Автотрансформаторный лучевой преобразователь напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к преобраэов ательной технике, и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания при допустимости гавальнической связи подключенной к нему нагрузки и первичного источника электроэнергии. Цель изобретения - расширение схемно-функциональных возможностей и области применения . Устройство содержит электромагнитный аппарат, трехфазная вентильная обмотка которого разделена на две секции в каждой фазе и соединена в две трехлучевые звезды, образующие первичную и вторичную обмотки.Первичная обмотка снабжена дополнительным отводом или витками в каждой фазе, которые образуют входные выводы для подключения первичного источника энергии. Все секции снабжены основным отводом, который соединен с выводом смежной по фазе секции другой звезды через один из шести преобразовательных элементов. Изменение расположения основного отвода,а также дополнительного отвода или дополнительных витков и выполнение соединений секций разных звезд в порядке прямой или обратной индексной последовательности фаз и, кроме того, использование энергии как вторичной, так и первичной обмотки обеспечивают расширение номенклатуры новых базовых схем и выполняемых функций. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. 55 (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

asSUaa 1 (gg)g Н 02 М 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4486193/07 (22) 23.09.88 (46) 30.03.91. Бюл. 11 -12. (72} А.М.Репин (53) 621. 314.5 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 145673, кл. Н 02 М 7/06, )962.

Авторское свидетельство СССР № 738071, кл. Н 02 М 7/06, 1976. 54) АВТОТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ЛУЧЕВОЙ

:.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к элект ротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания при допустимости гавальнической связи подключенной к нему нагрузки и первичного ис. точника электроэнергии. Цель изобретения — расширение схемно-функциональных возможностей и области применения. Устройство содержит электромагнитный аппарат, трехфазная вентильИзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания при допустимости гальванической связи подключенной к нему нагрузки и первичного источника электроэнергии, Цель изобретения — расширение схемно-функциональных возможностей и области применения, На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема преобразова2 ная обмотка которого разделЕна на две секции в каждой фазе и соединена в две трехлучевые звезды, образующие первичную и вторичную обмотки.Первичная обмотка снабжена дополнительным отводом или витками в каждой фазе, которые образуют входные выводы для подключения первичного источника энергии. Все секции снабжены основным отводом, который соединен с выводом смежной по фазе секции другой звезды через один из шести преобразовательных элементов. Изменение расположения основного отвода,а также дополнительного отвода или дополнительных витков и выполнение соединений секций разных звезд в порядке прямой или обратной индексной последовательности фаз и, кроме того, использование энергии как вторичной, так и первичной обмотки обеспечивают расширение номенклатуры новых базовых схем и выполняемых функций.

2 з.п. ф-лы, 8 ил. теля, в котором трехфазная первичная обмотка электромагнитного аппарата (ЭМА) снабжена дополнительными витками в каждой фазе, причем витки присоединены синфазно основным виткам первичной обмотки и подключены к продолжению лучей трехлучевой ее звезды, так, что выводы секций од- ной звезды трехфазной обмотки ЗМА соединены через преобразовательные элементы (ПЭ) с основными отводами смежных по фазе секций другой ее звезды в порядке обратной индексной

1638778 последовательности фаз при обеснечении произвольного значения фазово.го угла Ц сдвига импульсов выходного напряжения в пределах $0 30) эл. град. относительно преобразуемых ЭДС секций обмотки; на фиг. 2— схема преобразователя с дополнительными отводами, введенными по одному в каждую секцию трехфазной: первичной .обмотки ЭИА, причем представлен случай, когда дополнительные отводы совпадают с основными, что дополнительно упрощает устройство; на фиг. 3 — схема преобразователя по фиг.1 для случая, когда основные отводы совмещены с крайними выводами всех шести секций, это соответствует частному значению фазового угла

Щ = 30 эл.град,, при этом все

20 шесть .ПЭ образуют шестивентильное кольцо; на фиг.4 — схема преобразо. вателя по фиг.3 с вспомогательными отводами, которые образуют автономные входные выводы; на фиг,5 — схема 25 преобразователя по фиг.2 для случая, когда угол 10 = 0 или 60 эл.град. (схема, представляет собой определенную модификацию известной шестилучевой схемы в виде двух трехлучевых с обратным включением ПЭ в одной из них относительно другой при параллельном соединении однополярвых выходных выводов); на фиг.б — векторная диаграмма, поясняющая принцип действия преобразователя на фиг.1 по формированию импульсов S p зиакопостоянного выходного напряжения Б „, где одновременно показаны также введенные в первичную обмотку дополнительные витки, а кроме того, приведены обозначения секций .и их частей,обеспечивающих путем алгебраического сложения их ЭДС необходимое равенство амплитуд импульсов S p и последова- 45 тельный 60-градусный фазовый сдвиг одного импульса относительно смежных с ним; на фиг,7 и 8 — векторные диаграммы по фиг.б для случаев кольцевой (фиг. 3) и лучевой (фиг. 5) схем.

Преобразователь (фиг. 1) содержит шесть ПЭ i-б и ЭХА 7 с трехфазной обмоткой, разделенной в каждой фазе на две секции А Х, ах, В<У, Ьу, СгЕ, cz. Разноименные по фазе |секции соединены в две трехлучевые звезды, образуя первичную и вторичную трехфазные обмотки. Нулевые точки эвезд, представляющие собой соединения крайних выводов XYZ и, xyz этих секций, образуют выходные выводы

"+", "-", к которым может быть подключена соответствующая нагрузка.

Первичная обмотка дополнена в каждой фазе дополнительными витками А А, В В, С С, которые относительно вновь образованной первичной обмотки с увеличенным числом витков представляют собой часть ее новых секций, а выводы А, В, С вы олняют при этом функцию вспомогательных отводов, свободные выводы А, В, .С образуют входные выводы для подключения фаз А,В,С трехфазного первичного источника электроэнергии, например первичного трехфазного гене ратора переменного тока.

Каждая секция первичной и вторичной обмоток снабжена одним основным отводом (А3, В, С, а, Ь, с ), 1 который в общем случае может занимать любое (произвольное) положение в пределах витков данной секции— между выводами А н Х, Вг и 7, Сг и

Е, а их, Ь иу, с иг. Междувыводом А (В, Сг, а, Ь, с) данной секции А Х (В Y СгЕ, ах, by сг) и основным отводом с (а, b С, А, В ) смежной по фазе секции сг (ах, by, C

1-6 имеют одинаковое направление включения относительно соответствующего выходного вывода "+" или "-", При этом числа витков каждой секции обмотки (например, А Х, ах, by) и ее части (АуХ, а х, Ь у) от отвода (A>, а, Ь ) до крайнего вывода (X, х, у) ° образующего нулевую точку . данной звезды, могут быть установлены в соотношении sin (60 — (g ):sin() о при 0 g< 30 эл. град. либо в соотношении sin (f: :sin(60 — Я ) при

30 (f с 60 эл.град. где (f — некоторый фазовый угол, определяющий сдвиг очередного импульса выходного напряжения относительно образующей его

ЭДС данной фазной секции (фиг.б) . В действующих значениях напряжения на .секции и ее части относительно среднего значения выходного напряжения в режиме холостого хода первое из указанных соотношений соответствует (а 42/3 -1:3) sin(60 -(g): (» 42/3 43)sin(p

=(а /3 -Г2: п /3 - 6): 0; ц /3 46 )

-(0,74; 0,43(:)О; 0,43). >

38778 6

5 .16

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

При подключении выводов А, В1, С первичной обмотки ЭМА 7 к выводам

А,В,С первичного источника электроэнергии переменного тока в первичной н вторичной трехфазных обмотках создаются переменные ЭДС, сдвинутые по фазе в смежных секциях каждой из обмоток на 120 эл.град. относительно друг друга, причем эти ЭДС в фазовой плоскости изображаются в виде двух трехлучевых звезд, колинеарных (синфазных) между собой, т.е. совпадающих друг с другом в случае совмещения их или наложения одной на другую. При этом с учетом дополнительных витков полная звезда А<В С

ЭДС первичной обмотки больше звезды аЬс ЭДС вторичной обмотки.

Таким образом относительно ЭДС первичного генератора преобразователь по фиг.1. обеспечивает на наг. рузке пониженное напряжение, т.е. работает как понижающий в отличие от преобразователей по фиг.2,4 и 5, являющихся повышающими.

В преобразователе (фиг.1-5) нагрузка обеспечивается как энергией первичной, так и энергией вторичной обмотки, причем энергия генератора передается в нагрузку через трехфазную первичную обмотку А<Х, В V

С Z гальваническим путем (электрически), а сама обмотка работает как понижающая в автотрансформаторном режиме. Используемая нагрузкой энергия вторичной обмотки ах, by cz передается как электрическим путем (в интервале времени, когда поочередно открыты ПЭ 1-6, и нагрузка гальванически связана с первичным источником энергии), так и электромагнитным путем в соответствии с принципом трансформации энергии при действии наводимых переменных магнитных потоков в магнитопроводе (магнитной сиетеме) ЭМА 7, что и обусловливает повышенную эффективность передачи энергий и улучшенные массогабаритные и стоимостные показатели.

Принцип работы преобразователя по фиг.1 при формировании фазосдвинутых импульсов S p знакопостоянного выходного напряжения U p поясняется диаграммой на фиг.б. Преобразова тель обеспечивает шестикратную частоту пульсации (П=б), причем при любом расположении основных отводов (I а, Ь, с, А, В» С в пределах витков данной секции. Для получения теоретически симметричной пульсации достаточно выполнить эти отводы равноудаленными во всех секциях от одноименных их выводов, причем, несмотря на то, что каждый импульс S формируется в общем случае из двух неравных между собой значений ЭДС разноименных по фазе секций, в ЭМА не возникает отрицательного явления постоянного подмагничивания магнитопровода. Отсутствие подмагничивания обусловлено тем, что амплитудные значения, длительности и формы токов в целом одинаковы во всех секциях и соответствующих их частях ° Одинаковы и соз20 даваемые ими потоки (ампер-витки), но по знаку или направлению дейст— вия они противоположны вследствие встречного включения обмоток разных звезд через соответствующие ЛЭ при

25 полной симметрии выполнения этих обмоток и их частей.

Эффект компенсации подмагничивания и обеспечения электромагнитного равновесия ЭМА обеспечивается в схемах IIQ фиг.1-5 аналогично известным лучевым схемам, в которых секции разных фаз соединяются для этого непосредственно, образуя схему одно- или двухстороннего зигзага. Но отличие от известных схем в схемах по фиг.1-5 секции обмоток нентильна разделены между собой и гальванически соединяются лишь в моменты поочеред.ного открытия ПЭ 1-6.3 эти моменты топологически образуется двусторонний встречно-встречный зигзаг (подобный зигзагу известных схем), но эта аналогия наиболее близка лишь при (P

30, когда образуется частная схема с шестивентильным кольцом. о

В общем случае (при 0 ((fc60 (Ф 30 ) формирующийся через ПЭ двусторонний зигзаг являетс< неравноплечим и неравносторонним, что и обеспечивает определенное множество новых схем с различным фазовым сдвигом выходного напряжения относительно ЭДС обмоток и сетй.

Благодаря установленным на фиг.1-5 электрическим связям секций данной

1 звезды с частями секций другой звезды через ПЗ 1-6 при формировании одной из сторон двустороннего зигзага используется не отдельная секция, а

1638778

Как следует иэ фиг. 6-8, благодаря встречному включению секций через

ПЭ 1-6 и вследствие разноименности их фаз в схемах по фиг.1-5 при изме" нении положения основных отводов обеспечивается увеличение выходного напряжения в 1-1,732 раза относительно амплитуды ЭДС любой секции и изменение фазового угла (в широком диапазоне — от 0 или 60 до

55 часть" той же секции, которая в качестве. другой стороны или плеча зигзага участвует в формировании последующего импульса. 5

Вместе с тем именно встречное соединение мехду собой секций и их частей {через ПЭ), относящихся к разным фазам, и следовательно, суммирование именно сдвинутых по фазе ЭДС 10 не приводит к взаимному вычитанию .синфазных ЭДС, как это происходит при противофазности их включенйя в случае,встречного соединения одноименных по фазе секций в соответствующих известных устройствах. При этом, как как видно из фиг.6, указанное суммирование ЭДС происходит в преобразователе при полной симметрии векторной геометрии их сложения, а встречное включение ЭДС соответствует их вычитанию.

Вычитание или взаимокомпенсация синфазных ЭДС в преобразователях по фиг..1-5 отсутствует при формировании напряжения на нагрузке при одновременной взаимной компенсации действия на магнитопровод положительных и отрицательных ампер-секундных площадей импульсов тока секций- данной фа- 30 зы, т.е, выходное напряжение формируется из напряжений первичной и вторичной обмоток, а компенсация подмагничивания обеспечивается благодаря поЛному совпадению форм токов и протеканию тока в данной секции первичной обмотки в одном направлении (например, от начала к концу), а в одноименной ей по фазе секции вторичной обмотки — в противоположном 40 направлении (от конца к началу) со сдвигом этих токов на 180 эл,град. при соответствующей намотке обмоток.

Изменение принципа намотки вторичной обмотки относительно первичной обес- 45 печивает дополнительную возможность получения соответствующих вариантов исполнения.

30 эл.град. При этом фазовый сдвиг импульсов тока части секции относительно импульса тока всей секции благоприятно сказывается на спектральном составе тока первичного генератора, а при частных значениях угла (P соответствующих частным положениям основных отводов, можно из схем IIo фиг.1 и 2 получить как определенное множество новых, так и частных двух (традиционных) базовых схем, а именно шестилучевой схемы (при (= 0 или 60 ) и шестивентильной коль евой (1- = ЗОО), показанных на фиг.5 и фиг.3 и 4 соответственно.

Таким образом, реализация функции фазосдвигающего устройства, функции преобразования переменного напряжения в постоянное или обратной функции (инвертирования), функции мультипликации частоты пульсации или увеличения ее в шесть раз относительно частоты сети, а также реализация функции регулирования выходного напряжения или его стабилизации в случае выполнения преобразователя управляемым при использовании данного (имеющегося в наличии) 3NA либо возможность получения определенного множества отдельных базовых схемных реализаций при различном расположении основных и дополнительных отводов (фиг.2, 4 и 5) или дополнительных витков (фиг.1 и 3), а кроме того возможность получения известных традиционных схем в новом (автотрансформаторном) для них исполнении характеризуют предлагаемый преобразователь как многофункциональный,расширяя его возможности и область применения.

Формула изобретения

1. Автотрансформаторный лучевой преобразователь .напряжения, содержащий электромагнитный аппарат с трехфазной вентильной обмоткой разделенной в каждой фазе на две равные секции с одним основным отводом в каждой из них, причем разные по фазе секции соединены в две синфазные между собой обмотки, общие или нулевые точки которых образуют выходные выводы, а между свободным выво" дом данной секции одной звезды и ос" иовным отводом смежной ей по фазе секции другой звезды присоединен

1ð 3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем,что и при Ой p - 30 секция данной фазы о одной иэ звезд обмотки соединена своим выводом через преобразовательный элемент с отводом смежной ей по фазе секции другой звезды в порядке обратной, а при 30 йЯ 60 — в порядке прямой индексной последовательности фаз.

9 16387 один из шести преобраэовательнык элементов при однонаправленном включении всех элементов относительно одного иэ выходных выводов, о т л и ч а ю" шийся тем, что, с целью расширения схемно-функциональных воэможностей и области применения, секции первичной обмотки снабжены в каждой фазе дополнительным отводом или дополнительными витками, образующими входной вывод, а числа витков каждо секции вентильной обмотки и ее части от основного отвода до вывода,образующего нулевую точку звезды,установ лены B соотношении зьп(66 «g);sin(P, при 04+<30 или sing:sin(60 ) при

30аЯ< 60, где(— некоторый фазовый угол.

73 10

2. Преобразователь по п.1, о тличающийс я тем, чтовсе дополнительные витки или отводы выполнены с одинаковым числом витков относительно одноименных выводов секций первичной и вторичной обмоток.

Фиг.4

Фиг. 5

1638778

Фиг.б

Корректор T-N eQ

Редактор А.Огар

Заказ 932 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Составитель З.Горохов

Техред С.Мигунова

Jg