Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение может быть использовано в установках гальванотехники, электролиза, для транспорта и т. д. с целью повышения экономичности. Сущность изобретения: устройство содержит трансформатор 4 и междуфазный реактор 5. Вторичные обмотки 7 - 9 и 10 - 12 трансформатора соединены в прямую и обратную трехфазные звезды, нулевые выводы которых соединены с одним из выходных выводов для соединения с нагрузкой 3. У прямой звезды нулевой вывод образован началами фаз, у обратной - концами фаз. Реактор содержит магнитопровод 14 и три трехфазные обмотки 15 - 17, 18 - 20 и 20 - 23, первая из которых короткозамкнута. Начала второй обмотки реактора соединены с началами прямой звезды. Концы третьей обмотки реактора соединены с концами обратной звезды. От концов второй и начал третьей обмоток реактора выполнены выводы для подсоединения входа выпрямителя 2, выход которого соединен с другим выходным выводом. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в установках гальванотехники, электролиза, для питания контактной сети городского транспорта и др.

Известен преобразователь (1), содержащий трансформатор, уравнительный реактор и выпрямитель. Вторичные обмотки трансформатора соединены в прямую и обратную звезды.

У прямой звезды выведены начала трех фаз, а концы соединены с нулевой шиной прямой звезды. У обратной звезды выведены концы трех фаз, а начала соединены с нулевой шиной обратной звезды. Начала и концы соответственно прямой и обратной звезд соединены с выпрямителем. Нулевая шина прямой звезды соединена с началом обмотки уравнительного реактора, конец которой соединен с нулевой шиной обратной звезды. От средней точки обмотки уравнительного реактора, делящей ее на две ветви, сделан вывод для соединения с нагрузкой.

Описанное устройство обладает существенным недостатком: из-за асимметрии импульсов управления преобразователем, разных реактантов коммутации у вторичных обмоток трансформатора и искаженной системы приложенных к первичной обмотке трансформатора напряжений ток нагрузки между прямой и обратными звездами делится неравномерно, что требует дополнитеного расхода меди на трансформатор и снижает его КПД. Кроме того магнитопровод уравнительного реактора насыщается, что приводит к увеличению уравнительного тока и к дополнительному снижению КПД преобразователя.

Указанный недостаток исключен в устройстве (2), cодержащем трансформатор, междуфазный реактор и выпрямитель. Трансформатор содержит две вторичные обмотки, одна из которых соединена в прямую звезду, а другая - в обратную звезду.

Междуфазный реактор содержит магнитопровод и три трехфазные обмотки, первая из которых короткозамкнута. Концы прямой звезды трансформатора соединены с началами второй обмотки реактора, а начала обратной звезды соединены с концами третьей обмотки реактора. Концы второй обмотки реактора и начала третьей обмотки реактора соединены с нулевой шиной.

От нулевой шины сделан вывод для соединения с нагрузкой. От начала прямой и концов обратной звезды выполнены выводы, соединенные с выпрямителем.

Описанное устройство требует повышенный расход меди на соединения между концами прямой звезды и началами второй обмотки реактора, а также между началами обратной звезды и концами третьей обмотки реактора.

Целью изобретения является повышение экономичности устройства за счет упрощения конструкции и улучшения массогабаритных показателей.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трансформатор с трехфазной первичной обмоткой, соединенной с входными выводами для подключения питающей сети, и двумя трехфазными вторичными обмотками, первая из которых соединена в прямую, а вторая - в обратную звезды, нулевые выводы которых соединены с первым выходным выводом для подключения нагрузки, причем нулевой вывод первой обмотки образован общей точкой соединения ее концов, а нулевой вывод второй обмотки образован общей точкой соединения ее начал, выпрямитель, состоящий из шести групп вентилей, одни одноименные выводы силовых электродов которых объединены в общую точку, соединенную с вторым выходным выводом, и междуфазный реактор, на магнитопроводе которого расположены три трехфазные обмотки, первая из которых короткозамкнута, предложено первую вторичную обмотку трансформатора началами соединить с началами второй обмотки указанного реактора, вторую вторичную обмотку трансформатора концами соединить с концами третьей обмотки реактора, а свободные выводы второй и третьей обмоток реактора соединить со свободными выводами силовых электродов соответствующих групп вентилей выпрямителя.

В заявляемом устройстве нет необходимости в выводе концов прямой звезды и начал обратной звезды за пределы трансформатора, а выводы начал прямой звезды и концов обратной звезды за пределы трансформатора одинаковы как в заявляемом объекте, так и в прототипе.

На чертеже представлена принципиальная схема шестифазного преобразователя. Преобразователь содержит индукционное устройство 1, выпрямитель 2 и нагрузку 3.

Индукционное устройство содержит трансформатор 4 и междуфазный реактор 5. Трансформатор 4 содержит первичную трехфазную обмотку 6 и вторичные обмотки, одна из которых соединена в прямую трехфазную звезду - 7, 8, 9, а другая - 10, 11, 12 - в обратную звезду. Начала прямой звезды обозначены - а₁¹, b₃¹, c₅¹; соответственно концы прямой звезды - х₁¹, y ₃¹ и z₅¹. Начала обратной звезды обозначены - x₄¹, y₆¹, z₂¹; сооветственно концы обратной звезды - а₄¹, b₆¹, c₂¹. От концов прямой звезды (7, 8, 9) выполнены соединения с нулевой шиной 13 (х₁¹X₁; y₃¹Y₃; z₅¹Z₅). От начал обратной звезды 10, 11, 12 до нулевой шины 13 выполнены соединения х₄¹Х₄; y₆¹Y₆; z₂¹Z₂.

Междуфазный реактор 5 состоит из магнитопровода 14 и трех трехфазных обмоток, первая из которых - 15, 16, 17 короткозамкнута. Начала второй обмотки (18, 19, 20) реактора соединены с началами а₁¹, b₃¹, c₅¹ прямой звезды 7, 8, 9. Концы третьей обмотки (21, 22, 23) реактора соединены с концами а₄¹, b₆¹, c₂¹ обратной звезды 10, 11, 12.

От нулевой шины 13 сделан вывод 24 для соединения трансформатора с нагрузкой. От концов второй обмотки (18, 19, 20) и от начала третьей обмотки (21, 22, 23) сделаны соответственно выводы 25, 26, 27 и 28, 29, 30 для соединения с выпрямителем 2. Выпрямитель содержит шесть групп вентилей, каждая из которых включает по одному вентилю соответственно 31, 32, 33, 34, 35, 36. (В общем случае число вентилей в каждой группе может быть и 2, и 3, и более в зависимости от напряжения и тока нагрузки).

Устройство работает следующим образом. Напряжение питающей сети подается на входные зажимы А, В, С. Ток нагрузки 3 течет по двум вентилям, один из которых соединен с одной из фаз обратной звезды, а другой - с одной из фаз прямой звезды. Вентили отпираются в порядке их нумерации, указанной на чертеже. При этом в течение периода напряжения питающей сети ток проводят пары вентилей в следующем порядке: 31,32; 32,33; 33,34; 34,35; 35,36; 36,31.

Допустим, что ток прямой звезды (7, 8, 9) увеличился по сравнению с током обратной звезды (10, 11, 12), при сохранении тока нагрузки неизменным, когда ток проводит первая пара вентилей (31,32). Тогда ток в фазе 18 второй обмотки реактора больше тока в фазе 23 третьей обмотки реактора (направление токов указано на фиг. 1 стрелками). При этом ток в фазе 15 первой обмотки увеличивается. Фаза 15 соединена последовательно с фазой 17 первой обмотки реактора. Поэтому ток возрастает также и в фазе 17. Это повлечет, согласно закону полного тока, и увеличение тока в фазе 23 третьей обмотки реактора. Увеличение тока в фазе 23 приведет к снижению тока в фазе 18, так как ток нагрузки не изменился, а вентили 31 и 32 работают параллельно.

Аналогичное явление будет происходить и при работе других пар вентилей (32,33; 33,34 и т. д. ).

Процесс уменьшения тока в прямой звезде и увеличения тока в обратной звезде трансформатора будет происходить до момента равенства токов в обеих звездах трансформатора.

В прототипе вторая обмотка реактора (18, 19, 20) включена между концами прямой звезды х₁¹, y₃¹, z₅¹ и нулевой шиной 13, а третья обмотка реактора (21, 22, 23) - между началами обратной звезды х₄¹, y₆¹, z₂¹ и нулевой шиной 13.

При расположении реактора за пределами трансформатора это требует увеличенный расход меди в прототипе за счет участков между концами прямой звезды х₁¹, y₃¹, z₅¹ и началами второй обмотки реактора, а также за счет участков между началами обратной звезды х₄¹, y₆¹, z₂¹ и концами третьей обмотки реактора.

При расположении междуфазного реактора в одном баке с трансформатором заявляемый объект также имеет выигрыш по сравнению с прототипом в расходе материалов на соединения между концами прямой звезды x₁¹, y₃¹, z₅¹ и началами второй обмотки реактора, а также между началами обратной звезды x₄¹, y₆¹, z₂¹ и концами третьей обмотки реактора. (56) Беркович Е. И. , Ковалев В. Н. и др. Полупроводниковые выпрямители. М. , Энергия, 1978, стр. 82, 83, рис. 2-17.

Патент США N 4831352, кл. H 01 F 33/00, 1989.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий трансформатор с трехфазной первичной обмоткой, соединенной с входными выводами для подключения питающей сети, и двумя трехфазными вторичными обмотками, первая из которых соединена в прямую, а вторая - в обратную звезды, нулевые выводы которых соединены с первым выходным выводом для подключения нагрузки, причем нулевой вывод первой обмотки образован общей точкой соединения ее концов, а нулевой вывод второй обмотки образован общей точкой соединения ее начал, выпрямитель, состоящий из шести групп вентилей, одни одноименные выводы силовых электродов которых объединены в общую точку, соединенную с вторым выходным выводом, и междуфазный реактор, на магнитопроводе которого расположены три трехфазные обмотки, первая из которых короткозамкнута, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и улучшения массогабаритных показателей, первая вторичная обмотка трансформатора началами соединена с началами второй обмотки реактора, вторая вторичная обмотка трансформатора концами соединена с концами третьей обмотки реактора, а свободные выводы второй и третьей обмоток реактора соединены со свободными выводами силовых электродов соответствующих групп вентилей выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1