(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ
Изобретение относится к электротехнике, в Частности к устройствам электропитания мощных низко- и инфранизкочастотных импульсных устройств в электроустановок с технологически - и эксплуатационно-неизбежными токовыми перегрузками (зарядных, галь ванических, электрохимических, электротермических и т.д.). Известны выпрямительные устройства, управляемые дросселями насыщения, включенными последовательно с первичными или вторичными обмотками силового трансформатора и последовательно с вентилями выпрямительного моста (1. Из выпрямительных устройств этого типа лучщими технико-экономическими показателям обладают устройства, регулируемые дросселями насыщения с совмещенными обмотками (ДНС Одними из основных недостатков устройств на базе ДНС являются низкий КПД (не более 15-30%) и относительно большие мощность, габариты и масса регулируемого в широких пределах источника подмагничивания дросселей, поскольку ток подмагничивания приблизительно равен выпрямленному току нагрузки и в мощцых устройствах достигает нескольких сотен, ть1сяч ампер, а напряжение источника в силу малого сопротивления обмоток дросселей не превышает долей, единиц вольт. Известны также Выпрямительные устройства, у которых дроссели насыщения с совмещенными обмотками управляются пофазНо импульсным способом 2 и 3. В выпрямительных устройствах, работающих в режиме частых технологических перегрузо|с (вплоть до коротких замыканий в нагрузке), защита от статических токов перегрузки и короткого замыкания в нагрузке осуществляется дросселями насыщения, которые при неизменном токе управления обеспечивают выпрямительному устройству свойства источника тока. Ограничение динамических бросков тока через силовые элементы схемы осуществляется линейными дросселями, включенными последовательно с блокирующими вентилями источников подмагничивания. Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения производится линейным дросселем, включенным в цепь нагрузки.
Ток короткого замыкания выпрямительного устройства может в десятки раз превышать номинальный рабочий ток, и для его ограничения требуется увеличение габаритной мощности дне, что, естественно, связано с увеличением их массы и габаритов. Это явление объясняется тем, что при сопротивлении нагрузки близком к нулю двух-трехвентильный режим работы выпрямительного устройства переходит в режим поочередного двух-трехфазного короткого замыкания, поскольку ненасыщенные дне фаз в контуре коммутации оказываются зашунтированнымй насыщенными дне через цепь управления. Ток нагрузки при этом увеличивается, несмотря на то, что ток управления остается неизменным. Далее при сопротивлении нагрузки равном нулю наступает режим трехфазного короткого замыкания, ток которого ограничивается только .активными и реактивными сопротивлениями обмоток дне и трансформатора.
Наличие трех линейных дросселей в цепях управления ДНе и линейного дросселя в цепи нагрузки также значительно увеличивают массу и габариты выпрямительного устройства. При этом габаритная мощность линейного flpoccv w в цепи нагрузки и технологичность его изготовления в с4-1льной мере зависят от мощности выпрямителя, величины выпрямленного напряжения и тока нагрузки. В высоковольтном выпрямительном устройстве (в несколько единггц, десятков кВ) габаритная мощность дросселя фильтра по сравнению, с низковольтным выпрямителем увеличивается на 20-40% из-за увеличения межслоёвой изоляции oб ютки и, изоляционных промежутков ее от магнитопровода. В выпрямителях на большие токи (в несколько десятков, сотен ампер) габариты дросселя фильтра также увелиШваются на 15-30% за счет худшей укладки провода больщого сечения в окне машитопровода. Наиболее близким техническим решением из известных, является преобразбватгёйь переменного напряжения в постоянное, содержащи трехфазный трансформатор, линейный дроссель, выпрямительный мост, подключенный к фехфазной вторичной обмотке трансформатор в каждой фазе которой в разрыв нейтрали звезды включены два импульсно-управляемых дросселя насьвдения с совмещенными обмотками, выполненными в виде двух равных по числу витков секций, соединенных в каждой паре дросселей в параллельную цепь из двух ветвей, образованных перекрестным согласно-последовательным соединением двух секций, принадлежащих разным дросселям этой пары, причем, к точкам перекрестного
i efeSjte.:i5-iX...
соединения секций обмоток дросселей насыщения каждой фазы подключены импульсный источник управляющего сигнала 3.
Однако, такое устройство имеет значительные
динамические броски тока через силовые элементы схемы устройства и низкие масса-габаритные показатели.
Цель изобретения - демпфирование тока нагрузки и токов управления дросселей насыщения при импульсном изменении параметров нагрузки и улучшения масс-габаритных показателей.
Указанная цель достигается тем, что секции обмоток дросселей насыщения четных по очередности работы за период питающего рапряжения соединены в одну нулевую точку, а секции нечетных дросселей - в другую нуле..вую точку и между этими включен линейный дроссель.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема предложенного выпрямительного устройства; на фиг. 2 - внешняя характеристика преобразователя Ud ( сЛ Выпрямительное устройство состоит из импульсно-управляемых дросселей 1-6 насыщения с совмещенными обмотками, образующими две трехлучевые звезды, между нулевыми точками которых включен линейный дроссель 7, трехфазного трансформатора 8, выпрямительного моста 9, нагрузки 10, блокирующих вентилей 11-13, и импульсных источников 14-16 подмагничивания.
Дроссели 1-6 насыщения могут быть также включены В разрыв нейтрали первичных об- .
МОТОК трансформатора 8.
Характеристика по фиг. 2 соответствует режиму вынужденному намагничиванию ДНе. На фиг. 2 обозначены:ис{д-и д-вьтрямленное напряжение в режиме холостого хода и под
нагрузкой; Т) 1 - ток нагрузки и ток короткого замь1кания-
Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом. При включении напряжения сети и подаче
управляющих импульсов напряжения с источников подмагничивания 14-16 в обмотках ДНе 1-6 устанавливается среднее значение тока подмагничивания, равное одной третьей суммарного тока управления . (фиг. 1), протекающего в цепи линейного дросселя 7. При токе нагрузки Id меньшем тока цепи управления I , дне регулирующего действия не оказьгвают. Этому режиму работы выпрямительного устройства соответствует участок внешней характеристики, обозначенный на фиг. 2 точками а-б. При токе нагрузки l, приблизительно равном току цепи управления Ту начинается процесс регулирования напряжения, что сопровождается резким изменением градиента
внешней характеристики в точке б по фиг. 2. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки вплоть до режима короткого замыкания ток нагрузки остается неизменным и равным приблизительно току цепи управления 1у . При этом, градиент крутопадающего участка внешней характеристики б-к по фиг. 2 тем выше, чем выше градиент вольамперной характеристики ДНС в ненасышенной области. В данном преобразователе увеличение тока нагрузки при коротком замыкании не происходит, так как он ограничивается линейным дросселем 7 в цепи управления, постоянная времени которого т где L f, - индуктивность и сопротивление дросселя 7, Т - период питаюшего напряжения, гп - число фаз выпрямления.
Аналогично протекают процессы и в схеме выпрямительного устройства, в котором ДНС 1-d включены в разрыв нейтрали первичных обмоток трансформатора 8. Однако здесь изменяется количественное соотношение между током нагрузки I Q и током цепи управления I у . Процесс регулирования напряжения происходит при Id у ° зффнциент трансформации, W;( и NV. числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 8, - т.е. ток цепи управления меньше тока нагрузки в число раз, равное приблизительно коэффициенту трансформации.
Очередность работы ДНС 1-6 за период . напряжения первичного источника электроэнергии в управляемом режиме соответствует очередности работы вентилей вьшрямительного моста 9. При этом форма кривой тока цепи управления 1 у и форма кривой тока нагрузки 1 о( всегда идентичны и определяются величиной индуктивности линейного дросселя 7. При достато.чно большой индуктивности этого дросселя создается режим вьшужденного намагничивания ДНС 1-6 и шестая гармоника отсутствует как в токе нагрузки, так ив токе управления, т.е. осуществляется фильтрация высших гармонических этих токов. Кроме того, включение линейного дросселя 7 в общую цепь управления ДНС 1-6 является наиболее эффективным средством демпфирования тока нагрузки в переходных режимах.
вызванных скачкообразным изменением параметров нагрузки. Это объясняется тем, что напряжение, выделяемое на этом дросселе прикладывается к последовательно соединенным J ДНС фазы, принимающей нагрузку, и ускоряет процесс перемагничивания дросселя, вступающего в работу.
Формула изобретения
0 Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, линейный дроссель, выпрямительный мост, подключенный к трехфазной вторичной обмотке трансформатора, в каждой фазе кото5 рой в разрыв нейтрали звезды включены два импульсно-управляемых дросселя насыщения с совмещенными обмотками, выполненными в виде двух равных по числу витков секций, соединенных в каждой паре дросселей в
0 параллельную цепь из двух ветвей, образованных перекрестным согласно-последовательным соединением двух секций, принадлежащих разным дросселям этой napbi, причём, к точкам перекрестного соединения секций обмоток
5 дросселей насыщения каждой фазы подключен импульсный источник управляющего сигнала, отличающийся тем, что, с целью демпфирования тока нагрузки и токов управления дросселей насыщения при импульсном
0 изменении параметров нагрузки и улучшения масс-габаритных показателей, секции обмоток дросселей насыщения четных по очередности работы за период питающего напряжения соединены в одну нулевую точку, а секции нечетных дросселей - в другую нулевую точку
5 и между этими точками включен линейный дроссель.
Источники информадаи, принятые во внимание при экспертизе
