Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

О П И С "А1 Н"И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ю

l

:l =-;

\ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл 2 (22) Заявлено 310378 (21) 2596778/24-07 с присоединением заявки Nо

Н 02 М 7/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2505.80. Бюллетень г(о 19

Дата опубликования описания 2605.80 (53) УДК 621. 314., 632 (088. 83

О.Г. Потанин, A.Ã. Николаев, В.К. Быстров, А.И. Борисов и Н.С. Кованцев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к электротехни ке и может преимущественно использоваться в устройствах для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания нагрузки выпрямленным током.

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее трехфазный источник переменного тока, подключенный через токоограничивающие зарядные элементы, например реактивные, к мостовому двухполупериодному выпрямителю, выполненному на шести вентилях по схеме Ларионова и подключенному своими выходными клеммами через фильтр, например дроссель, к нагрузке (11.

К недостаткам этого устройства следует отнести завышенные потери электрической энергии, рассеиваемой на омическом сопротивлении шести полупроводниковых элементов, что снижает КПД устройства, его удельные энергетические показатели при довольно узком диапазоне изменения напряжения на нагрузке, максимальное значение которого равно всего лишь амплитудному значению линейного напряжения трехфазного источника.

Известно также устройство, содержащее трехфазный источник переменного тока, подключенный к .двухполупериодному мостовому выпрямителю трехфазного питания, нагрузку и многообмоточный дроссель. Для улучшения коммутации вентилей обмотки многообмоточного дросселя включены в каждой фазе выпрямителя по две последовательно-согласно между вентилями анодной и катодной групп, при этом фазы источника присоединены к общим точкам этих обмоток (2), Недостатком этого устройства яв15 ляется то, что в любой момент времени в цепи питания нагрузки включены два последовательно соединенных вентиля, что увеличивает рассеивание (потери) электрической энергии

20 на их омических сопротивлениях."

Кроме того, они имеют сравнительно небольшой диапазон изменения напря» жения на нагрузке,,не превышающий амплитуду линейного напряжения источника.

Наиболее близким к,предлагаеь -.

1 му устрой ст ву я вл я етc я прео бр аз о в атель переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный, сиЗО ловой трансформатор, первичная об736298 мотка которого подключена к источнику переменного тока, трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный на трех тиристорах и трехфаэном линейном дросселе, три обмотки которого соединены в звезду, причем ссединенные между собой катоды тири сторов образуют положительный, а нейтрал ь э веэды — отрицател ьный выходные выноды, анод тиристора каждой фазы соединен с соответствующим выводом обмотки дросселя и их общая точка связана с соответствующей фазной вторичной обмот кой силового тран сформатора, и блок кон трол я н апряжени я и управлени я тири сторами (3) .

Потери в вентилях (тиристорах) такого преобраэонателя по сравнению с описанными выше преобразователями сокращены, однако уменьшено выпрямленное напряженке, максимальное значение которого достигает всего лишь половины амплитуды линейного напряжения, что сущестненно ограни— чивает область применения таких устройств в системах электроснабжения, содержащих в качестве источника электрической энергии переменно -o тока низконольтные источники. Напряжение на выходе двухполупериодного мостового выпрямителя можно увеличить, если полуобмотки линейного дросселя включить по антотрансформаторной схеме на повышение напряжения, В этом случае коэффициент трансформации К„, не должен превышать величину, равную днум, поскольку при увеличении K выше двух начинает резко уменьшаться использсвание медч полуобмоток,. а также стали линейного дросселя„ а следовательНо, увеличивается масса и габариты дросселя, что приводит к ухудшению коэффициента использования мощности источника. и удельных энергетических показателей устройстна н целом.

11ель изобретения — расширение диапазона регулирования выходного напряжения и улучшение удельных энергетических показателей.

Это достигается тем, что указанная общая точка связана с соответствующей фаз ной вторичной обмоткой силового трансформатора через емкостное токоограничинающее сопротинление, например. конденсатор, причем величина этого сопротивления на частоте источника переменного тока ранна по абсолютной величине индуктивному сопротивлению обмотки дросселя, включенной н данную .фазу „

Такое схемное решение позволяет в рабочем диапазоне преобразователя увеличить напряжение на обмотках трехфазного линейного дросселя до величины в 10-20 и более раз превышающей амплитудное значение линейного наг-ряжения трехфазного источника переменного тока, что обеспечивает хорошую работоспособность преобразователя при питании нагрузки, номинальное напряжение на которой превышает амплитудное в 5-10 и более раэ. Кроме того, такое схемное решение позволяе-., при заданном постоянном номинальном напряжении на нагрузке использонать трехфазный источник переменного тока с более низким номинальным напряжением, а, следовательно, использовать трехфаз— ный источник = меньшей установленной (габаритной) мощностью, т.е. за счет этого уменьшить массу и габар: ты преобразователя в целом и улучшить его удельные энергетические г,оказатели.

На фиг. 1 представлена принци.— пиальная электрическая схема пред— лагаемого преобразователя; на фиг.2 — один из вариантон преобразователя;, на фиг. 3 — схема однофазного варианта устройства. устройство содержит трехфазный

;сточник ) переменного тока (трансформатор), трехфазный двухполуперио",íûé мостовой выпрямитель, выполненный на трех тиристорах 2, 3 и 4, трех конденсаторах 5, 6 и 7 и трехфазном линейном дросселе 8, три обмотки 9, 10 и 11 которогс соединены между собой в трехлучевую звезду, нагрузку (2 и блок 13 кон роля напряжения и управления тиристорами. Катоды тиристоров 2, 3 и

4 соединены между собой и образуют положительный 14, а нейтраль звез— ды — отрицательный 15 выходные выводы. Точки соединения крайних выводов обмоток Э, 10 и 11 и анодон тиристоров 2, 3 и 4 подключены через конденсаторы 5, 6 и 7 к соответстнующим трем входным клеммам )6, 17 и

18 выпрямителя, Один из вариантов предложенного преобразователя отличается -.åì, что каждая обмотка трехфазного линейного дросселя снабжена отводом от части ее витков, причем отводы через конден саторы подключены к входным выводам выпрямителя. Это позноляет использовать обмотки ли— нейного дросселя не только в качестве токоограничивающих индуктинных сопротивлений, но и передавать энергию от источника переменного тока в н агру з ку одновременно зле ктрическим и электромагнитным способами, что снижает нес и габариты дросселя, а, следовательно, и всего преобразователя н целом.

Устройство работает следующим образ ом.

Предположим, что система управления тиристорами 2 „3 и 4 обеспе736298

56

53

65 чивает их постоянное открытие, и последние работают как обычные неуправляемые вентили-диоды. Пусть мгновенное Значение напряжения, например первой фазы, И„ положительного и по величине больше мгновенных значений напряжений двух других фаз, соответственно U I и О„я, в течение промежутка времени от

0 до t t. соответствующего углу, равному 120 эл. град, то есть, О„- > 120 эл. град. Это означает, что к аноду тиристора 2, присоеди ненного к первой фазе через. конденсатор 5, приложен самый большой положительный потенциал, поэтому в теЧение этого промежутка времени тиристор 2 открыт и через него осуществляется питание нагрузки 12.Ток . в нагрузку течет по цепи: клемма 16, конденсатор 5, тиристор 2, нагрузка

12, параллельные ветви из обмоток

10, 11, конденсаторов 6 и 7, и вторичных обмоток второй и третьей фаз трансформатора 1. В течение следующего промежутка времени отg-=y до

1 соответствующего также

120 эл. град, мгновенное значение напряжения второй фазы О„ положительно и по величине больше мгновенных значений фазных напряжений 0 и U >.

К аноду тиристора 3 в этом случае приложен самый большой положительный потенциал. Тиристор 3 откроется и ток в нагрузку 12 течет по цепи: клемма 17, конденсатор 6, тиристор

3, нагрузка 12, параллельные ветви из обмоток 9, 11 конденсаторов 5 и

7, и вторичных обмоток первой и третьей фаз трансформатора 1. B течение промежутка времени отой=1 до соответствующего 120 эл.град. мгновенное значение напряжения третьей Фазы U„ц положительно и по величине больше мгновенных значений Фазных напряжений 0«и О . К аноду тиристора 4 приложен наибо1 ьший положительный потенциал. Тиристор 4 откроется и ток в нагрузку

12 течет по цепи: клемма 18, конденсатор 7, тиристор 4, нагрузка 12, параллельные ветви из обмоток 9, 10, конденсаторов 5, 6 и вторичных обмоток первой и второй фаз трансформатора 1. Далее процессы в системе периодически повторяются. Конденсаторы 5, 6 и 7 и линейный дроссель

8 совместно с источником 1 при отключенной нагрузке образуют последовательные г, L С контура, омические сопротивления которых опре- . деляются суммарным значением, складывающимися из внутреннего сопротивления фазных обмоток источника 1, из омических сопротивлений конденсаторов 5, 6 и 7 и омических сопротивлений обмоток 9, 10 и 11 трехфаз- ного линейного дросселя 8. При равенн с т ве между со бой сопротивлений реактивных элементов этих контуровна частоте источника имеет место последовательный резонанс напряжений, при котором мгновенные значения напряжений на конденсаторах

Uq и на им соответствующих обмотках дросселя 1 равны по величине и противоположны по фазе, при этом максимальное значение напряжения на каждом из указ анных элементов в 4/?О раз превышает амплитудное значение напряжения Ещ источника переменного тока, то есть где Я вЂ” добротность контура, определяемая как отношение волнового сопротивления р.:Г к активному сопротивлению этого контура. Добротность контура Q по величине следует выбирать в диапазоне от 5 до

50 в зависимости от требуемого значения напряжения на нагрузке. Тиристоры 2, 3 и 4 позволяют регулировать величину выпрямленного напряжения изменением угла их открытия, осуществляемым подачей импульсов на управляющие электроды тиристоров с блока контроля наПряжения и управлени я тири стор ами .

Таким образом, предложенный преобразователь переменного .напряжения в постоянное повышенной величины позволяет в 5-10 и более раз увеличить регулирования выпрямленного напряжения в сторону увеличения его максимального значения, а также уменьшить массу и габариты трехфазного источника (например генератора) переменного тока, что в целом существенно улучшает удельные энергетические показатели преобразователя, играющие определяющую роль при разработке преобразователей, использующихся в автономных системах электроснабжения.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного тока, трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный на трех тиристорах и трехфазном линейном дросселе, три обмотки которого соединены в звезду, причем соединенные между собой катоды тиристоров образуют положительный, а нейтраль звезды — отрицательный выходные выводы, .анод тиристора каждой фазы соединен с соответствующим выводом обмотки дросселя и их общая точка связана с соответствующей фазной, вторичной обмоткой силового трансформатора,и блок контроля напряжения и управления тириса °

736298

Ф

1 ) Ссставитель Л. Устин кина

Редактор В. Шубенко Техред A.Щепанская, Корректор B. Синицкая

Заказ 2283/10 Тираж 783

ННИИПИ Государственного комитета СССР по делам изсбретений и открытий

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

Подпи с нее

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 торами, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования выходного напря- . жения и улучшения удельных энергетических показателей, указанная общая точка связана с соответствующей фазной вторичной обмоткой силового трансформатора через емкостное токоограничивающее сопротивление, причем величина этого сопротивления на частоте источника переменного тока равна по абсолютной величине индуктивному сопротивлению обмотки дросселя, включенной в данную фазу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 323853, кл. Н 03 К 3/53, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 279784, кл. Н 02 М 7/12, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

K 547016, кл. Н 02 M 7/06, 1977,