Трехфазный преобразователь напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M7/72 

(5) ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электронике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах электропитания приборов и средств радиоэлектроники, автоматики и вычислительной техники как в преобразователях трехфазного переменного напряжения в постоянное (выпрямителях) , так и в преобразователях постоянного напряжения в трехфазное переменное (инверторах). Известны трехфазные преобразователи напряжения, содержащие преобразовательный мост и трехфазный трансфор матор с двумя группами вторичных обмоток, причем обмотки каждой группы соединены в звезду, а отводы обмоток одной;группы через преобразовательные элементы подключены к соответ ствующим отводам обмоток другой группы 1. Однако такие преобразователи харак Теризуются невысоким качеством преобразования, поскольку они не обеспечивают синусоидальное изменение потребляемого тока в трехфазной сети в режиме выпрямителя или синусоидальное изменение напряжения в трехфазной сети при преобразовании постоянного напряжения в переменное. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь трезфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор и бп-фазный вентильный мост, включающий три группы по п пар вен гилей, причем в каждой группе между каждыми двумя смежными парами вентилей последовательно включены две вто ричные обмотки различных фаз с введенными дополнительными вторичными обмотками, между двумя смежными крайними парами вентилей соседних групп включены последовательно две дополнительные вторичные обметки разных , фаз с определенным числом витков Недостаток известного устройства невысок качеством преобразования изза большого коэффициента искажения, поскольку ток в питающей сети при преобразовании переменного напряжения в постоянное или напряжение при обратном преобразовании изменяются По закону, значит€ льно отличающемуся от требуемого синусоидального. Цель изобретения - повышение качества преобразования путем снижения коэффициента искажения. Поставленная цель достигается тем что в трехфазном преобразователе напряжения, содержащем преобразователь ный мост, включающий Зп пар преобразовательных элементов, где п - целое нечетное число, и трехфазный трансформатор с первыми и вторыми обмотка ми в каждой фазе, причем первые обмотки подключены к входным выводам, выход преобразовательного моста - j к сети постоянного напряжения, и меж ду каждыми двумя смежными парами преобразовательных элементов посдедо вательно включены вторые обмотки дву различных фаз, между каждыми двумя смежными парами преобразовательных элементов последовательно с указанными двумя вторыми обмотками двух фа включены третьи обмотки третьей фазы, причем общее число витков обмоток каждой фазы, включенных между парами с номерами i и I + 1, равно оТ ь|со5 ср.),, где UI W - число витков вторых и третьих обмоток на 1 В постоянного напряжения; Uo - постоянное напряжение; (|) - начальная фаза переменного напряжения данной обмотки; OL - параметр, общий для всех обмоток, причем о Oi На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - то же, вариант при п 3, об 0,25; на фиг. 3 - векторная диа грамма устройства при п 3, Л 0; на фиг. k - го же, при п 3,оС 0,25; на фиг. 5 - то же, вариант устройства при п 3, (X. 0,25; на фиг 6 - диаграмма изменения числа включенных витков обмоток (вторых и третьих) каждой фазы при п 3,о6 на фиг. 7 то же, при п 3, ot. 0,25. Трехфазный преобразователь напряжения, представленный на фиг. 1, содержит бп-фазный преобразовательный МОСТу включающий Зп пар преобразовательных элементов 1, 2 и 3, , 5, и 6, 7, 8 и 9 и трехфазный трансформатор, содержащий первые обмотки (не показаны), подключенные к трехфазной сети переменного тока, вторые обмотки 10-15 и третьи обмотки Тб-ТВ в каждой из трех фаз А, В, С. Между каждыми двумя смежными парами преобразовательных элементов включены последовательно соединенные вторые и третьи обмотки трех фаз: между парами 1 и 2 - обмотки 10 фазы А (ЮА), 18 фазы В (18В), 12 фазы С (12С), между парами 2 и 3 - обмотки 1бА, ИВ , 13G,, между парами 3 и - обмотки 11А, 15В, 17С и т. д. Алгебраическая сумма числа витков всех обмоток каждой фазы, включенных.между парами преобразовательных элементов с номерами i и i + 1, равна : wu4sin| coG cf..c.), где Д W - число .витков вторых и третьих обмоток на 1 В постоянного напряжения; Uo постоянное напряжение; (S - начальная фаза переменного напряжения данной обмотки; об - параметр, общий для всех обмоток, причем .cO,5. В этой формуле знак определяет полярность включения обмотки. Между каждой,парой преобразовательных элементов включено по одной (второй или третьей) обмотке каждой фазы. Однако в некоторых случаях может оказаться целесообразным одну обмотку заменить двумя, алгебраическая сумма числа витков которых определяется приведенной, выше формулой. Такой вариант представлен на фиг. 2 для случая п 3. об 0,25. Здесь между парами преобразовательных элементов 1 и 2 включены обмотки 17В, часть обмотки 12С (от начала доотвода) и обмотка 10А; между парами 2 и 3 обмотки 10А, часть обмотки 12С (от отвода до конца), часть обмотки TtB (от конца до отвода) и обмотка 11А. При этом обмотка фазы А, включенная между парами 2 и 3 (обмотка 1бА на фиг. 1) заменена разностью витков обмоток 10А и 11А, включенных в противофазе. Аналогичным образом осуществлена замена обмоток 1бВ и 1бС соответственно разностью витков обмоток 10В и 11В и ЮС и 1 (начала обмоток на фиг. 2 отмечены точками). На векторной диаграмме (фиг. 3-5 точки, соответствующие напряжениям на выводах вторых и третьих обмоток, подключенных к преобразователь ному мосту, лежат на одной окружнос ти и делят ее на Зп равных частей. Точка К соответствует подключению пары 1 преобразовательных элементов точка L - пары 2, точка М - пары 3 и т. д. При нечетном п каждая точка например Р, с двумя противолежащими наиболее удаленными точками, наприм К и Т, образуют два результирующих вектора РК и РТ. Таким образом, получается система из Зп равных по величине векторов, повернутых друг относительно друга на угол Itjin. Преобразователь работает следующим образом. . Для случая п 3, oG О, (фиг. 3 в начале периода когда.напряжение фазы А равно нулю, фазы В отрицател но и фазы С положительно, включены два преобразовательных элемента: 1 (левый на фиг. 1) и 5 (правый, на фиг. 1 соответствующие точкам К и Р векторной диаграммы. Между этими эл ментами включены две параллельные . цепи последовательно включенных обм ток: ЮЛ - 18В - 12С - 16А - ИВ 13С - 11А - 15В - 17С - 12А - . 10В - 18С и 110 - 17В - 15А - 16С 13В - ЙА - 100 - 12В - 18А - 150 11В - 17А - Но - 16В - 13А. В даль нейшем, через 1/6п часть периода, преобразовательный элемент 5 будет закрыт, и откроется элемент 6 (правый на фиг. 1), что соответствует вектору 5k на фиг. 3. При этом обмотки 13А - 1бВ - переключаются (в противофазе) из второй цепи в первую. При этом суммарное число витков вторых и третьих обмоток фазы А в каждой цепи уменьшается на величину, равную числу витков обмотки 13А .wu4si«| «4o | le0), . т. е. для п 3, с учетом знака, увеличивается на результата, uWUcl-sinlo. Ncos2o, где N Оуммарное число витков обмоток фазы В в каждой цепи изменяется на 06 « число витков обмотки 1бВ, т. е. возрастает на величину N00580, а фазы С - на число витков обмотки НС, т. е. уменьшается на величину .. N (фиг. 6, точка 20 ). Еще через 1/6п часть периода 20 (участок 0 -60° на фиг. 6) закрывается преобразовательный элемент 1 fi открывается элемент 2 (левый на 1()иг. 1). При этом обмотки 10А - 188- 12С переключаются в противофазе из первой цфпи во вторую. При этом суммарное число витков обмоток фазы А в каждой цепи увеличивается на величину Ncos40°, фазы В - уменьшается - - на Ncos80 , фазы О - уменьшается на Ncos20 (точка 40° на фиг. 6) и т.д. Таким образом, изменение суммарного числа витков обмоток фазы А в каждой цепи происходит ступенчато при значениях аргумента Q l -i-focj по закону ); или, после преобразования |ши4в.) Это соответствует изменению сумтмерного числа витков обмоток фазы А по закону, представляющему co6ojj ступенчатую аппроксимацию функции , которая изменяется при значениях аргумента 9 ) где 1, 2,..., и совпадает с точным знэчением этой функции при 0 1 (иа.ч.1.),т. е. на середине каждого шага дискретности. Точность аппроксимации может быть получена достаточно высокой выбором величины,-п. Аналогично, с соответствующим сдвигом по фазе, изменяется и суммарное число витков фаз В. и С (фиг. 6). При ot, 0,25 (фиг. А, 5 и 7) устройство работает аналогично, с соответствующим сдвигом по фазе на величину 4 (X,. Например, для устройства представленного на фиг. 2, в начале периода, когда напряжение фазы равно нулю, открь1Т преобразовательный элемент 5 (левый на фиг. 2) и преобразовательный элемент 9 (правы на фиг. 2 что соответствует вектору РТ на фиг. 5. При этом в первой цепи включены обмотки 10В - 12А - от отвода до конца - - 12В - - от конца до отвода - ПО и, параллельно, 10В - 12А от отвода до начала ИВ - 12С - 1АА от начала до отвода9ПС. Через - часть периода происходит включение преобразовательного элемента 1 (правого на иг. 2) вместо элемента 9 (вектор РК на фиг. 5). При этом в обеих цепях отключается обмотка 11С и включается обмотка 17В, а часть обмотки 14А от начала, до отвода переключается из второй цепи в первую в протиеофазе. Затем через Ц часть периода происходит пере ключение с вектора pt на вектор KQ (фиг. 5) и т. д. Изменение числа витков каждой фазы происходит по рассмот ренному выше закону с учетом значения ОС 0.25 (фиг- 7). В случае преобразования переменного напряжения в постоянное отпирание преобразовательных элементов (вентилей) осуществляется непосредственно напряжением в рассмотренных выше це пях, и на выходе формируется постоянное напряжение с амплитудным значением Uo и частоУой пульсации 6nf, где f - частота питающего трехфазного напряжения. В случае преобразования постоянно го напряжения в трезфазное переменное отпирание преобразовательных элементов (транзисторов) осуществляется по дачей на их управляющие электроды . (базы) отпирающих сигналов в последовательности, рассмотренной выше. Протекание тока от источника постоянного напряжения по вторым и третьим обмотк.ам трансформатора обеспечивает формирование на первых обмотках трезфазного напряжения с законом изменения напряжения каждой фазы, близким к синусоидальному. Технико-экономические премущестт ва предлагаемого преобразователя заключаются в более высоком качестве преобразования из-за низкого коэффициента искажения по сравнению с известными преобразователями. Это дост гается путем такого включения обмоток трансформатора, при котором число обмоток каждой фазы, подключенных к сети постоянного напряжения, изменяется по закону, близкому к синусоидальному. При этом обеспечивается такой же закон изменения тока в трех фазной сети при преобразовании переменного напряжения в постоянное или напряжения в этой сети при обратном преобразовании. 6 В силу симметрии в случае преобразования постоянного напряжения в переменное на выходе первых обмоток при активной нагрузке получаем напряжения, сколь угодно близкие к синусоиде (за счет выбора соответствующего значения п) при практически постоянном потребляемом токе первичной сети, что также обеспечивает высокое качество преобразования, снижение коэффициента искажения. Формула изобретения Трехфазный преобразователь напряжения, содержащий преобразовательный мост, включающий Зп пар преобразовательных элементов, где п - целое нечетное число, и трехфазный транс(topMaTOp с первыми и вторыми обмотками в каждой фазе, причем первые обмотки подключены к входным выводам, выход преобразовательного моста - к сети постоянного напряжения, и между двумя смежными парами преобразовательных элементов последовательно включены вторые обмотки двух различных фаз, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества преобразования путем снижения коэффициента искажения, между каждыми двумя смежными парами преобразовательных элементов последовательно с указанными вторыми обмотками двух фазi,включены третьи обмотки третьей фазы, причем общее число витков обмоток каждой фазы, включенных между с номерами i и i + 1, равно AWU4s n|;,.(o4, , где Д W - число витков вторых и третьих обмоток на 1 В постоянного напряжения; DO - постоянное напряжение; ср начальная фаза переменного . напряжения данной обмотки; oi, - параметр, общий для всех обмоток, причем ,5. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 М 7/06, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № , кл. Н 02 М 7/06, 1979.

4Z}

.г

о

1,

N

0,7

0.

В

во fOO

{го /%7 /eff

о 20 0

//й 220/

т 260 180 500 .)( /го т /ео м о го 0 бо во fffff / / гоо i.. 7 гго т 6О iso зоо