоду, общая точка соединения второго и третьего вентилей - ко второму входному вьЬ воду, а общая точка соединения третьего и четвертого вентилей через второй конденсатор - к третьему входному вьшоду,первый и четвертый из указанных вентилей выполнены управляемыми, а параллельно выходным вьшодам включена цепочка, образованная последовательно соединенными третьим и четвертым конденсаторами, причем их общая точка соединена со вторым входным выводом. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный. Он содержит трехфазный источник 1 переменного тока с согласующим трахфазньш трансформатором 2 или без него, по лууправляемый в.ентильно-конденсаторный 74 26 вьтрямитель 3 с трек-ю входными вьшода ми 4,5,6 и двумя выходными - положительным 7 и отрицательным 8, которые подключены к нагрузке 9 и,блок 10 контроля напряжения и управления тиристорами. Выпрямитель 3 выполнен на двух соединенных последовательно согласно вентилях 11, 12, двух управляемых вентилях (тиристорах) 13, 14 и двух соединенных последовательно конденсаторах 15, 16, точка соединения которых связана непосредственно с точкой соедине{шя ве№тилей 11,12 и подключена ко второму входному 5. Катод первого тиристора 13 совместно с крайней обкладкой ковденсатора 15 образуют положительный 7, а анид второго тиристора 14 совмесрно с крайней обкладкой конденсатора 16 образуют отрицательный 8 выходные вы воды. Катод вент1шя 11 совместно с 13 анодом тиристора 1о подключен через конденсатор 17 к входному вьшоду 4, а анод вентиля 12 совместно с катодом тиристора 14 подключен через конденсатор 18 к входному вьшоду 6. Блок 10 осуществляет контроль напряжения на нагрузке 9 и управление тиристорами 13, 14 за счет изменения угла и.х открытия, осуществляемого подачей импульсов управления на управляющие электроды этих тиристоров, таким образом регулируя среднее значение выпрямленного тока и напряжения. Работает трехфазньц преобразователь переменного напряжения в постоянное по вьшденной величины при отключенной наг-, рузке 9, т. е. в режиме холостого хода, при котором имеет место .максимальное значение напряжения на выходе выпрямителя, следующим образом. Пусть система напряжений является симметричной трахфазной, тогда линейные напряжения Uчд , и 46 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 электрических градусов и канодое из низ изменяется по синусоидальному закону. В этом случае в одни полупериоды изменения линейного напряжения 1145 РИ которых потенциал вывода 5 Выше потегщиала вьшода 4, конденсатор 17 заряжается до амплитуды и 5 линейного напряжения О цепи: вывод 5, вентиль 11, конденсатор 17, вьшод 4. В следующие полупериоды изменения линейного напряжения U с , при котором потенциал вьшода 4 вь.ше потениала вьшода 5, в Предположетши, что тиристор 13 постоянно огкрыг, будет осуествляться заряд конденсатора 15 по епи: вьшод 4, конденсатор 17, тиристор

13, Конденсатор 15, вьюод 5. Анапогич ным образом происходит заряд конденсйтора 16, В одни полупериоды изменения линейнЬ1Ч5 напряжения и jitpH которых потёНЕЦиал вьтода 6 выше потенциала вы- s вода 5, осущестШй ется зарйд т Йк6ограничивающего конденсатора 18 до айплйтудного значения и5 л, линейного напряжения и Си по цепи: вывбд 6, конденсатор 18, вэнтш1ь 12, вывод 5, а в следующие по- Ю лупериоды изменения линейного напряжения и 5, прикоторых потенциал вьюода 5 стРановится выше потенциала вьшода 6, конденсатор 18 разряжавтся,осущёбтёляя заряд конденсатора 16 по цепи: вьшод 5, 15 конденсатор 16, тиристор 14, конденса тор 18, вывод 6. Максимальное напряжеНне которое может быть приложено к конденсатору 15 складывается из амплитудного значения U линейного напрдже- 20 кия Уде- и напряжения на конденсаторе 17 также равного 45 а максимальное напряжение, которое может быть приложено. к конденсатору 16 складывается из суммарного значения амплитуды и 5, линей- 25 напряжения UCA и напряжения на

Конденсаторе 18 также равного U 56,. Поскольку амплитуды напряжений все.х

трех фаз равны между собой, то каждый

из конденсаторов заряжается таким об- 30 разбМ, До уд военного амплйтуДно гоШачения линейного напря/кения, а миним хьное значение выпрямленного напряжени5Э

(напряжение на выкодных выводах 7,8) в , четыре раза больше амплитуды линейнбго 35

напряжения

При подключении нагрузки 9, номинальноё напряжение, на которой более чем в дв р аза Кревь1шает амплитудное значение о линейного напряЖёния, ре жим заряда конг-. денсаторов 15-18 и Цепи заряда эти.х конденсаторов не изменяются а питание нагрузки будет Чюуществляться следующим образом, В пспупериод изменения напря- 45 жения и при koTOjpoM потенциал вывода 5 вьпде потенциала вьюода 6, составляю- Шая точкаисточника, являющаяся тбКом : .нагрузХй; течетпо цепи: вьюод 5, разряжающийся конденсатор 15, нагрузка 9, тиристор 14, разряжающийся конденсатор 18, вьюод 6. В псйупериод изменения напряжения Р котором потенциал вывода 4 выше потенциала вьшода 5, составпяющ.ая тока источника, являющаяся. токбм нагрузки, протекает по цепи: вывод 4, разряжающийся конденсатор 17, тиристор 13, нагрука 9, разряжающийся конденсатор 16, вьшод 5,

йажг- г-,-. ---

.

Таким образом, данный трехфазный преобразоватепь переменного напряжения в постоянное повьщ1енной величины позволяет уменьшить массу и габариты (установленную мощность) тре,хфазного источника переменного тока при одинаковом номинальном напряжении на нагрузке в предложенном преобразователе и в преобразователе - прототипе и, таким образом, y iyчшить удельные энергетические показатели. Кроме того, предпоженньй трехфазный преобразователь обеспечивает увеличение в два раза по сравнению с прототипом диапазона регулирования напряжения на нагрузке и, как следствие, расширение функциональных возможностей этого пр образоватепя.

Формула изобре.тения

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины, содержащий цепочку из четырех соединенных согласно-последовательно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным вьшодом, а катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре конденсатора причем общая точка соединения первого и второго вентилей через первый конденсатор подключена к первому входному выводу, общая точка соединения второго и третьего вентилей - ко второму входному ВЫВОДУ, а общая точка соединения третьего и четвертого вентилей через второй кр денсатор - к третьему входному выводу, от.личающийся теМ| что, с улучшения удельных энергетических показателей и расширения функциональных .возможностей, первьй и четвертый из указанных вентилей выполнены управляемыми а Параллельно вьвседньйу вьюодам включена цепочка, образованная последовательно .соединенными третьим и четвертым конденсаторами, причем И.Х общая точка соединена со вторым BxouHbiM выводом,

.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1с Авторское свидетепьство СССР №474086, кл, Н 02 М 7/18, 1976,

2,Авторское свидетельство СССР № 506103, кп, Н 02 М 7/19, 1976.

3,Авторское свидетельство СССР № 201518, кл, Н 02 М 7/10, 1968,

4,Патент США N 3764886,

кл, 321-15, 1973,

5i Авторское свидетельство СССР № 575748, кл, Н 02 М 7/10, 1977, :

Р/-го.™Ц|

kf

I v