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

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕИЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ВПОСТОЯННОЕ

I

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может найти применение в качестве мощного низковольтного вторичного источника питания.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, выполненные на основе трехфазного трансформатора, вторичные обмотки которо го соединены в прямую и обратную звезды и подключены через вентили и сглаживающий реактор к выходным выводам преобразователя TI.

Недостатком их является большая установленная мощность и повышенные массогабаритные показатели оборудования за счет высокой расчетной мощности трансформатора и плохого коэффициента использования вентилей по току.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, вторичные обмотки трансформатора которых, соединенные в прямую и обратные

,звезды, подключенные к его выходным выводам через вентили и полуобмотки уравнительного реактора и обмотку общего сглаживающего реактора. Уравнительный реактор обеспечивает работу преобразователя в дважды трехфазном режиме с повышенным коэффициентом использования трансформатора по мощности и вентилей по .

Недостатком их является повышен10ная сложность , установленная мощность и массогабаритные показатели реакторного оборудования за счет того, что уравнительный реактор обеспечивает ограничение только высших нечетных

15 гармоник, кратных трем, а для ограничения четных гармоник, начиная с шестой, необходимо yctaнaвливaть сглаживающий реактор.

Наиболее близким к изобретению

20 является преобразователь переменного напряжения в постоянное, вторичные обмотки которого, соединенные в прямую и об|эатну10 звезды, подключены . собст к его выходам через вентили и венные, независимые, расположенные на отдельных магнитопроводах, сглажи вающие реакторы, которые обеспечива ют ему одновременно и работу в дваж ды .трехфазном режиме, и сглаживание выпрямленного тока 31Однако они ограничивают только нечетные гармоники, кратные трем, п скольку магнитные потоки, создаваем выпрямленными полутоками с четными гармониками, начиная с шестой, взаи но компенсируются. Кроме того, недостатком известно - го преобразователя являются высоки уровень пульсации выходного тока и повышенные массогабаритные показате ли. Цель изобретения - снижение уров ня пульсацийИ уменьшение массогаба ритных показателей. Цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трехфазный трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными в звезды, вентили, подключенные к выводам вторичных обмоток и полуобмотки уравнительного реактора, магн топровод уравнительного реактора выполнен трехстержневым, причем его полуобмотки расположены на крайних стержнях, а средний стержень выполнен безообмоточным и снабжен немагни ным зазором. На фиг. 1 показана принципиальная, схема преобразователя; на фиг.2 ,Е - диаграммы, характеризующие его работу. Преобразователь содержит трансформатор 1 с обмотками 2,3 и , реактор 5 с полуобмотками 6 и 7, магнитопроводом 8, вентили Выводы первичной обмотки 2 трансформатора 1 , соединенной, например в звезду, образуют вход преобра зователя. Вторичные обмотки 3 и трансформатора 1 соединены в прямую и обратную звезды, К выводам вторичной обмотки 3 подключены вентили 9-11, а к выводам вторичной обмотки k - вентили 12-Й. Полуобмотки уравнительного реактора 6 и 7 расположены на крайних стержнях маг нитопровода 8, а,его средний стержень выполнен безобмоточным, имеющим немагнитный воздушный зазор. . Устройство работает следующим об оазом. V4 при подаче на вход преобразователя питающего напряжения, на вторичных обмотках 3 и трансформатора 1 формируются две системы трехфазных напряжений, выпрямленных вентильными группами 9-11 и 12-1. На выходе двух трехфазных выпрямителей, образованных указанными обмотками и вентилями, формируются выпрямленные напряжения с пульсацией в 150 Гц амплитуды которых сдвинуты между собой по фазе на 60 эл, град., а разность их мгновенных значений напряжений прикладывается к согласнопоследовательно соединенным между собой полуобмоткам 6 и 7 уравнительного реактора 5 и содержит нечетные гармоники, кратные трем (фиг. 2с1,Б). При этом на выходе преобразователя формируется усредненное постоянное напряжение с переменной составляющей, содержащей четные гармоники, начиная с шестой (фиг. 2в). Под действием разностного напряжения, выделяющегося на подуобмотках 6 и 7 уравнительного реактора, возникает уравнительный ток-, также содержащий только Нечетные гармоники, кратные трем, который протекает по контуру, образованному полуобмотками уравнительного реактора и работающими фазными обмотками З, и вентилями 9-1. Этот ток протекает минуя цепь нагрузки, и величина его ограничивается до требуемого уровня, равного 0, нагрузочного тока, в основном реактансом уравнительного реактора. Под.действием результирующего выпрямленного напряжения,на выходных выводах преобразователя, в цепи нагрузки протекает нагрузочный ток, также содержащий переменную составляющую из четных гармоник, начиная с шестой. Этот ток протекает по двум параллельным контурам, образованным нагрузкой и двумя трехфазными нулевыми выпрямителями, работающими в параллель через полуобмотки 6 и 7 уравнительного реактора 5Благодаря конкретному выполнению магнитопровода 8 уравнительного реактора, он обеспечивает при этом одновременно и ограничение-сглаживание высших гармоник нагрузочного тока (четных, начиная с шестой) бе:; применения дополнительного сгпаживлющего реактора. Действительно, поскольку магните провод 8 уравнительного реактора 5 выполнен трехстержневым с размещением прлуобмоток 6 и 7 на его крайних стержнях,в нем качественно изме няется картина.протекания магнитных потоков, создаваемых токами полуобмоток 6 и 7 (фиг. 1). Магнитные потоки-, создаваемые уравнительным током, протекающим в полуобмотках 6 и 7, направлены согласно-последовательно, и поэтому замыкаются через крайние обмоточные стержни магнитопровода 8 уравнитель ного реактора 5- Это обеспечивает полуобмоткам 6 и 7 режим работы.с взаимоиндукцией (как в известном уравнительном реакторе с пониженной в раза собственной индуктивностью полуобмоток). Магнитные потоки, создаваемые в.обмоточных стержнях магнитопровода 8 полуобмотками 6 и 7 от протека ния в них Г1ОЛОВИННЫХ нагрузных токов, направлены встречно. Поэтому они замыкаются через средний безобмоточный стержень магнитопровода 8 уравнительного реактора 5, а не компенсируют друг друга, как в известном уравнительном реакторе. Сле довательно, наводимая нескомпенсиро ванными магнитными потоками ЭДС самоиндукции будет препятствовать ограничивать и высокочастотные четны гармоники нагрузочного тока, роль сглаживающего реактора. Поскольку индуктивность 6 и 7 ур нительного реактора 5 рассчитываетс из условия ограничения третьей гармоники с амплитудой, на порядок бол шеи амплитуды шестой гармоники нагрузочного тока, индуктивность их будет более чем достаточной для обеспе чения требуемого уровня сглаживания результирующего нагрузочного тока преобразователя. Нескомпенсированная постоянная составляющая магнитных потоков, протекающих в магнитопроводе 8 реактора 5 приводит к подмагничиванию послед него и необходимости увеличения сечения магнитопровода на 15-20 (по экспериментальной оценке) , но этот недостаток компенсируется отсутствием необходимости установки дополнительного сглаживающего реактора, соизмеримого по массогабаритным пока зателям с ураснительным реактором. 6 в известных преобразователях вследствие неидентичной работы обоих трехфазных нулевых выпрямителей, в магнитопроводе реактора всегда существует постоянный подмагничивающий поток. И для устранения насыщения магнитопровода от подмагничивающего потока в магнитопроводах реакторов делают воздушный зазор, который снижает коэффициент магнитной связи полуобмоток уравнительного реактора. А снижение коэффициента магнитной связи полуобмоток ведет к снижению их эквивалентной индуктивности, ограничивающий уравнительный ток, и необходимости увеличения собственной индуктивности полуобмоток, т.е. к дополнительному увеличению массогабаритных показателей и установленной мощности уравнительного реактора. , В предлагаемом преобразователе воздушный (немагнитный) зазор целесообразно устанавливать в среднем безобмоточномстержне магнитопровода. В этом случае он будет устранять возможность насыщения магнитопровода реактора, поскольку постоянные подмагничивающие потоки замыкаются через него, и не будет снижать коэффициент магнитной связи полуобмоток реактора, поскольку не стоит в цепи протекания уравнительного потока (фиг. 1). За счет отсутствия взаимокомпенсации магнитных потоков, создайаемых половинными выпрямленнымитоками, полуобмотки уравнительного реактора одновремено играют и роль сглаживающего реактора, ограничивая четные гармоники результирующего выпрямленного тока, что обеспечивает снижение уровня пульсации выходного напряжения без применения дополнительного сглаживающего реактора, т.е. при более простой схеме и более низких установленной мощности и массогабаритных показателях реакторного оборудования и всего преобразователя. При этом значительно повышается и КПД преобразователя, особенно на низких напряжениях (менее 100 В)и больших токах (более 1 кА), когда любой дополнительный элемент в низковольтной цепи преобразователя (в данном случае сглаживающий реактор), приводит к дополнительным электрическим потерям.

Поскольку расчет полуобмоток ypaвмительного реактора ведется в первую очередь из условия ограничения самой тяжелой третьей гармоники уравнитеЬьного тока С1 амплитудой напряжений на порядок большей амплитуды шестой гармоники, самой низкой в выходном выпрямленном токе преобразователя индуктивность их вполне достаточна и в роле, сглаживающей четные гармоники (взамен индуктивности сглаживающего реактора).

Простота технической реализации и высокий техникь-экономический эффект, с учетом широкого практичесК9ГО применения схемы известного, позволит найти преобразователю широ-; кое применение.

-Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в лостоянное , содержащий трехфазный трансформатор с-двумя вторичными обмотками, соединенными в звезды, вентили, подключенные к выводам вторичных обмоток и пйлуобмотки уравнительного реактра, о т л ич а ю щ и и с и тем,что, с целью снижения уровня пульсаций выходного тока и уменьшения массогабаритных показателей, магнитопровод уравни . тельного реактора выполнен трех стержневым, причем его полуобмотки расположены на крайних стержнях, а средний стержень выполнен бёзобмоточным и снабжен немагнитным зазором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

о 1,/i / л. XXХ л. /

0 t/(

fl4

,

ч 11, J h)I - Jив

Фиг. I Jf-ff