Преобразователь энергии переменного тока в энергию постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1i116 50185

Союз Советских

Социалистических

Республик ф

„Ч (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.06.73 (21) 1932241/24-07 с присоединением заявки № 2147114/07 (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень № 8 (45) Дата опубликования описания 28.02.79. (51) М. Кл 2

Н 02М 7/12

Государственный комитат

СССР (53) УДK 621.314.6 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

P. И. Остапенко (71) Заявитель Производственно-техническое предприятие «Сибэнергоцветмет» (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В ЭНЕРГИЮ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится:к электротехнике для преобразования электрической энергии.

Известны преобразователи энергии переменного тока в энергию постоянного тока (1, 2).

Первые из них не обеспечивают регулирования выходного напряжения. Вторые имеют широкий диапазон регулирования, но при глубоком регулировании имеют невысокие энергоэкономические показатели. 10

Известны также несимметричные управляемые мостовые шестипульсные агрегаты (3).

Известный агрегат содержит трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которо- 15 го подключены к неполностью управляемым выпрямительным мостам, которые соединены параллельно через уравнительные реакторы.

Недостатками известного преобразовате- 20 ля является то, что независимо от требуемого диапазона регулирования для него необходимо включить в каждый мост не менее трех тиристоров.

Это обусловливает высокую стоимость и 25 большие потери на преобразование.

Целью изобретения является повышение энергоэкономических показателей при частичном регулировании.

Для этого мосты объединены в две парал- 30 лельные группы по три моста в каждой, причем в первой группе тиристоры расположены по одному в порядке чередования фаз в анодных плечах, а в другой в в катодных плечах, в мосты каждой группы в порядке чередования фаз включены по два тиристора в анодные и катодные плечи.

На фиг. 1, 2 представлены схемы агрегатов с тиристорным пополуфазным управлением, отличающихся диапазоном регулирования. Схема фиг. 1 позволяет реализовать диапазон регулирования 17% Е1 (20—

25% Ua), схема фиг. 2 — 33% Ес (40% Ua) .

На фиг. 3 представлены важнейшие осциллограммы токов и напряжений агрегатов с пополуфазным управлением.

Преобразовательные агрегаты (фиг. 1 п

2) содержат по трансформатору 1, у которого число вторичных обмоток можно варьировать так, чтобы оно было кратным двум или шести; трехфазные мосты 2 — 7, соединенные в параллель в две группы по три моста, причем в схеме фиг. 1 в верхней группе в мостах тиристоры расположены по одному в порядке чередования фаз в анодных плечах, а в нижней — в катодных плечах; в схеме фиг. 2 в мосты каждой группы в порядке чередования фаз включены по два тиристора в анодные и катодные плечи; уравнительные реакторы 8 и 9, объединяю650185 щие соответственно анодные и катодные плечи верхней и нижней групп мостов; кроме того, схема (фиг. 2) содержит реакторы

10 и 11, объединяющие соответственно катодэые и анодные плечи верхней и нижней групп мостов; реакторы 12 и 13, необходимые для уравнивания мгновенного напряжения параллельно работающих групп тогда, когда трансформатор 1 имеет две вторичные обмотки.

Каждый мост агрегата содержит шесть вентилей 14 — 19, нумерация которых соответствует следующему чередованию полуфаз 14 — а; 15 — b; 16 — c; 17 — / — /а; 18—

/ — /b; 19 — / — /с.

Выпрямительный агрегат (по схеме фиг. 1) работает следующим образом.

На тиристоры агрегата, равномерно распределенные между всеми шестью полуфазами трехфазной системы, подаются импульсные управления с задержкой на угол аь изменяющийся от 0 до 120 .

При а —— 0 агрегат работает как неуправляемый, при этом напряжение агрегата наибольшее и равное:

О в = 1 > 17U (1 + cos 1), где С4,— напряжение агрегата при шестиполуфазном ходе;

U — фазное вторичное напряжение трансформатора; — угол коммутации вентилей.

При задержке зажигания тиристоров

0<@,(120 в кривой напряжения каждого моста возникнуты характерные провалы на месте, соответствующем работе каждого тиристора. На фиг. 3 а показана осциллограмма напряжения моста 2. На ней видно, что катодная группа диодов работает почти в обычном ключе неуправляющего моста, угол горения вентилей (120 +у) . Работа анодной группы, содержащая тиристор, идет по иному закону, в соответствии с особенностями пополуфазного управления. В анодной группе вместо задержанного тиристора вначале, при 0(60 работает диод 16, задерживая свое горение на 60, затем при 60 (120 с опережением на

60 загорается диод 15. Если угол а><120, то вентиль 15 прерывает свою работу на время горения тиристора пропорциональному углу (120 — ni).

Реакторы 8 и 9 уравнивают напряжения своих групп таким образом, что возникает два постоянных напряжения, показанные на фиг. Зб, огибающие которых пульсируют в различных фазах, Прикладывая напряжения групп к общим шинам получаем напряжение агрегата, показанное на фиг. 36 жирной линией.

Уравнительный ток при этом ограничивается в агрегате (фиг. 1) индуктивным сопротивлением обмоток трансформатора 1, в агрегате (фиг. 2) индуктивным сопротив10

4 лением трансформатора и реакторов 12 и 13.

Видно фиг. Зб, что диапазон регулирования hU< в процессе пополуфазного управления равен разности Up, и Уд, — напряжению агрегата при пятиполуфазном ходе (а — — 120 ). Он равен:

0,168+0,0961, ЬУ, = . 100= (17 — 25) оо

1 — 0,5771,„ где 1" a — относительная величина тока нагрузки.

Больший процент диапазона регулирования соответствует большим токам нагрузки.

На фиг. Зв показаны осциллограммы токов в вентилях 14 — 19 моста 2. Из осциллограмм видно, что при а ) 60 с опережением своего естественного момента зажигания загорается диод 15. Это приводит к конпенсации реактивного тока и к форсированному уменьшению действующего значения тока, потребляемого из сети, при неизменном токе нагрузки агрегата. На фиг. 3r показана осциллограмма этого тока при 60 (а (<120 . Она свидетельствует о том, что в процессе пополуфазного управления амплитуда первичного тока ступенькой уменьшается на /t; часть так, что при a> — — 120 форма импульсов становится канонической, а амплитуда составляет /< тока нагрузки, величина которого за счет снижения сопротивления нагрузки неизменна. Такая эволюция тока при снижении напряжения гарантирует высокие значения коэффициента мощности и КПД агрегатам по схеме фиг. 1 и фиг. 2.

При этом коэффициент сдвига в конце диапазона регулирования равен исходному и, следовательно, на 4 — 5О/О выше, чем у прототипа, а пульсация выпрямленного напряжения агрегата по схеме фиг. 1 в конце диапазона регулирования в 4 — 5 раз ниже, чем у прототипа при равном напряжении.

Агрегат по схеме фиг. 2 имеет два этапа регулирования. Первый этап полностью совпадает с работой агрегата по схеме фиг. 1. Второй этап начинается, когда первая группа из шести (черных) тиристоров заперта, напряжение агрегата снижено на

AUь При последующем постепенном запирании второй группы тиристоров в кривой напряжения мостов наряду с имеющимся провалом положительной полуфазы появится и будет расти второй характерный провал симметричной отрицательной полу. фазы.

На фиг. Зд показана осциллограмма напряжения моста 2, фиг. 2 при втором этапе регулирования, а — — 120, 60 <а (120 .

Поскольку мгновенные напряжения катодных плеч верхней группы и анодных плеч нижней группы мостов стали различными, эти плечи объединены через уравнительные реакторы 10 и 11.

Напряжения групп, поданные через уравнительные реакторы 12 и 13 на шины агрегата, складываясь по закону среднего, обра650185 зует напряжение агрегата. Огибающая этого напряжения при n> — — 120 будет соответствовать «жирной» кривой на фиг. Зб, а средняя величина меньше напряжения»суправляемого моста на ЛУ, О, 326 — 0,11

ЬУ, =, 100 = (33 — 40)! .

1 — 0,5771, Как видно из осциллограммы фиг. Зж при втором этапе регулирования, диоды, смежные со второй группой тиристоров (белых), начнут одни затягивать горение, но не более чем на 60, другие загораться с опережением на 60, т. е. будут вести себя так же, как рассмотренные группы диодов, смежных с черными тиристорами при изменении аь Поэтому первичный ток трансформатора 1 агрегата фиг. Зе еще раз уменьшится ступенькой на 1/6 тока нагрузки так, что при а — — 120 форма импульса станет канонической, а амплитуда составит 4/6 тока нагрузки, величина которого за счет изменения сопротивления нагрузки неизменна.

Такая эволюция тока при снижении напряжения на первом и втором этапах регулирования гарантирует высокие значения коэффициента мощности и КПД агрегату по схеме фиг. 2 во всем диапазоне регулирования.

Пульсация выпрямленного напряжения агрегата (фиг. 2) в конце диапазона регулирования остается во много раз ниже.

Работа агрегатов (фиг. 1, 2) невозможна без уравнительных реакторов. Мощность каждого реактора, эквивалентная двухобмоточному трансформатору, должна быть больше или равна 0,04 5,ь где $,< — расчетная мощность трансформатора.

В агрегатах фиг. 1, 2 тиристоры работают в облегченных условиях как по воздействующим обратным напряжениям, так и по

40 току, поскольку они сокращают продолжительность своего горения от номинальной величины до нуля. Диоды, напротив, дополнительно нагружаются. В схеме фпг. 1— на >/6, а в схеме фиг. 2 — на /з часть тока нагрузки. Учитывая более высокую надежность и меньшую стоимость диодов, следует признать такое перераспределение нагрузки выгодным.

Формула изобретения

1. Преобразователь энергии переменного тока в энергию постоянного тока, содержащий трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого подключены к неполностью управляемым выпрямительным мостам, которые соединены параллельно через уравнительные реакторы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения энергоэкономических показателей при частичном регулировании, мосты объединены в две группы по три моста в каждой, причем в первой группе мостов тиристоры расположены по одному в порядке чередования фаз в анодных плечах, а во второй — в катодных плечах.

2. Преобразователь п. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что в мосту каждой группы в порядке чередования фаз включены по два тиристора в анодные и катодные плечи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ф. И. Ковалева и др., Полупроводниковые выпрямители п/р, М., Энергия, 1967, с. 104 — 105.

2. Ш. М. Размадзе, Преобразовательные схемы и системы, М., Высшая школа, 1967, с. 173.

3. И. М. Чиженко и др., Основы преобразовательной техники, М., Высшая школа, 1974, с. 159.

650I85

Я" 2 7/ 7/7 /

/./ К/ =//// " д/а,. =Р

Редактор Ю. Челюканов

Корректоры: О. Тюрина и Т. Добровольская

Заказ 573/15 Изд. № 204 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

1 у/ д g/ г

//

1 у/ у/

РГ ф/

b "

Составитель Ю. Мерзляков

Техред А. Камышникова