Вентильный преобразователь однофазного напряжения

 

тйхничеоиеа

+g t g ra g

o n и с А н и "1-

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистимасинх тьаспубпии

К АВТОУСКОМУ СВИДВТВПЬСТВМ (6l) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) Заявлено 06.12;76 (21) 2426327/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Н02М5/7

Гюсудвретвенхмй кеихтет

СССР в делам мзебретеихй " х еткрмтяй

Опубликовано 15.07.79. Бюллетень № 26 (53) УДК

621.316.722 (088.8) Дата опубликования описания 15.07.79 (72) Авторы изобретения

Е. Я. Бухштабер, В. А. Винокуров и A. А. Реморов

/ (71) Заявитель

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

=ч Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для регулирования или стабилизации однофазного напряжения, а также для преобразования однофазного напряжения в многофазное, например в трех фазное.

Известен вентильный преобразователь однофазного напряжения 11), содержащий однофазный выпрямительный мост на управляемых вентилях, к выводам постоянного тока которого подключены крайние выводы обмотки дросселя, а к среднему выводу этой обмотки" и к одному из выводов переменного тока однофазного выпрямительного моста подключены обкладки конденсатора, которые являются выводами для подключения нагрузки. Такой преобразователь обеспечивает на выходе регулируемое по фазе и действующему значению напряжение при малом содержании высших гармонических и может быть использован в качестве регулятора или стабилизатора однофазного напряжения, а также для питания трехфазных нагрузок .от однофазных источников.

Недостатком данного преобразователя является большая масса и габариты иэ-за исгтльзования двухобмоточного линейного дросселя с высоким коэффициентом связи между обмотками, S Наиболее близким к изобретению техническим решением является преобразователь-выпрямитель однофазного напряжсния с искусственной коммутацией и сглаживающим дросселем в цели нагрузки t2), выполненный в ви1Е де трехфазного выпрямительного моста на управляемых вентилях, к одному из выводов постоянного тока которого подключен один иэ концов обмотки дросселя, первый и второй выводы переменного тока этого моста обраэу15 ют его.входные выводы, а ко второму и третьему выводу переменного тока этого моста подключены обкладки коммутирующего конденсатора.

В режиме выпрямителя нагрузка включается ко второму концу обмотки дросселя и к свободному выводу, выпрямительного моста. В режиме регулятора или стабилизатора однофаэно674170

3 го напряжения такой преобразователь должен включаться последовательно с нагрузкой.

Недостатком такого преобразователя являет - ся низкое качество выходного напряжения и снижение значения первой гармонической составляющей на выходе при регулировании фазового сдвига.

Цель настоящего изобретения — улучшение качества выходного напряжения и увеличение первой гармонической. 10

Поставленная цель достигается за счет того, что второй конец обмотки дросселя подключен ко второму выводу выпрямительного моста, а

1выходные выводы образованы обкладками конденсатора.. 5

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя, а на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу, Преобразователь содержит трехфазный выпря- 20 мительный мост на управляемых вентилях 1, линейный бднообмоточный дроссель 2 и конденсатор 3.

Выводы переменного тока 4, 5 и б выпрямительного моста 1 использованы в качестве вход- 25 ных выводов преобразователя. Выводы постоянного тока 7 и 8 выпрямительного моста 1 подключены к концам обмотки дросселя 2. Нагрузка преобразователя подключается к выводам 5 и 6, один из которых (вывод 6) является об- 30 щим со входным выводом преобразователя.

Выпрямительный мост содержит управляемые вентили {УВ1 — УВ6), которые подключены следующим образом: УВ1 и УВ2 — к выводу 4—

"подключающие"; УВЗ и УВ4 — к выводу 5—

"шунтирующие"; УВ5 и УВ6 — к выводу 6—

"кондвнсаторные".

Работа устройства осуществляется путем од- новременного включения одного из "подключающих" вентилей (УВ1, УВ2) и одного из 40

"конденсаторных" вентилей (УВ5, УВб)", с помощью которых конденсатор 3 с подключен ной на выходе нагрузкой подключается к источнику итанття.

Выключение подключающего УВ может осу- д ществляться при протекании тока по дросселю иутем включения второго конденсаторного

УВ после того., как мгновенное напряжение на ксищенсаторе Ос йревышает напряжение ис точника питания Оп(Ос > Оп). .Сразу же или с задержкой может быть включен второй подключающий УВ (на встречное направление) или шунтирующий УВ, подключенный к. выводу 5. Это приведен к выключению одного из включенных" конденсаторных УБ,и перезаряду конденсатора 3 через дроссель 2 и источник питания (если включен подключающий УВ) или непосредственно если вклю-. чен шунтирующий УВ.

Эа счет наличия дросселя и конденсатора при протекании по дросселю непрерывного тока напряжение на конденсаторе должно всегда отставать от напряжения источника питания, à первая гармоническая его может даже превышать питающее напряжение.

Переключение подключающих УВ можно осуществлять одновременно с включением второго конденсаторного УВ, При таком режиме работы потребление от источника питания максимально, что необходимо при максимальной нагрузке на выходе. Напротив, если преобразователь работает в режиме холостого хода, но при этом напряжение на выходе его должно быть равным номинальному значению, время включенного со стояния подключающих УВ сокращается до миI нимума. От источника питания в этом случае потребляется лишь мощность, необходимая для покрытия потерь в вентилях и на активных сопротивлениях дросселя и конденсатора. При. таком режиме работы включения подключающего УВ сразу же или с небольшой паузой включается соответствующий шунтирующий УВ, включение которого обеспечивает процесс перезаряда конденсатора 3 через дроссель 2 во вс речном направлении. Включение очередного подключающего УВ осуществляется в момент, кот. да конденсатор уже частично переэарядился и

Ос ) О, но Ос (Оп (а,) — мгновенного значения напряжения источника питания в момент включения подключающих УВ, На фиг. 2 приведены временные диаграммы напряжений и токов при работе вентильного преобразователя в установившемся режиме на нагрузку, которая значительно меньше максимальной, при которой осуществляется поочередное включение всех УВ, Напряжение на входе Оп и выходе 00 преобразователя показано на фиг, 2а, а па фиг. 2б приведены временные диаграммы тока, Импульсы тока, протекающего по подключающим вентилям

1вх (потребляемого от исто шика питания) показаны заштрихованными. Слева от импульсов тока!вх расположены импульсы тока, протека ющего по шунтирующим УВ, а справа от импульсов iII„— импульсы тока дросселя, когда oí закорочен с помощью шунтирующих УВ.

Диаграммы соответствуют случаю, когда в момент t =eh ja) включается УВ1, а до этого были включены УВЗ и УВ6. Это приводит к выключению ранее включенного шунтирующего вентиля УВЗ в течение времени коммутацииьЕ с у, /сд, за ко-.орое ток через УВ1 нарастает от- нуля до значения тока через УВЗ в момент его включения.

Далее рост тока продолжается, но с меньшей скоростью, которая определяется разностью между мгновеиньгм напряжением на конденсаторе и напряжением источника питания. В мо674170

5 мент t2= ñ 2/ы включается второй. конденсаторный УВ5. В течение времени ЬЙ < /63 про2 02/ исходит сладание тока через УВ1 и его выключение.

Если в момент смены полярности производится включение шунтирующего УВ4, то за время gt. = /(с2 происходит спадание тока в вентиле УВ5 и нарастание его в УВ4. После выключения УВ5 дальнейшее нарастание тока нроисходит за счет перезарядки конденсатора 3, по-10 ка напряжение на нем не изменит знак на обратный. При угле п1, после момента очередной смены полярности питающего напряжения вновь включается соответствующий подключающий УВ, Так, в момент t =В+с /M включается УВ2, а 15

1 за время ЛЙ = ф / Ю происходит спадание тока через УВ4 и его выключение.

Далее процесс повторяется описанным выше образом для второй полуволны выходного напряжения. Потребление тока от источника про- 20 исходит при работе УВ2, а его выключение осуществляется при включении УВ6 в момент

t =й сК /07. Включеяие УВЗ приводит к

1»

2 z выключению УВ5, а новое включение УВ1 выключает УВЗ.

За счет наличия дросселя и конденсаторанапряжение на выходе преобразователя весьма близко по форме к синусоидальному и может быть по величине как ниже, так и выше напряжения истоЧника питания, 30

Коэффициент мощности, потребляемой,преобразователем от источника питания, определяется соотношением между углом включения а, и .углом выключения р подключающих УВ (УВ1 и УВ2), и при равенстве этих углов, от з5 источника потребляется опережающий ток. В этом режиме, особенно на холостом ходу и при малых нагрузках вентильный преобразователь может работать в режиме регулятора или кочпенсатора реактивной мощности.

Для преобразования однофазного напряжения в трехфазное, напряжение на конденсаторе должно быть равно напряжению питания и отставать от него на 60 электрических градусов. В этом случае выводы трехфазного моста используются для подключения трехфазной нагрузки.

Формула изобретения

Вентильный преобразователь однофазного напряжения, содержащий трехфазный выпрямительный мост на управляемых вентилях, к од ному из выводов постоянного тока которого подключен конец обмотки дросселя, первый и второй выводы этого моста образуют его .выходные выводы, а ко второму и 1ретьему выводам переменного тока этого моста подключены обкладки конденсатора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения и увеличения значения первой гармонической, второй конец обмотки дросселя подключей ко второму выводу постоянного тока выпрямитель- ного моста, а выходные выводы образованы обкладками ко щенсатора.

Источники информав;ии,: принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство И 311349, кл. Н 02 М 5/27, 1969.

2, Журнал "Электричество", 1975, У 5, с, 61 — 65, рис. la.

674170 Редактор Д. Мепуришвипи

Составитель Г. Мыцык

Техред А. Богдан

Заказ 4102/54 Тираж 856

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 и . -". Мфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор О, Билак

Подписное