Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией. Цель изобретенияповышение надежности, улучшение массогабаритных и энергетических показателей . Эффекта преобразователе достигается исключением уравнительного реактора при параллельной работе двух мос товых выпрямителей на диодах 8-19. При этом применяется четырехстержневой трансформатор I со вспомогательными (Л С Фия.

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

40 А1 (19) (1!) (S1) 4 Н 02 М 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "-

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3908817/24-07 (22) 11.06.85 .(46) 23.07.87. Бюл. Р 27 (71) Институт электродинамики АН УССР и Норильский вечерний индустриальный институт (72) В.Е.Тонкаль, Г.В.Иванов и Э,Н.Гречко (53) 621.314.63?(088.8) (56) Хамудханов М.З., Палванов В.Г.

Компенсационные выпрямители. — Ташкент . ФАЯ, 1973, с. 68.

Авторское свидетельство СССР

В 1270849, кл. Н 02 М 7/04, 21.01.85. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией. Цель нзобретения— повышение надежности, улучшение массогабаритных и энергетических показателей. Эффект в преобразователе достигается исключением уравнительного реактора при параллельной работе двух мостовых выпрямителей на диодах 8-19. При этом применяется четырехстержневой трансформатор 1 со вспомогательными об13 мотками 20-26 и маломощный иннертор с системой управления. Трансформатор 1, кроме основной функции, выполняет также функции уравнительного, коммутирующего и токоограничивающего реакторов. Наличие маломощного инвертора тройной частоты позволяет снять пик напряжения при холостом ходе. По мере увеличения нагрузки изменяется фа25640 за напряжения тройной частоты, - оданаемого на вспомогательные обмотки

23-25 через ннвертор напряжения и тем самым создается опережающая коммутация тока вентилей, что позволяет регулировать реакционную мощность, потребляемую преобразовач влем, без применения коммутирующих конденсаторов. 3 ил.,61-63 тока, первичными обмотками каж, дого из которых являются шины вен25

35 денсатором 70, и выходной фильтр, 1

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

Цель изобретения — повышение надежности, улучшение массогабаритных и энергетических показателей.

На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.3 — графики, поясняющие работу устройства.

Двухтактный шестифазный преобразователь (фиг.1 и 2) содержит четырехстержневой преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми обмотками 2-4; вентильными обмотками 5-7, включенными между выводами переменного тока трехфаэных вентильных мостов, собранных на вентилях 8-19, двумя парами вспомогательных обмоток 20-25 на основных стержнях магнитопронода и вспомогательной обмоткой 26 на четвертом стержне магнитопровода. Катоды вентилей 8-10, 14-16 обьединены в общую точку и образуют положительный выходной вывод 27, который через разделительный диод 28 подключен к первому входному выводу 29 инвертора

30 (фиг.2). Отрицательный выходной вывод 31 образован анодами вентилей

11-13, 17-19. Инвертор 30 имеет второй входной вывод 32, а к его выход ным выводам 33 и 34 подключена первичная обмотка 35 выходного трансформатора 36. Три вторичные обмотки 3739 выходного трансформатора 36 через три пары всч речно-параллельно включенньгх тиристоров 40-45 подключены каждая отдельно к первым вспомогательным обмоткам 23-25 преобразовательного трансформатора 1, а четвер5

2 тая обмотка 46 выходного трансформатора 36 через четвертую пару встреч- но-параллельно включенных тиристоров

47 и 48 подключена к вторым вспомогательным обмоткам 20-22 преобразовательного трансформатора I, которые соединены в открытый треугольник. Преобразователь содержит также трехфазный датчик 49 тока, первый 50 и второй 51 входные выводы системы управления, к которым подключены вспомогательная обмотка 26 четвертого стержня и трехфазный датчик 49 тока. Система управления выполнена на основе датчика 52 тройной частоты, двух одновибраторов 53 и 54, блока 55 управления, дешифратора 56, блока 57 управления тиристорами и трех формирователей 58-60 импульсов.

Трехфазный датчик 49 тока выполнен на основе трех трансформаторов тильных обмоток 5-7 диодного моста

64, к входу переменного тока которого подключены вторичные обмотки трансформаторов 61-63 тока, и потеициометра 65, ползунок которого является выходным выводом датчика 49 тока.

Инвертор 30 выполнен на полностью управляемых вентилях 66-69 с диодным мостом обратного тока и содержит входной фильтр, представленный консостоящий иэ последовательного колебательного контура, включающий дроссель 71 и конденсатор 72, н параллельный колебательный контур, включающий дроссель 73 и конденсатор 74, настроенные на тройную частоту сети, 3

132 ((атчик 5? тройной частоты содержит компарятор 75, подключенный входом к первому входному выводу 50 сис— темы управления, формирователи переднего 76 и заднего 77 фронтов, подключенные входами к выходу комнаратора .

75, триггер 78 и схему ИЛИ 79.

Блок 55 управления содержит второй компарат< р 80, подключенный входом к второму входному выводу 51 системы управления второй триггер 81 и логический иннертор 82.

Дешифратор 56 собран на шести схемах И 83-88, второй и третьей схемах

ИЛИ 89-90 и третьем триггере 91.

Блок 57 управления тиристорами выполнен на основе трех схем И 92-94, шестиразрядного регистратора 95 сдвига, логического инвертора 96.

В качестве формирователей 58-60 импульсов наиболее приемлемыми являются формирователи с наполнением от высокочастотного генератора, в которых длительности выходных импульсов соответствуют длительности входных сигналов.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной работе двухтактного шестифазного преобразователя вступают в параллельную .работу два трехфазных мостовых выпрямителя, собранных на вентилях 8-13 и 14-19. При параллельной работе мостов устанавливается выпрямленное напряжение, величина которого является средней между мгновенными значениями фазных напряжений поочередно встречно-параллельно работающих вентильных обмоток 5—

7. Разность мгновенных значений фазных напряжений встречно-параллельно работающих фаэ составляет напряжение треугольной формы и тройной частоты по отношению к частоте питающей сети с амплитудой, равной половине амплитуды фазного напряжения вентильной обмотки.

Для выравнивания мгновенных значений фаэных напряжений встречно-параллельно работающих вентильных обмоток в преобразователе использован трансформатор 1 с четырехстержневым магнитопроводом. Под действием напряжения тройной частоты, генерируемого преобразователем, по вентильным обмоткам параллельно работающих фаз протекает уравнительный ток тройной частоты, который создает однонаправленные по5640

55 токи в основных стержнях трансформ»тора. Для потоков нулевой последоват п ногти в преобразователе имеется путь по магнитопроводу четвертого стержня находящегося в ненасыщенном . состоянии. Благодаря. этому в уравнительном контуре имеется большое сопротивление нулевой последовательности х, соизмеримое с сопротивлением о . намагничивания х, трансформатора, которое в достаточной степени ограничивает уравнительный ток преобразователя. Амлитуда уравнительного тока не превышает 1-21 от амплитуды номинального тока вентильной обмотки при сечении четвертого стержня 30-40Х от сечения основных стержней.

Таким образом, для осуществления параллельной работы двух трехфаэных мостов с продолжительностью работы вентилей 1?О беэ учета угла коммутации нет необходимости применения громоздких двухфазных уравнительных реакторов. При токе нагрузки преобразователя, называемом критическим I

Якр и равном 1-27, от номинального выпрямленного тока, при котором начинается параллельная работа трехфазных мостов, кривая выпрямленного напряжения

П „ и кривая фаэного напряжения

0 „ имеют соответствующие формы (фиг.Зф). От потоков нулевои последовательности на вспомогательной обмотке 26 четвертого стержня наводится напряжение П тройной частоты, которое является сигналом для датчика 52 тройной частоты.

При токах нагрузки, меньших I

Икр к вспомогательным обмоткам 20-22, соединенным в открытый треугольник, подводится напряжение тройной частоты 11 (фиг.3у) через встречно-параллельно включенные тиристоры 47 и 48 обмотки 46 выходного трансформатора инвертора 30. Под действием этого напряжения по вспомогательным обмоткам

20-22 с основных стержней протекает ток тройной частоты, который создает потоки нулевой последовательности в основных стержнях. Эти потоки также замыкаются по магнитопроводу четвертого стержня, в результате чего ток вспомогательных обмоток 20-22 мал.

Таким образом, выравнивание мгновенных значений напряжений параллельно работающих фаэ можно осуществить пропусканием намагничивающего тока тройной частоты по вспомогательным ленной сети, Сигналы на выхода . компаратора 75, прямом выходе триггера

78 и схеме ИЛИ 79 г риведены соответственно на фиг.Зб. в, г.

Компаратор 80 блока 55 управления контролирует по сигналам с датчика

49 тока и опорного напряжения 11 „ моменты перехода выходного тока преобразователя через величину 1, „

При величинах тока, больших I>„ под воздействием компаратора единичный сигнал формируется на прямом выходе триггера Bl, а прн токах, меньших Т„ „, на его инверсном вьжоде.

Однойибратор 53 служит в качестве линии задержки и вырабатывает длительность импульса, равную 2/3 периода частоты 6f. Выходной сигнал одновибратора приведен на фиг.Зд. Второй одновибратор 54 вырабатывает длительность импульса для стробирования рабаты блока 56, а также они могут быть использованы при необходимости в качестве вспомогательных импульсов для управления полностью управляемыми вентилями инвертора 30. Сигнал на выходе одновибратора 54 приведен на фиг.Зе.

Рассмотрим режим работы системы управления иивертором при выходных токах преобразователя, больших Т, На прямом выходе второго триггера 81 блока 55 управления присутствует единичный сигнал, который в качестве разрешающего сигнала поступает на вторые входы первой 83 и седьмой 92 схем И. При этом выходной сигнал первого одновибратора 53 поступает на входы третьей 85 и четвертой 86 схем

И, на которые поступают также выходные сигналы первого триггера 78. Соответственно„ на инверсных выходах второй 89 и третьей 90 схем ИЛИ формируются сигналы (фиг.Зж и з). Сигнал на прямом выходе триггера 91 приведен на фиг.Зи. Выходные сигналы триггера 91 через формирователь 58 импульсов, выполняющий роль усилительньгх гальванически развязывающих каскадов, поступают поочередно на входы полностью управляемых вентилей

66, 69 и 67, 68, находящихся в противоположных плечах постового инвертора °

Прямоугольное напряжение, формируемое полностью управляемыми вентилями инвертора 30, с помощью элементов выходного фильтра преобразуется в синусоидальное напряжение и посту5 ) 3? 5640 обмоткам ?0-22 основных стержней.

Вспомогательные обмотки 23-25 основных стержней могут создавать также и опережающую коммутацию токов вентилей. 5

При токах нагрузки, больших I „ р 9 тиристоры 47 и 48 закрываются и включаются поочередно встречно-параллельные тиристоры 40-45 и к вспомогательным обмоткам 23-25 преобразовательного трансформатора приложены по лусинусоидальные напряжения О,, — У (фиг.Зл, м, н) тройной частоты, которые трансформируются на вентильные обмотки 5-7. При этом передний фронт формы кривой фаэных напряжений U

U, П вентильных обмоток 5 — 7 изменяется (фиг.Зф, пунктир). При этом равенство. мгновенных значений напряжений вентильных обмоток, подключен- 20 ныж к вентилям, заканчивающих работу и вступающих в работу, происходит раньше, чем при естественном включении, т.е. отпирание вентилей, вступающих в работу, происходит с опережением момента их естественного отпирания на некоторый угол Ы, (фиг.Зф).

При дальнейшем возрастании тока нагрузки постепенно через систему управления меняется до определенного предела фаза напряжения тройной частоты на выходе инвертора 30„ что ав-, томатически приводит к увеличению угла опережения о „. При этом контроль эа током нагрузки осуществляется с помощью датчика 49 тока. Сигнал с выхода датчика тока поступает пропорционально току нагрузки на систему управления, Датчик 52 тройной частоты подклю- 40 чен к вспомогательной обмотке 26 четвертого стержня. Напряжение на вспомогательной обмотке 26 приведено на фиг.За. Компаратор 75 формирует на выходе двухполярное напряжение с ре- 4g версами с одной полярности на другую в моменты перехода напряжения на вспомогательной обмотке 26 через нуль. Формирователи переднего 76 и заднего 77 фронтов, подключенные к 50 выходу компаратора 75, управляют триггером 78, на прямом и инверсном выходах которого формируются однополярные прямоугольные импульсы, синхронизированные с тройной частотой напряжения вспомогательной обмотки

26. На выходе схемы ИЛИ 79 формируется последовательность импульсов с частотой 6й, где f — частота промьппФормула

Преобразователь переменного напряжения н постоянное, содержащий трехфазный четырехстержневой преобразовательный трансформатор, обмотки которого расположены íà стержнях магнитопровода, при этом сетевые обмотки соединены в звезду, каждьй из четырех стержней снабжен вспомогательной обмоткой, при этом вспомогательные обмотки основных стержней включены последовательно н открытый треугольник, трехфазный датчик тока, выполненный на базе трех однофазных трансформаторов тока, первичными обмотками каждого из которых являются шины вентильных обмоток, а вторичные обФ мотки соединены н звезду и через трехфазный диодный мост с заземленной катодной группой подключены к потенциометру, ползунок которого является выходным выводом датчика тока, подключенным к первому входному выводу системы управления инвертором, вторым выводом соединенной с вспомогательной обмоткой четвертого стержня, свободный вывод которой заземлен, иннертор, выполненный по мостовой схеме на полностью управляемых вентилях с диодным мостом обратного тока и подключенным выводами постоянного тока через входной фильтр и разделительный диод к выходным выводам, а выводами переменного тока — к выходному фильтру, причем система управления инвертором выполнена на основе датчика тройнок частоты, одновибратора, блока управления, дешифратора и первого формирователя импульсов, при этом датчик тройной частоты содержит первый компаратор, подключенный входом к первому входному выводу системы управления, формирователи переднего и заднего фронтон, подключенные входами к выходу компаратора, триг7 132564 пает на выходные выводы 33 и 34 иннертора, Кривая выходного напряжения инвертора 30 (фиг.Зк) показывает, что выходной сигнал иннертора 30

5 сдвинут относительно сигнала тройной частоты вспомогательной обмотки 26 на длительность импульса, формируемого однонибратором 53.

Отсекающий диод 28 исключает пере- qg качку энергии между входным фильтром иннертора 30 и нагрузкой преобразователя ° В дальнейшем со вторичных обмоток 37-39 выходного трансформатора

36 выходное напряжение инвертора перераспределяется между первыми вспомогательными обмотками 23-25 преобразовательного трансформатора 1 с помощью трех пар встречно-параллельно включенных тиристоров 40-45 (фиг.Зл, м, н). Необходимый порядок следования импульсов на тиристоры 40-45 вы,рабатываются с помощью блока 57 управления тиристорами.

В режиме токов преобразователя, боль-25 ших Х,(„, выходные сигналы схемы И 83, которые повторяют по форме выходной сигнал однонибратора 53 (фиг.Зд), после инвертирования логический иннертором 96 и прохождения схемы И 92 поступают на вход шестиразрядного регистора 95 сдвига. Сигналы на выходах перной, второй и шестой ячеек приведены на фиг.Ço, и, р. На выходах формирователей 59 импульсов указан порядок следования импульсов на входы .тиристорон 40-45.

При токах преобразователя меньших (I сигналом с прямого выхода второd ep го триггера 81 закрыты схемы И 83 и

92. Управляющие импульсы с входов тиристоров 40-45 снимаются. При этом под воздействием компаратора 80 сигнал проходит через логический инвертор 82 и формируется на инверсном вы-, 45 ходе триггера 81, который открывает схемы И 84, 93 и 94. Так как длительность импульсов второго одновибратора 54 незначительна, то сигнал третьего триггера практически совпадает по фазе с напряжением исходнои тронной

50 частоты (фиг.3a). Выходные сигналы схем ИЛИ 89 и 90 приведены на фиг.Зс, т. Выходное напряжение вторичной обмотки 46 выходного трансформатора 36 инвертора 30 приведено на фиг.3у.

Кроме этого, напряжение с прямого и инверсного выходон третьего триггера

9l через схемы И 93 и 94 поступает о

8 на формирователи 60 импульсов и затем на входы четвертой пары тиристорон 47 и 48. В результате к вторым вспомогательным обмоткам 20-?2 преобразовательного трансформатора 1, включенных в открытый треугольник, прикладывается выходное напряжение вторичной обмотки 46 выходного трансформатора

36 инвертора 30 (фиг.3y), которое сфазиронано с напряжением тройной частоты. изобретения

9 13?

rep и схему ИЛИ, подключенные входя ми к ныходам формирователей переднего и заднего фронтон, блок управления содержит второй компаратор, подключенный входом к первому входному выводу системы управления, второй триггер, S-вход которого непосредственно, à R-вход через логический инвертор подключен к выходу второго компаратора, дешифратор содержит шесть днухвходоных схем И, первый вход первой схемы И соединен с выходом одновибратора, вторые входы гервой и второй схем И 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 подклю- чены соответственно к выходам первой и второй схем И, вторую и третью двухвходоные 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 второй и третьей схем ИЛИ, а выходы третьего триггера черен первый формирователь импульсов подключены на входы полностью управляемых вентилей инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, улучшения массогабаритных и энергетических показателей, дополнительно введены два трехфазных вентильных моста, выходной трансформатор инвертора, четыре пары встречно-параплельно включен- ный тиристоров, второй однонибратор, блок управления тиристорами, вторые и третьи формирователи импульсов, причем основные стержни преобразовательного трансформатора снабжены дополнительными вспомогательными обмотками каждый, одной системой вентильных обмоток, которые включены между нхо-.

10 дами переменного ток» трехд>азных I pH тильных мостов, при этом одноименные выводы постоянного тока трехфазных нентильных мостов соединены между cQ с; бой и образуют первый и второй выходные выводы преобразователя, K выходному фильтру инвертора подключена > первичная обмотка выходного трансформатора инвертора, дополнительные вспомогательные обмотки основных стержней преобразовательного трансформатора подключены каждая через три пары встречно-параллельно включенных тиристорон соответственно к трем вторичным обмоткам выходного трансформатора иннертора, четвертая вторичная обмотка выходного трансформатора иннертора через четвертую пару встречно-параллельно включенных тиристорон подключена к основным вспомогательным обмоткам основных стержней преобразовательного трансформатора, соединенным в открытый

? треугольник, перВый Вход второй схемы И блока управления инвертором через второй однонибратор подключен к выходу схемы ИЛИ датчика тройной частоты, блок управления тирнсторами содержит седьмую схему И, которая первым входом подключена через второй логический инвертор к выходу первой схемы И, вторым входом соединена с прямым выходом второго триггера, шестиячейконую пересчетную схему, З5 подключенную входом к выходу седьмой схемы И, а шесть ныходов пересчетной схемы через второй формирователь импульсов подключены на входы соответственно трех пар встречно-параллель40 но включенных тиристорон, восьмую и девятую схемы И, которые первыми входами подключены соотнетственно к прямому инверсному выходу третьего триггера., вторыми входами подключены к

45 инверсному выходу второго триггера, а их выходы через третий формирователь импульсов подключены на входы четвертой пары встречно-параллельно включенных триггеров °

1 3256/ Р

Фиа2

1325Û0

90

Составитель Е. Мельникова

Редактор М. Бланар Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Латай

Заказ 3122/53

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 к

Vyg y

Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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