Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1981 года по МПК H02M7/06 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис- пользовано в системах электропитания приборов и средств радиоэлектроники, автоматики и йычисли ельной техники.

Известны трехфазньш преобразователи переменного напряжения в постояйное, содержащие девятифазный вентильный мост и трансформатор с тремя трехфазными вторичными обмотками, подключенными одним выводом каждой фазы к вентильному мосту, причем одна из вторичных обмоток соединена в звезду, а отпайка каждой фазы этой обмотки подключена к двум разноименным фазам вторичной обмотки 03Недостатки таких преобразователей заключаются в большом числе витков вторичных обмоток и в недостаточно высокой для ряда случаев частоте и большой амплитуде пульсации выпрямленного напряжения.

Известны также трехфазгше преобра:зователи переменного напряжения в

постоянное, содержащие трехфазный трансформатор с двумя группами вторичных обмоток, причем обмотки каждой группы соединены в звезду, а отводы обмоток одной группы через вентили подключены к соответствующим отводам обмоток другой группы t2,

Недостаток таких преобразователей заключается в большом числе витков вторичных обмоток.

to

Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий 6 п-фазный вентильный

ts мост и трехфазный трансформатор с двумя основными обмотками п вспомогательными обмотками в каждой фазе, причем начало одной основной обмотки каждой фазы подключено к началу дру20гой основной обмотки другой фазЫ и соответствующей фазе вентильного моста, каждая вспомогательная обмотка вклочена между соответствующим отво- 3 дом основной обмотки и фазой вентиль ного моста Гз. Недостатки известного преобразователя заключаются в большом количестве витков вторичных обмоток и большом внутреннем сопротивлении пре образователя. Цель изобретения - уменьше1Ше числа витков вторичных обмоток и сни жение внутреннего сопротивления греобразователя. Поставленная цель достагается тем что в преобразователе, содержащем бп-фазный вентильный мост и трехфазный трансформатор с двумя основ1шми и вспомогательными обмотками в каждой фазе, причем начало каждой основ ной обмотки каждой фазы подключено к началу другой основной обмотки другой фазы и соответствующей фазе вентильного моста, каждая вспомогательная обмотка включена между соответбтвующим отводом основной обмотки и фазой вентильного моста, в каждой ос новной обмотке введена дополнительная секция, начало которой соединено с последним отводом этой обмотки, а конец дополнительной секции одной ос новной обмотки каждой фазы подключен к концу дополнительной секции другой основной обмотки третьей фазы, приче общее число витков основной обмотки вместе с дополнительной секцией равн 1 ., ,Jr osriж--() &W -число витков вторичной обгде Д W мотки на 1В выходного напряжения ; DO - амплитудное значение выход ного напряжения, -1 для одной и Jb -1 дпя другой основной обмотки каждой фазы -общий для всех обмоток параметр в диапазоне оiV Iвитков каждой основной обмотцелой части величины ки равно азг Ц а параметры преимущественно выбираю равными п З. На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 - векторная диа рамма преобразователя для слзгчая n Ч в о, cL 1 , на фиг. 3 - то же, для случая п 5, 4 О, oL -1, на фиг то же, для случая п 3, f 5, «1 ДЛЯ одной и d -1 для другой обмотки} на фиг. 5 - то же, для случая п 3, Ч й на йиг. 6 - то же, дпя случая п 3, Ч Преобразователь (мг. 1} содержит трехфазный трансформатор, в каждой из фаз А, В и С которого имеются первые 1 и вторые 2 основные обмотки с дополнительными секциями 3 и 4, соответственно, и вспомогательные обмотки 5-8, а также бп-фазный вентильный мост, содержащий вентили 9. Начала первых основных обмоток 1 фаз А, В и С соединены с началами вторых основных обмоток 2 фаз В, С и А, соответственно, и подключены к соответствующим вентилям 9 моста, а концы дополнительных секций 3 обмоток 1 подключены к Концам дополнительных секций 4 основных обмоток 2 фаз С, А и В, соответственно. Отводы первых основных обмоток Г фаз А, В и С подключены к вспомогательным обмоткам 5 И 6 фаз С, А и В, а отводы вторых основных обмоток 2 фаз А. В и С - к вспомогательным обмоткам 7 и 8 фаз В, G и А, соответсгневно. Общее число витков каждой основной обмотки 1 (2) вместе с дополнительной 3 (4) равно Uo-lbr -sinif-tpH), flW где uW - число витков вторичной обмотки на IB выходного напряженир; (JQ - aMnjiHTyflHoe значение выходного напряжения, параметр, выбираемый в диапазоне О V 6 ; для первой 1 и |Ь для второй 2 основной обмотки. Число отводов каждой основной обмотки I (2) равно целой части велиЗпчины ). Число витков основ « S ной обмотки I и 2 от начала до 1-го отвода равно .i-.liLk. UW-UQ cosJC - где d « -1, если фаза вспомогательной обмотки совпадает с фазой другой основной обмотки, подключенной к данной, и d 1 в противном случае. Число витков вспомогательной обмотки,58, подключенной отводу, равно dl-uW.UoJr.SJjl.sin YJ cos Для случая d 1 отводы первых основных обмоток I фаз А, В и С подключены к началам вспомогательных об«оток 5-6 фаз С, А и В, а отводы вто рых основных обмоток 2 фаз А, В и Сif. началам вспомогательных обмоток, 7 ц 8 фаз В, С и А, соответственно. Для случая -1 отводы обмоток 1 фаз А, В и С соединяются с началами вспомогательных обмоток 5-6 фаз В, (; и А, а отводы обмоток 2 фаз А, В 1« С - с концами вспомогательньге обмоток 7 и 8 фаз С, Аи В, соответственно. Другие выводы вспомогательных обмоток 5-8 подключены к соответствующим вентилям 9 моста. В предлагаемой схеме обеспечивается создание одинакоъых по амплитуде напряжений, сдвинутых по фазе на равные углы. При этом частота пульсаций выпрямленного напряжения при нечетном п составляет 6nf, где f - частота пульсация питающего напряжения. На векторных диаграммах (фиг. 2-4) точки, соответствующие напряжениям на выводах основных и вспомогательных обмоток, подключенных к вентильному мосту, лежат на одной окружности и делят ее на Зп равных частей. При нечетном п каждая точка, например L, с двумя противолежащими наиболее удаленными точками, например Р и R, дает два результируншщх вектора напряжения (показаны штриховыми линиями) . Таким образом, получается система из Зп векторов, повернутых относительно друг друга на угол представляющих собой одинаковые по амплитуде напряжения, сдвинутые по фазе на равные углы. При четном п каждой точке L соответствует одна диа метрально противоположная точка и чис ло результирующих напряжений уменьшается вдвое, что приводит к уменьшению частоты и увеличению амплитуды пульса циц. Поэтому целесообразно выбирать п нечетным. В устройстве (фиг. 6) при DL - 3 выбрано значение параметра -7а При этом в первой основной обмотке (для которой (Ь -1) отвод совпадает с кон цом обмотки и число витков соответствующей вспомогательной обмотки равно нулю. Поэтому устройство содержит основные обмотки 1 и 2, начала которых соединены и подключены к вентилям 9 моста, только в первой основной обмотке I дополнительная секция 3 (фиг. О отсутствует, и конец обмотки 1 подключен г соответствующим вентилям 9 моста. Вторая основная обмотка 2 в фазе А, В и С содержит дополнительную секцию 4, конец которой подключен к концу первой основной обмотки 1 фаз В, С и А, соответственно, а отвод обмотки 2 подключен к вспомогательной обмотке 7 фаз В, С и .А (при i О или фаз С, А и В (при о1 « -1), соответственно. Другие выводы вспомо- гательных обмоток 7 подключены к вентилям 9 моста. Преобразователь работает следующим образом (4п1Г. 2). В начале периода фазы А, когда напряжение фазы А равно нулю, фазы В отрицательно и фазы С - положительно, включается пара вентилей 5, соответствующих точкам Р и К векторной диаграммы, и выпрямленное напряжение определяется суммой напряжений последовательно включенных обмоток 7 (фазы в) - 2(фазы А от первого отвода) 4(фазы А) - 3(фазы В) - 1(фазы В) 2(фазы с) - 3(фазы А) - 1(фазы А до первого отвода) - 5(фазы С) и параллельно включенных обмоток 7(фазы В)2(фазы А от первого отвода до начала) - 1(фазы с) - 3(фазы С) - 4(фазы В) - 2 (фазы в) - 1 (фазы А ov начала до первого отвода) - 5(фазы С). При дальнейшем изменении напряже,ния, на протяжении следующей Ч/6п части периода вместо вентиля 9, обозначенного на фиг. 2 буквой К, включается вентиль L (вектор PL) и происходит переключение с первого отвода обмотки 1 фазы А и первой вспомогательной обмотки 5 фазы С на другой отвод обмотки 1 фазы А и вторую вспомогательную обмотку 6 фазы С. В следующую I/6п часть периода происходит переключение с первого отвода обмот ки 2 фазы А и обмотки 7 фазы В на начало обмотки 2 фазы А (вектор RL), затем - на вектор РК и т.д. . , Аналогично происходит переключение напряжений и при векторных диаграммах, представленных на фиг. 3 и 4. Устройство,изображенное на фиг 6 работает аналогично. Перед началом периода напряжения .определяется вектором RK, т.е. включены обмотки 7(фазы В) - 2(фазы А от отвода до начала) - 1(фазы С) - 2(фазы В) и: параллельно включены обмотки 7 (фазы В) - 2 (фазы А от отвода до конца) - Цфазы в).- 2(фазы С) - I (фазы А). В начале периода происходит перекш)чение на вектор PL,т.е. включены обмотки 7(фазы В) - 2(фазы А от отвода до начала) - 1(фазы С) - 2(фа зы В ) - I(фазы А), и параллельно обмотки 7(фазы в) - 2(фазы А от отвода до конца) - Ифазы В) - 2(фазы С). Затем через 1/18 часть периода происходит переключение на вектор RL и т.д. Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства заключа/ется в меньшем числе витков вторичных обмоток и более низком внутренне сопротивлении трансформатора по срав нению .с известным, так как вводятся дополнительные секции в каждой основ ной обмотке и при этом исключаются три центральные обмотки, имеющиеся в известном. Число витков исключаемых центральных обмоток равно bs- w-uo- i - Число витков шести добавленных до полнительных секций, например для 30-фазного выпрямителя (п 5) при О и d -1, равно 072uW.,. ;f7 т.е. в два раза меньше. ля устройства, представленного на фиг. 6 общееi число витков составляет 3, 14 ДШ-Цо, а для известного - 3,58uUJUo,T.e. на 4% больше. Снижение внутреннего сопротивления в предлагаемом устройстве обеспечивается тем, что в нем основные обмотки образуют две параллельно включенные цепи. При п 3 и 4 О общее сопротивление обмоток предлагаемого устройства составляет 0,89Аг и о где дг - сопротивление обмотки с Altвитков, т.е. на 97% ниже, че у известного. При больших значениях п разница возрастает. Формула изобретения Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий бп-фазный вентильный мост и трехфазный трансформатор с двумя основными обмотками и вспомогательга)1ми обмотками в каждой фазе,/причем начало одной основной обмотки каждой фазы подключено к началу другой основной обмотки другой фазы и соответствующей фазе вентильного моста, каждая вспомогательная обмотка вкгаочена между соответствующим отводом основной обмотки и фазой вентильного .моста, о и ч а и щ и и с я тем, что, с целью уменьшения числа витков вторичных обмоток и снижения внутреннего сопротивления преобразователя, в каждой основной обмотке введена дополнительная секция, начало которой соеданено с последним отводом этой обмотки, а конец дополнительной секции одной основной обмотки каждой фазы подключен к концу дополнительной секции другой основной обмотки третьей фазы, причем общее число витков основной обмотки вместе с дополнительной секцией равно 1 sin(i+(54), . 6ti где W - число витков вторичной обмотки на 1 В выходного напряжения ; УО - амплитудное значение выходного напряжения, Р - 1 для одной и (Ь - 1 для другой основной обмотки каждой фазы, Ц - общий для всех обмоток патграмстр в диапазоне 04 т число отводов каждой основной обмотки равно целой части величины . + + 2 , а параметры выбирают преимущественно равными п 3,. Источники информадаи, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР , кл. Н 02 С 7/06, 1977. 2 i Авторское свидетельство СССР № 504281, кл. Н 02 М 7/06, 1977. 3. Авторское свидетельство CCCf по заявке № 2593809/07, кл. Н 02 М 7/06, 1976 (прототип).

Фue.Z

.3

Ф|/г.А

(fut,S

).,«

-WЦ 1

в

кн -кн

-кь-кн

h

Kh

н

Фиг. 6