Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Su„„ l 081767 А

3(5П Н 02 М 7/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21.) 3525848/24-07. (22) 23.12.82 (46) 23.03.84. Бюл.Р 11 (72) A.Ã.Àñëàí-заде (71) Азербайджанский политехнический институт им.Ч.Ильдрыма (53) 621.314.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 692036, кл. Н 02 М 7/12, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 951604, кл. Н 02 М 7/12, 1981.

3. Авторское свидетельство. СССР

9 995239, кл. Н 02 М 7/12, 1981.

4. Авторское свидетельство СССР

М 917282, кл. Н 02 М 7/12, 1980. (54 ) (57 ) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ,содержащий трехфазный трансформатор с основными йервичиыми фаэными обмотками, подключенными к фаэным входным выводам и к входу основного трехфазного управляемого вентильного моста, и с вторичными фаэными обмотками, соединенными по крайней мере в одну трехфазную группу, подключенную к выпрямителю, а также нулевой входной вывод, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения, трехфазный трансформатор содержит дополнительно введенные первичные фаэные обмотки, соединенные в звезду, общая точка которой подключена к нулевому входному выводу, а свободные выводы — к входу дополнительно введенного трехфазного управляемого вентильного моста, причем числа витков первичных фаэных обмоток выбраны в соотношении:

Мл = 1 У3, W1+ иг 2 с где М„- число витков основной пер- е вичной фазной обмотки

Н вЂ” число витков дополнитель2 ной первичной фаэной обмотки.

2.Преобразователь по п.1,о т л и— ч а ю шийся там, что соответст- Я вующие выходные выводы трехфазных управляемых вентильных мостов соединены один с другим по крайней мере через одну индуктивную катушку.

1081767

Изобретение относится к преобразовательной технике * может быть использовано при многопульсном выпрямлении трехфазного переменного напряжения.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий управляемый вентильный мост, к выходу которого подключен сглаживающий дроссель, неуправляемый вентильный мост, выход которого образует вы- 10 ходные выводы преобразователя, и трансформатор с трехфазными первичной и вторичной обмотками, причем одни одноименные выводы вторичной обмотки подключены к входу неуправляемого моста, другие одноименные выводы вторичной обомтки объединены в общую точку, а вход управляемого моста подключен к одноименным выводам первичной обмотки С1 3.

Недостатком этого преобраэовате- 20 ля, обеспечивающего воэможность уменьшения габаритов сглаживающего дросселя при низковольтном выпрямлении, является относительно высокий уровень высших гармоник в форме кривой вы- 25 прямленного напряжения и потребляемого тока, определяемый его б-пульсной периодичностью.

ИзвеСтен преобразователь трехфазного переменного напряжения в посто- 30 янное, содержащий трехфазный трансформатор с вторичными обмотками, соединенными, совместно с вентилями, по схеме 12-пульсного выпрямителя, с первичными обмотками, подключенными од- З5 ними выводами к фазным входным выводам, а другими — к входу управляемого вентильного моста, к выходу которого подключена индуктивная катушка, два дополнительных управляемых вентиля, подключенных разноименными электрода-@ ми к нулевому входному выводу, при этом общие точки электродов разноименных вентильных групп управляемого моста соединены каждая с одноименным . свободным электродом одного иэ ука- 45 эанных дополнительных управляемых вентилей Г2).

Недостатком этого преобразователя, обеспечивающего возможность не только уменьшения габаритов сглаживакще- 50 го дросселя при низковльтном выпрямлении, но и получения 12-пульсной периодичности, является сложное конструктивное исполнение выпрямительного трансформатора, а также большое суммарное число вентилей, в частности, на вторичной стороне.

Первый иэ укаэанных недостатков наиболее сильно проявляется при низковольтном выпрямлении, когда неточность в выборе чисел витков вторичных обмоток в соотношении 1: (Ч3-1) может нанести ущерб качеству выходного напряжения, если не увеличить суммарное число витков вторичных обмоток при постоянстве коэффициента 65 трансформации, т.е. если не увеличить габариты трансформатора.

Второй из укаэанных недостатков наиболее сильно проявляется при сильноточном или высоковольтном выпрямлении, когда на вторичной стороне приходится иметь и комплектов, по 12 вентилей в каждом.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий три однофаэных трансформатора, первичные обмотки которых подулючены к основным и дополнительным парам встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, дополнительные пары указанных вентилей соединены в звезду, общая точка которой подключена к нулевому входному выводу, а вторичные обмотки подключены к входам однофаэных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно с общей нагрузкой и образуют выпрямительную схему с числом. вентилей, кратным шести, при этом каждая первичная обмотка выполнена с отводом, подключенным к свободному выводу соответствующей дополнительной пары встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, начало каждой указанной обмотки через соответствующую основную пару встречнопараллельно включенных управляемых вентилей подключена к входному выводу, а конец — к началу обмотки опережающей фазы.

Преобразователь, обеспечивающий получение 12-пульсного выпрямленного напряжения, может содержать на вторич- ной стороне трансформатора всего одну трехфазную обмотку, соединенную в треугольник и подключенную к входу трехфазного моста, выполненного на шести диодах Г31.

Основным его недостатком является то, что он не позволяет включать на первичной стороне ни два двухобмоточных уравнительных реактора, ни сглаживакщий дроссель, т.е. преимуществами такого включения индуктивных катушек он не обладает.

Другим его недостатком является ухудшение качества выходного напряжения при сильноточном выпрямлении иэза отсутствия автотрансформаторной связй между тремя однофаэными трансформаторами.

Наиболее близким техническим решением к иэобретению является преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с основными первичными фазными обмотками, подключенными к фаэным вхОдным выводам и к входу основного трехфазного управляемого вентильного моста, и с вторичными фазными обмотками, соединенными в трехфаэные группы, подключенные к выпрямителю, а также нулевой входной вывод. В этом преобразователе предусмотрена возможность включения на

1081767 з

2 г

W +

50 где W — число витков основной пер1 вичной фазной обмотки, число витков дополнительной

2 первичной фазной обмотки.

КРоме того, соответствующие выходные выводы трехфазных управляемых вентильных мостов соединены один с другим по крайней мере через одну индуктивную катушку.

На фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя, в котором нто-6О ричная обмотка трансформатора соединена в звезду, а общая точка звезды дополнительных первичных фазных обмоток образована выводами, одноименными с подключенными к фазным вход- 65 первичной стороне индуктивных катушек (4 ).

Однако он имеет сложное конструктивное исполнение ныпрямительного трансформатора, а также большое суммарное число вентилей, в частности, на вторичной стороне, т.е. его недостатки аналогичны недостаткам вышеуказанных схем, также предусматривающих возможность включения на первичной стороне по крайней мере одной индуктивной катушки, а именно: при низковольтном выпрямлении неточность выбора н требуемом соотношении чисел витков вторичных обмоток трансформатора, соединенных в шестилученую звезду или по схеме "звезда — треугольник" в параллель, либо наносит ущерб качеству выходного напряжения, либо приводит к необходимости завышения габаритов трансформатора, при сильноточном или высоковольтном выпрямлении20 резко возрастает суммарное число вентилей на вторичной стороне, так как приходится иметь и комплектов,,по двенадцать вентилей в каждом.

Целью изобретения янляется упро- 75 щение.

Это достигается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем трехфазный трансформатор с основными первичными фазными обмотками, подключенными к фаэным входным выводам и к входу основного трехфазного управляемого вентильного моста, и с вторичными фазными обмотками, соединеннымь по крайней мере в одну трехфазную группу, подключенную к выпрямителю, а также нулевой входной вывод,.трехфазный трансформатор содержит дополнительно введеннье первичные фазные обмотки, соединенные в звезду, общая 40 точка которой подключена к нулевому входному выводу, а свободные, выводык входу дополнительно введенного трехфазного управляемого вентильного моста, причем числа витков первичных фаз 45 ных обмоток выбраны в соотношении: ным выводам; на фиг.2 — возможные варианты включения индуктивных катушек между соответствующими выходными выводами трехфаэных управляемых вентильных мостов; на фиг.3 — то же, что и на фиг.1, но с соединением вторичной обмотки трансформатора в треугольник; на фиг.4 — то же, что и на фиг.3 но с тем отлйчием, что общая точка звезды дополнительных первичных фазных обмоток образована выводами, разноименными с подключенными к фазным входным выводам; на фиг.5-7 — временные диаграммы напряжений и токов для схем соответственно на фиг.1,3,4.

Преобразонатель (фиг.1) содержит трехфазный трансформатор 1, выпрямитель на диодах 2-7 и дна трехфазных управляемых вентильных моста: основной — на тиристорах 8-13 и дополнительный — на тиристорах 14-19. Основные первичные фазные обмотки 20-22 подключены началами к фазным входным выводам, а концами — к входу основного моста, дополнительные первичные фаэные обмотки 23-25 соединены в звезду, общая точка которой подключена к нулевому входному выводу, а концы обмоток - к входу дополнительного моста. Выходные выводы 26, 27 и

28,29 соответственно основного и дополнительного управляемых мостов подключены параллельно к общей цепи перничного постоянного тока, протекающего между этими выводами. Вторичные фазные обмотки 30-32 соединены в звезду и подключены концами к входу выпрямителя на диодах 2-7, выходные выводы которого подключены к нагрузке 33. А,B,С,Π— входные выноды.

Числа витков первичных фазных обмоток выбраны в соотношении: — — — 0,134, 2 где (W + W ) — определяется н соот1 2 нетствии с величиной напряжения между фаэным и нулевым нходными выводами.

Рассмотрим работу преобразователя (фиг.1) для случая соединения выходных выводов 26-29, показанного на фиг.2а

Очередность включения тиристоров, соответствующая естественному чередованию линейных и фазных напряжений сети, следующая: 9-10,9-16,9-12,15-12, 11-12, 11-18, 11-8, 17-8, 13-8, 13-14, 13-10, 19-10.

Соответственно диоды проводят ток в следующей последовательностй: 2-5, 2-5, 2-7, 2-7, 4-7, 4-7, 4-3, 4-3, 6-3, 6"3, 6-5, 6-5.

Например, при отпирании тиристоров 9 и 10 первичный ток протекает между фазными входными вынодами A u

В от начала к концу обмотки 20, через тиристор 9, между выводами 27 и

1081767

26, тиристор 10, от конца к началу обмотки 21. При этом вторичный ток протекает от конца к началу обмотки 30, затем от начала к концу обмотки 31, через диод 5, нагрузку 33 и диод 2. 5

Через 30 эл. град. отпирается тиристор 16, запир тся тиристор 10 и первичный ток протекает между входными выводами А и О от начала к концу обмотки 20, через тиристор 9, 10 между выводами 27 и 28, тиристор 16, от конца к началу обмотки 24. При этом очередная пульсация напряжения на нагрузке 33 формируется теми же диодами 2. и 5, а вторичный ток проте-15 кает через те же обмотки 30 и 31.

Таким образом, независимо от того, линейное или фаэное напряжение приложено к первичным фаэным обмоткам, в любой момент времени и первичный, и вторичный токи протекают через обмотки, размещенные на двух стержнях трансформатора. Тем самым оказывается возможным соединить вторичную гру1пу фазных обмоток в трехлучевую звезду °

На фиг.2б показана возможность включения индуктивной катушки 34 в цепь первичного постоянного тока, протекающего между выводами 27,29 и 26,28. Такое включение обеспечива- 30 вает при низковольтном сильноточном выпрямлении уменьшение габаритов дросселя.

На фиг.2в показана возможность включения двух индуктивных катушек 3535 и 36 между выводами 26-29. Рассмотрим работу преобразователя (фиг.1) для случая, при котором длительность проводящего состояния тиристоров и диодов в приведенных последователь- 4 ностях включения возрастает, а именно:

19-10-9, 10-9-16, 9-16-12, 9-12-15, 15-12-11, 11-12-18, 11-18-8, 11-8-17, 17-8-13, 13-8-14, 13-14-10, 13-10-19 для тиристоров и, соответственно: 45

2-6-5, 2-5, 2-5-7, 2-7, 2-4-7, 4-7, 4-3-7, 4-3, 4-6-3, 6-3, 6-5-3, 6-5 для диодов.

Допустим, что первичный ток протекает через тиристоры 9, 19 и 10..

Параллельная работа тиристоров 9 и

19 обеспечивастся тем, что ЭДС взаимоиндукции, наводимая при этом в полуобмотках индуктивной катушки 35, раэветвляет первичный ток поровну между этими тиристорами и полуобмотками. В этот промежуток времени одна дэ полуобмоток индуктивной катушки

36 обесточена, а другая проводит десь первичный ток. В результате магнитная система катушки 36, если она 60 ,«е рассчитана на сглаживание первичюго тока, насыщается, т.е. индуктивюе сопротивление проводящей полуобютки катушки 36 становится равным акулю. На вторичной стороне ток про- 65 текает через диод 5, нагрузку далее разветвляется на две равные части, одна из которых протекает через диод 2 и обмотку 30, а другая через диод 6 и обмотку 32, затем вновь протекает по общей цепи через обмотку 31 и диод 5.

Через 30 эл.град. включается тиристор 16. Ток в ранее обесточенной полуобмотке катушки 36 увеличивается, а в проводящей уменьшается под действием ЭДС взаимоиндукции этих полуобмоток до некоторого среднего значения, обеспечивающего параллельную работу тиристоров 10 и 16, Соответствующая полуобмотка катушки 35 обесточивается, а тиристор 19 выключается, при этом через другую полуобмотку этой катушки протекает весь первичный ток и магнитная система катушки 35 оказывается в состоянии, аналогичном состоянию катушки 36 в предыдущем интервале. Обесточивание первичной катушки 25 приводит к обесточиванию обмотки 32 и диода 6 на вторичной стороне, а ток нагрузки протекает через диоды 2 и 5 и обмотки 30 и 31.

Усреднение первичного тока, протекающего между средними точками обмоток индуктивных катушек 35 и 36, приводит к тому, что форма кривой этого тока становится 12-пульсной, симметричной. Поэтому включение индуктивной катушки 34 между средними точками обмоток катушек 35 и 36 (фиг.2г) при низковольтном сильноточном выпрямлении снижает габариты катушки 34 пропорционально коэффициенту трансформации и квадрату частоты Пульсаций первичного постоянного тока.

Преобразователь (фиг.З) содержит трехфазный трехобмоточный трансформатор 37, один трехфазный мост на диодах 38-43 и два трехфазных управляемых вентильных моста: основнойна тиристорах 44-49 и дополнительный на тиристорах 50-55. Первичные фаэные обмотки 56-58 подключены началами к фазным входным выводам, а концами — к входу основного моста, первичные фазные обмотки 59-61 подключены началами к нулевому входному выводу, а концами — к входу дополнительного моста. Выходные выводы 62, 63 и 64,65 соответственно основного и дополнительного управляемых мостов, подключены параллельно к общей цепи первичного постоянного тока, протекающего между этими выводами. Вторичные фазные обмотки 66-68 соединены в треугольник и подключены к входу диодного моста, выходные выводы которого подключены к нагрузке 69.

Числа витков первичных фазных обмоток выбраны в соотношении:

О, 134,.

W +

1081767

Возможными вариантами соединения выходных выводов преобразователя являются показанные на фиг.2а и фиг.2б.

Очередность включения тиристоров:

45-46, 45-52, 45-48, 51-48, 47-48, 47-54, 47-44, 53-44, 49-44, 49-50, 5

49-46, 55-46.

Соответственно, очередность включения диодов: 38-41-43, 38-41-43, 38-40-43, 38-40-43, 39-43-40, 39-4340, 39-40-42, 39-40-42, 39-41-42, 10

39-41-42, 41-38-42, 41-38-42.

Включение индуктивной катушки между выводами 63,65 и 62,64 (фиг.2б) при низковольтном сильноточном выпрямлении уменьшает габариты этой ка- 15 тушки.

Преобразователь (фиг.3) имеет более высокую нагрузочную способность по току диодного моста, чем преобразователь (фиг.1).

Преобразователь (фиг.4) содержит трехфазный трехобмоточный трансформатор 70, один трехфазный мост на диодах 71-76 и два трехфаэных управляелиях вентильных моста: основной — на тиристорах 77-82 и дополнительный на тиристорах 83-88. Первичные фазные обмотки 89-91 подключены началами к фаэным входным выводам, а концами к входу основного моста, первичные фаэные обмотки 92-94 подключены кон- Зо цами и нулевому входному выводу, а началами — к входу дополнительного моста. Выходные выводы 95,96 и 97,98 соответственно основного и дополнительного управляемых мостов подклю- 35 чены параллельно к общей цепи первичного постоянного тока, протекающего между этими выводами. Вторичные фаэные обмотки 99-101 соединены в треугольник и подключены к входу диод- 4п ного моста, выходные выводы которого подключены к нагрузке 102.

Числа витков первичных фазных обмоток выбраны в соотношении:

45 — — 0,134.

4 2

Возможными вариантами соединения выходных выводов преобразователя яв1 ляются показанные на фиг.2а и фиг.2б.5О

Очередность включения тиристоров:

77-80, 77-84, 77-82, 87-82, 79-82,7986, 79-78, 83-78, 81-78, 81-88, 81-80, 85-80.

Соответственно, очередность вклю- 5

55 чения диодов: 72-73-75, 72-75, 7274-75, 74-75, 74-71-75, 71-74, 71-7476, 71-76, 71-73-76, 73-76, 73-76-72, 73-72.

Включение индуктивной катушки между выводами 95,97 и 96,98 (фиг.2б) при низковольтном сильноточном выпрямлении уменьшает габариты этой катушки.

Нагруэочная способность по току диодного моста преобразователя (фиг.4) по сравнению с преобразователем (фиг.1), не содержащем индуктивных катушек, выше, а по сравнению с тем же преобразователем, содержащим индуктивные катушки, не уступает.

На фиг.5 пунктирные линии соответствуют работе преобразователя (фиг.1) беэ катушек 35 и 36, а сплошные при их включении.

На фиг.5-7 приняты следующие обозначения:i, Ьр > ю,,- токи в обмотках

1 стержня трансформатора; inn — линейный ток "треугольника", i — ток через нулевой входной вывод О, Uo — напряжение на нагрузке; Нф(UA " 9 Uc)— фазное напряжение сс ти;, — амплитуда тока нагрузки; К вЂ” коэффициент трансформации.

Для преобразователя (фиг.4) не допустимо соединение вторичной обмотки трансформатора в трехлучевую звезду.

Для преобразователя (фиг.1 и 3) допустимо соединение вторичных обмоток трансформатора в две звезды с нагрузкой между их нейтралями по кольцевой схеме, т.е. "через вентили на зигзаг", когда каждая фаза одной звезды соединяется через два вентиля с объединенными одноименными электродами с разноименными фазами другой звезды.

Для всех вариантов преобразователей допустимо соединение вторичных обмоток трансформатора и в шестилучевую звезду, подключенную к выпрямителю, собранному на шести диодах по однополупериодной схеме или на двенадцати диодах по мостовой схеме.

Однако это усложняет конструктивное исполнение трансформатора.

Если питающая сеть трехпроводная, то для подключения к ней преобразователя можно его нулевой входной вывод подключить к нейтрали,соединенной в звезду и подключенной к фазным входным выводам обмотки дополнительного маломощного трехфазного трансформатора. Одновременно такое подключение ограждает сеть от вредного воздействия

"аока нулевой последовательности преобразователя, что особенно важно при отсутствии в сетевом трансформаторе обмотки, соединенной в треугольник.

1081767

1081767 (9б) 2 (98) (Уб) (98)

1081767

1081767

Фиг. Ф

10817б7

ИФ

1081767

1081767

Составитель Е.Мельникова

Редактор С.Лыжова Техред С.Мигунова Корректор Р.Макаренко (Заказ 1562/50 Тираж 667

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4