Преобразователь многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)729782

* г

) уЕ

)(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 161276 (21) 2430042/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 250480. Бюллетень )(с" 15

Дата опубликования описания,250480 (51)Рд,. Кл г

Н 02 М 7/145

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 314. . 57 (088. 8) (72) Авторы изобретения

E.Â. Линник и Н.Я. Говорущенко (71) Заявитель

Харьковский автомобильно-дорожный институт (54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МНОГОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регуляторах,и стабилизаторах постоянного напряжения, а также в электроприводе постоянного тока с глубоким регулированием.

В связи с появлением мощных высокочастотных тиристоров все большее распространение получают регуляторы постоянного напряжения с повышенными частотами коммутации, при которых существенно снижаются весогабаритные показатели силовых фильтров.

Устройства, основанные на широтноимпульсном регулировании с помощью 15 принудительной коммутации мостового трехфазного управляемого выпрямителя, выполняют по схеме: силовой трехфазный трансформатор, мостовой трехфазный управляемый выпрямитель, узел 20 принудительной коммутации, фильтр, нагрузка (1).

Такие устройства обладают повышенными энергетическими показателями.

Кроме того, благодаря повышенным 1 25 частотам коммутации удается более эффективно испольэовать облегченные фильтры и уменьшить влияние коммутационных процессов на питающую сеть. Эти устройства преобразуют Щ энергию сети переменного тока в энергию постоянного тока при помощи коммутации на повышенной частоте ключевых элементов схемы. Однако силовые трансформаторы рассчитаны на низкую частоту и имеют габариты и вес значительно большие, чем трансформаторы той же мощности, но расчитанные на частоту, равную, частоте коммутации.

Известны также устройства для преобразования многофазного или однофазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным звеном повышенной частоты. Применение звена повышенной частоты позволяет существенно уменьшить весогабаритные показатели согласующего силового трансформатора (2).

Однако такие устройства не обеспечивают регулирования переменного напряжения повышенной частоты. Регулирование выпрямленного напряжения можно осуществлять только с помощью частотного регулировании переменного напряжения повышенной частоты.

При отклонении регулируемой частоты от расчетной частоты силовОго трансформатора в процессе регулирования он используется неоптимально, поэто72Э7а2

65 му не может быть дос-игнут широкий диапазон регулирования, а габариты трансформатора должны быть завышены.

Применение последовательной емкостной коммутации определяет подключение первичной обмотки трансформатора к сети с одной стороны через конденсаторы, габариты которых и вес существенно возрастают с увеличением мощности. При уменьшении частоты в процессе регулирования уменьшается исгользование коммутирующих конденсаторов в связи с чем их емкость надо выбирать по минимальному значению повышенной частоты, т. е, максимальной.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, представляющее собой одно из схемных решений мостовых трехфаэных управляемых выпрямителей с Фазоступенчатым регулированием на первичной стороне трансформатора.

С помощью принудительной коммутации к сети поочередно подхлючают две согласно включенные первичные обмотки трансформатора повышенной частоты с разным числом витков. Благодаря изменению продолжительности подключения к сети той или иной обмотки удается осуществлять широтноимпульсное регулирование напряжения на. вторичной стороне трехфазного трансформатора и, соответственно, постоянного напряжения на нагрузке.

Устройство предназначено для регулирования постоянного напряжения в небольших пределах и используется в качестве стабилизированных источников питания. Звено повышенной частоты в нем явно не выражено. Наложение высокочастотной составляющей на составляющую основной низкой частоты обеспечивает подрегулирование переменного напряжения низкой частоты в сравнительно небольших пределах. Для получения широкого . диапазона регулирования в регуляторах переменного напряжения применяется сочетание фазоступенчатого регулирования и переключения с помощью тиристорных ключей нескольких секций первичных обмоток трансформатора для грубого регулирования изменения коэффициента трансформации (3). При фазо-ступенчатом регулировании основная гармоническая составляющая магнитного потока, который перемагничивает сердечник трансформатора, изменяется с низкой частотой питающей сети, поэтому трансформатор рассчитывают на частоту сети, что и определяет его большой вес и габариты. Кроме того, это устройство не позволяет регулировать напряжение от нуля до максимума, так как при этом необходимо непомерно увеличивать число витков oz,íoé иэ первичных обмоток, что невозможно осуществлять, 5

1О

50 сохраняя разумные габариты силового трансформатора достаточной мощности.

Целью изобретения является уменьшение MBccbI и габаритов силового трехфазного трансформатора.

Это достигается тем, что в предложенном преобразователе многофазнзго напряжения в регулируемое постоянное, содержащем многофазный трансформатор, первичная многофаэная обмотка которого выполнена со средними точками, образующими входные выводы преобразователя, и одноименными концами подключена к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные тиристоры, одноименные силовые электроды которых связаны между собой через коммутирующие конденсаторы и коммутирующий дроссель, одноименные силовые электроды основных тиристоров соединены между собой через пары последовательно включенных коммутирующих конденсаторов, точка соединения первой пары коммутирующих конденсаторов, подключенных к анодам основных тиристоров, связана с точкой объединения катодов вентилей короткоэамыкающего моста, точка объединения .анодов вентилей которого подключена к точке соединения другой пары коммутирующих конденсаторов через коммутирующий дроссель.

В качестве короткозамыкающего моста может быть использован основной выпрямительный мост, выходные выводы которого зашунтированы дополнительно введенным тиристором.

В качестве короткозамыкающего моста может быть использован также дополнительно введенный вентильный мост, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя, а к его выходным выводам подключена цепочка из последовательно соединенных дополнительных тиристоров; точка соединения которых подключена к точке соединения первой пары коммутирующих конденсаторов.

На фиг. 1 и 2 показаны модификации предложенного преобразователя в трехфазном исполнении; на фиг, 3 временные диаграммы, поясняющие их работу.

Преобразователь (фиг. 1) содержит силовой трехфазный трансформатор, первичные обмотки 1 каждой Фазы которого состоят из двух секций. Средние выводы первичных обмоток подключены к соответствующим Фазам питающей сети. Вторичные обмотки 2, соединенные в звезду, через основной мостовой трехфазный выпрямитель 3 и фильтр питают нагрузку, Начала первичных обмоток через трехфазный мостовой выпрямитель 4 эакорачиваются основным тири тором 5, а концы через выпрямитель 6 — вторым основным тиристором 7. Анодная группа диодов

7297,82 выпрямителя 4 и катод тнристора 5 соединены с анодом группой диодов выпрямителя 6 и катодом тиристора

7 — двумя последовательно включенными коммутирукщими конденсаторами 8 и 9. Катодные группы этих выпрямителей и аноды основных тиристоров соединены последовательно включенными коммутирующими конденсаторами 10, 11. Точка соединений конденсаторов

10 и 11 подключена к катоду дополнительного тиристора 12 и к аноду второго дополнительного тиристора 13.

Точка соединения конденсаторов 8 и

9 подключена через коммутирующий дроссель 14 к катоду дополнительного тиристора 13 и анодной группе диодов 15 дополнительного трехфазного мостового выпрямителя 15. Катодная группа диодов выпрямителя 15 подключена к аноду дополнительного тиристора

12. Управляющие импульсы, поступаю- g() щие на управляющие электроды тиристоров, вырабатываются. схемой управления 16.

Преобразователь работает следующим образом. 25

Система управления вырабатывает управляющие импульсы, открывающие основные тиристоры 5 и 7 поочередно, но одновременно с дополнительным тиристором 12, в момент сравнения управляющего напряжения с напряжением восходящего фронта пилообразного опорного сигнала, имеющего двухстороннюю модуляцию: (фиг. 3 а, б) .

Пилообразное напряжение синхронизировано напряжением сети и имеет 35 частоту f сети б (где n — 1,2,3...).

Управляющие импульс л, вырабатываемые системой управления и поступающие на управляющий электрод дополнительного тиристора 13, открывают его в момент сравнения управляющего напряжения и спадающего фронта опорного напряжения. Основной тиристор 5, включаясь, эакорачивает через выпрямитель 1 начала первичных обмоток трансформатора. При этом к левым полуобмоткам подключается напряжение сети (фиг. 3 в) и на выходе выпрямителя появляется выпрямленное напряжение (фиг. 3 г). Одновременно с этим от дополнительного выпрямителя 15 через дополнительный тиристор 12, основной тиристор 5 и коммутирующий дроссель 14 заряжаются конденсаторы 10 к 8 с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок. При 5э этом от выпрямителя 6 через конденсаторы 10, 8 и тиристор. 5 частично заряжаются конденсаторы 11, 9 с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок. По окончании заряда конден- Ц) саторов 10 и 8 ток заряда через дополнительный тиристор 12 прекращается и оя выключается. Левые половины первичных обмоток трансформатора 1 подключены к сети до момента включения дополнительного тиристора 13.

При этом конденсаторы 10 и 8 перезаряжаются по цепи: 10, 13, 14, 8, 5, 10, включая тиристор 5. Одновременно конденсаторы 11 и 9 дозаряжаются с полярностью, показанной без скобок. Новая полярность напряжения конденсатора 10 и 8 показана на фиг ° 1 в скобах. Тиристор 5, выключаясь, размыкает начала первичных обмоток трансформатора 1,:процесс преобразования прекращается. Напряжение на выходе выпрямителя 3 падает до нуля. Следующий этап преобразования начинается в момент открывания тиристоров 7 и 12, когда через выпрямитель 6 в звезду собираются концы первичных обмоток .трансформатора 1 и напряжение сети подводится к правым их половинам. Одновременно по цепи

15, 12, ll, 7, 9, 14 15 перезаряжаются конденсаторы 11 и 9 с полярностью, показанной на фиг. 1 в скобах, Этот этап преобразования заканчивается также включением дополнительного тиристора 13, перезаряжаясь через который конденсаторы 11 и 9 выключают тиристор 7. Затем срабатывают тиристоры 5, 12, далее процесс повторяется. Изменяя величину напряжения управления U>, можно изменять время включения основных (Тэ, Т ) и дополнительного Т тиристоров (фиг. За).

При этом скважность изменяется от 0 до 1.

Следовательно, среднее напряжение на выходе выпрямителя также изменяется в зависимости от скважности, т. е. осуществляется широтно-импульсное регулирование, Таким образом, с помощью ключевых элементов трансформатор осуществляет преобразование напряжения питающей сети в напряжение повышенной частоты с синусоидальной огибающей, а выпрямитель 3 и фильтр преобразуют переменное напряжение повышенной частоты в постоянное напряжение. Так как трансформатор рассчитан на работу на повышенной частоте, его массогабаритные показатели существенно улучшаются по сравнению с Франсформаторами, рассчитанными на Низкую частоту, силовой фильтр также рассчитывают на повышенную частоту. Все зто существенно снижает массу и габариты устройства. В качестве дополнительного вентильного моста может быть использован основной выпрямитель

3(фнг, 2). Дополнительный тиристор

13 подключен на выходе выпрямителя

3 анодам к его положительному зажиму а катодом — к отрицательному. Точка соединения анодной группы коммутирующих конденсаторов 10, 11 соединена с анодом дополнительного тиристора, а точка соединения катодной группы (через дроссель 14) — с катодом этого тиристора. Такой преобразователь заботает аналогично описанному.

729782

Благодаря повышенной частоте пульсации выходного напряжения также существенно уменьшаются вес и габариты силового фильтра. Энергия из сети потребляется также на повышенной частоте, благодаря чему могут быть существенно уменьшены сетеные фильтры при искажении напряжения питающей сети не выше допустимых требований. Так как потребление энергии происходит равномерно н течение полупериода напряжения сети, энергетические показатели являются повышенными. Поэтому предложенный преобразователь отличается существенно уменьшенными весогабаритными параметрами при высоком качестве выходного то- 15 ка, незначительным влиянием на питающую сеть, высокими энергетическими показателями.

Сочетание этих положительных качеств позволяет успешно использовать 20 такие преобразователи н случаях, когда необходимы малые габариты и вес при работе от сети ограниченной мощности.

Формула изобретения

1. Преобразователь многофазного переменного напряжения в регулируемое пос зянное, содержащий многофазный трансформатор, первичная многофазная обмотка которого выполнена со средними точками, образующими входные выводы преобразователя, и одноименными концами подключена к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные тиристоры, одноименные силовые электроды которых снязаны между собой через коммутирующие конденсаторы и коммутирующий дроссель,а вторичная многофазная обмотка подключена к входу основного ныпрямительного моста, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, одноименные силовые электроды оснонных тиристорон соединены между собой через пары последовательно нключенных коммутирующих конденсаторон, точка соединения первой пары коммутирующих конденсаторов, подключенных к анодам основных тиристорон, связана с точкой объединения катодов вентилей короткозамыкающего моста, точка объединения анодов вентилей которого подключена к точке соединения другой пар» коммутирующих конденсаторон через коммутирующий дроссель.

2. Преобразонатель по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем„ что н качестве короткозамыкающего моста использован основной ныпрямительный мост, выходные выноды которого зашунтированы дополнительно введенным тиристором.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся t M что н качестве короткозамыкающего моста использован дополнительно введенный вентильный мост, входные выводы которого подключены з-.одным выводам преобразователя, = к его выходным выводам подключена цепочка из последовательно соединенных дополнительных тиристорон, точка соединения которых подключена к точке соединения первой пары коммутирующих конденсатарон-.

Источники информации, гринятые но внимание при экспертизе

1. Авторское снидетельство СССР

В 519832, кл. Н 02 N 7/155„ 1976, 2. Патент СЫ В 3582756, ..!, Н 02 5f16г 197

3, Сб. "Сонременные за .-" -r г:р:=. образовательной техники, ч, 6, К., ИЭД AH УССР, 1975, с. 59..729782 фис.8

Составитель Г. Мыцык

Редактор Е. Кравцова Техред М.Кузьма

Корректор В. Синицкая

Заказ 1323/51 Тираж 783

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4