Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий девять неуправляемьах преобразовательных элементов (вентилей ) и три источника переменных фазосдвинутых ЭДС, разделенных на три части и фО1 нруемых, например , на вентильных обмотках одного трехфазного трансформатора на трехстержневом магнитопроводе с ярма ш , при этом первая и вторая части каждого из источников фазосдвинутых ЭДС соединены между собой разноименньл 1и вывод ми, а точки соединения этих частей всех трех источников объединены между собой и образуют один из выходных выводов, свободные выводы первых, и соответственно одноименные им выводы третьих частей источников соединены между собой по три в две общие точки через однонаправленно подключенные к этим частям шесть вентилей, причем общая точка соединения трех из этих вентилей, подключенных к трея-ьим частям источников, образует другой выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью упрощения, улучшения коэффициента использования мощности и массогабаритных и стоимостных показателей; свободные выводы третьих частей источников объединены между собой ЛМт-. и соединены с общей точкой соеди-нения трех вентилей первых частей источников, свободный вывод каждой второй части которых подключен через один из остальных трех вентилей к разноименному ему выводу третьей части того же источника,причем все вентили относительно одного из выходных выводов имеют оди 1аковое направление включения, а магнитопровод формирователя фазосдвинутых ЭДС выполнен пространственным с общими для -всех трех стержней треугольнЕлми ярмами. 2. Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что, с i целью регулирования выходного напряжения , преобразовательные эле- (Л Iменты третьих частей источников выполнены управляемыми, и в качестве таких элементов установлены тиристоры , транзисторы, дроссели насыщения или герсиконы, соединенные последовательно с неуправляелыми вентиляг и, 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения 9-кратной часто- , ты пульсации, первая, вторая и третья части каждого из трех источСП ников фазосдвинутых ЭДС выполнены С со с витковыми числами, равными соответственно 0,605; 0,:j47 и 0,395 OTtr носительно базового числа витков со с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде выходного напряжения ОС в режиме холостого хода. 4.Преобразователь по пп. 1-3, отличающийся тем, что объединенные электроды вентилей первых частей источников соединены с объединенными электродами вентилей их третьих частей. 5.Преобразователь по п. 4, о ,тличающийся тем, что пёрйая часть каждого из трех источников выполнена с витковым числом, рав-ным единице.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1 56398 A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Я »ц

Р» . 9

Е f

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ *, ;,;,,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3475871/24-07 (22) 30.07.82 (46) 23.11.83.: Бюл. Р 43 .(72) A.Ì. Репин (53) 621.314.6(088.8) (56) 1. Белопольский И.И., Репин А.М., Христианов A.Ñ. Стабилиза» торы низких и милливольтовых напряжений. М., "Энергия", 1974,с. 10, 2. Казаринов И.A. Селеновые выпрямители для предприятий связи.

N. Связьиздат, 1952.

-3. Патент CldA 9 2176210, кл. 321-5, 1939. (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий девять неуправляемых преобразовательных элементов (вентилей) и три источника переменных фазосдвинутых ЭДС, разделенных на три части и формируемых, например, .на вентильных обмотках одного . трехфазного трансформатора на трехстержневом магнитопроводе с ярмаки, при этом первая и вторая части каждого иэ источников фазосдвинутых ЭДС соединены между собой разноименными выводами, а точки соединения этих частей всех трех источников объединены между собой и образуют один из выходных выводов, свободные выводы первых, и соответственно одноименные им выводы третьих частей источников соединены между собой по три в две общие точки через однонаправленно подключенные к этим частям шесть вентилей, причем общая точка соединения трех иэ этих вентилей, подключенных к третьим частям источников, образует другой выходной вывод, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения, улучшения коэффициента использования мощности и массогабаритных и стоимостных показателей; свободные выводы третьих частей источников объединены между собой и соединены с общей точкой соеди-нения трех вентилей первых частей источников, свободный вывод каждой второй части которых подключен через один из остальных трех вентилей к разноименному ему выводу третьей части того же источника, причем все вентили относительно одного иэ выходных выводов имеют одинаковое направление включения, а магнитопровод формирователя фазосдвинутых ЭЦС выполнен пространственным с общими для:.всех трех стержней треугольными ярмами.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью регулирования выходного нап- Е

Р ряжения, преобразовательные зле- ° ,менты третьих частей источников вы. полнены управляемыми, и в качестве таких элементов установлены тиристоры, транзисторы, дроссели насыщения или герсиконы, соединенные последо- ф вательно с неуправляеьыья вентилями.

3. Преобразователь по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения 9-кратной часто-, ты пульсации, первая, вторая и третья части каждого нз трех источников фазосдвинутых ЭДС выполнены О с витковыми числами, равными соот- (" ветственно 0,605; 0, 47 и 0,395 от.-. носительно базового числа витков с амплитудой напряжения на них, рав- Я, ) ной амплитуде выходного напряжения у в режиме холостого хода.

4. Преобразователь по пп. 1-3,отличающийся тем, что . объединенные электроды вентилей пер- 4 вых частей источников соединены с объединенныки электродами вентилей их третьих частей .

5. Преобразователь по п. 4, о,тл и ч а ю шийся тем, что первая часть каждого из трех источников выполнена с витковым числом, равным единице.

1056398

Изобретение относится к электро-, технике и может быть использовано в качестве .источника постоянного напряжения с повышенной частотой

его переменной составляющей.

Возможно использование устройства в случаях, когда, наряду с указанными условиями, требуется при наличии трехфазной сети переменного тока обеспечить нагрузку постоянным напряжением посредством возможно меньшего числа частей и числа витков вторичных (вентильных) обмоток силовых трансформаторов яри повышенном коэффициенте использования их мощности.

Известны преобразователи трехфазного переменного у1апряжения в постоянное с 9-кратной частотой колебания его переменной составляющей (пульсации) относительно частоты преобразуемых ЭДС сети. Известные устройства содержат девять преоб-, разовательных элементов (веитилей) и три источника фаэосдвинутых (ф.с.)

ЭДС, формируемых на вентильных обмотках одного трехфазного или трех однофазных трансформаторов.

При этом каждый источник ЭДС разделен на пять частей, которые совместно с остальными десятью частями двух других источников ф.с. ЭДС сое динены в три звезды, одна из которых представляет собой простую, а две другие — .соединенные в обратные (левый и правый) неравноплечие . зигзаги — трехлучевые звезды. Объединенные общие точки соединения лу- чей этих звезд образуют один, а объединенные электроды вентилей, подключенных однонаправленно к концам этих лучей, — другой выходы устройства (1 7 и Г2 ).

Недостатком является плохой коэффициент использования (превышения) К = Р /P() мощности Р источников ф.с. ЭДС (трансформаторов) относительно полезной мощности Рд, передаваемой в нагрузку. Кроме того, устройства содержат большое (равное

15) число Ч частей вентильных обмоток трансформаторов, а также большое общее число витков w этих час-

2 тей. Если число витков w2 отнести к некоторому базовому числу витков

w, то получаемое при этом суммарное "витковое" число W составля- .

Ем ет Наоми ъ 2 (а 2,I w = 9,8 й10 (в качестве базового числа ыб принято такое число w» амплитуда напряжения на которых равна амплитуде

У овыходного напряжения Uz в режиме холостого хода устройства).

Плохое использование источников

Фс. ЭДС (трансформатора) по мощности, значительное число частей его обмоток и число их витков существенно усложняет схему устройств, их

10 образовательных элементов (вентилей) и три источника переменных ф.с. ЭДС, разделенных на части и формируемых на вентильных обмотках

15 одного трехфазного трансформатора на трехстержневом магнитопроводе с ярмами, при этом первая и вторая части каждого.из источников ф.с.

ЭДС соединены между собой разноименъ0 ными выводами, а точки соединения этих частей всех источников ф.с.

ЭДС объецинены между собой и образуют один из выходов устройства, свободные выводы первых и соответственно одноименные им выводы тре.ъ тьих частей источников ф.с. ЭДС соединены между собой о три в две общие точки через однонаправленно подключенные к этим частям шесть ,вентилей, причем общая. точка соединения трех из этих вентилей, подключенных к третьим частям источников ф.с. ЭДС, образует другой выход устройства (3 g. 35

65 конструкцию и технологию изготовления. Наряду с обусловленными этим относительно пониженными КПД и надежностью устройства указанная схем. но-конструкторско-технологическая усложненнооть отрицательно характеризует известное устройство.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное . с 9-кратной частотой пульсации, содержащий девять неуправляемых преНедостатки заключаются н том, что устройство .содержит 12 частей источников ф .с. ЭДС (Ч2„ = 12) при их суммарном внтковом чйсле Неравном 7,6. Несмотря на некоторое улучшение этих данных по сравнению с (1) указанный недостаток, обусловленный схемно-конструкторско-технологической сложностью, -сохраняется. 11ричем использование мощности источников ф.с. ЭДС здесь лучше чем в предыдущем случае, но также недостаточное, что приводит в целом к сравнительно ухудшенным массогабаритиым и стоимостным показателям (МГСП) устройства.

Известное решение не.обеспечивает также регулирования выходного напряжения без введения специальных (дополнительных) средств регулировайия, либо требует для этого выполнения всех девяти преобразовательных элементов управляемыми. Кроме того, выполнение магнитопровода источника формирователя ф.с. ЭДС (трансформатора) в виде плоской трехстер>кневой системы приводит к асимметрии магнитной цепи, и следовательно к появлению низкочастотной модуляции выходного напряжения, ухудшению массогабаритных и стоимостных показателей сглаживающи>:

1056398 фильтров, устройства преобразования энергии в целом.

Цель изобретения н упрощение, улучшение коэффициента использования мощности и массогабаритных и стоииостных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем девять неуправляеьых преобразовательных элементов (вентилей) и три источника переменных фазосдвинутых ЭДС, разделенных на три части и формируемых, например, на вентильных обмотках одного трехфазного трансформатора на трехстержневои магнитопроводе с ярмами, при этом первая и вторая части каждого из источников ф.с.

ЭДС соединены между собой .разноименными выводами, а точки соединения этих частей всех трех источников объединены между собой и образуют один из выходных выводов, .свободные выводы первых и соответственно одноименные им выводы тре,тьих частей источников соединены между собой по три в две общие точки через однонаправленно подключенные к этим частям шесть вентилей, причем общая точка соединения трех из этих вентилей, подключенных к третьим частям источников, образует другой выходной вывод, свободные выводы третьих частей источников объединены между собой и соединены с общей точкой соединения трех вентилей первых частей источников, свободнь|й вывод каждой второй части которых подключен через один из остальных трех вентилей к разноименному ему выводу третьей части того же источника, причем все вентили относительно одного иэ выходных выводов имеют одинаковое направление включения, а магнитопровод рормирователя ф.с.. ЭДС выполнен пространственным с общими для всех трех стержней треугольныии яриами.

Кроме того, с целью регулирования вьащдного напряжения, преобразовательные элеМенты третьих частей источников выполнены управляемыми, и в качестве таких элементов установлены .тиристоры, транзисторы, дрос сели насыщения или герсиконы, соединенные последовательно с. неуправляемыми вентилями.

С целью обеспечения 9-кратной частоты пульсации первая, вторая и третья части каждого из трех источников ф.с. ЭДС выполнены с витковыми числами, равными соответственно 0,605; 0,347 и 0 395 относительно базового числа витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде вью<одного напряжения s режиме холостого хода. Кроме тогов устройстве объединенные электроды вентилей первых частей источников соединены с объединенными элект. родами вентилей их третьих частей.

Причем первая часть каждого иэ трех источников выполнена с витковым числом, равным единице.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства на фиг. 2 - векторная диаграм10 ма формирования тохообразующих ЭДС

Я (ц. = 1,9), поясняющая принцип его действия, в скобках показаны вентили, работающие при действии соответствующей ЭДС. 5 устройство (фиг. Х) содержит девять преобразовательных элементов (вентилей) 1-9 и три источника 10-12 .переменных ф.с. ЭДС, разделенных каждая на три части: 13-21, «О (a< 2, a> j b, b» ЬЗ, cq с2

Источники 10-12 ф.с. ЭДС формируются, например, на вторичных (вентильных) обмотках одного трехфазного или трех однофазных трансфор 5 маторов на магнитопроводе 22, первичные (сетевые) обмотки которых для простоты не показаны.

При этом две части 13 и 16„ 14 и17 15и18 (а-, аг b Ьг .с с2) источников 10-12 ф.с; ЭДС .гальЗО ванически соединены между собой разноименными выводами, а объединенные точки соединения этих частей всех . трех источников ф.с. ЭДС образуют выходной вывод 23 устройства с подключенной к нему нагрузкой 24. Свободные выводы первых частей 13-15 (соответственно, одноименные им выводы третьих частей 19-21) источников ф.с. ЭДС соединены между со40 бой через однонаправленно подключенные к ним три вентиля 1, 5 и 8 (2, 4 и.7). Общая точка соединения вентилей 2, 4 и 7, подключенных к третьим частям 19-21, образу45 ет выходной вывод 25 устройства, к которому подключена нагрузка 24.

Выводы третьих частей 19-21 источников 10-12 ф.с. ЭДС объединены между собой и соединены с общей точ50 кой соединения трех вентилей 1, 5 и 8 первых частей,13-15. Выводы вторых частей .16-18 источников под, ключены через вентили 6, 9 и 3 к разноименным выводам третьих час- тей 19, 20 и 21 того же источника ф.с. ЭДС. Причем все вентили 1-9 относительно одного из выходных выводов 25 имеют одинаковое направление включения.

Преобразователь работает следую60 щим образом.

Пусть в данный момент наибольшее положительное значение относителЬно выходного вывода 25 имеет ф.с. ЭДС источника 10. Тогда, под дейст65 вием суммарного значения эДС ее

1056398 частей 13, 19 (а, а . ), формирующих первую токообразующую ЭДС $„(фиг.2), открыты вентили 1 и 2. Через нагрузку 24 протекает ток по контуру: часть 13 — вентиль 1 - часть 19 вентиль 2 - нагрузка 24 - часть 13.

Затем вступает .в работу токообразующая ЭДС $2, прЕдставляющая собой векторную сумму ЭДС трех частей 18, 21, 19 (с, с, а, фиг. 2) ф.с. ЭДС источников 12 и 10. Под действием S> открывается вентиль

3, а вентиль 1 закрывается.обра- зующимися на нем обратным напряжением. Контур токопрохождения в этом случае содержит: часть 18 — вентиль

3 - часть 21 — честь 19 - вентиль

2 - нагрузку 24 †., часть 18. в дальнейшем аналогично формируются остальные токообразующие ЭДС

$ (р. =1,9), амплитуды которых могут быть одинаковыми, а их фазовый сдвиг равным 20 эл.град. относительно друг друга, если первую, вторую и третью части каждого из трех источников ф.с. ЭДС выполнить с витковым числом, равным, соответственно, 0,605, 0,347 и 0,395 относительно базовоro числа витков

ы с амплитудой U o выходного напряжения Uo в режиме холостого хода () О $ d $а> w Б we= цап) °

Как видно из лепестковой диаграммы, показанной точками на фиг. 2 кратность П частоты пульсаций выходного напряжения (напряжения на нагрузке 24) равна в этом случае девяти (П-91 . Суммарное витковое число Ч1- всех частей 13-21 при общем числе частей Ч2 =9 составит

W <= 3(0,605 + 0,347 + 0,395)

4,0419 и 4 05, Таким образом, сравнительно высокая частота пульсаций выходного напряжения, а также ее относительно низкий уровень сохранены в предлагаемом устройстве, и вместе с тем, данное положительное свойство достигнуто при меньшем числе частей источников ф.с. ЭДС вЂ” на 3 части или в 1,33 раза меньше, чем в известном устройстве, ри одновременном меньшем суммарном числе их витков - выигрыш составляет 3,55 w витков или в 1,87 раза меньше, чем в известном устройстве.

Кроме того, ток нагрузки в разные отрезки времени протекает через каждую часть 19-21 источников 10-12 ф,с. ЭДС в двух направлениях— первоначально в одном, а затем в противоположном, в связи с чем процесс перемагничивания магнитопровода в предлагаемом устройстве происходит более благоприятно, чем в известном, в котором ток через части источников ф.с. ЭДС протекает лишь в одном направлении. Этим так . же снижается расход активных материалов, Благодаря установленным новым связям частей 13-18 с частями 19-21 длительность работы каждой из частей 19-21 обеспечена оавной 200 эл, град. (фиг. 2), что, по отношению к 40 эл. град. в известном устройст« ве в 5 раз больше.

Поскольку вентили 2,,4 и 7 поочередно участвуют в формировании всех;

f0 меньше, а число витков в 1,45 раз меньше, чем в известном устройстве и, следовательно, масса, габариты, стоимость данной реализации устройства также лучше.

Можно достичь дальнейшего улучшения МГСП, если магнитопровод трансформатора выполнить пространстве .но трехстержневым с общими

60 для всех стержней треугольными ярмами. В этом случае устраняется асимметрия магнитной цепи, присущая известному решению, чем улучшаются ИГСП сглаживающих фильтров

65 девяти токообразующих ЭДС, то для целей регулирования (стабилизации) выходного напряжения можно выполнить управляемыми именно эти три вентильных плеча. Такое решение является более постым технически и более выгодным экономически, чем, например, стабилизация напряжения посредством специального устройства (стабилизатора), устанавливаемого в известных схемах на выходе преобразователя последовательно с нагрузкой ° При этом в качестве управляемых элементов могут быть установлены транзисторы, тиристоры„ либо последовательно соединенные с неуправляемыми вентиляМи гер сиконы или дроссели насыщения, что, благодаря совмещению двух функций (преобразования и регулирования) в одном элеменТе против двух в известных схемах, преимущественнее по энергетике, а также по надежности и КПД.

Наряду с рассмотренным выше ре-

35 шением девятикратную частоту пульсации можно обеспечить также в случае, если объединенные электроды вентилей 1, 5 и 8 соединить (как это показано на фиг. 1 пунктирной

40 линией) с объединенными электроцами вентилей 2, 4 и 7 (выходным выводом 25), а каждую из частей

13-15 выполнить с витковым числом, равным единице. В этом случае то45 -кообразующие ЭДС $7 $4 $7 (фиг.2 формируются непосредственно частями 13-15 без сложения нх с частями 19-21, как было ранее, Ток нагрузки через части 19-21 по-прежнему протекает в двух направлениях, общее число частей источников ф.с.

ЭДС в этом варианте в 1,33 раз

1056398

3(И

g (34) 5» (54) Составитель ь . Мельникова

Техред Т.Фанта Корректор Г. Решетник

Редактор А. Шишкина

Ваказ 9334/53 Тираж б87 ° Подписйое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 и, как следствие, всего устройства в целом, Таким образом, достигнуто схемно-конструкторское упрощение устройства, улучшен коэффициент испольэования мощности источников ф.с.

ЭДС (трансформатора), а также снижены масса, объем, стоимость и обеспечено регулирование (стабилизация) выходного напряжения.