Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией. Цель изобретенияулучшение массогабаритных и энергетических показателей. В шестифазном вентильном преобразователе наличие инвертора тройной частоты и легких вспомогательных обмоток на трансформаторе позволяет снять пик напряжения при холостом ходе преобразователя и тем самым улучшить его внешние характеристики . По мере увеличения нагрузки изменяется фаза напряжения тройной (Л частоты, подаваемого на вспомогательные обмотки через инвертор напряжения, и создается опережающая коммутация

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 Н 02 M 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3846339/24-07 (22) 21.01.85 (46) 15.11.86. Бюл. N- 42 (71) Институт электродинамики АН

УССР, Норильский вечерний индустриальный институт и Производственное объединение "Уралэлектротяжмаш" им.

В.И. Ленина (72) Г.В.Иванов, Э.Н.Гречко и А.Л.Амромин (53) 621.314.632(088.8) (56) Хамудханов М.З., Палванов В.Г.

Компенсационные выпрямители. Ташкент:

ФАН, 1973, с. 113.

Вентильные преобразователи с улучшенным коэффициентом мощности. Ч. 2:

Компенсационные способы улучшения коэффициента мощности вентильных преобразователей. M. Информэлектро, 1980, с. 27. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией, Цель изобретения— улучшение массогабаритных и энергетических показателей. В шестифазном вентильном преобразователе наличие инвертора тройной частоты и легких вспомогательных обмоток на трансформаторе позволяет снять пик напряжения при холостом ходе преобразователя и тем самым улучшить его внешние характеристики. По мере увеличения нагрузки изменяется фаза напряжения тройной частоты, подаваемого на вспомогатель- уд ные обмотки через инвертор напряжения, и создается опережающая коммутация С„ тока вентилей, что позволяет регулировать реактивную мощность, потребляемую преобразователем, без применения компенсирующих конденсаторов, имеющих большие габариты. Преобразователь содержит трехфазный четырехстержневой преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми обмотками 2-4, вентильными обмотками 5-10 и вспомогательными обмотками 11-14. Шесть вентилей 15-20

70849 объединены катодами, образуя положительный выходной вывод, подключенный к инвертору 24. Трехфазный датчик 29 тока и один иэ выводов вспомогательной обмотки 14 подключены к системе управления, выполненной на основе цатчика 32 тройной частоты, одновибратора 33, фозосдвигающего устройства

34,блока 35 управления, дешифратора 36 и формирователя 37 импульсов .2 ил.

Преобразователь содержит трехфазный четырехстержневой преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми обмотками 2-4, вентильными обмотками

5-7 и 8-10, соединенными в две звезды, и четырьмя вспомогательными обмотками 11-14 шесть вентилей 15-20, катоды которых объединены в общую точку и образуют положительный выходНоН вывод 2 1 > KQTopblH> B cBoIQ оче.— редь, через разделительный диод 22 подключен к первому входному выводу

23 инвертора 24, отрицательный выходной вывод 25, к которому подключены нулевые выводы вентильных обмоток, второй входной вывод 26 инвертора 24, к выходным выводам 27 и 28 которого подключены вспомогательные обмотки

11-13 основных стержней, соединенные в открытый треугольник, трехфазный датчик 29 тока, первый и второй входные выводы 30 и 31 системы управления, к которым соответственно подключены вспомогательная обмотка 14 четвертого стержня и трехфазный датчик

29 тока. Система управления выполнена на основе датчика 32 тройной частоты, одновибратора 33, фазосдвигающего

Фазосдвигающее устройство 34 вклюМ чает операционный усилитель 57, подключенный входом к второму входному выводу 31 системы управления, конденсатор 58 и ключ 59, подключенные параллельно. входному и выходному BbIBo1

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных и энергетических показателей преобразователя.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — диаграммы, поясняющие его. работу.

3 устройства 34, блока 35 управления, дешифратора 36 и формирователя 37 импульсов.

Трехфазный датчик 29 тока выполнен в виде трех трансформаторов 38-40 тока, первичными обмотками каждого иэ которых являются две встречные шины одноименных вентильных обмоток 5-7 и 8-10, диодного моста 41 Ларионова, 10 к зажимам переменного тока которого подключены вторичные обмотки трансформаторов тока 38-40, и потенциометра 42, ползунок которого является выходным выводом датчика 29 тока.

15 Инвертор 24 на полностью управляемых вентилях 43-46 с диодным мостом обратного тока содержит входнойфильтр, представленный конденсатором 47, и выходной фильтр, состоящий из последо20 вательного колебательного контура, включающего дроссель 48 и конденсатор 49, и параллельного колебательного контура, включающего дроссель

50 и конденсатор 51, настроенные на

25 тройную частоту сети, Датчик 32 тройной частоты имеет в своем составе компаратор 52, подключенный входом к первому входному выводу 30 системы управления, формирователи 53 и 54 переднего и заднего фронтов, подключенные входами к выходу компаратора 52, триггер 55 и схему

ИЛИ 56. 4 1, дам операционного усилителя 5?, н второй компаратор 60, подключенный входом к выходу операционного уси", теля 57.

Блок 35 управления содержит третий компаратор 61, подключенный входом к второму входному выводу 31 системы управления, триггер 62 и логический инвертор 63.

Дешифратор 36 собран на шести схемах И 64-69, aiорой и третьей схемах

ИЛИ 70 и 71 и триггере 72.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной работе однотактового шестифазного преобразователя вступают в параллельную работу два однотактовых трехфазных выпрямителя на

) вентилях 15-17 и 18-20. При этом мгновенные значения выпрямленных напряжений этих выпрямителей неодинаковы и их разность составляет напряжение треугольной формы и тройной частоты по отношению к частоте питающей сети с амплитудой, равной половине амплитуды фазного напряжения вентильной обмотки, которое приложено к двум последовательным обмоткам различных фаз различных трехфазных систем. Для выравнивания мгновенных значений выпрямленных напряжений двух параллельно работающих трехфазных выпрямителей в преобразователе использован трансформатор 1 с четырехстержневым магнитопроводом, который, кроме сетевых обмоток 2-4, соединенных в звезду без нулевого провода, и вентильных обмоток 5-7 и 8-10, соединенных в две обратные звезды с общей точкой, имеет четыре вспомогательные обмотки 11-14.

Под действием напряжения тройной частоты, генерируемого преобразователем, по обмоткам параллельно работающих фаз протекает уравнительный ток тройной частоты,-который создает однона-правленные потоки в основных стержнях трансформатора. Потоки нулевой последовательности в преобразователе проХодят по магнитопроводу четвертого стержня, находящегося в ненасыщенном состоянии. Благодаря этому в уравнительном контуре имеется большое сопротивление нулевой последовательности х» соизмеримое с сопротивлениЕм намагничивания х трансформатора, которое в достаточной степени ограничивает уравнительный ток преобразователя. Амплитуда уравнительного тока

\1 49 4

15

Э5

40 не превышает 1-2 . от амплпту1ц,; и мп— нального тока вентильной обмотки при сечении четвер.ртого стержня 30-40 от сечения основных стержней. Таким образом, для осуществления параллельной работы двух однотактных трехфазных выпрямителей и увеличения длительнос0 ти протекания анодных токов до 120 исключается необходимость применения громоздких двухфазных уравнительных реакторов.

К вспомогательным обмоткам 11-13 основных стержней, соединенным в открытый треугольник, подводится напряжение тройной частоты от инвертора

24. Под действием этого напряжения по вспомогательным обмоткам 11-13 течет ток тройной частоты, который создает потоки нулевой последовательности в основных стержнях. Это потоки также замыкаются по магнитопроводу четвертого стержня, благодаря чему ток вспомогательных обмоток мал. Таким образом, выравнивание мгновенных значений напряжений параллельно работающих фаз достигается пропусканием . намагничивающего тока тройной частоты по вспомогательным обмоткам основных стержней. Вспомогательные обмотки основных стержней могут создавать также и опережающую коммутацию токов вентилей. При возрастании тока нагрузки постепенно через систему управления меняется фаза напряжения тройной частоты на выходе инвертора 24, что автоматически приводит к опережающей коммутации вентилей. При этом контроль за током нагрузки осуществляется с помощью датчика 29 тока. Сигнал с выхода датчика тока поступает пропорционально току нагрузки на систему . чправления.

Датчик 32 тройной частозы подключен к вспомогательной обмотке четвертого стержня. Напряжение на вспомогательной обмотке 14 отображено кривой на фиг.2а. Компаратор 52 формирует на выходе двухполярное напряжение с реверсами с одной полярности на другую в моменты перехода напряжения на вспомогательной обмотке 14 через нуль. Формирователи 53 и 54 переднего и заднего фронтов, подключенные к вЫходу компаратора 52, управляют триггером 55, на прямом и инверсном выходах которого формируются однополярные прямоугольные импульсы, синхронизированные с тройной частотой напря5 1270 кения вспомогательной обмотке 14. На выходе схемы ИЛИ 56 формируется пос— педовательность импульсов частоты

áf, где f — частота промышленной сети. 5

Сигналы на выходах компаратора 52, прямом выходе триггера 55, схеме ИЛИ

56 приведены на фиг.2б, в, r соответственно. Последовательность импульсов на выходе одновибратора 33, который 0 запускается под действием импульсов частоты с выхода схемы ИЛИ 56, представлена на фиг.2д.

Операционный усилитель 57 конденсатор 58 и ключ 59 образуют интегра-, 15 тор. Импульсы частоты áf с выхода элемента ИЛИ 56 поступают на ключ 59, закорачивая на короткое время конденсатор 58 и разряжая его. В этот момент напряжение на выходе интегратора 20 равно нулю. Интегратор формирует пилообразное напряжение, показанное на фиг.2е, в функции сигнала с выхода датчика тока преобразователя. Компаратор 60 под воздействием сигналов с выхода интегратора и опорного напряжения U формирует последовательоп ность импульсов с длительностями импульсов, пропорциональными сигналу датчика тока преобразователя (фиг.2>9. ЗО

Компаратор 61 блока 35 управления контролирует по сигналам с датчика 29 тока и опорного напряжения П„ мо Ъ менты перехода выходного тока через величину Ес „, . При величинах тока, З5 меньших Ig под воздействием компаратора одиночный сигнал формируется на прямом выходе триггера 62, а при токах, больших Id, — на его инверсном выходе. 40

849 Ь закрыты схемь И 64, бб и 67 дешифратора.На выходах схем ИЛИ 70 и 71 формируются сигналы, сдви утые по переднему фронту относительно исходных сигналов с триггера 55 на время длительности импульсов, формируемых фазосдвигающим устройством 34 (сигналы на выходе схем ИЛИ 70 и 71 приведены на фиг.2з,и). В результате выходные сигналы триггера 72, которые поступают через формирователь 37 импульсов на силовые ключи инвертора, (фиг.2к,л), формируются с опережающей фазой относительно тройной питающей частоты напряжения со вспомогательной обмотки 14, пропорциональной величине тока преобразователя.

При токах, меньших I, нулевым сигналом с инверсного выхода триггера

62 закрыты вторая, пятая и шестая схемы И 65, 68 и 69 дешифратора. Открыты схемы И 64, 66 и 67. Триггер 72 5 повторяет сигналы триггера 55 тройной частоты сети за исключением незначительного сдвига из-за сигналов одновибратора 33. Выходные сигналы триггера 72 через формирователь 37 импульсов, выполняющий роль усиленных гальванически развязывающих каскадов, поступают поочередно.на входы полностью управляемых ключей, находящихся в противоположных плечах мостовогс инвертора, а именно на вентили 43-46.

При токах, больших Ig, нулевым сигналом с прямого выхода триггера 62

На зажимах переменного тока инвертора 24 формируется прямоугольное напряжение частоты Çf, которое с помощью фильтра (последовательного и параллельного колебательных контуров, настроенных на частоту Çf) преобразовывается в синусоидальное напряжение тройной частоты (фиг.2м). Наличие разделительного вентиля на зажимах входного фильтра инвертора, представленного в простейшем случае конденсатором 47, исключает появление пульсаций с выходных выводов 21 и 25 вентильного преобразователя в кривой синусоидального напряжения тройной частоты инвертора 24.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряI жения в постоянное, содержащий трех фазный преобразовательный трансформатор, обмотки которого расположены на трех стержнях магнитопровода, при этом сетевая обмотка соединена в звезду, а две вентильные обмотки соединены по схеме. "две обратные звезды с нулевым выводом" и шесть вентилей, аноды которых подключены к шинам вентильных обмоток, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения массогабаритных и энергетических показателей, в него введены инвертор с системой управления и трехфазный датчик тока, а магнитопровод преобразовательного трансформатора дополнен четвертым стержнем малого сечения, каждый из четырех стержней снабжен вспомогательной обмоткой, при этом вспомогательные обмотки основных стержней включены последовательно в от7 12708 крытый треугольник, выходные выводы которого подключены к выходным выводам инвертора,, катоды шести вентилей объединены в общую точку, образуя положительный выходной вывод, к которому через разделительный диод подключен первый входной вывод инвертора, нулевые выводы вентильных обмоток объединены в общую точку, образуя отрицательный выходной вывод, к кото- 10 рому подключен второй входной вывод инвертора, трехфазный датчик тока выполнен на трех однофазных трансформаторах тока, первичными обмотками каждого из которых являются две встреч- 1S ные шины одноименных вентильных обмоток, а вторичные обмотки соединены в звезду и через трехфазный диодный мост с заземленной катодной группой подключены к потенциометру, ползунок щ которого является выходным выводом датчика тока, подключенным к одному выводу системы управления инвертором, другим выводом соединенной со вспомогательной обмоткой четвертого стержня, свободный вывод которой заземлен, инвертор выполнен по мостовой схеме на полностью управляемых вентилях с диодным мостом обратного тока и подключен выводами постоянного тока через входной фильтр к входным выводам, выводами переменного тока через фильтр к выходным выводам, причем система управления выполнена на основе датчика тройной частоты, одновибрато-З ра, фазосдвигающего устройства, блока управления, дешифратора и формирователей импульсов, при этом датчик тройной частоты содержит компаратор, подключенный входом к первому входно- 40 му выводу системы управления, формирователи переднего и заднего фронтов, подключенные входами к выходу компаратора, схему ИЛИ и триггер, подключенные входами к выходам формировате- 5

49 8 лей переднего и заднего фронтов, фаэосдвигающее устройство содержит операционный усилитель, подключенный входом к второму входному выводу системы управления, ключ и конденсатор, подключенные параллельно входному и выходному выводам операционного усилителя, вход ключа подсоединен к выходу схемы ИЛИ датчика тройной часТоты и входу одновибратора, .второй компаратор, подключенный входом к выходу. операционного усилителя, блок управ. ления содержит третий компаратор, подключенный входом к второму входному выводу системы управления, второй триггер S-вход которого непосредственно, а К-вход — через логический инвертор подключены к выходу третьего компаратора, дешифратор содержит шесть двухвходовых схем И, первые входы первой и второй схем И соединены соответственно с выходом одновибратора и выходом второго компаратора, вторые их входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам второго триггера, первые входы третьей и пятой схем И, а также четвертой и шестой схем И подсоединены соответственно к прямому и инверсному выходам первого триггера, вторые входы третьей и четвертой схем И, а также пятой и шестой схем И подключены соответственно к выходам первой и второй схем И, вторую и третью двухвходовые схемы ИЛИ, вторая подключена входами соответственно к выходам третьей и пятой схем И, третья подключена входами соответственно к выходам четвертой и шестой схем И, третий триггер, подключенный входами к выходам соответственно схем ИЛИ, а выходы третьего триггера через формирователи импульсов подключены к входам полностью управляемых ключей инвертора.

1270849

Составитель Е.Мельникова

Техред Л.Олейник Корректор,В.Бутяга

Редактор А.Огар

Заказ 6250/55 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4