Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

) 1. ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТО- . ЯННОЕ, содержащий трехфазный трансформатор , начала первичных обмоток которого образуют входные выводы, двенадцать управляемых вентилей, трехфазный делитель тока, вторичную обмотку , подключенную к трехфазному неуправляемому мостовому выпрямителю, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей, обмотки трехфазного делителя тока соединены в первый треугольник и выполнены с центральными отводами, каждый из которых через пару встречно-параллельно включенных управляемых вентилей соединен с общей точкой двух остальных обмоток делителя тока, а каждая первичная обмотка трансформатора выполнена с отводом с относительным числом витков от начала до отвода, равный , остальные управляемые вентили образуют три пары при их встречно-параллельном включении и соединены во второй треугольник, при этом концы и отводы первичных обмоток подключены к вершин ам первого или второго треугольника. i 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что (Л вторичные обмотки соединены в звезду, концы первичных обмоток подключены к вершинам второго треугольника, а отводы первичных обмоток - квершинам первого треугольника. J.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем,что вторичные обмотки соединены в треуголь-i ник, концы первичных обмоток подклюг со чены к вершинам первого треугольника, а отводы первичных обмоток .- к вершинам второго треугольника. оэ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) 3(5)) Н 02 М 7/155

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3. Преобразователь по и. 1, отличающийся тем,что вторичные обмотки соединены в треуголь-( ник, концы первичных обмоток подклю-, чены к вершинам первого треугольника, а отводы первичных обмоток . — к вершинам второго треугольника.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3502281/24-07 (22) 22. 10. 82 (46 ) 23. 05. 84. Бюл. Р 19 (72) И. Э. Ранне, T.Þ. Саккос, В. B. Сарв, Ю. Э. Сооярв и M. Я. Хансен (71) Институт термофизики и электрофизики AH ToHc o CCP (53) 621.314.6(088.8) (56) 1. Размадзе ()).М. Преобразовательные схемы и системы. М., "Высшая школа", 1967, с.207.

2. Ситник Н.Х. Силовая полупроводниковая техника. M., "Энергия", 1968. с. 176.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке )) 3319158, кл. Н 02 М 7/12, 1981. (54 ) (57.) 1. ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТО- „

ЯННОЕ, содержащий трехфазный трансформатор, начала первичных обмоток которого образуют входные выводы, двенадцать управляемых вентилей, трехфазный делитель тока, вторичную обмотку, подключенную к трехфазному неуправляемому мостовому выпрямителю, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей, обмотки трехфазного делителя тока соединены в первый треугольник и выполнены с центральными отводами, каждый из которых через пару встречно-параллельно включенных управляемых вентилей соединен с общей точкой двух остальных обмоток делителя тока, а каждая первичная обмотка трансформатора выполнена с отводом с относительным числом витков от начала до отвода, равный - 3/2, остальные управляемые вентили образуют три пары при их встречно-параллельном включении и соединены во второй треугольник, при этом концы и отводы первичных обмоток подключены к вершинам первого или второго треугольника.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что вторичные обмотки соединены в звезду, концы первичных обмоток подключены к вершинам второго треугольника, а отводы первичных обмоток — к вершинам первого треугольника.

1094123

Изобретение относится к преобра— зовательной технике и может быть использовано в системах электропитания с регулируемым выпрямленным напряжением, где требуется повышенное качество выходного и входного токов и регулирование напряжения с первичной стороны питающего трансформатора.

Известны трехфазные преобразовахели переменного напряжения в постоян- 1О ное, состоящие из двух или нескольких трехфазных вентильных блоков, анодные напряжения которых сдвинуты для получения многопульсных, например, двенадцатипульсных схем выпрямленного напряжения и тока питания (1j .

Но такие преобразователи не обеспечивают многопульсного, в том числе двенадцатипульсного регулирования выходного напряжения с первичной сгороны трансформатора.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого, вместе с управляемыми ключами переменного . тока, образуют звезду, подключенную к трехфазному источнику питания, а вторичные обмотки соединены в звезду и подключены к неуправляемому выпрямительному мосту (21.

Недостатком преобразователей является то, что они обеспечивают лишь шести;-ульсное регулирование выпрямленного напряжения.

Наиболее близким к изобретению Ç5 является преобразователь, содержащий трехфазный трансформатор, начала первичных обмоток которого образуют входные выводы, двенадцать управляемых вентилей, подключенных к концам Щ и двум отводам обмоток трехфазного делителя тока и.концам первичных обмоток и вторичные обмотки, соединенные к звезду и подключенные к трехфазному неуправляемому мостовому выпрямителю (3) .

Недостатками преобразователя является то, что при работе преобразователя на первичной стороне трансформатора включены одновременно три управляемых вентиля, что создает потери,,уменьшая КПД. Работа трехфазного делителя тока в каждом интервале проводимости вентилей приводит к увеличению его габаритов. Применение в уст-— ройстве двенадцати управляемых венти55 лей также увеличивает габариты преобразователя.

Целью изобретения является повышение КПД и улучшение массогабаритных показателей.

Эта цель достигается тем, что в трехфазном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трехфазный трансформатор, начала первичных обмоток которого образуют 65 входные выводы, двенадцать управляемых вентилей, трехфазный делитель тока, вторичную обмотку, подключенную к трехфазному неуправляемому мостовому выпрямителю, обмотки трехфазного делителя тока соединены в первый треугольник и выполнены с центральными отводами, каждый из котоpblx через пару встречно-параллельно включенных управляемых вентилей соединен с общей точкой двух остальных обмоток делителя тока, а каждая пер,вичная обмотка трансформатора выпол нена с отводом с относительным числом витков от начала до отвода, равным - 3/2, остальные управляемые вентили образуют три пары при их встречно-параллельном включении и соединены во второйтреугольник, при этом концы и отводы первичных обмоток подключены к вершинам первого или второго треугольника.

Вторичные обмотки соединены в звезду, концы первичных обмоток подключены к вершинам второго треугольника, а отводы первичных обмоток — к вершинам первого треугольника.

Кроме того, вторичные обмотки соединены в треугольник, концы первичных обмоток подключены к вершинам первого треугольника, а отводы первичных обмоток — к вершинам второго треугольника.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное в случае соединения вторичных обмоток в звезду; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжения питания одной фазы, тока питания одной фазы при полностью сглаженном выходном токе J и напряжения нагрузки Uz, а также таблица включенного состояния управляемых вентилей, встречно-параллельные пары которых выполняют функцию двунаправленных управляемых ключейр и Выпрямительных диодов

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное состоит из трехфазного трансформатора с первичными обмотками 1-3, подключенными к трехфазной сети, и со вторичными обмотками 4-6, соединенными в звезду и подключенными к выводам переменного тока трехфазного неуправляемого мостового выпрямителя, собранного на диодах 7-12 и подключенного к выводным выводам 13 и 14. Три обмотки трехфазного делителя тока 15 имеют центральные отводы 16-18 и сое динены в первый треугольник, вершины которого подключены к отводам 1921 первичных обмоток трансформатора.

Через двунаправленные управляемые ключи, составленные из встречнопараллельных пар управляемых вентилей 22-27, например, тиристоров, каж1094123 дый отвод 16-18 обмоток делителя тока соединен с общей точкой двух остальных обмоток делителя тока, а тем самым и с одним из отводов 1921 трансформатора.

Через три двунаправленных управляемых ключа, соединенных во второй треугольник и составленных из встречно-параллельных пар управляемых вентилей 28-33, между собой соединены концы первичных обмоток трансформа- 10 тора.

В случае соединения вторичных обмоток трансформатора в треугольник, концы первичных обмоток подключены к вершинам первого треугольника обмо-15 ток делителя тока, а отводы первичных обмоток подключены к вершинам второго треугольного соединения двунаправленных ключей, составленных иэ встречно-параллельных пар управляемых вентилей 28-33.

Устройство работает следующим образом.

В основном режиме работы в каждый момент времени во включенном состоянии находится один из управляемых вентилей 22-33. Управляемые вентили 22-33 включаются с определенной последовательностью и в каждом периоде питания каждый вентиль находится во включенном состоянии в течение 30 эл.град. При этом, когда включен один из вентилей 22-27, напряжения на всех обмотках трансформатора находятся в фазе или в проти. вофазе с одним из фазных напряжений питания. Когда же включен один из вентилей 28-33,напряжения на обмотках двух фаз трансформатора находятся в фазе или в противофазе с соответствующим линейным напряжением питания. 40

Таким образом, подходящее поочередное включение вентилей 22-33 позволяет формировать на выводах переменного тока трехфазного мостового выпрямителя на диодах 7-12 переменные напряжения, сдвинутые на

30 эл.град. Подключение трехфазного делителя тока к отводам первичных обмоток трансформатора обеспечивает равенство амплитуд этих напряжений.

В результате этого как выходное выпрямленное напряжение t)l,, так и токи питания (A ia i являются двенадцатипульсными.

Регулирование выходного напряжения, как и в известных схемах фазового регулирования, изменением сдвига фазы включения управляемых вентилей относительно напряжения питания. При этом регулйрование возможно как с . 60 отстающим, так и с опережающим током.

В первом случае тиристоры Работают в режиме естественной коммутации, во втором случае необходима принудительная коммутация тиристоров или приме- 65

Обозначим число витков первичных и вторичных обмоток трансформатора соответственно W« и В, а число витков секции между началом и отводом. первичной обмотки через Vl, . Пренебрегая при анализе намагничивающим током трансформатора,на основе равенства намагничивающих сил первичных и вторичных обмоток

«

«, 1й1, ciWz=«a+« > а=,„ «А ч«(2

7I, 1 -"«с - «g--(с«)2, 2 (2) (3) Под действием вторичных токов трансформатора «с,, «8, «с в рассматриваемом интервале проводят диоды

8, 9 и 10. Напряжение нагрузки на выходных. выводах 13, 14 3 г а „Ц (4) Следующий интервал работы начинается включением управляемого вентиля 32 и, соответственно, отключением вентиля 22. В этом интервале через включенный вентиль 32 концы первичных обмоток трансформатора в фазах

A и С соединены между собой и на них распределяется линейное напряжение

Ua . Токи в фазах A и С го величине равны и по направлению противоположны. Соответственно, в этом интервале работы

W«

= — «д= С а= С) a=Vl2, Под действием токов « и «с проводят диоды 9 . и 10, а напряжение нагрузки о

« 2

"н=,„, "ac

« (6) Из выражений (4) и (6) вытекает и требуемое относительное число витков нение полностью управляемых ключей других типов.

Рассмотрим интервал работы, когда включен управляемый вентиль 22. В этом случае отвод 19 первичной о6мотки трансформатора через вентиль 22 соединен с центральным отводом 16 делителя тока, причем начало и конец этой обмотки делителя тока подключены к отводам 20 и 21 первичных обмоток трансформатора.

В результате этого фазный ток питания «А в отводе 16 распределяется на две части, по величине равные и по полярности противоположные фазным токам is и iс 1 т е г

; =,=-«д!2 (1) 1094123 от начала до отвода первичной обмотки, равное 3/2. Действительно, так как для получения двенадцатипульсного режима работы выходное напряжение следует формировать из сдвинутых на 30 эл.град. переменных напряжений с равной амплитудой, а амплитуда линейного напряжения питания превышает в 43 раз амплитуду фазного напряжения питания, то из равенства величин вы-. ходного напряжение через 30 эл.град. 10 на основе (4) и (б) откуда (7)

В течение периода питания уйравляемые вентили (тиристоры) 22-33 вклю чаются в последовательности: 24-3127-28-22-32-25-30-26-29-23-33-24 и каждое изменение интервала сопровождается ступенчатым изменением фазных токов «А, «8, « . При включении одного из вентилей 22-27 в .первичных токах формируются ступени высотой

) Wg IW, и 3g Vlg J WI а при включении одного из вентилей 28-33 — ступени с высотой Jg Wq j%« и О. Соответственно, соотношение высот ступеней первичного тока равно 1:«373: 1/2:О, что обеспечивает устранение высших гармоник ниже 11-ой.

На фиг. 2 изображен ток «A . Токи и i имеют такую же форму но сдвинуты соответственно на 120 и

240 эл.град. Форма выходного напряжения 0 « на фиг. 2 соответствует углу регулирования с =45 эл.град.

В случае соединения вторичных обмоток трансформатора в треугольник, управляемые вентили 22-33 включаются в той же последовательности и устройство работает аналогично, но при заданном угле регулирования выходное напряжение уменьшается в -«3 раз.

Таким образом, за счет работы в каждом интервале лишь одного управляемого вентиля повышается, по сравнению с известным, КПД устройства.

Трехфазный делитель тока участвует в работе только в течение шести интервалов из двенадцати, в течение остальных шести интервалов делителем тока между фазами являются управляемые вентили 28-33.

Это позволяет уменьшить массу и габариты делителя тока: типовая мощность его равна 0,80 от типовой мощности делителя тока в прототипе.

Преобразователь требует более простой системы управления, так как управление одним вентилем не требует угла размножения сигналов управления, необходимогб в схеме управления известным устройством.

Снижение массогабаритных показателей достигается также в устройстве за счет воэможности использования в качестве управляемых вентилей двунаправленных ключей-симисторов.

10941?3

Фиг. l 3094123

vepe&ocmb Включения Вентилей

7 12 и гг-Л

Фи8.2

Составитель Е.Мельникова

Редактор A. Шандор Техред A. Бабинец Корректор В.Бутяга

Заказ 3453/43 Тираж 667 Подписное

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