Преобразователь переменногоНАпРяжЕНия B пОСТОяННОЕ Советский патент 1981 года по МПК H02M7/06 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в мощных выпрямительных установках для питания низковольтных сильноточных потребителей постоянного тока - гальванических и электролизных ванн, аккумуляторных батарей и т. д.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, выполненный по схеме звезда-шестифазная звезда с однофазной компенсационной обмоткой с числом витков,, равным числу витков фазы вторичной обмотки, и подключенной началом к общей точке соединения вентиля и вторичной обмотки одной фазы и концом- к общей точке соединения вентиля и вторичной обмотки смежной фазы 1.

Наиболее близким к предложенному преобразователю является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий вентили и трансформатор с трехфазной первичной обмоткой, соединенной в звезду и подключенной к входным выводам, и двумя трехфазными вторичными обмотками, одна из которых соединена в прямую, а другая - в обратную звезды, причем вторичные обмотки объединены в шестифазную звезду, нулевая точка которой подключена к одному из выходных выводов, к каледому из ее концов подключен

вентиль, а между каждыми двумя обмотками смежных фаз включена компенсационная обмотка 2.

Однако эти преобразователи имеют значительную установленную мощность.

Целью изобретения является снижение установленной мощности.

Это достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий вентили и трансформатор с трехфазной первичной обмоткой, соединенной в звезду и подключенной к входным выводам, и двумя трехфазными вторичными обмотками, одна из которых соединенав прямую, а другая - в обратную звезды, причем вторичные обмотки объединены в шестифазную звезду, нулевая точка которой подключена к одному из выходных выводов, к каждому из ее концов подключен

вентиль, и между каждыми двумя обмотками смежных фаз включена компенсационная обмотка, дополнительно введен трехфазный уравнительный реактор, начала обмоток которого объединены в общую точку, подключенную к другому выходному выводу, а каждый из ее концов подключен к двум вентилям, первый из которых соединен с одним из концов обмоток указанной шестифазной звезды, а второй - с одним из начал обмоток этой звезды. На фиг. 1 дана принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 а-е - формы токов и напряжений, характеризующих работу преобразователя. Схема преобразователя содержит трансформатор 1 с первичными обмотками 2 и вторичными обмотками 3, 4, 5 (фазы вторичных обмоток - аз, а4, Ьз, Ь4, Сз, С4, а компенсационные обмотки - ag, ЬБ, Сз), вентили 6-11 и уравнительный реактор 12. ю Концы первичной обмотки 2 трансформатора I, соединенной в звезду, образуют входные выводы преобразователя. Общая нулевая точка его вторичных обмоток 3, 4, соединенных в прямую и обратные звезды ц5 и образующих щестифазную звезду, подключена к одному выходному выводу преобразователя, а их свободные фазные концы и начала подключены через пары вентилей 6 и 9, 10 и 7, 8 и И соответственно к о свободным фазным концам обмоток трехфазного уравнительного реактора 12, объединенные начала которых образуют второй выходной выводы преобразователя. Преобразователь работает следующим 25 образом. При подаче на вход преобразователя питающего напряжения на его вторичных обмотках формируется 01естифазное переменное напряжение EZ. Поскольку фазные кон- зо цы и начала обеих вторичных обмоток 3, 4 трансформатора 1 подключены к выходным зажимам преобразователя через пары вентилей б и 9, 10 и 7, 8 и 11 и фазные обмотки уравнительного реактора, происходит gg независимое выпрямление трех однофазных вторичных напрялсений по трем двухфазным выпрямителям со средней точкой, образованным указаннымн парами вентилей и фазными вторичными обмотками 3, 4 40 трансформатора 1. Поскольку амплитуды переменных напрял ений, формируемых на выходах указанных двухфазных выпрямителей, сдвину- ты между собой по фазе на 60 эл. град, на 45 выходных зажимах преобразователя формируется щестипульсное постоянное напряжение, величина которого представляет собой среднее арифметическое от мгновенных значений выпрям легшых наирял ений от- go дельных трех двухфазных выпрямителей: (Jd --(UdG,9+ UdlO,7+ UdS.ll)(3 Как видно из фиг. 2а, число пульсаци.й б5 выпрямленного напряжения на выходных зажимах преобразователя равно 6, а амплитудное и среднее значение его равны соответственно 2 Y/ 2Е2 и 0,9Е2. Выравнивание напряжений всех фаз вторичных обмоток 3, 4 трансформатора в любой момент времени обеспечивается 65 уравнительным реактором 12, к фазным обмоткам которого прикладывается разность мгновенных значений выпрямленных напряжений соответствующего из трех двухфазных выпрямителей и результирующего на выходе преобразователя. Благодаря описанному трижды двухфазному релсиму работы преобразователя проводимость вентилей в нем составляет по 180 эл. град., т. е. в любой момент времени в проводящем состоянии находится три вентиля. Соответственно в три раза снил ается и среднее значение тока через каждый вентиль по сравнению с прототипом, где каждый вентиль находится в проводящем состояний по 60 эл. град. (см. фиг. 2а). Однако режим токораспределения по вторичным обмоткам 3, 4 благодаря наличию компенсационных обмоток оказывается существенно отличным от известных схем трижды двухфазных преобразователей f2. Рассмотрим работу одного из треугольников a3C4bs. Допустим, что в момент to начинает работать фаза аз и работает вентиль 6 (см. фиг. 1). Поскольку встречно-параллельно фазе аз оказываются подключенными согласнопоследовательно между собой соединенные фазы С4, bs, происходив перераспределение тока - по этим обмоткам в соотношении в момент времени t происходит выравнивание напряжений на вторичных обмотках аз и С4. Обе обмотки работают параллельно и независимо в течение интервала времени ti-12-ts через вентили 6 и 7, пропуская токи 1аз icj -Поскольку В ПрОводящем состоянии находятся оба вентиля 6 и 7, через компенсационную обмотку bs выпрямленный ток не протекает g момент времени ta потенциал начала обмотки С4 оказывается выше потенциала конца обмотки аз. Вентиль 6 запирается и в проводящем состоянии остается только вентиль 7. Происходит очередное перераспределение тока вентиля 7 по вторичным обмоткам в соотнощении ir - - ; -Ь. .ь, -В момент времени t4 завершается работа вентиля 7, а через 120 эл. град, цикл работы рассматриваемого треугольника вторичных обмоток повторяется. Аналогично работают со сдвигом по фазе в 120 эл. град, и остальные два обмоточных треугольника.

На фиг. 26-д приведены формы токов, протекающих через вторичпые обмотки преобразователя при работе его па активпую пагрузку. Видно, что каждая фаза вторичных обмоток 3, 4 проводит ток в течение 240 эл. град. Каладый импульс тока состоит из трех ступеней.

Для фазных обмоток 3 (прямая звезда)

первая ступень составляет- --длитель«3о

ностью в 60 эл. град., вторая ступень составляет - длительностью в 120 эл. град. 3и третья ступень составляет- 1 длитель3 о

ностью 60 эл. град.

Для фазных обмоток 4 (обратная звезда) первая и третья ступени тока меняются местами.

Через каждую из фазных компенсационных обмоток 5 протекают по два разно-. полярных импульса тока со сдвигом по фазе в 180 эл. град, длительностью по 60 эл.

град, и с мгновенным значением {5 -

ii

3

Вследствие описанного токораспределения по вторичным обмоткам трансформатора суммарный ток (поток) по стержням магнитопровода трансформатора оказывается скомпенсированным, магнитная система трансформатора оказывается уравновешенной относительно потока утроенной частоты и преобразователь может работать при соединении первичной обмотки трансформатора в звезду.

Благодаря тому, что проводимость вентилей увеличена с 60 до 180 эл. град., среднее значение протекающего через них тока снизилось в 3 раза, а действующее значение тока - в 3-1,73 раза.

Поскольку нагрузочная способность вентилей определяется их нагревом от действующего значения тока и от коммутационных потерь, при включении - отключении вентилей, практически можно оценить увеличение коэффициента использования вентилей по току не в 1,73, а в 1,4-1,5 раз. Соответственно и снижается установленная мощность вентилей.

Благодаря увеличению длительности импульсов тока в рабочих вторичных обмотах трансформатора до 240 эл. град. (т. е. в два раза по сравнению с прототипом) при соответств)пощем снижении максимального тока в три раза, а также снижению в

три раза тока в компенсационных обмотках расчетная мощность трансформатора снижается до 1,35 Pd.

Дополнительным конструктивно-технологическим эффектом можно считать снижение действующего значения тока вторичных обмоток трансформатора при одновременном увеличении их напряжений с - до

1 ,ОО

-Q-g-, Т. е. в 1,5 раза, что значительно упрощает конструктивное исполнение низковольтных и сильноточных трансформаторов. В частных; случаях этот факт может выступать и рещающим при выборе конкретной схемы преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжеПИЯ в постоянное, содержащий вентили и трансформатор с трехфазной первичной обмоткой, соединенной в звезду и подключенной к входным выводам, и двумя трехфазными вторичными обмотками, одна из которых соединена в прямую, а другая - в обратную звезды, причем вторичные обмотки объединены в щестифазную звезду, нулевая точка которой подключена к одному из выходных выводов, к из ее

концов подключен вентиль, а между каждыми двумя обмотками смежных фаз включена компенсационная обмотка, отличающийся тем, что, с целью снижения установленной мощности, дополнительно введен

трехфазный уравнительный реактор, начала обмоток которого объединены в общую точку, подключенную к другому выходному выводу, а из ее концов подключен к двум вептилям, первый из которых соединен с одним из концов обмоток указанной щестифазной звезды, а второй - с одним из начал обмоток этой звез,:ы.

Источники информации, принятые во внимание при эк/пертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 547946, кл. Н 02 М 7/02, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2608665/24-07, кл. Н 02 М 7/02, 1978.

т - -f- г-Ч -- --- -..1,

J - Т / Т (..14---4-}- J-и

5 -Фаг. i

/ -Чч1-L-J fff

1,

i

г 1с

, f %

t