Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное (его варианты)

 

Изобретение относится к устройствам электропитания с бестрансформаторным входом для электрои радиотехнической аппаратуры . Цель изобретения - улучшение энергетических характеристик. Преобразователь содержит вентили 1-6, образующие анодную и катодную группы, и двухобмоточные дроссели 7-9. Одни выводы венти0 А9 д лей 2, 4, 6 первой группы соединены с разноименными выводами вентилей 1, 3, 5 второй группы и с входными выводами. Другие выводы вентилей 2, 4, 6 объединены и образуют первый выходной вывод 18. Свободные выводы вентилей 1, 3, 5 соединены с первыми обмотками 11 -13 дросселей 7-9. Свободный вывод первой обмотки каждого дросселя подключен к одному выводу второй обмотки дросселя смежной фазы при последовательно-встречном их включении. Свободные выводы вторых обмоток 14-16 дросселей объединены и образуют второй выходной вывод 17. Использование двухобмоточных дросселей и указанное их соединение обеспечивают получение режима работы, при котором перемагничивание дросселей происходит практически по симметричной петле гистерезиса. За счет этого улучшаются энергетические характеристики. 2 с. п. ф-лы, 4 ил. 9 С л / V V xz го ю со со 1C 05 Фиг. f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1229926 дв 4 Н 02 М 7 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 9

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3798350/24-07 (22) 09.10.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (72) А. А. Мазунов (53) 621.314.632 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 395953, кл. Н 02 М 7/08, 1970.

Авторское свидетельство СССР № 1064398, кл. Н 02 М 7/155, 1980. (54) ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к устройствам электропитания с бестрансформаторным входом для электро- и радиотехнической аппаратуры. Цель изобретения — улучшение энергетических характеристик. Преобразователь содержит вентили 1 — 6, образующие анодную и катодную группы, и двухобмоточные дроссели 7 — 9. Одни выводы вентилей 2, 4, 6 первой группы соединены с разноименными выводами вентилей 1, 3, 5 второй группы и с входными выводами. Другие выводы вентилей 2, 4, 6 объединены и образуют первый выходной вывод 18. Свободные выводы вентилей 1, 3, 5 соединены с первыми обмотками 11 — 13 дросселей 7 — 9. Свободный вывод первой обмотки каждого дросселя подключен к одному выводу второй обмотки дросселя смежной фазы при последовательно-встречном их включении. Свободные выводы вторых обмоток 14 — 16 дросселей объединены и образуют второй выходной вывод 17. Использование двухобмоточных дросселей и указанное их соединение обеспечивают получение режима работы, при котором перемагничивание дросселей происходит практически по симметричной петле гистерезиса. 3а счет этого улучшаются энергетические характеристики. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

1229926

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах электропитания с бестрансформаторным входом электро- и радиотехнической аппаратуры.

Цель изобретения — улучшение энергетических характеристик.

На фиг. 1 и 2 показаны варианты электрических схем преобразователя; на фиг. 3 и 4 — электромагнитные процессы в основных элементах схем.

На фиг. 1 и 2 А, В, С вЂ” входные выводы преобразователя для подключения к трехфазному источнику переменного напряжения.

Вентили 1 — 6 образуют аподную (первую) группу вентилей и катодиую (вторую) группу вентилей.

Двухобмоточные дроссели 7 — 9, нагрузка 10 и вентили 1 — 6 в первом (фиг. 1) и втором (фиг. 2) вариантах связаны следующим образом.

Каждая из первых обмоток 11 — 13 дросселей 7 — 9 соединена последовательновстречно с одной из вторых обмоток 14 — 16 смежной фазы, например обмотка 11 фазы А — с обмоткой 16 фазы С, обмотка 12 фазы  — с обмоткой 14 фазы А, обмотка 13 фазы С вЂ” с обмоткой 15 фазы В.

Начальные выводы (обозначены 1-очками первых обмоток 11 — 13 подключены соответственно к катодам вентилей 1, 3, 5 (фиг. 1), к катодам вентилей 4, 6, 2 (фиг. 2).

Начальные выводы вторых обмоток !4—

16 соединены в общую точку, образующую выходной вывод 17 преобразователя (фиг. 1) с анодами вентилей 1, 3, 5 соответственно, общая точка катодов которых образует выходной вывод 17 (фиг. 2) .

На фиг. 3 приведены U», !)„с, !)«вЂ” линейные напряжения на входе преобразователя; U„U, U, — напряжения на начальных выводах а, b, c обмоток 11 — 13 относительно выходного вывода 18; L0i io), !

0 )6) — напряжения и токи обмоток 1! — 16 дросселей 7 — 9; Uip, Up — кривая выпрямленного напряжения и его среднее значение на нагрузке 10; Io> — эквивалентный ток намагничивания дросселя 8, равный алгебраической сумме токов обмоток 12 и 15.

На фиг. 4 иллюстрирован процесс перемагничивания дросселей 7 — 9 в течение одного периода входного напряжения по петле гистерезиса; В, Н вЂ” индукция и напряженность поля в магнитопроводе; точки t — t> характеризуют магнитные состояния магнитопровода в конце каждого интервала времени л/3 в соответствии с фиг. 3.

Процессы в преобразователе по фиг. 1 и 2 идентичны, поэтому рассмотрим работу в интерва.ic времени одного периода входного напряжения, например !)сд, по фиг. 1. Цикл иеремагничивания дросселей 7 — 9 проанализируем на примере одного дросселя 8.

В момент времени t = ti напряжение !

)с„переходит через нулевое значение, а на5

10 !

55 пряжение UAo становится равным напряжению !)св (фиг. За). С этого момента времени и до t = tq, как и в предшествующем интервале времени tp(t(ti, открыты вентили 1, 5, 6, ток в нагрузке 10 равен сумме токов, протекающих через вентили 1, 5 и последовательно соединенные с ними обмотки соответственно 11 и 16, 13 и 15 (фиг. 3е, з) . Поскольку ток Iio через обмотку 15 дросселя 8 в момент времени t = ti достигает максимального значения, а через обмотку 12 он равен нулю (фиг. Зж, з), то магнитопровод дросселя 8 имеет максимальное подмагничивание, характеризуемое точкой ti на петле гистерезиса (фиг. 4).

На обмотках 11 и 16 дросселей 7 и 9 падает напряжение (фиг. Зб, г):

1- 1 + 1- 16 = UAa — U>o (l)

Напряжение U> i трансформируется в обмотку 14 плюсом на начальном выводе, а напряжение Uio трансформируется в обмотку 13 плюсом на конечном выводе.

Поскольку вентили 1 и 5 открыты, то напряжение UA< уравновешивается падением напряжения на всех последовательно соединенных обмотках в контуре относительно этого напряжения:

UAc = Uii + Uiq + U

Тогда из (1) и (2) в соответствии с фиг. 3а, б, r:

Uio = 1)св + Ut3 + U15 (3)

Из (1) и (3) следует:

U(p = 1- АВ U() 1-)16 = UCB + U(g +

+ Ul5 (4)

Кривая напряжения Uio на нагрузке 10 в соответствии с характером изменения входных напряжений U

Ток 1, уменьшающийся по величине, протекал в обмотке 15 от конечного вывода к начальному, поэтому рабочая точка на петле гистерезиса перемещается от ti к 4 (фиг. 4) .

В момент времени t = 4 напряжение Uoc переходит через нулевое значение, а напряжение UAC становится равным напряжению

UAo (фиг. За). Вентили 5 и 6 закрываются, а вентили 2 и 3 открываются при открытом вентиле 1. Ток через последовательно соединенные обмотки 13 и 15 прерывается, а через обмотки 12 и 14 увеличивается от нулевого значения (фиг. Зж, з). Причем в обмотке

12 ток протекает от начального вывода к конечному, что эквивалентно изменению напряжения тока Iis. Рабочая точка на петле гистерезиса дросселя 8 перемещается от 4 к tp, поскольку ток Ii> увеличивается от нулевого значения (фиг. 4).

В контуре коммутации, состоящем из обмоток 11, 12, 14 и 16 дросселей 7 — 9 относительно входного напряжения U,o, обе обмотки 11 и 14 дросселя оказываются соеди1229926

10

40

55 ненными последовательно-согласно через открытые вентили 1 и 3, Через обмотки 11 и 14 протекают токи противоположного на- правления (фиг. Çe, ж). Суммарная индуктивность дросселя 7 скачком увеличивается, что вызывает скачкообразное увеличение падения напряжения U11 и U14 на обмотках

11 и 14 (фиг. Зб, t = tq). Поскольку напряжение UAg равно напряжению 1),с (фиг. Зб), то на обмотках 12 и 16 дросселей 8 и 9 падение напряжения скачкообразно уменьшается на такую же величину, на какую на обмотках 11 и 14 падение напряжения увеличивается (фиг. Зв, г).

В интервале времени 1р(1(13 открыты вентили 1 — 3. Напряжения на обмотках 11, 12, 14 и 16 уменьшается, поскольку входное напряжение UAo, уравновешивающее их в этом интервале времени, уменьшается до значения U до нуля (фиг. 3а, б„в, г). Для контуров относительно входных напряжений

UA< и U>< справедливо равенство:

U1o = UAc U11 1-з 16=1-1Вс + 1- 12 +

+ U14 ° (5)

Поскольку входное напряжение Ы е изменяется В диапазоне 2 Um (UAg (— Ц, - 3 3 а входное напряжение 1вс увеличивается от нуля до значения — U (фиг. 3a), то

- /3

2 напряжение на нагрузке увеличивается от минимального значения до максимального (фиг. Зд, tz(t

В момент времени t = t3 напряжение

UAo становится равным нулю, а напряжение

U„ достигает величины напряжения U„c.

Вентили 1 — 3 остаются открытыми. В контуре относительно входных клемм А и В напряжение UAo изменило полярность на противоположную (11») и увеличивается от нулевого значения до — U, поэтому на обмотках 11, 12, 14 и 16 падения напряжений также изменили полярность и увеличиваются от нулевых значений до каких-то промежуточных (фиг. Зб, в, г, t3 (t (t4). Ток в нагрузке 10 определяется также суммарным током 111 и 112 (фиг. Çe, ж).

Магнитное состояние магнитопровода дросселя 8 определяется так же, как и в предшествующем интервале времени, током 11 через обмотку 12. Поскольку ток 113 равен нулю, а ток 1гр продолжает увеличиваться, то рабочая точка индукции дросселя 8 перемещается от t3 к какой-то промежуточной точке t4 (фиг. 4). Так как напряжение U„c изменяется B диапазоне — Um

Чз (фиг. Зв), а напряжение UA„уменьшается

/3" от значения — U до нуля при увеличиваюшихся падениях напряжения U11, Uiz, и Uio, то напРЯжение U1o на нагРУзке 10 носит падающий характер от максимального значения до минимального (фиг. Зд).

В момент времени 1= t4 напряжение V« переходит через нулевое значение, а напряжение UoA.достигает величины напряжения

Поэтому вентили 1 и 2 закрываются, а вентили 4 и 5 открываются при открытом вентиле 3. Ток через последовательно соединенные обмотки 11 и 16 прерывается, а через обмотки 13 и 15 ток увеличивается от нулевого значения (фиг. Çe, з). Теперь ток в нагрузке 10 определяется токами 11р и 113.

В контуре, состоящем из обмоток 12 — 15 и их открытых вентилей 3 и 5 относительно входного напряжения Uoe, обмотки !2 и 15 дросселя 8 оказываются соединенными последовательно-согласно. Суммарная индуктивность дросселя 8 скачкообразно увеличивается, что вызывает скачкообразное увеличение падения напряжения Б1р и U1;„ (фиг. Зв) и уменьшение падения напряжения

U13 и U14 на обмотках 13 и 14 дросселей 7 и 9 (фиг. 36, r).

Магнитное состояние дросселя 8 определяется алгебраической суммой намагничивающих сил обеих обмоток 12 и 15 и токов

1д и 113, протекающих в противоположных направлениях относительно начальных выводов. При этом, поскольку увеличивающийся ток 112 много больше тока 113, то рабочая точка индукции дросселя- 8 перемещается от t4 к 15 (фиг. 4) .

В контуре относительно клемм В и С напряжение Uoe уменьшается от величины 6m до нуля, поэтому напряжения Ui, и U1;- на обмотках 12 — 15 также уменьшаются до нулевого значения (фиг. Зб, в, г, 14(1(13) . Входное напряжение U» изменяется в малых пределах U (UqA(Е (>V (фиг. Зв), а напряжение VcA, увели3 чивается от нулевого значения до величины

/з — V . поэтому при чменьшающихся значени2 ях падения напряжения на обмотках 12 —,!5 напряжение U1o на нагрузке имеет возрастающий характер от минимального до максимального значения (фиг. Зд, t4

В момент времени t = 13 напряжения Uec становится равным нулю (фиг. 3a), а напряжение 1) „достигает величины напряжения

Вентили 3 — 5 остаются открытыми.

В контуре относительно входных клемм В и С напряжение Uqc изменило полярность на противоположную (Uco ) и увеличивается от нулевого значения до - U„„ поэтому на

/3 обмотках 12 — 15 напряжения также изменили полярность и увеличиваются от нуля до каких-то промежуточных значений (фпг. Зб, в, г, to(t(to). Ток в нагрузке 10 равен сумме токов !1р и 113 (фиг. Зж, з).

1229926

Магнитное состояние дросселя 8 определяется алгебраической суммой намагничивающих сил обеих обмоток 12 и 15 и токов 1!2 и 115, протекающих в противоположных направлениях. При этом, поскольку ток 1)о уменьшается от максимального значения до нуля, а ток I!5 продолжает увеличиваться (фиг. Зж, з), рабочая точка индукции дросселя 8 перемещается от t5 к t6 (фиг. 4), В момент времени t = t6 (фиг. Зж), когда про) ивоположно направленные токи I) и 1!5 дросселя 8 становятся равными, суммарная на5;агничивающая сила равна нулю и магнитное состояние дросселя 8 будет характеризоваться на петле гистерезиса точкой t6 (фиг. 4).

В соответствии с характером изменения напряжения U6A и напряжений на обмотках

12 — 15 (фиг. За, б, à, r), напряжение на нагрузке 10 имеет падающий характер от максимального значения до минимального (фиг. Зд).

В момент времени t = t6 напряжение

U A проходит через нулевое значение, а напряжение Uc6 становится равным напряжению U6A. Вентили 3 и 4 закрываются, а вентили 1 и 6 открываются при открытом вентиле 5. Ток через последовательно соединенные обмотки 12 и 14. прерывается, а через обмотки 11 и 16 ток увеличивается от нулевого значения. Ток в нагрузке 10 равен сумме токов 1!1 и Iц. В контуре, состоящем из обмоток 11, 13, 15, 16 и открытых вентилей 1 и 5 относительно входного,напряжения UcA, обмотки 13 и 16 дросселя 9 оказываются соединенными последовательносогласно. Суммарная индуктивность дросселя 9 скачкообразно увеличивается, что предопределяет увеличение падения напряжений

U16 и U!6 на его обмотках 13 и 16 и уменьшение на такую же величину напряжений U!! и U!5 дросселей 7 и 8 (фиг. Зб, в, г, t = t6).

Магнитное состояние дросселя 8 определяется намагничивающей силой обмотки 15 (током I!5), поскольку ток 1)о равен нулю.

Рабочая точка индукции на петле гистерезиса характеризуется положением t6 (фиг. 4).

В интервале времени t6(t(t открыты вентили 1, 5 и 6. Напряжение Ус„уменьшается от величины — U до нуля, что пре3 допределяет уменьшение напряжений на обмотках 11, 13, 15 и 16 дросселей 7 — 9 также до нуля (фиг. Зб, в, г). В соответствии с характером изменения напряжения и падений напряжений на обмотках 11 и 16 напряжение U)6 на нагрузке 10 увеличивается от минимального значения до максимального (ф и г. Зд):

1-1

Далее процессы в схеме повторяются.

Из приведенного анализа процессов следует, что дроссели 7 — 9 эквивалентны по режиму работы дросселям переменного напряжения, у которых перемагничивание происходит практически по симметричной петле гистерезиса поскольку: а) отсутствует постоянная составляющая тока намагничивания, так как токи через обмотки равны по величине и протекают в противоположных направлениях относительно начал (концов) обмоток; б) амплитудные значения положительной и отрицательной полуволн эквивалентного переменного нам агничивающего тока отличаются не более 10Я.

Теоретический анализ электромагнитных процессов в схеме и результаты эксперимента показывают, что, например, для интервала времени t)< t(t в соответствии с диаграммами напряжений и токов по фиг. Зб — ж и цикличности перемагничивания дросселей по фиг. 4 при пренебрежении падениями напряжений на вентилях 1 — 6 соотношения напряжений на обмотках дросселей 7 — 9 имеют следующие значения (в мгновенных значениях):

1- -113 = 1-116

1-) 11 = — 1-) 16 — з

U15 = U16

3

Из (2) с учетом (7) для мгновенных значении при 11 (((4:

UAq = 3U16 (8) для амплитудных значений при t = t2. (7) U)6

1 1 о

3 3

1- 1!)(мин) — UA8 U ! U16 = Um

= 0,48U — среднее значение в интервале времени

50 t)(t ((о с учетом (3), (7), (9) и синусоидального характера кривых напряжений на обмотках 13 и 15: о ба

U6 = — 3))Umsiïàdàñ+ 5U)amsinndoc.+ о о

18 5

+ )1)15 ЯПа! 1а = + 11 о

12л, == 0,708U .

= — Um = 0,2911 (9) где U!66), U — амплитудное значение напряжения на дросселе и входного линейного напряжения соответственно.

Напряжение на нагрузке 10:

40 — максимальное значение при t = t! в соответствии с фиг. Зб — д: й)1

1- 10(макс) р Um — минимальное значение при t = tz

45 из (1), (7), (9):

1229926

Формула изобретения

Фиг. 2 и

1 и., и» u,„и„, u„u,. и, иа/ и, и„г„, г

1. Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий две группы вентилей, причем одни выводы вентилей первой группы соединены с разноименными соответствующими выводами вентилей второй группы и образуют входные выводы, другие выводы вентилей первой группы объединены и образуют первый выходной вывод, а свободные выводы вентилей второй группы подключены к соответствующим выводам первых обмоток дросселей, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, дроссели выполнены двухобмоточными,при этом свободний вывод первой обмотки каждого из дросселей подключен к одному выводу второй обмотки дросселя смежной фазы при последовательно-встречном их включении, а свободные выводы вторых обмоток дросселей объединены, образуя второй выходной вывод.

2. Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий две группы вентилей, анодную и катодную, причем объединенные аноды анодной группы образуют первый выходной вывод, а каждый из катодов образует соответствующий входной вывод, а также дроссели, 1О отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, дроссели выполнены двухобмоточными, причем первая обмотка каждого из дросселей соединена последовательно-встречно с второй обмоткой

15 дросселя смежной фазы, обе указанные обмотки вкл ючены между катодом анодной и анодом катодной групп вентилей, а второй выходной вывод образован объединенными катодами катодной группы.