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

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис- i пользовано в качестве источника постоянного напряжения. Известны устройства для выпрямления многофазного напряжения содержащие вентильные мосты с приложенными к ним системами многофазных напряжений с взаимным сдвигом на 30 эл. град с помощью силовых трансформаторов, первичные обмотки которых присоединены к многофазной сети l и 12.

Недостатком этих выпрямительных , устройств является относитель ное ухуд шение энергетических показателей по мере роста нагрузки, что обусловлено соответствующим возрастанием угла коммутации; Это вытекает из особенностей работы вентильного MOCTeiV связывающего многофазное напряжение питающей сети с нагрузкой, описываемых схемой замещения из системы ключей, поочередно подключающих приемник постоянного тока к различным фазам питающей сет и.-Обычный алгоритм переключения этих ключей обуславливает бестоковые интервалы на входе каждой из вентильных ветвей многофазного мое та длительностью в шестую часть периода промышленной частоты. Поскольку

к вентильной ветви выпрямителей- присоединена только соответствующая фаза вторичной обмотки питающего трансформатора, ток в этой фазе вторичной

обмотки трансформатора должен также иметь форму меандра в виде знакопеременных прямоугольников, чередуелых с бестоковыми паузами, что нереализуемо из-за электромагнитной инерции

обмотки. Под воздействием энергии магнитного поля, запасенной ранее в ин- дуктивном сопротивлении рассеяния этой фазы вторичиой обмотки пита1ацего трансформатора, происходит затягиЕайие откршюго состояния вентиля соответств ощей фазы вентильных ветвей при одновременном отпирании другого вентиля той же вентильной группы моста. Следствиями такого коммутационного

процесса являются увеличение угла

сдвига по фазе между основными составляюцта напряжения и тока в фазах обмоток питающего трансформатора и соответствующее ухудшение его энереретических показателей.

Наиболее близким к изобретению является трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий три выпрямителя, в каждом

из которых .вентили соединены по трех-, фазной мостовой схеме, три конденсатора, соеДиненньгх в треугольник и че тыре трехфазных трансформатора, из которых первичные бмотки первых- дву подключены к трехфеГзной питаквдей сети, вторичная обмотка первого трансформатора соединена в звезду: и под лючена последовательно в каждом фаз соединенной в звезду, к первичной об мотке третьего трансформатора, а к их общим точкам оединения подключен вход переменного тока первого выпрямит ля, вторичная обмотка второго трансфор матора соелинена в треугольник, каж дая из верШин которого соединена с со ответствуквдей вершиной, соединенной в треугольник первичной обмотки четвертого трансформатора и их общим точкам соединения подключен вход переменного тока третьего вьшрямителя, вторичные обмотки третьего и четвертого трансформаторов- в каяздой фазе соединены последовательно с обратным чередованием фаз и к свободным концам вторичной обмоткн третьего транс Форматора подключен вход переменного тока второго выпрямителя, а все выпрямители по выходу соединены параллельно, причем со стороны одних од-, ноименных выводов силовых электродов вентилей выпрямители соединены непосредственно, а со стороны других через дроссели р. Недостатки известного преобразователя заключаются в невозможностк создания режима непрерывного тока в цепи вторичных обмоток первых двух трансформаторов на основной частоте, большом угле коммутации вентилей, невозможности получения любой заданной величины входного коэффициента мовд НОСЧИ и, т. д. Цель изобре-гения - улучшение энергетических показателей. Поставленная цель достигается тем что в преобразсвателе третий и четвер тый трансформаторы сиабжены каждый одной дополнительной трехфазной об-. моткой, причем .дополнительнак обмот ка третьего тран(рформатора соединена., в звезду и свободными концами подключена последовательно с обратным че редованием фаз к соответствующим фазным концам дополнительной обмотки четвертого трансформатора, из других концов которой подключен к .соответетвугаадей вершине треугольника конденсатороа, а свободны концы вторичной обмотки четвертого трансформатора объединены. На чертеже схематически изображен предлагаемый преобразователь. Преобразователь содержит трансформаторы 1 и 2, вшфямктели 3 и 4, собранные на вентилях по трехфазной мост вой схеме, входы переменного тока которых присоединены к вторичным обмоткам 5 и б траисформаторов 1 и 2, первичные обмотки 7 к 8 которых подключены к трехфазной сети. Первичная обмотка 9 трансформатора 10 соединена в звезду и подключена к обмотке 5, соединенной также в звезду. Первичная обмотка 11 трансформатора 12 соединена в треугольник и подключена к соединенной в -треугольник вторичной обмотке б трансформатора 2. Вторичные обмотки 13 и 14 трансформаторов 10 и 12 соединены пофазно-последовательно и одними свободными концами подключены к входу выпрямителя 15 пе-, ременного тока, собранного по трехфазной мостовой схеме на вентилях, а их другие концы объединены. К выходу параллельно соединенных выпрямителей подключена нагрузка 16. Каждый из трансформаторов 10 и 12 снабжен дополнительной обмоткой 17 и 18, .соответственно. Причем дополнительная обмотка 17, соединена в звезду и свободными концами подключена последовательно с обратными чередованием фаз к соответствующим одним фазным концам дополнительной обмотки 18, каждый из других концов которой подключен к соответствующей вершине треугольника конденсаторов 19. Фазы обмоток 7, 14 и 17 соответствуют фазам обмоток 8, 13 и 18 трансформаторов 1, 2, 10 и 12. При этом к одним и тем же линейным проводам питанвдей сети присоединены те же фазы обмоток 7 и 8. Соответствующие фазы обмоток 13 и 14 соединены последовательно, причем характер магнитной связи указанных обмоток, например трансформатора 10, протиноположен характеру этой связи соответствующего трансформатора 1. В последовательное соединение ормоток 17 и 18 входят те же фазы, которым соответствуют присоединенные к одним проводам питающей сети фазы первичных обмоток 7 и 8 трансформаторов 1 и 2. Из разметки одноименных зажимов обмоток 17 и 18 и и обмоток 13 и 14 следует взаимно противоположный характер магнитной связи в обмотк,ах 13 и 18, входящих в последовательное соединение обмоток 13 и 14, или 17 и 18. К соединенным треугольником конденсаторам 19 приложено трехфазное несинусоидальное напряжение, содержащее наряду с основной гармоникой также одиннадцатую, тринадцатую, двацать третью гармонику и гармоники более высокого порядка. К входу выпрямителя 15 переменного тока приложено несинусовдапьное напряжение, не имеющее основной составляющей, а его наименьшими гармониками являются пятая и седьмая. Работа выпрямителя в идеальном случае должна характеризоваться шестью тактами поочередного подключения нагрузки к различным парам фаз вторичной обмотки питающего трансформатора с помощью соответствующих пар

вентилей этого моста. При этом кривая тока каждой фазы вторичной обмотки, питающей выпрямитель, должна выражаться меандром, содержащим также бестоковые паузы продолжительностью в шестую часть периода кгшдая Такая кривая входного тока выражается суммой основной составляющей и 1нечетных гармоник, некратных трем.

Включение параллельно вторичной обмотке 5 трансформатора 1 обмотки 9 трансформатора 10, а параллельно вторичной обмотке б трансфо:рматора 2 обмотки 11 трансформатора 12 позволяет ;

а) избежать затягивание коммутационного процесса в вентилях соответствующих выпрямителей 3 и 4, поскольку энергия магнитного поля, запасенная в индуктивном сопротивлении рассеяния обесточиваемой фазы вторичной ка сдого из трансформаторов 1 и 2, передается соответствующим трансфор1 аторам 10 и 12 через обмотки 9 и 11, а затем через обмотки 17 и 18 этих трансформаторов - конденсаторной батареей 19;

б) отводить значительную часть энергии пятой, седьмой и некоторых других гармоник на входе вьтрямителей 3 и 4 в цепь параллельно соединенных с ними обмоток 9 и 11 трансфоматоров 10 и 12, откуда она через посредство последовательно с5оединенных обмоток 13 и 14 этих трансформаторов передается на вход выпрямителя 15, а после выпрямления в нем соответ- ствующих гармониче.ских составляющих напряжения - в нагрузку 16.

Изобретение обеспечивает:

а)повышение коэффициента мощност за счет существенного уменьшения угла коммутации,-обусловленное передачей в цепь обмоток 17 и 18 и конденсатора 19 энергии магнитного поля, запасаемой в индуктивных сопротивлениях рассеяния обесточиваемых фаз втричных обмоток 5 и 6 трансформаторов 1, 2;

б)увеличение коэффициента полезнго действия за счет утилизации значительной части энергии пятой, седьмой

и некоторых других высших гармоник входного тока основных вентильных мостов.

в)предотвращение повторного отпир ания того вентиля выпрямителя 3 или 4, который в соответствии- с алгоритмом переключений вместе с последовательно соединенной фазой вторичной обмотки трансформатора 1 или 2 должен проходить бестоковую паузу в продолжение шестой части цикла коммутации или периодапитающей сети.

Причиной повторного отпирания вентиля является наличие запаса энергии в магнитном поле индуктивности рассеяния фазы вторичной обмотки одного из трансформаторов 1 и 2 к моменту

предполагаемого начала ее бестоковой паузы. Повторное отпирание вентилей предотвращается благодаря отводу части энергии магнитного поля индуктивности рассеяния вторичной обмотки одного из трансформаторов 1 и 2 на вход выпрямителя 15 на частотах пятой и седьмой гармоник и отводу другой части этой энергии в конденсаторы 19 на основной частоте с последуквдим ее возвращением на входы выпрямителей 3 и 4 и дальнейшей, передачей нагрузки постоянного тока. Это способствует улучшению входного коэффициента мощности и вместе с утилизацией энергии наиболее значитель5ных высших гармонических приводит к улучшению энергетических показателей.

. Формула изобретения

0

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий три выпрямителя, в каждом из которых вентили соединены по тр-зхфазной мостовой схеме, три конденсатора,

5 соединенных в треугольник и четыре трехфазных трансформатора, из которых первичные обмотки первых двух подключены к трехфазной питающей сети, вторичная обмотка первого трансформа0тора соединена в звезду и подключена , последовательно в каждой фазе, соединенной в звезду первичной обмотке третьего трансформатора, а к их общим точкам соединения подключен вход

5 переменного тока первого выпрямителя, вторичная обмотка второго трансформатора соединена в треугольник, каждая из вершин которого соединена с соот.ветствующей вершиной, соединенной в

0 треугольник первичной обмотки четвертого трансформатора и их общим точкам соединения подключен вход переменного тока третьего выпрямителя, вторичные обмотки третьего и четвертого трансформаторов в каждой фазе

5 соединены последовательно с обратным чередованием фаз и к свободным концам вторичной обмотки третьего трансформатора .подключен вход переменного тока второго выпрямителя, а все выпря0мители по выходу соединены параллельно, причем со стороны одних одноименных выводов силовых электродов вентилей выпрямители соединены непосредственно, а со стороны других - через

5 дроссели, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, третий и четвертый трансформаторы снабжены каждый одной .дополнительной трехфазной обмот0кой, причем дополнительная обмотка третьего трансфо ялатора соединена в звезду и свободными концами подключена последовательно с обратным чередованием фаз к соответствующим одним фазным концам дополнительной обмотки

5

ютверторо трансформатора; каждый из других концов которой подключен к соответству мдей вершине треугольника конденсаторов, а свободные концы вторичной обмотки четвертого трансформатора Объединены.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи,. 1956, Госэнергоиздат, с. 26-33. 4.1.

2.-Авторское свидетельство СССР 114549, ют. Н 02 М 7/06, 1958,

3. Авторское сйидетельство СССР по заявке № 2685587, кл. Н02М7/06, .1978.