Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/06 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛБ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

1

j Изобретение относится к преобразоватепьной технике и может быть испопьзовано в системах эпектропитания приборов и средств радиоэггектроники, автоматики и вычислительной техники.

ИзЬестны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащие девятифазный вентильный Мост и трансформатор с. трем я трехфазны ми втор)ичнь1ми обмотками, подключенными одним выводом каждой фазы к вентильному мосту., причем одна из вторичНЬ1Х обмоток соединена в звезду,, а отпайка каждой фазы этой обмотки подключена к двум разноименным фазам вторичной обмотки 1 .

.Недостатком такого преобразователя является большое число ви-тков вТоричной-обмотки и большая амплитуда пульсаций выходного напряжения.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь трехфазного пере-. менного напряжения в постоянное, содер; жапшй трехфазный трансформатор и 6 Т1 фазный вентильный мост, включающий три группы по П пар вентилей с номерами 1, ..., П , П + 1, ... 2п, 2п+ 1, .... 3 соответственно, причем в каждой группе между каждыми двумя смежными парами вентилей последовательно включены две вторичные обмотки разных фаз 21

Недостатком известного преобразователя является его болъщое внутреннее сопротивление, что, приводит к низкому КПД,

10

Цель изобретения - повышение КПД за счет уменьшения внутреннего сопротивления..

Поставленная цепь достигается тем, что в трансформатор введены дополни15тельные вторичные обмотки, причем между каждыми двумя смежными крайними дарами вентилей соседних групп с номерами i и 1 + 1, где j 2n, 3n, включены последовательно две дополни20тельные вторичные обмотки разных фаз с числом витков

ДШ.15д-: -31П

6J( где Л U) - число витков вторичной обмотки на 1В выходного напряжения;UQ - амплитудное значение выходного напряжения; ( - начальная фаза напряжения данной обмотки; дЦ - сдвиг фазы напряжения другой обмотки относительно данной; ({ параметр, общий для всех обмоток, выбранный в диапа3OHe04oLi 0,5, причем положительное значение числа витков соответствует подключению обмотки началом, а ртридательное - концом в сторону 1-и тары вентилей.. , Кроме того, вторичные обмотки выпдл нены со средними отводами, подключенны ми к соответствующим фазам вентильного моста иш к обмоткам других фаз. Кроме того, выводы (начало и конец) каждой вторичной обмотки, имеющей сред ний отвод, подключенный к фазе моста, соединены с соответствующими выводами (началом и концом) таких же обмоток двух других фаз, и к точке соединения начал двух .таких обмоток подключен конец вторичной обмотки третьей фазы, начало которой подключено к соответствующей фазе вентитвьного моста, причем выбраны значения параметров щ 3, ct 0Кроме того, каждая фаза содержит две вторичные обмотки, одна из которых имеет один, а другая - два средних отвода, йодкпюченных к соответствующим фазам вентильного моста, причем выводы (началои конец) каждой обмотки с одним числом отводов соединены с соответствующими выводами (началом и концом) обмоток с другим числом отводов двух других фаз, причем выбраны значения параметров П 3fd. 0,25. На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователи по п. 1 формулы изобретения; на фиг. 2 - векторная диаграмма этого устройства прИ|П 5 для случая cLsO; на фиг. 3 - то же, дйя слу чая At:0,25; на фиг. 4 - электрическая, схема преобразователя по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 5 - соответствующа51 векторная диаграмма для случая на фиг, 6 - то же, для случая П 3, d О; на фиг. 7 - то же, для случая п 5, dbO,25; на фиг. 8 - электричебкая схема преобразователя по п. 3 формулы изобретения; на фиг. 9 - соответствующая векторная диаграмма; на фиг. 10 - электрическая схема преобра-; зоват§ля по п. 4 формулы изобретения; t на фиг. 11 - ;векторная диаграмма. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное (фиг. 1 ) содержит бп-фазный вен1ипьный мост, включающий три группьт 1, 2 и 3 по и пар вентилей 4, 5, 6... 7, 8 в каждой паре. При этом первой паре вентилей 4 соответствует в первой группе 1 номер. 1, во второй группе 2 номер п +1, в третьей группе 3 номер 2п+1, второй паре вентилей 5 соответствует в первой группе 1 номер 2, во второй 2 - номер 11+2, в третьей 3 - номер 2п + 2 и т.д. Последней паре вентилей 8 соответствует в первой группе 1 номер п, во второй 2-номер 2п,в третьей 3-номер ЗпУстройство содержит трехфазный трансформатор с вторичными обмотками 9, 10, 11, 12, ,..,13, 14 и дополнительными вторичными обмотками 15 и 16 в каждой из фаз А, В, С. Между каждыми двумя смежными парами вентилей в каждой из групп 1, 2 и 3 последовательно включены две вторичные обмотки разных фаз; между парами вентилей 4 и 5 - вторичные обмотки 9 и 1О, между парами вентилей 5 и 6 - обмотки 11 и 12 и т. д.; наконец, между парами вентилей 7 и 8 - обмотки 13 и 14. Между крайними парами вентилей соседних групп (парами 9 группы 1 и 4 группы 2, парами 8 группы 1 и 4 группы 3, 8 группы 3 и 4 группы 1) последовательно включены две дополнительные вторичные обмотки 15 и 16 соответствующих фаз. Число витков каждой основной .и дополнительной обмотки, включаемой между i -и и (i + 1)-й парой вентилей, и направление ее включения в зависимости от выбора фаз пары обмоток определяется по формуле - w- lr- f- -T liHгде л Ю- число витков вторичной обмотки на 1В выходного напряжения; UQ- амплитудное значение выходного напряжения; - начальная фаза напряжения данной обмотки (О, - - для фаз А, В, С, соответственно); Alf- сдвиг-(отставание) фазы напряжения другой обмотки относительно данной; а( - параметр, общий для всех обмоток, выбираемый в диапазоне ,5.

При этом попожитепьное значение чиспа витков соответствует подключению обмотки началом, а отрицательное - концом в сторону i -ой пары вентипей.

В схеме обеспечивается создание одинаковых по амплитуде напряжений, сдвинутых по фазе на равные углы. При этом частота пульсаций выпрямленного напряжения при нечетном п составляет бп, где - частота питающего напряжения.

«

На векторной диаграмме (фиг. 2 и 3) точки, соответствующие напряжениямна выводах вторичных обмоток, подключенных к вентильному мосту, лежат на од ной окружности и делят ее на Зп равны частей. При нечетном Г) каждая точка, например Ц с двумя противолежащими наиболее удаленными точками, например, Р и R, дает два результирующих вектора напряжения (показаны штриховыми линиями). Таким образом, получается система из 3 п векторов, повернутых относительно друг друга на угол - и представляющих собой одинаковые по амплитуде напряжения, сдвинутые по фазе на равные углы.

При четном п каждой точке ( U ) соответствует одна диаметрально противоположная точка, и число результирующих напряжений уменьшается вдвое, что приводит к уменьшению частоты и увеличению амплитуды пульсаций, поэтому .целесообразно выбирать п нечетным.

Преобразователь (фиг. 1,векторная диаграмма - фиг. 2 и 3) работает еле- дующим образом.

В начале периода фазы А, когда напряжение фазы А равно нулю, фазы В отрицательно и фазы С - положительно, будет включена пара вентилей; 7 груп- пь 3 (левый на фиг. 1) и 5 группы 2 (правый на фиг. 1), соответствующие токам К и Р на фиг. 2. Выпрямленное напряжение будет определяться суммой напряжений последовательно включенных об моток: 10 фазы В - 9 фазы А - 16В15А. - 14В - 13А. - ... -12С - 11В 10А-9С - 16А-15С-14А-13С и, парал,леиьно, llC-12A-...-iзB-14C-15B-16C9B-10C-llA-12B-... При дальнейшем изменении напряжения, на протяжении слдующей 1/6П части периода, вместо вентиля 7 группы 3 включатся вентиль 8 этой группы (точка U на фиг. 2). При этом обмотки 14А и 13С. переключаются из первой ветви во вторую (в противофазе).

В следующую 1/6 и часть периода вместо вентиля 5 группы 2 включится

вентиль 6 группы 2 (точка R на фиг.2). Произойдет переключение обмоток 11C, 12А из второй ветви в первую (в противофазе) и т.. д.

Аналогично происходит переключение обмоток и при векторной диаграмме, представленной на фиг. 3.

В устройстве, представленном на фиг. 4 две обмотки одной и той же фазы, одна из которых включена между (1-1)-й и i -и, а другая между i -и и (1+1)-й парами вентилей, заменены одной обм.о-гкой со средним отводом, подключенным к 1 -и паре вентилей. Устройство содержит такой же. вентильный мост, включающий три группы 1, 2 и 3 пар вентилей 4, 5, 6 ... 7, 8 и трехфазный трансформатор со вторичными обмотками 17, 18, ... 19, 20, 21 и 22. в каждой из фаз А, В, С. Обмотки 17, 2О, 21, 22 выполнены со средними отводами, подключенными к соответствующим парам вентилей, 4, 5 ... 7, 8.

Выводы (начала и концы) соответствующих обмоток соединены между собой так, что между двумя соседними парами вентилей, как и в предыдущем устройстве, включены две обмотки (или их части) различных фаз. Число витков каждой части в зависимости от номеров пар вентилей и от фаз включаемых обмоток ; определяется приведенной выше формулой. Векторные диаграммы представлены на фиг. 5, 6, 7. При этом диаграмма на фиг. 5 соответствует устройству, ставленному на фиг. 4, для случая , d-O; на фиг. 6 - для случая vi на фиг. 7 - для случая ti-5, ,2S. В -последнем случае вторичные обмотки имеют по несколько отводов, одни из которых подключены к парам вентилей, а .другие - к одним выводам других вторичных обмоток, другие выводы которых подключены к парам вентилей.

Устройство, представленное на фиг. 4, работает аналогично предыдущему.

В начале периода фазы А включены два вентиля; 7 группы 3 (левь1Й на фиг. 4) и 5 группы 2 (правый),соответствующие точкам К и Р на фиг. 5. Выпрямленное напряжение будет определяться суммой напряжений последовательно включенных обмоток: 17 фазы А (от отвода до начала) - 18С ... -19А-20С22В-21С-17В-18А...-19В-2ОА (от конца до отвода) и, параллельно, 17А (от отвода до конца) - 21В-22А-2ОВ-19С...-18В-17С-21А-22С-20А (от начала до отвода). 7: При дальнейшем изменении напряжения, на протяжении следующей 1/6 части периода, вместо вентиля 7 группы 3 включается вентиль 8 этой группы (точка Ц на фиг. 5). При этом обмотки 20А (от отвода до начала) и 22С (от конца до отвода) переключаются в противофазе из второй в первую ветвь, В следующую 1/6 часть периода вместо вентиля 5 группы 2 включается вентиль 6 этой группы (точка R на диаграмме) и т.д. Аналогично происходит переключение обмоток и при векторных диаграммах, представленных на фиг. 6 и 7. Преобразователь, представленный на фиг. 8, содержит 18-фазный вентильный мост, включающий три группы 1, 2 и 3 пар вентилей 4, 5, 6 и трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками 23, 24 и 25 в каждой фазе А, В, С. Обмотки 23 и 24 выполнень со средним отводом, подключенным к па рам вентилей 6 и 4 соответствующих групп. Начало и конец каждой обмотки 23 и 24 соответствующей фазы А, В, С соединены с соответствующими выводами (началом и концом) обмоток; 24 и 23 двух других фаз соответственно. К точке соединения начал обмоток 23 и 24 двух фаз подключен конец обмотки 25 третьей фазы, начало которой подключено к паре вентилей 5 соответствующей группы. Число витков каждой части обмотки определяется по указанной формуле, причем с1 О. Устройство работает аналогично описанным. В начале периода фазы А включены вентиль 4 группы 2 (правый на фиг. 8) и вентиль 6 группы 3 (левый), соответствующие точкам Р и К на векторной диаграмме (фиг. 9). Выпрямленное напряжение определяется, суммой напряжений последовательно включенных обмоток 23 фазы А (от отвода до конца) -24В 23С - 24А (от конца до отвода) и, параллельно 23А (от-отвода до качала) 24С-23В - 24А (от начала до отвода). На протяжении следующей 1/18 части периода произойдет переключение с вентиля 4 группы 2 на вентиль 5 той же группы. При этом часть обмотки 23А от отвода до начала переключится в противофазе из второй ветви в первую, и в обе ветви включится обмотка 25В, и т.д Преобразователь, представленный на фиг. 1О, содержит такой же 18-фазнй1Й вентильный мост, как и предыдущее устройство и трехфазный трансформатор с 33в; двумя обмотками 26 и 27 в каждой фазе А, В, С. Обмотка 26 имеет один, а обмотка 27 - два отвода, подключенных к соответствующим фазам вентильного моста. Начало и конец каждой обмотки 26 (27) каждой фазы соединены соответственно с началом и концом обмоток 27 (26) двух других фаз. Число витков каждой части обмотки определяется по указанной формуле, причем ,25. Устройство работает аналогично предыдущему. Перед началом периода фазы А вкточены вентиль 4 группы 2 и вентиль 5 группы 3 (точки Р и К на векторной диа.грамме фиг. 11). Выпрямленное напряжение определяется суммой напряжений последовательно включенных обмоток 26А (от отвода до конца) - 27В - 26С27А (от конца до первого отвода) и, параллельно, 26А (от отвода до начала) 27С-26В-27А (от начала до первого отвода). Затем произойдет переключение с вентиля 5 группы 3 на вентиль 6 этой группы (точка U на фиг. 11) и часть обмотки 27А между двумя отводами переключится в противофазе из первой ветви во вторую и т.д. Технико-экономические преимущества предлагаемого преобразователя заключается в меньшем числе витков вторичных обмоток и более низком внутреннем сопротивлении трансформатора по сравнению с известным. В устройстве вводятся дополнительные обмотки, при этом исключается три центральные обмотки с общим числом витковЗ/Чл А5Олющиеся в известном преобразователе. Число витков шести добавляемых дополнительных обмоток, например для ЗО фазного выпрямителя () при d О, 1 равно 0(7XUU)U,. есть, в два ° раза меньще. Общее число витков вторичных обмоток в этом случае в предлагаемом устройстве составляет 3,48-utoUQ, а в известном 4,26-ЛоиОд т. е. на 23% больще. Снижение внутреннего сопротивления в предлагаемом, преобразователе обеспечивается тем, что в нем вторичные обмотки образуют две параллельно включенные ветви. При п. 5 и d О общее сопротивление обмоток предпагаомого устройства составляет 0,9 iCi- дп 0, ,(где 4г - сопротивление обмотки г дц) ЕЗИТ9ков,), а в известном - 1,70-дг-1|,,т.е. на 76% выше. Формула и 30 бретения 1, Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор и 6 п фвзнь1Й вентильный мост, включающий три группы по П пар вентилей с номерами 1.,П , П +1 ... 2г, 2п +1 ... Зп соответственно, причем в каждой группе между каждыми двумя смежными парами вентилей последовательно включены две вторичные обмотки различных фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет снижения внутреннего сопротивления, в трансформатор введены дополнитепьные вторичные обмотки, причем между каждыми двумя смежными крайними парами вентилей соседних групп с номерами т и i +1; где i n, 2п, Зп. вкточены последовательно две дополнительные вторичные обмотки разных фаз с числом витков iu..U.4.Sinl-.s,(Ui), где л О) - число витков вторичной обмотки на 1В выходного напряжени амплитудное значение выходного напряжения; начальная фаза напряжения дан ной обмотки; сдвиг (отставание) фазы напря жения другой обмотки .относительно данной; параметр, общий для всех обмо ток, выбранный в диапазоне O6ci,5, причем положительное значение числа витков со3ответствует подключению обмотки началом, а отрицательное - концом в сторону 1 -и пары вентилей. 2.Преобразователь по п. 1, о т л и - чающийся тем, что вторичные обмотки выполнены со средними отводами, подключенными к соответствующим фазам вентильного моста или к обмоткам Других фаз. 3.Преобразователь по пп. 1 и 2, о тли чающийся тем, что выводы (начало и конец) каждой втортчной обмотки, имеющей средний отвод подключенный к фазе моста, соединены с соответствующими выводами (началом и концом) таких же обмоток двух других фаз, и к точке соединения начал двух таких обмоток подключен конец вторичной обмотки третьей фазы, начало которой подключено к соответствующей фазе вентильного моста, причем выбраны значения параметров -3,. 4.Преобразователь по п. 2, о т л и чающийся тем, что каждая фаза содержит две вторичнь1е обмотки, одна из которых имеет один, а другая - два средних отвода, подключенных к соответствующим фазам вентильного моста, при-, чем выводы (начало и конец) каждой обмотки с одним числом отводов соединены с соответствующими выводами (началом и концом) обмоток с другим числом отводов двух других фаз, причем .выбраны значения параметров п 3, oL-O,25. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 5О264О, кл. Н 02 М 7/О6,-1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 743140, кл. Н 02 М 7/06, 1978. -

://

«

КЬ

н

7

5 KF

:/-

/J

-кь -кь

-«

-кн

Ь

J. h

п

я

:/

:/з

Фие.7

/5 Ю

г 1

4to-н 5М

Фаг. 5

Фиг. 5

Фиг.6

гч

и

Л

15

LJ

гКЗ-К}КЬ

4

Л

РН-,

40Фиг.7

Фиг.1