Многопульсное выпрямительное устройство и автотрансформатор
Владельцы патента RU 2488213:
Открытое акционерное общество "Специализированная инжиниринговая компания Севзапмонтажавтоматика" (ОАО "СПИК СЗМА") (RU)
Изобретение относится к электротехнике, конкретно к многопульсным выпрямительным устройствам (ВУ) и автотрансформаторам различного назначения. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, уменьшении гармоник тока, генерируемых ВУ и питающую сеть (помех по питающей сети для других электроустановок), уменьшении пульсации выпрямленного напряжения и существенного снижения стоимости всего устройства. Для этого заявленное устройство содержит основной трехфазный двухполупериодный выпрямитель, преобразующий трехфазный переменный ток с фазами А, В, С в постоянный ток, автотрансформатор с 3(k-1) выходными фазами переменного тока, соответствующими точкам, которые равномерно разделяют дуги на k=4(6) части, изображенные на векторной диаграмме автотрансформатора, в которой образован равносторонний треугольник, где фазы А, В, С являются вершинами, каждая из которых является центром окружности дуги, соединяющей две оставшиеся вершины, и (k-1) дополнительных трехфазных двухполупериодных выпрямителей, которые преобразуют в постоянный ток 3(k-1)-фазный переменный ток, который выведен из вышеупомянутого автотрансформатора, где выходные цепи упомянутого основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя и упомянутых (k-1) дополнительных трехфазных двухполупериодных выпрямителей соединены параллельно. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 20 ил.
Изобретение относится к электротехнике, конкретно к многопульсным выпрямительным устройствам (ВУ) различного назначения, и может быть использовано в преобразователях частоты (ПЧ) для частотно-регулируемых приводов (ЧРП).
Известно многопульсное выпрямительное устройство, как, например, патент Японии №Н.4-229077, содержащее два трансформатора, на выходе которых имеются системы трехфазных напряжений, сдвинутые по фазам на +40 эл.град. и -40 эл. град, относительно входной системы трехфазных напряжений соответственно, а также основной трехфазный двухполупериодный выпрямитель, подключенный непосредственно к трехфазной питающей сети и два вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителя, подсоединенные входами к выходам трехфазных трансформаторов. Выходы основной и вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей соединены параллельно.
Недостатком указанного устройства является завышенная мощность используемых трансформаторов, а мощность многопульсного ВУ практически определяется мощностью используемых трансформаторов и, как следствие этого, - высокая стоимость устройства.
Наиболее близким к изобретению является патент США 6396723 (прототип), где описано 18-и пульсное ВУ, схема электрическая соединений которого показана на фиг.1, где основной трехфазный двухполупериодный выпрямитель 3, подсоединенный с помощью силовых линий 1a, 1b, 1с к трехфазному источнику питания, преобразует трехфазный переменный ток с фазами А, В, С в постоянный ток. Трансформатор 2, который подсоединен к силовым линиям 1a, 1b, 1с и все шесть фаз, которые выведены на вторичной стороне данного трансформатора 2 подключены на вход двух вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 7 и 8 посредством шести силовых линий 5а, 5b, 5с и 6а, 6b, 6с. Выходы основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 3 и двух вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 7 и 8 соединены параллельно к линиям постоянного тока 4р и 4n.
На фиг.2 приведена векторная диаграмма трансформатора прототипа, представляющая векторы шести фаз напряжения, которые являются выходами трансформатора 2. Три дуги окружности А1В1, В1С1 и С1А1 имеют своими центрами вершины равностороннего треугольника, сформированного тремя фазами A1, B1, C1 источника питания. Точки 3 и 2 на дугах делят на три части каждую дугу с интервалом 20 град. Напряжения, представленные векторами этих шести положений, являются выходами трансформатора 2 к двум вспомогательным трехфазным двухполупериодным выпрямителям 7 и 8. Таким образом, можно сформировать только 12 и 18-и пульсную схему выпрямления.
Недостатком известного устройства (прототипа) является ограниченность функциональных возможностей, заключающаяся в реализации только 12-и и 18-и пульсных схем выпрямления.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, уменьшение гармоник тока генерируемых ВУ в питающую сеть (помех по питающей сети для других электроустановок), уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения и существенное снижение стоимости всего устройства.
Для этого в многопульсное выпрямительное устройство, содержащее основной трехфазный двухполупериодный выпрямитель, преобразующий трехфазный переменный ток с фазами А, В, С в постоянный ток, вводятся автотрансформатор с 3(k-1) выходными фазами переменного тока, соответствующими точкам, которые равномерно разделяют на k=4(6) части дуги, изображенные на векторной диаграмме автотрансформатора (AT), в котором образован равносторонний треугольник, где фазы А, В, С являются вершинами, каждая из которых является центром окружности дуги, соединяющей две оставшиеся вершины, и (k-1) дополнительных трехфазных двухполупериодных выпрямителей, которые преобразуют в постоянный ток 3(k-1) - фазный переменный ток, который выведен из вышеупомянутого автотрансформатора, где выходные цепи основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя и упомянутых (k-1) дополнительных трехфазных двухполупериодных выпрямителей соединены параллельно.
Предложенное многопульсное ВУ позволяет реализовать 24-х и 36-и пульсные схемы выпрямления трехфазного переменного тока с помощью AT, мощность которого намного ниже обычных схем выпрямления с многообмоточными силовыми трансформаторами, генерируя при этом минимальные составляющие гармоник тока в питающую сеть и возможностью получать минимальные пульсации выпрямленного напряжения. При этом ток, обеспечиваемый вспомогательными трехфазными двухполупериодными выпрямителями, составляет 3/8-х от полного выпрямленного значения тока при 24-х пульсном выпрямлении и 5/12 при 36-и пульсном выпрямлении, а мощность самого AT может составить лишь 1/8 при 18-и пульсном и 1/7 при 36-и пульсном выпрямлении от полной мощности ВУ.
Согласно первому варианту выполнения многопульсного выпрямительного устройства по данному изобретению автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 3(к-1) прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими, к соответствующим точкам, полученным путем равномерного разделения на k частей каждой вышеупомянутой дуги в упомянутой векторной диаграмме автотрансформатора.
Согласно второму варианту выполнения многопульсного выпрямительного устройства по данному изобретению автотрансформатор может быть выполнен согласно векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 6-и прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими к соответствующим 6-и крайним точкам равного разделения дуг, а другие точки равного разделения дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
Подобная конструкция автотрансформатора дает возможность уменьшить общее количество витков обмотки, а значит мощность и габариты AT по сравнению с первым вариантом исполнения.
Согласно третьему варианту выполнения многопульсного выпрямительного устройства по данному изобретению автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, представленной шестиугольником, образованным прямыми линиями, параллельными противоположной стороне упомянутого равностороннего треугольника и проходящими через вершины упомянутого равностороннего треугольника, и прямыми линиями, параллельными сторонам, прилегающим к упомянутому равностороннему треугольнику, проходящими через крайние точки деления дуг, а остальные точки деления дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
Такое выполнение многопульсного выпрямительного устройства позволяет реализовать автотрансформатор небольшой мощности с более простой конструкцией обмотки.
Автотрансформатор согласно настоящему изобретению содержит входной элемент, который вводит трехфазный переменный ток с фазами А, В, С и выходной элемент, который выводит 3(k-1) фазы переменного тока, соответствующие точкам, которые равномерно разделяют на k=4(6) части дуги, изображенные на векторной диаграмме автотрансформатора (AT), в котором образован равносторонний треугольник, где фазы А, В, С являются вершинами, каждая из которых является центром окружности дуги, соединяющей две оставшиеся вершины.
Автотрансформатор, сконструированный подобным образом, согласно настоящему изобретению соответствует векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 3(k-1) прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими, к соответствующим точкам, полученным путем равномерного разделения на k частей каждой вышеупомянутой дуги в упомянутой векторной диаграмме автотрансформатора.
Автотрансформатор, сконструированный подобным образом, согласно настоящему изобретению соответствует векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 6-и прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими, к соответствующим 6-и крайним точкам равного разделения дуг, а другие точки равного разделения дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
Общее число витков обмотки автотрансформатора, сконструированного подобным образом, меньше, габариты и мощность автотрансформатора также меньше.
Автотрансформатор, согласно настоящему изобретению соответствует векторной диаграмме, представленной шестиугольником, образованным прямыми линиями, параллельными противоположной стороне упомянутого равностороннего треугольника и проходящими через вершины упомянутого равностороннего треугольника, и прямыми линиями, параллельными сторонам, прилегающим к упомянутому равностороннему треугольнику, проходящими через крайние точки деления дуг, а остальные точки деления дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
Подобная конструкция позволяет реализовать автотрансформатор с более простой обмоткой и используя меньшую мощность.
Для более подробного описания настоящего изобретения использованы следующие схемы и диаграммы:
фиг.1 - схема электрическая соединений выпрямительного устройства прототипа;
фиг.2 - векторная диаграмма автотрансформатора выпрямительного устройства прототипа;
фиг.3 - схема электрическая соединений 24-х пульсного выпрямительного устройства по настоящему изобретению;
фиг.4 - векторная диаграмма автотрансформатора для 24-х пульсной схемы выпрямления по настоящему изобретению;
фиг.5 - диаграмма проводимости вентилей основного и дополнительных выпрямителей 24-х пульсного ВУ по настоящему изобретению;
фиг.6 - векторная диаграмма автотрансформатора по первому варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.7 - схема соединения обмоток автотрансформатора по первому варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.8 - векторная диаграмма автотрансформатора по второму варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.9 - схема соединения обмоток автотрансформатора по второму варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.10 - векторная диаграмма автотрансформатора по третьему варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.11 - схема соединения обмоток автотрансформатора по третьему варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.12 - схема электрическая соединений 36-и пульсного выпрямительного устройства по настоящему изобретению;
фиг.13- векторная диаграмма автотрансформатора для 36-и пульсной схемы выпрямления по настоящему изобретению;
фиг.14 - диаграмма проводимости вентилей основного и дополнительных выпрямителей 36-и пульсного ВУ по настоящему изобретению;
фиг.15 - векторная диаграмма автотрансформатора по четвертому варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.16 - схема соединения обмоток автотрансформатора по четвертому варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.17 - векторная диаграмма автотрансформатора по пятому варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.18 - схема соединения обмоток автотрансформатора по пятому варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.19 - векторная диаграмма автотрансформатора по шестому варианту реализации по настоящему изобретению;
фиг.20 - схема соединения обмоток автотрансформатора по шестому варианту реализации по настоящему изобретению.
Для описания первого варианта предложенного многопульсного выпрямительного устройства рассмотрим схему и диаграммы, представленные на фиг.3, фиг.4 и фиг.5.
Фиг.3 - это схема электрическая соединений, иллюстрирующая 24-х пульсную схему ВУ, где основной трехфазный двухполупериодный выпрямитель 10 подсоединен с помощью силовых линий 1a, 1b, 1с к трехфазному источнику питания. Автотрансформатор 9 подсоединен входами к силовым линиям 1a, 1b, 1c, а три трехфазных выхода автотрансформатора 9 подсоединены к трехфазным входам трех вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16 с помощью силовых линий 11а, 11b, 11с, 12а, 12b, 12с и 13а, 13b, 13с. Выходы основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 10 и трех вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16 соединены параллельно к линиям постоянного тока 4р и 4n.
Фиг.4 - векторная диаграмма автотрансформатора, представляющая векторы девяти фаз напряжения, которые являются выходами трансформатора 9. Три дуги окружности имеют своими центрами вершины равностороннего треугольника, сформированного тремя фазами A1, B1, C1 источника питания. Точки 2, 3, 4 равномерно делят дуги на четыре части с интервалом 15 град. Напряжения, представленные векторами этих девяти положений, являются выходами автотрансформатора 9, подключенных ко входам трех вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16.
На фиг.5 показаны условия проводимости основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 10 и трех вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16 для соответствующих фаз 24-х пульсного ВУ. В то время как общая проводимость фаз A1, B1, C1 основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 10 в течение одного периода составляет 150 эл.град., проводимость каждой из девяти фаз трех вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16 в течение одного периода равна 30 эл.град., что составляет 1/5 часть по сравнению с основным трехфазным двухполупериодным выпрямителем 10. Следовательно, три вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителя 14, 15, 16 обеспечивают 3/8-х от полного выпрямленного значения тока, а значит и мощности, остальные 5/8-х тока и мощности обеспечиваются основным трехфазным двухполупериодным выпрямителем 10. При использовании автотрансформатора 3/8 полной мощности - это проходная мощность AT, а расчетная мощность AT, определяющая габариты и мощность самого AT, зависит от схемы соединения первичных и вторичных обмоток AT и может составить лишь 1/3 от проходной мощности, т.е. всего 1/8 часть от полной мощности ВУ.
Описание первого варианта реализации
На фиг.6 показан первый вариант реализации настоящего изобретения, используя векторную диаграмму автотрансформатора, представленную на фиг.4. Точки 5, 6, 7 на фиг.6 расположены на сторонах равностороннего треугольника, вершинами которого являются А1, В1, С1, а прямые линии А2А6, А3А5, В4А7 и В2 В6, В3В5, С4 В7 и С2С6, С3С5, А4С7 расположены параллельно сторонам В1С1 и С1А1 и А1В1 соответственно.
Фиг.7 представляет собой схему соединения обмоток AT, сконструированных согласно векторной диаграмме на фиг.6. В данной конструкции первичные обмотки автотрансформатора 9, соединены по схеме «треугольник» и подключены к силовым линиям 1a, 1b, 1с, а три комплекта вторичных обмоток даны в соответствии с каждой первичной обмоткой. Выводы всех девяти соединений точек 5, 6, 7 между первичными обмотками A1, B1, C1, соответствующие векторной диаграмме фиг.6, подсоединены к соответствующим вторичным обмоткам. Выводы 2, 3, 4 вторичных обмоток являются выходными зажимами и подсоединены к трем вспомогательным трехфазным двухполупериодным выпрямителям 14, 15, 16. Число витков каждой обмотки пропорционально величине напряжения между зажимами соответствующей обмотки, которая, в свою очередь, пропорциональна длине векторов на векторной диаграмме фиг.6.
Описание второго варианта реализации
Фиг.8 иллюстрирует второй вариант реализации настоящего изобретения и является векторной диаграммой AT, представляющую особую конструкцию обмоток AT, представленную на фиг.4. Сравнение данной диаграммы с векторной диаграммой фиг.6 показывает, что векторная диаграмма на фиг.8 не имеет прямой линии 5-6, а вместо этого точки 2 и 3 соединены между собой прямой линией, до которой проводится прямая линия 4-7, исходящая из точки 4.
Фиг.9 показывает фактическую реализацию конструкции обмоток AT в виде схемы соединения отдельных обмоток AT, представленного на фиг.8. В данном варианте все первичные и вторичные обмотки соединены в одну, кроме вторичной обмотки 4-7 и промежуточные зажимы 3, 2 и зажим 4 отдельной вторичной обмотки являются выходными зажимами к трем вспомогательным трехфазным двухполупериодным выпрямителям 14, 15, 16. Как и в первом варианте реализации, соотношения витков в обмотке пропорциональны длине векторов на векторной диаграмме AT. Из фиг.8 видно, что общее число витков обмоток, пропорциональное суммарной длине всех векторов на диаграмме меньше, чем в первом варианте реализации AT. Это позволяет уменьшить размеры AT по сравнению с первым вариантом реализации.
Описание третьего варианта реализации
Фиг.10 иллюстрирует третий вариант реализации настоящего изобретения с помощью векторной диаграммы автотрансформатора, показывая особую конструкцию обмотки AT, представленную векторной диаграммой на фиг.4. Она представлена шестигранником, в котором стороны А5А6, В5В6, С5С6, проходя через вершины A1, B1, C1 равностороннего треугольника, параллельны сторонам В1С1, С1А1, А1В1 соответственно, а стороны А5В6, В5С6, С5А6 проходят через точки 2, 3 деления дуг, а точки 4 деления дуг соединены с точками 7 прямыми линиями, параллельными сторонам равностороннего треугольника.
Фиг.11 показывает фактическую реализацию конструкции обмоток AT в виде схемы соединения отдельных обмоток AT, представленного на фиг.10. В данном варианте реализации автотрансформатор 9 состоит из одиночной конструкции трехфазной обмотки с двумя промежуточными выводами и одной отдельной вторичной трехфазной обмотки. Промежуточные выводы 2, 3 и вывод 4 отдельной обмотки являются выходными зажимами к трем вспомогательным трехфазным двухполупериодным выпрямителям 14, 15, 16. Так же, как и в первом и втором вариантах реализации, соотношение витков соответствующих обмоток совпадает с соотношением длины векторов на фиг.10.
В данной конструкции AT общее количество витков такое же, как и во втором варианте реализации, но количество зажимов уменьшено.
Далее описывается 36-и пульсное выпрямительное устройство, выполненное на основании рассмотрения фиг.12, фиг.13 и фиг.14.
Фиг.12 - это схема электрическая соединений, иллюстрирующая 36-и пульсную схему ВУ, где основной трехфазный двухполупериодный выпрямитель 10 подсоединен с помощью силовых линий 1a, 1b, 1с к трехфазному источнику питания. Автотрансформатор 9 подсоединен входами к силовым линиям 1a, 1b, 1c, а три трехфазных выхода автотрансформатора 9 подсоединены к трехфазным входам пяти вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16, 17 и 18 с помощью силовых линий 11а, 11b, 11e, 12a, 12b, 12с и 13а, 13b, 13с и 19а, 19b, 19с и 20а, 20b, 20с. Выходы основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 10 и пяти вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16, 17 и 18 соединены параллельно к линиям постоянного тока 4р и 4n.
Фиг.13 - это векторная диаграмма автотрансформатора, представляющая векторы пятнадцати фаз напряжения, которые являются выходами трансформатора 9. Три дуги окружности имеют своими центрами вершины равностороннего треугольника, сформированного тремя фазами А1, B1, C1 источника питания. Точки 2, 3, 4, 5, 6 равномерно делят дуги на шесть частей с интервалом 10 град. Напряжения, представленные векторами этих пятнадцати положений являются выходами автотрансформатора 9, подключенных ко входам пяти вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16, 17, 18.
На фиг.14 показаны условия проводимости основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 10 и пяти вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16, 17, 18 для соответствующих фаз 36-и пульсного ВУ. В то время как общая проводимость фаз A1, B1, C1 основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 10 в течение одного периода составляет 140 эл. град., проводимость каждой из пятнадцати фаз пяти вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителей 14, 15, 16, 17, 18 в течение одного периода равна 20 эл. град., что составляет 1/7 часть по сравнению с основным трехфазным двухполупериодным выпрямителем 10. Следовательно, пять вспомогательных трехфазных двухполупериодных выпрямителя 14, 15, 16, 17, 18 обеспечивают 5/12-х от полного выпрямленного значения тока, а значит и мощности, остальные 7/12-х тока мощности обеспечиваются основным трехфазным двухполупериодным выпрямителем 10. При использовании автотрансформатора 5/12 полной мощности - это проходная мощность AT, а расчетная мощность AT, определяющая габариты и мощность самого AT, зависит от схемы соединения первичных и вторичных обмоток AT и может составить лишь 1/3 от проходной мощности, т.е. всего 5/36 или приблизительно 1/7 часть от полной мощности ВУ.
Описание четвертого варианта реализации
На фиг.15 показан четвертый вариант реализации настоящего изобретения, используя векторную диаграмму автотрансформатора, представленную на фиг.13. Точки 7, 8, 9, 10, 11 на фиг.15 расположены на сторонах равностороннего треугольника, вершинами которого являются А1, В1, С1, а прямые линии А2А8, А3А7, А5А10, А9А6, А4А11 и В2В8, В3В7, В5В10, В9В6, В4В11 и С2С8, С3С7, С5С10, С6С9, С4С11 расположены параллельно сторонам В1С1 и С1А1 и А1В1 соответственно.
Фиг.16 представляет собой схему соединения обмоток AT, сконструированных согласно векторной диаграмме на фиг.15. В данной конструкции первичные обмотки автотрансформатора 9 соединены по схеме «треугольник» и подключены к силовым линиям 1a, 1b, 1с, а пять комплектов вторичных обмоток даны в соответствии с каждой первичной обмоткой. Выводы всех пятнадцати соединений точек 7, 8, 9, 10, 11 между первичными обмотками A1, B1, C1, соответствующие векторной диаграмме фиг.15, подсоединены к соответствующим вторичным обмоткам. Выводы 2, 3, 4, 5, 6 вторичных обмоток являются выходными зажимами и подсоединены к трем вспомогательным трехфазным двухполупериодным выпрямителям 14, 15, 16, 17, 18. Число витков каждой обмотки пропорционально величине напряжения между зажимами соответствующей обмотки, которая, в свою очередь, пропорциональна длине векторов на векторной диаграмме фиг.15.
Описание пятого варианта реализации
Фиг.17 иллюстрирует пятый вариант реализации настоящего изобретения и является векторной диаграммой AT, представляющую особую конструкцию обмоток AT, представленную на фиг.13. Сравнение данной диаграммы с векторной диаграммой фиг.13 показывает, что векторная диаграмма на фиг.17 не имеет прямой линии 7-8, а вместо этого точки 2 и 3 соединены между собой прямой линией, до которой проводятся прямые линии 6-9, 4-11, 5-10, исходящие из точек 6, 4, 5 соответственно.
Фиг.18 показывает фактическую реализацию конструкции обмоток AT в виде схемы соединения отдельных обмоток AT, представленного на фиг.17. В данном варианте все первичные и вторичные обмотки соединены в одну, кроме вторичных обмоток 6-9, 4-11, 5-10, а промежуточные зажимы 3, 2 и зажимы 4, 5, 6 отдельных вторичных обмоток являются выходными зажимами к пяти вспомогательным трехфазным двухполупериодным выпрямителям 14, 15, 16, 17, 18. Как и в четвертом варианте реализации, соотношения витков в обмотке пропорциональны длине векторов на векторной диаграмме AT. Из фиг.17 видно, что общее число витков обмоток, пропорциональное суммарной длине всех векторов на диаграмме меньше, чем в четвертом варианте реализации AT. Это позволяет уменьшить размеры AT по сравнению с четвертым вариантом реализации.
Описание шестого варианта реализации
Фиг.19 иллюстрирует шестой вариант реализации настоящего изобретения с помощью векторной диаграммы автотрансформатора, показывая особую конструкцию обмотки AT, представленную векторной диаграммой на фиг.13. Она представлена шестигранником, в котором стороны А7А8, В7В8, С7С8, проходя через вершины A1, B1, С1 равностороннего треугольника, параллельны сторонам В1С1, С1А1, А1В1 соответственно, а стороны А7В8, В7С8, С7А8 проходят через точки 2, 3 деления дуг, а точки 4, 5, 6 деления дуг соединены соответственно с точками 11, 10, 9 прямыми линиями, параллельными сторонам равностороннего треугольника.
Фиг.20 показывает фактическую реализацию конструкции обмоток AT в виде схемы соединения отдельных обмоток AT, представленного на фиг.19. В данном варианте реализации автотрансформатор 9 состоит из одиночной конструкции трехфазной обмотки с двумя промежуточными выводами и трех отдельных вторичных трехфазных обмоток. Промежуточные выводы 2, 3 и выводы 4, 5, 6 отдельных обмоток являются выходными зажимами к пяти вспомогательным трехфазным двухполупериодным выпрямителям 14, 15, 16, 17, 18. Так же, как и в четвертом и пятом вариантах реализации, соотношение витков соответствующих обмоток совпадает соотношением длины векторов на фиг.19.
В данной конструкции AT общее количество витков такое же, как и в пятом варианте реализации, но количество зажимов уменьшено.
Таким образом, применение предложенных вариантов многопульсного выпрямительного устройства дает возможность реализовать 24-х и 36-и пульсные схемы выпрямления, уменьшая спектр гармоник тока, генерируемых в питающую сеть, и получать выпрямленное напряжение с минимальными пульсациями, что позволяет уменьшить сглаживающую емкость конденсатора в выходной цепи ВУ, а также существенно снизить стоимость выпрямительного устройства из-за меньшей требуемой мощности автотрансформатора.
Вспомогательные трехфазные двухполупериодные выпрямители обеспечивают 3/8 и 5/12-х от полного выпрямленного значения тока, а значит и мощности ВУ для 18-и и 24-х пульсных схем выпрямления соответственно. При использовании автотрансформатора 3/8 и 5/12 полной мощности - это проходная мощность AT, а расчетная мощность AT, определяющая габариты и мощность самого AT, зависит от схемы соединения первичных и вторичных обмоток AT и может составить лишь 1/3 от проходной мощности, т.е. всего 1/8 и 1/7 часть от полной мощности ВУ для 24-х и 36-и пульсных схем выпрямления соответственно.
Предложенные конструкции автотрансформаторов могут быть использованы в электрических установках различного назначения для получения систем трехфазных напряжений, сдвинутых по фазе на 15, 30, 45 эл. град. и 10, 20, 30, 40, 50 эл. град. относительно основной системы трехфазных напряжений.
1. Многопульсное выпрямительное устройство, содержащее основной трехфазный двухполупериодный выпрямитель, преобразующий трехфазный переменный ток с фазами А, В, С в постоянный ток, отличающееся тем, что введены автотрансформатор с 3(k-1) выходными фазами переменного тока, соответствующих точкам, которые равномерно разделяют дуги на k=4(6) части, изображенные на векторной диаграмме автотрансформатора, в которой образован равносторонний треугольник, где фазы А, В, С являются вершинами, каждая из которых является центром окружности дуги, соединяющей две оставшиеся вершины, и (k-1) дополнительных трехфазных двухполупериодных выпрямителей, которые преобразуют в постоянный ток 3(k-1) - фазный переменный ток, который выведен из вышеупомянутого автотрансформатора, где выходные цепи упомянутого основного трехфазного двухполупериодного выпрямителя и упомянутых (k-1) дополнительных трехфазных двухполупериодных выпрямителей соединены параллельно.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 3(k-1) прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими, к соответствующим точкам, полученным путем равномерного разделения на k частей каждой вышеупомянутой дуги в упомянутой векторной диаграмме автотрансформатора.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 6-и прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими, к соответствующим 6-и крайним точкам равного разделения дуг, а другие точки равного разделения дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, представленной шестиугольником, образованным прямыми линиями, параллельными противоположной стороне упомянутого равностороннего треугольника и проходящими через вершины упомянутого равностороннего треугольника, и прямыми линиями, параллельными сторонам, прилегающим к упомянутому равностороннему треугольнику, проходящими через крайние точки деления дуг, а остальные точки деления дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
5. Автотрансформатор, содержащий входной элемент, который вводит трехфазный переменный ток с фазами А, В, С, где упомянутый автотрансформатор имеет векторную диаграмму автотрансформатора, в которой образован равносторонний треугольник, вершинами которого являются фазы А, В, С, выходной элемент, который выводит 3(k-1) фазы переменного тока, соответствующих точкам, которые равномерно разделяют дуги на k=4(6) части, каждая из которых является центром окружности дуги, соединяющей две оставшиеся вершины.
6. Автотрансформатор по п.5, где автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 3(k-1) прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими, к соответствующим точкам, полученным путем равномерного разделения на k частей каждой вышеупомянутой дуги в упомянутой векторной диаграмме автотрансформатора.
7. Автотрансформатор по п.5, где автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, полученной путем добавления к упомянутому равностороннему треугольнику 6-и прямых линий, идущих параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, от сторон упомянутого равностороннего треугольника, которые являются ближайшими, к соответствующим 6-и крайним точкам равного разделения дуг, а другие точки равного разделения дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
8. Автотрансформатор по п.5, где автотрансформатор соответствует векторной диаграмме, представленной шестиугольником, образованным прямыми линиями, параллельными противоположной стороне упомянутого равностороннего треугольника и проходящими через вершины упомянутого равностороннего треугольника, и прямыми линиями, параллельными сторонам, прилегающим к упомянутому равностороннему треугольнику, проходящими через крайние точки деления дуг, а остальные точки деления дуг соединены прямыми линиями, идущими параллельно одной из сторон упомянутого равностороннего треугольника, которая является самой дальней, до пересечения с прямой, параллельной прилегающей стороне упомянутого равностороннего треугольника.
