Двенадцатифазный преобразователь сучкова



Двенадцатифазный преобразователь сучкова
Двенадцатифазный преобразователь сучкова

 


Владельцы патента RU 2443049:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог в электрометаллургической и химической промышленности для достижения технического результата - уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока. Двенадцатифазный преобразователь Сучкова состоит из трехфазного трансформатора, имеющего три катушки (1, 2, 3) первичной обмотки, соединенных по схеме «звезда» и подключаемых к фазам сети (1, 2, 3) и соединенных между собой шести катушек (4, 5, 6, 7, 8, 9) вторичных обмоток и соединенных с вентилями преобразователя. Одноименные зажимы (начала) всех катушек помечены знаком «звездочка» (*). При этом начало катушки (4) вторичной обмотки соединено с началом катушки (9) вторичной обмотки, конец катушки (9) вторичной обмотки - с концом катушки (6) вторичной обмотки, начало катушки (6) вторичной обмотки - с началом катушки (5) вторичной обмотки, конец катушки (5) вторичной обмотки - с концом катушки (8) вторичной обмотки, начало катушки (8) вторичной обмотки - с началом катушки (7) вторичной обмотки, конец катушки (7) вторичной обмотки - с концом катушки (4) вторичной обмотки, замыкая контур катушек вторичных обмоток. Каждая катушка вторичных обмоток трансформатора является стороной «шестиугольника». Вентили (10, 11, 12, 13, 14, 15) анодной группы - своими катодами подсоединены к узлам, связывающим катушки вторичных обмоток трансформатора. Вентили (16, 17, 18, 19, 20, 21) катодной группы преобразователя - своими анодами подсоединены к отпайкам от половины витков катушек вторичных обмоток трансформатора. Предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить прямые токи вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить габариты, вес и его стоимость. 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока.

Наиболее близким решением из уровня техники к предлагаемому является преобразователь, используемый как элемент более сложного двадцатичетырехфазного преобразователя, состоящего из трехфазного трехобмоточного трансформатора и двух трехфазных вентильных мостов. Трансформатор имеет сетевую (первичную) обмотку и две одинаковые по мощности вентильные (вторичные) обмотки, одна из которых соединена по схеме «треугольник», а вторая - по схеме «звезда». Линейные напряжения и токи вентильных обмоток одинаковые, но схемы разные. Поэтому параметры обмоток разные - разное число витков и разное сечение провода обмоток. Каждый трехфазный вентильный мост состоит из шести вентилей, из которых в каждом мосту одновременно работают два вентиля: один из анодной и другой из катодной группы. Оба моста работают одновременно. Поэтому одновременно работают четыре вентиля. Вентильные мосты преобразователя соединяются между собой либо последовательно, либо параллельно. Но при параллельном соединении мостов требуется еще и реактор (индуктивность) со средней точкой. Так как у предлагаемого преобразователя реактора не требуется, то вариант прототипа с реактором из дальнейшего рассмотрения исключается (патент РФ №2119711, Н02М 7/12, 1998).

Недостатками известного преобразователя являются сложность конструкции трансформатора и большие затраты на его производство.

Технической задачей заявленного решения является обеспечение уменьшения прямого тока вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить его габариты, вес и стоимость.

Поставленная задача решается посредством того, что в двенадцатифазном преобразователе, содержащем трехфазный трансформатор с двойным комплектом вторичных обмоток и вентили, согласно изобретению вторичные обмотки всех фаз трансформатора соединены в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между вершинами «шестиугольника» образуют шестифазную систему напряжений, а вентили соединены в две группы - анодную и катодную, при этом в анодной группе вентилей аноды соединены в один узел, представляющий собой один полюс на стороне постоянного тока, а в катодной группе вентилей катоды соединены в один узел, представляющий другой полюс на стороне постоянного тока, причем каждый вентиль катодной группы своим анодом подсоединен, к средней точке одной из вторичных обмоток трансформатора, а каждый вентиль анодной группы своим катодом подсоединен к одной из вершин «шестиугольника» вторичных обмоток трансформатора.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 представлена схема многофазного преобразователя напряжения;

- на фиг.2 - векторная диаграмма потенциалов на вентилях.

Двенадцатифазный преобразователь Сучкова состоит из трехфазного трансформатора, имеющего три катушки 1, 2, 3 первичной обмотки, соединенных по схеме «звезда» и подключаемых к фазам сети 1, 2, 3 и соединенных между собой шести катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток и соединенных с вентилями преобразователя. Одноименные зажимы (начала) всех катушек помечены знаком «звездочка» (*). При этом начало катушки 4 вторичной обмотки соединено с началом катушки 9 вторичной обмотки, конец катушки 9 вторичной обмотки - с концом катушки 6 вторичной обмотки, начало катушки 6 вторичной обмотки - с началом катушки 5 вторичной обмотки, конец катушки 5 вторичной обмотки - с концом катушки 8 вторичной обмотки, начало катушки 8 вторичной обмотки - с началом катушки 7 вторичной обмотки, конец катушки 7 вторичной обмотки - с концом катушки 4 вторичной обмотки, замыкая контур катушек вторичных обмоток. Каждая катушка вторичных обмоток трансформатора является стороной «шестиугольника».

Вентили 10, 11, 12, 13, 14, 15 анодной группы - своими катодами подсоединены к узлам, связывающим катушки вторичных обмоток трансформатора. Вентили 16, 17, 18, 19, 20, 21 катодной группы преобразователя - своими анодами подсоединены к отпайкам от половины витков катушек вторичных обмоток трансформатора.

На векторной диаграмме представлены векторы потенциалов на анодах вентилей катодной группы и на катодах вентилей анодной группы относительно центра «шестиугольника» - точки О, потенциал которой принят равным нулю.

Двенадцатифазный преобразователь работает следующим образом.

Двенадцатифазный преобразователь может работать в двух режимах: в режиме выпрямителя и в режиме инвертора. Работа в режиме неуправляемого выпрямителя при использовании в качестве вентилей полупроводниковых диодов происходит следующим образом: всегда работают два вентиля - один из шести вентилей катодной группы, потенциал на аноде которого наибольший, и один из шести вентилей анодной группы, потенциал на катоде которого наименьший. Поэтому среднее значение тока, протекающего через вентиль - Iв, равно одной шестой части среднего значения тока нагрузки - Iо: Iв=1/6Iо. Каждый вентиль за период включается один раз. Работают одновременно два вентиля - один вентиль из анодной группы, другой из катодной группы, а не четыре, как это имеет место у прототипа. Поэтому среднее значение прямого тока вентиля, а также потери напряжения и мощности при работе преобразователя меньше, чем аналогичные величины у прототипа в два раза.

Следует также учесть, что вентили для преобразователя выбираются по прямому току. Поэтому их габариты, вес и стоимость, определяясь меньшим в два раза током, будут меньше, чем у прототипа.

Во времени потенциалы на вентилях изменяются по гармоническому закону, определяемому изменением проекции вектора потенциала на ось ординат при вращении векторов против часовой стрелки с угловой скоростью

ω=2πf1,

где f1 - частота питающего преобразователь напряжения. Векторная диаграмма потенциалов узлов преобразователя представлена для момента времени, когда вентиль 17 катодной группы меняет работавший до этого момента времени вентиль 16 катодной группы, так как его потенциал на аноде стал больше. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, определявшееся проекцией отрезка 11-16 (см. фиг.2) на ось ординат, меняется на равное ему напряжение, определяемое проекцией отрезка 11-17 и будет определяться этой проекцией до того момента, когда вентиль 11 анодной группы будет заменен другим вентилем 12 анодной группы - в тот момент времени, когда его потенциал на катоде станет меньше потенциала на аноде вентиля 11 анодной группы.

В двенадцатифазном преобразователе каждый период питающего напряжения разделяется на двенадцать интервалов времени. В каждом последующем интервале времени закон изменения напряжения на выходе повторяет закон изменения напряжения предыдущего интервала. Введем следующие обозначения: Ni - порядковый номер интервала; Ti - момент времени начала i-го интервала; Ва - работающий вентиль анодной группы; Вк - работающий вентиль катодной группы. Циклограмма работы вентилей катодной и анодной групп приведена в таблице 1.

Выразим величину среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя через амплитуду фазного напряжения на выходе шестифазного преобразователя числа фаз U6m, равную амплитуде напряжения на катушке вторичной обмотки фазы. В пределах

Таблица 1
Ni 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ti 0 1,7 3,3 5 6,7 8,3 10 11,7 13,3 15 16,7 18,3
Ba 11 12 12 13 13 14 14 15 15 10 10 11
Вк 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 16 16

одного интервала времени двенадцатифазного выпрямителя его напряжение на выходе изменяется по гармоническому закону. Обозначим амплитуду выходного напряжения Uom. Ее можно представить отрезком 11-17 на векторной диаграмме как гипотенузу прямоугольного треугольника при катетах:

0,5U6m·Sin60° и U6m(1+Sin260°).

Тогда Uom=1,803U6m.

В пределах интервала времени - Т/24<t<Т/24, где Т - период изменения трехфазного напряжения питающей сети, напряжение на выходе преобразователя изменяется по закону

Uo(t)=UomCosωt

Поэтому величина среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя Uo определяется средним значением определенного интеграла от функции Uo(t) в пределах от -Т/24 до +Т/24 за одну двенадцатую часть периода

Uo=1,78U6m

В момент времени, когда происходит изменение структуры схемы из-за изменившихся потенциалов на вентилях, напряжение на выходе выпрямителя минимально. Определим его величину на примере перехода от первого ко второму временному интервалу, для которого построена векторная диаграмма. Величина выходного напряжения будет минимальна и будет определяться разностью проекций векторов потенциалов вентилей 11 и 17 на ось ординат, т.е. длиной отрезка D-11

Uomin=U6m(1+Sin260°)=1,75U6m

Выпрямленное напряжение пульсирует с двенадцатикратной частотой в промежутке напряжений 1,75U6m<Uo(t)<1,803U6m при среднем значении

Uo=1,78U6m

с амплитудой 0,0265U6m, что составляет ниже 1,5% от среднего значения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить прямые токи вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить его габариты, вес и стоимость.

Анализ заявленного технического решения на соответствие требованиям условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования при создании регулируемых электроприводов постоянного тока;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Двенадцатифазный преобразователь Сучкова, содержащий трехфазный трансформатор с двойным комплектом вторичных обмоток и вентили, отличающийся тем, что вторичные обмотки всех фаз трансформатора соединены в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между вершинами «шестиугольника» образуют шестифазную систему напряжений, а вентили соединены в две группы - анодную и катодную, при этом в анодной группе вентилей аноды соединены в один узел, представляющий собой один полюс на стороне постоянного тока, а в катодной группе вентилей катоды соединены в один узел, представляющий другой полюс на стороне постоянного тока, причем каждый вентиль анодной группы своим катодом соединен с одной вершиной «шестиугольника» вторичных обмоток, а каждый вентиль катодной группы своим анодом подсоединен к средней точке одной из вторичных обмоток трансформатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для питания различных потребителей постоянного тока. .

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

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

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при многопульсном выпрямлении трехфазного переменного напряжения. .

Изобретение относится к области преобразования (конверсии) электроэнергии (к конверсике) и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве источника электропитания, выпрямителя, инвертера, циклоконвертера и т.п.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для нужд электрохимии, в частности в качестве зарядного устройства аккумуляторных батарей и для питания электролизеров.

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

Изобретение относится к силовой электронике, в частности к системам вторичного электропитания. Технический результат заключается в повышении стабильности выходного напряжения постоянного тока и надежности функционирования предлагаемого интеллектуального преобразователя напряжения при эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды, включая минусовые. Для этого заявленное устройство содержит основную и резервную сеть переменного тока 3~50 Гц, 380 В, первый, второй и третий коммутатор, первый, второй и третий фильтр, первый и второй выпрямитель, первый и второй датчик тока, инвертор, трансформатор, группу потребителей стабилизированного напряжения постоянного тока, блок питания, блок драйверов силовых ключей, датчик температуры, датчик напряжения, микроконтроллер, пульт управления и индикации, блок вентиляторов и внешнюю систему дистанционного контроля и управления, в устройство введен ограничитель пускового тока, а микроконтроллер выполнен с возможностью контроля значения напряжения первой и второй сети переменного тока 3~50 Гц, 380 В, контроля значения тока на входе инвертора, контроля срабатывания в блоке защиты и блоке драйверов силовых ключей по превышению тока в открытых тиристорах инвертора, контроля значения напряжения и тока потребления группой потребителей стабилизированного напряжения постоянного тока и с возможностью для управления первым, вторым и третьим коммутатором, управления блоком драйверов силовых ключей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к емкостному источнику питания, кроме того, к электронному устройству, оснащенному емкостным источником питания. Технический результат заключается в снижении потерь на рассеяние тепла. Для этого по первому объекту - емкостной источник питания содержит входную часть (10), имеющую входные контакты (Ln, Nt) для соединения с источником питания переменного тока и емкостную связь; выпрямительную часть (20), соединенную через емкостную связь с входными контактами (Ln, Nt), и выходную часть (30), соединенную с выпрямительной частью, дополнительно содержит средство (R1) ограничения пускового тока, в которой выходные контакты (V+, V-) соединены с соответствующими контактами средства (D5) ограничения выходного напряжения, а последовательно подключенное полное сопротивление (Zdc), проводящее постоянный ток, имеет резистивную составляющую с резистивной величиной, равной, по меньшей мере, 0,2 резистивной величины первой цепи. По второму объекту - электронное устройство содержит силовой вход (101), (102) для соединения с питающей электросетью; емкостной источник (110) питания, связанный с силовым входом; первый функциональный блок (140), получающий питание от емкостного источника питания. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор с двумя группами одинаковых вторичных обмоток, трехобмоточный уравнительный реактор и шесть вентилей, соединенных в замкнутое кольцо через обмотки уравнительного реактора, причем каждая фаза одной вторичной обмотки через вентили и обмотку уравнительного реактора связана с разноименными фазами второй вторичной обмотки, снабжен двумя группами вентилей, одна из которых состоит из трех вентилей, соединенных в один узел анодами (анодная группа), а другая - из трех вентилей, соединенных в один узел катодами (катодная группа), при этом свободные катоды первой группы подключены к фазам одной вторичной обмотки, а свободные аноды второй группы подключены к фазам второй вторичной обмотки, а к общей точке анодов и катодов этих вентилей включена нагрузка. Вторичные обмотки преобразователя могут быть соединены как в звезду, так и треугольник. Нагрузка может подключаться и к нулевым точкам звезд. Технический результат - улучшение качества выпрямленного напряжения. Технический результат достигается за счет увеличения постоянной составляющей и частоты пульсаций до 12. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение энергетической эффективности. Для достижения технического результата для питания переключающих схем (2) имеются первые режимы питания для получения первых величин входной энергии от источников питания (7) и обеспечения первых величин выходной энергии к выходным схемам (5), содержащим управляющие части (3) переключающих схем (2), и имеются вторые режимы питания для получения вторых величин входной энергии и обеспечения вторых величин выходной энергии. Первые величины выходной энергии больше вторых величин выходной энергии. Вторые величины входной энергии больше нуля и меньше величин энергии переключения, необходимых для работы переключающих схем (2). Переключающие схемы (2) могут содержать реле для переключения нагрузок (8). Первые величины входной энергии могут поступать через основные контакты реле. Переключатели (47) могут переключать уровни выходных сигналов. Реле могут являться двухпозиционными реле. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электрическому устройству с обмоткой (12) и средством для индуцирования тока в обмотке. Мостовая схема (400) электрически соединяет обмотку (12) с нагрузкой (13). В соответствии с изобретением мостовая схема (400) включает в себя емкостное средство (401, 402), которое адаптировано для получения резонанса с импедансом обмотки (12). Технический результат - увеличение коэффициента захвата мощности энергетической установки. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности прерывания подачи рабочего напряжения к индуктивной нагрузке, несмотря на подачу рабочего напряжения к нагрузке постоянного тока при сокращении элементной базы. Первая секция (11) преобразования преобразует, в напряжение постоянного тока, напряжение переменного тока, подаваемое с входных линий (L1, L2), и прикладывает его между линиями (LH1, LL1) электроснабжения. Диод (D1) расположен между линиями (LH1, LL1) электроснабжения так, что его анод обращен в сторону линии (LH1) электроснабжения. Конденсатор (C1) имеет оба конца, соединенные с нагрузкой (22) постоянного тока, и соединен последовательно с диодом (D1). Секция (S1) переключения выбирает проводимость/непроводимость между источником (E1) электрической мощности переменного тока и первой секцией (11) преобразования. Вторая секция (12) преобразования преобразует, в напряжение постоянного тока, напряжение переменного тока, подаваемое без прохождения через секцию (S1) переключения, и соединяется с точкой (P1) соединения, расположенной между конденсатором (C1) и диодом (D1), чтобы прикладывать второе напряжение постоянного тока к конденсатору (C1). 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат изобретения заключается в снижении массы и габаритов системы. Машинно-вентильный генератор постоянного тока (МВГПТ) содержит электрическую машину переменного тока с двумя группами гальванически развязанных трехфазных якорных обмоток, два трехфазных выпрямителя, выполненных по мостовой схеме, трансформатор тока. Трансформатор тока выполнен однофазным с двумя согласно последовательно включенными обмотками, точка соединения которых образует первый выходной вывод машинно-вентильного генератора. Одни выходные выводы трехфазных выпрямителей, имеющие одинаковую полярность, подключены к концам обмоток однофазного трансформатора тока, а другие однополярные выводы трехфазных выпрямителей соединены и образуют второй выходной вывод машинно-вентильного генератора. Каждая из трехфазных якорных обмоток подключена ко входам одного из трехфазных выпрямителей. Группы гальванически развязанных трехфазных якорных обмоток имеют пространственный сдвиг относительно друг друга на угол π/6. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях трехфазного переменного напряжения в постоянное напряжение. Технический результат - отсутствие всех видов намагничивания трансформатора. Трехпульсный преобразователь содержит трехфазный трансформатор и основную группу соединенных в звезду вторичных фазных обмоток. Каждая фазная обмотка совместно с двумя дополнительными разноименными фазными обмотками и вентилем образует трехфазное последовательное разветвление зигзага, подключенное к общей нагрузке. Сумма чисел витков внутренней и внешней ветвей зигзага равна числу витков фазной обмотки основной группы. Девятипульсные преобразователи отличаются: наличием дополнительных и вспомогательных групп обмоток и вентилей, аналогично подключенных к промежуточным выводам первой группы обмоток с соотношением чисел витков, соответствующим отсутствию всех видов намагничивания трансформатора; вдвое меньшим количеством вспомогательных групп обмоток, функции которых совмещены в части фазных обмоток первой группы между ее нейтралью и промежуточными выводами за счет соответствующего увеличения числа витков указанных фазных обмоток; вдвое меньшим количеством дополнительных и вспомогательных групп обмоток, за счет их подключения к промежуточным выводам первой группы обмоток через вентили на зигзаг; наиболее экономичным девятипульсным выпрямителем; меньшим на одну группу обмоток количеством трехфазных последовательных разветвлений зигзага; наличием двух идентичных вторичных обмоток, соединенных каждая в звезду, соответствующие промежуточные и крайние выводы которых соединены друг с другом на зигзаг через вентиль и одну вспомогательную фазную обмотку; наличием одной вторичной обмотки, соединенной в звезду с разомкнутой нейтралью, выводы которой подключены к входным выводам трехфазного вентильного моста, первый промежуточный и крайний выводы разноименных фазных обмоток соединены на зигзаг через управляемый вентиль и две (одну) вспомогательные фазные обмотки, а вторые промежуточные выводы - только через управляемый вентиль. Возможно встречно параллельное включение вентилей. 8 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх