Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное и способ управления им

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в достижении параллельной работы двух фаз анодной цепи во внекоммутационный интервал времени и улучшении режима работы вентильных элементов за счет снижения величины анодного тока до половины тока нагрузки (1/2 I_d), увеличения длительности его протекания до 2/3 периода (240 эл. град.) не достигнутой ни в одной схеме преобразования переменного напряжения в постоянное. Сущность заключается в том, что преобразователь состоит из трансформатора с вторичными фазными обмотками, соединенными в звезду. Каждая фазная обмотка трансформатора соединена со средней точкой одной из обмоток уравнительного реактора, выполненного в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе. Выводы уравнительного реактора соединены с одноименными электродами, например анодами соответственно управляемых вентильных элементов, например тиристоров. Катоды тиристоров соединены между собой и образуют один из выходных зажимов преобразователя. Между этим зажимом и вторым - точкой “о” включена нагрузка состоящая, например из резистора и индуктивности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока.

Известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащие трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в m-фазную звезду и соединены с вентильными элементами по m-фазной нулевой схеме (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи, ч.III - М.: Госэнергоиздат, 1956, с.100).

Однако в них отсутствует распределение тока по параллельным анодным цепям, включающим обмотку трансформатора. Только при m=6 известна одновременная параллельная работа двух фаз вторичной обмотки преобразователя за счет введения уравнительного реактора, включенного между нулевыми точками двух звезд шестифазной системы (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи, ч.III - М.: Госэнергоиздат, 1956, с.132).

Известный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, выполненный по трехфазной схеме с нулевым выводом (прототип), является частным случаем m-фазных схем (m=3). Он содержит вторичную обмотку, соединенную в звезду, и вентильные элементы, подключенные к вторичной обмотке и нагрузке по нулевой схеме (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи, ч.III - М.: Госэнергоиздат, 1956, с.91).

Недостатком этого преобразователя является то, что ввиду минимального числа фаз вторичной обмотки он не обеспечивает параллельную работу анодных цепей, и длительность протекания анодного тока равна только 1/3 периода.

Технический результат заключается в достижении параллельной работы двух фаз анодной цепи во внекоммутационный интервал времени и улучшении режима работы вентильных элементов за счет снижения величины анодного тока до половины тока нагрузки (1/2 I_d), увеличения длительности его протекания до 2/3 периода (240 эл. град.), не достигнутой ни в одной схеме преобразования переменного напряжения в постоянное.

Сущность заключается в том, что преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, вторичные фазные обмотки которого соединены в звезду, и вентильные элементы, снабжен трехобмоточным уравнительным реактором, выполненным в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе. Каждая вторичная фазная обмотка трехфазного трансформатора соединена со средней точкой соответствующей обмотки уравнительного реактора, каждая из обмоток которого своими выводами подключена к одноименным электродам соответствующих управляемых вентильных элементов, другие электроды которых соединены с одноименными электродами всех остальных управляемых вентильных элементов, образующими один их выходных зажимов. Второй выходной зажим является нулевой точкой.

В способе управления преобразователем трехфазного напряжения в постоянное путем подачи управляющих сигналов на управляемые вентильные элементы со сдвигом на 1/3 периода, управляющие сигналы, например импульсы, при отсутствии регулирования, подают при отрицательных мгновенных значениях фазных э.д.с., причем на каждый из управляемых вентильных элементов сигнал управления подают один раз за два периода.

На фиг.1 показана схема преобразователя; на фиг.2а-е - диаграммы напряжений, токов и управляющих сигналов, характеризующие работу схемы.

Преобразователь (фиг.1) состоит из трансформатора 1 (первичная обмотка не показана) с вторичными фазными обмотками ао, во, со, соединенными в звезду. Каждая фазная обмотка трансформатора 1 соединена со средней точкой одной из обмоток уравнительного реактора 2, выполненного в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе. Так обмотка ао трансформатора 1, зажимом “а” соединена со средней точкой о₁ обмотки a₁x₁ уравнительного реактора 2, обмотка “во” - с зажимом о₂ обмотки а₂х₂, уравнительного реактора, а средняя точка о₃ обмотки a₃x₃ реактора соединена с зажимом “с” обмотки “со” трансформатора. Выводы a₁х₁ уравнительного реактора 2 соединены с одноименными электродами, например анодами соответственно управляемых вентильных элементов, например тиристоров 3 и 4. Аналогично ₂x₂ - с анодами тиристоров 5, 6 и a₃x₃ - с анодами тиристоров 7, 8. Катоды тиристоров 3-8 соединены между собой и образуют один из выходных зажимов преобразователя. Между этим зажимом и вторым - точкой о включена нагрузка 9, состоящая, например из резистора R и индуктивности L.

Работа преобразователя происходит в соответствии с диаграммами фиг.2 а-г и управляющими сигналами, например импульсами фиг.2 д, е. Например, начиная с момента времени t=0, ток нагрузки I_d проводит продолжающий работать управляемый вентильный элемент 8 и вновь вступающий в работу после подачи сигнала управления управляемый вентильный элемент 3 фиг.2 а, в-д. Это обусловлено тем, что напряжение половины обмотки o₃x₃ уравнительного реактора 2 вычитается из э.д.с. e_c вторичной фазной обмотки ос, а э.д.с. половины обмотки а₁о₁ реактора добавляется к э.д.с. e_a (фиг.2 а, б). С момента времени t₁ э.д.с. е_c становится меньше э.д.с. e_в фазы ов, и управляемый вентильный элемент 8 заканчивает работу. В этот же момент t₁ управляющим сигналом включается вентильный элемент 6 и ток нагрузки I_d будет протекать через вентильный элемент 3 и элемент 6 и соответствующие половины обмоток уравнительного реактора 2. В момент времени t₂ вентильный элемент 3 заканчивает работу, и управляющим сигналом включается вентильный элемент 7. Начиная с момента ₂ к вентильному элементу 3 будет приложено: обратное напряжение на интервале t₂-Т+Δt₁, прямое напряжение на интервале (Т+Δt₁, t₃) и вновь обратное напряжение на интервале t¹₃-2T (фиг.2 г). Следует отметить, что обратное напряжение обусловлено как линейным напряжением вторичных обмоток трансформатора 1, так и напряжением на обмотках уравнительного реактора 2. Прямое напряжение на элементе 3 обусловлено напряжением всей обмотки a₁x₁ уравнительного реактора, на интервале работы вентильного элемента 4 после включения его импульсом (фиг.2 е) в момент времени Т, равный периоду. В дальнейшем порядок вступления в работу управляемых вентильных элементов при активно-индуктивной нагрузке и полностью сглаженном токе нагрузки происходит в соответствии с управляющими сигналами _y (например, u₃ - управляющий сигнал для тиристора 3 и т.д.) фиг.2 д, е и диаграммами фиг.2 а, в. При этом каждый вентильный элемент проводит половину тока нагрузки I_d/2 (фиг.2 в, г) при длительности анодного тока i_a, равной 2/3 периода (240 эл. град.). Напряжение на нагрузке 9 u_d выделено жирной линией на фиг.2 а, где также показано напряжение на всей обмотке a₁x₁ уравнительного реактора 2 заштрихованными линиями. Закон изменения напряжения u_p на половине обмотки уравнительного реактора приведен на фиг.2 б. Как следует из фиг.2 б частота напряжения на уравнительном реакторе является полуторакратной по отношению к частоте питающей сети.

Способ управления преобразователя заключается в подаче управляющих импульсов (фиг.2 д, е) со сдвигом на 1/3 периода при отрицательных мгновенных значениях фазных э.д.с. в точку естественной коммутации, если не требуется регулирования. Причем на каждый из тиристоров импульс подается один раз за два периода. Так, например, в момент времени t₁ (фиг.2 a), соответствующий точке естественной коммутации фаз “с” и “в” импульс u₆ подается на тиристор 6 только один раз за два периода.

Таким образом, преобразователь обеспечивает параллельную работу двух фазных обмоток трансформатора и двух вентильных элементов в трехфазной нулевой схеме при протекании по ним тока, равного половине тока нагрузки I_d/2 и длительности 2/3 периода (240 эл. град.), что не достигалось ни в одной схеме выпрямления. Улучшение коэффициента формы тока вентильного элемента за счет увеличения длительности протекания его до 240 эл. град., параллельная одновременная работа двух обмоток и вентильных элементов создают положительный эффект и расширяют возможности применения одной из самых простых схем преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное - трехфазной нулевой схеме при предложенном способе управления.

Производилось моделирование устройства фиг.1 в программе Electronics Worckbench. Моделирование подтвердило работоспособность устройства в соответствии с диаграммами фиг.2, а-е.

Формула изобретения

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, вторичные фазные обмотки которого соединены в звезду, и вентильные элементы, отличающийся тем, что он снабжен трехобмоточным уравнительным реактором, выполненным в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, каждая вторичная фазная обмотка трехфазного трансформатора соединена со средней точкой соответствующей обмотки уравнительного реактора, каждая из обмоток которого своими выводами подключена к одноименным электродам соответствующих управляемых вентильных элементов, другие электроды которых соединены с одноименными электродами всех остальных управляемых вентильных элементов, образующими один из выходных зажимов, при этом второй выходной зажим является нулевой точкой.

2. Способ управления преобразователем трехфазного переменного напряжения в постоянное путем подачи управляющих сигналов на управляемые вентильные элементы со сдвигом на 1/3 периода, отличающийся тем, что управляющие сигналы, например импульсы, при отсутствии регулирования подают при отрицательных мгновенных значениях фазных эдс, причем на каждый из управляемых вентильных элементов сигнал управления подают один раз за два периода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2