Преобразователь переменного тока в постоянный

 

Союз Советских

Социалистических ресяублик

< >743-392

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 31.01.78 (21) 2576294/24-07

Н 02 М 7/06 с присоединением заявки.%—

Гасударстееиный комитет

СССР (23) Приоритет— йа делам изобретений и открытий

Опубликовано 15,06.80. Бюллетень М 22 (53) УДК 621 314.

° 632(088.8) Дата опубликования описания 18,06,80,(72) Авторы изобретения

А. Г. Николаев, В. К. Быстров, -О. Г. Потанин и А. И. Борисов (7!) Заявитель (54) ПРЕОБРАЖВАТЕЛ6 ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

B ПОСТОЯННЫЙ. Изобретение относится к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный и может быть использовано

nay питания различных потребителей постоянного тока, в том числе и с падающей вольтамперной характеристикой, на5 пример дуговых ламп высокого и низкого давления, Известен выпрямитель с удвоением напряжения, который позволяет наряду с обеспечением линейно-падающей внешней характеристики уменьшить коэффициент пульсаций тока и увеличить ее час тоту Я.

Однако это устройство обладает сравнительно низким коэффициентом умножения напряжения, а наличие большого числа вентилей приводит к неоправданным потерям электрической энергии на омическом сопротивлении этих вентилей, что неизбежно приводит к уменьшению КПД устройства, Кроме того, большое количество вентилей, (каждый из которых имеет систему охлаждения, например

2 радиатор) в значительной степени завышает массу и габариты устройства. Все это в совокупности обеспечивает сравнительно низкие удельные энергетические показатели устройства в целом.

Известно также устройство для пита ния нагрузки, содержащее трехфазный источник переменного тока, выпрямитель с линейно-падающей вольтамперной харак теристикой, катод одного вентиля которого соединен с положительной, а анод другого - с отпицательной клеммами нагрузки. Кроме того, одна пара вентилей своими катодами подключена к положительной, вторая, анодная, к отрицательной клеммам нагрузки, а все шесть вентилей образуют трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный по схеме Ларионова, Между клеммами источника и входными выводами выпрямителя включены токоограничивающие конденсаторы. Нагрузка подключена к выходным выводам выпрямительного устройства f2).

741392

Однако эта схема устройства отличается достаточной простотой, но харак» териэуется невысокими удельными энергетическими показателями. Так как токоограничивающие конденсаторы в цепь питания нагрузки включены последовательно, максимальная величина напряжения на нагрузке не превосходит амплитуды линейного напряжения источника питания.

Кроме .того, схема имеет завышенные массогабаритные показатели (шесть вентилей) .

Наиболее близким к изобретению яв ляется преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор с тремя фаэными обмотками, выпрямитель с линейно-падающей вопьтамперной характеристикой и три токоограничивающих конденсатора.

Бель изобретения — улучшение удельных энергетических показателей.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе переменного тока в постоянный, содержащем трехфазный трансформатор с тремя фаэными обмотками, выпрямитель с линейно-падающей вольтамперной характеристикой и три токоограничивающих конденсатора, выпря митель выполнен в виде цепочки из трех согласно-носледовательно соединенных вентилей, концы которой образуют выходные выводы, причем каждый из вентилей эашунтирован соответствующей фаэной обмотки и одного из токоограничивающего конденсатора.

Ъ-О

На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит трехфазный трансформатор с фазными обмотками 1, 2 и 3 соответственно; выпрямитель с линейно-падающей вольтамперной характеристикой, выполненной на трех вентилях

4, 5.и 6, трех токоограничивающих конденсаторах 7, 8 и 9 и нагрузку 10, под 45 ключенную к выходным выводам 11 и

12. Вентили выпрямителя соединены. последовательно-согласно, а параллельно каждому из них включены цепочки из соединенных последовательно фазной обмот» 5О ки источника и токоограничивающего конденсатора. Параллельно вентилю 4 включена цепочка, содержащая фазную обмотку 1 и токоограничивающий конденсатор 7, вентилю 5 - цепочка, содержа55 щая фазную обмотку 2 и токоограничивающий конденсатор 8, вентилю 6 - цепочка, содержащая фазную обмотку 3 и токоограничивающий конденсатор 9. Нагрузка 10 положительной клеммой 11 соединена с катодом вентиля 6, а отрицательной 12 - с анодом вентиля 4. указанного выпрям ителя.

Фаэные обмотки истгчника в общую схему устройства могут включаться дву мя способами. В первом способе все три фазные обмотки включены последовательно согласно. При этом на выходе выпрямительного устройства. при отключенной нагрузке напряжение не превышает 3()щ, так как равно суммарному напряжению на трех токоограничивающих конденсаторах, я мгновенное суммарное напряжение фаз источника равно нулю.

Во втором способе две фаэные обмотки (например 1 и 2) включены между собой согласно и встречно по отношению к третьей фазной обмотке, при этом в режиме, близком к холостому ходу, все токоограничивающие конденсаторы 7, 8, 9 заряжены плюсом на правой обкладке, а мгновенное суммарное напряжение фазовых обмоток 1, 2 и 3 изменяется как однофазное напряжение удвоенной амплитуды 0 . Зто напряжение суммируется с напряжением конденсаторов. Напряжение на выходных клеммах выпрямителя изменяется от максимального значения, равного 5 0п,, до минимального, равного

0 . Если к этим клеммам подключить измерительный прибор электромагнитной системы, то он покажет среднее значение напряжения, равное 30п1 . Включение фаэных обмоток по второму способу приводит к тому, что вектора напряжений фаз источника сдвинуты друг относительно друга на 60 электрических градусов, причем вектор напряжения фазы 1 опережает вектор напряжения фазы 3, а вектор напряжения фазы 3 - вектор напряжения фазы 2.

Если считать, что начало фазных обмоток 1 и 2 на чертеже изображено слева, а фазы 3 справа, т. е. две первые обмотки включены между собой последовательно - согласно и встречно по отно шению к третьей, то в номинальном режиме устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени потенциал фазы 1 равен нулю, а двух других фаз - отрицательной. Тогда в первой четверти периода изменения питающего напряжения происходит заряд токоограничивающего конденсатора 7 по цепи начало фазы 1, вентиль 4, токоог741392 тов предлагаемого устройства, по сравнению с известным, уменьшена почта в два раза, а выходное напряжение устройства возрастает в 1,7 раза.

В два раза сокращены потери электрической энергии на вентилях по сравнению с известным у-стройством, что существенно улучшает КПИ предлагаемого устройства. Это свидетельствует о том, что предраничивающий конденсатор 7, конец фазы

1. Через 60 электрических градусов начнется заряд токоограничивающего конденсатора 9 по цепи конец фазы 3, вентиль 6, конденсатор 9, начало фазы 3. ° 5

Во второй четверти периода абсолютное значение напряжения фазы 1 убывает, а суммарное напряжение фазы 1 и конденсатора 7 увеличивается. Конденсатор 7 разряжается на нагрузку. Образуется следующая цепь протекания тока;положительная обкладка конденсатора 7, фазы

2 и токоограничивающий конденсатор

8, вентиль 6, нагрузка 10, фаза 1, отри« цательная обкладка конденсатора 7. Это обусловлено тем, что вентиль 5 заперт обратным суммарным напряжением фазы

2 и конденсатора 8. Конденсатор 8 при этом заряжается напряжением полярности, обратной напряжению фазы 2, чем ускоряется отпирание вентиля 5, которое происходит при равенстве напряжений фазы 2 и конденсатора 8. Начиная с момента открытия вентиля 5 ток в нагрузку потечет по цепи положительная обклад- 5 ка конденсатора 7, вентили 5 и 6, нагрузка 10, фаза 1, отрицательная обкладка конденсатора 7 и токоограничивающий конденсатор 8 разряжается на обмотку фазы 2, напряжение которой уменьшается по абсолютной величине, по цепи положительная обкладка конденсатора 8, фаза 2, вентиль 6, отрицательная обкладка конденсатора 8. Через треть периода напряжение фазы 2 становится равным нулю, а конденсатор 8 полностью разряжается. Начиная с этого момента происходит заряд конденсатора 8 по цепи начало фазы 2, вентиль 5, конденсатор 8, конец фазы 2, Как только напряжение фа- зы 3 достигает максимального значения, заряд конденсатора 9 прекращается и в дальнейшем ток через нагрузку увеличивается, так как начинается разряц конденсатора 9 в связи с уменьшением напря45 жения фазы 3 по абсолютной величине, причем вентиль 6 закрывается суммарным напряжением фазы 3 и конденсатора 9.

Ток в нагрузку в этом случае течет по цепи. положительная обкладка конденсато- 50 ра 7, вентиль 5, фаза 3, конденсатор 9, нагрузка 10, фаза 1, отрицательная обкладка конденсатора 7. B третьей четверти периода полярность напряжения фазы

1 меняется на противоположную, которая

55 суммируется с напряжением конденсатора 7 и суммарным напряжением фазы 3 и конденсатора 9, и тем самым увеличивая напряжение и ток, протекающий через нагрузку. При достижении максимального значения напряжения фазы 2, заряд конденсатора 8 прекращается и вентиль 5 закрывается. В дальнейшем по мере убывания абсолютного значения напряжения фазы 2 суммаркое напряжение фазы 2 и конденсатора 8 увеличивает ся. Ток в нагрузку потечет по цепи огрицательная клемма кагрузки 10, фаза

1, конденсатор 7, фаза 2, кондексатор

8, фаза 3, конденсатор 9, положителькая клемма нагрузки. Через 240 электрических градусов напряжение фазы 3 меняет свою полярность и действует согласно с напряжением на конденсаторе 9, тем самым увеличивая напряжение на нагрузке, причем цепь протекания тока в нагрузку остается прежней. В четвертой четверти периода, а именно через

300 электрических градусов, аналогичный процесс происходит в фазе 2. Когда амплитудное значение напряжения на фазе 3 достигает своего максимального значения, что соответствует углу в 330 электрических градусов, напряжение на нагрузке достигает своего максимального значения, определяемого геометрической суммой фазных напряжений обмоток источника и напряжение на конденсаторахх.

В последующих периодах изменения питающе го на пряжения все указанные процессы повторяются циклически и если принять постоянную разряда конденсаторов, определяемой величиной емкости и сопротивлением нагрузки достаточно большой, то процесс перезаряда токоогракичивающих конденсаторов в следующих периодах питающего напряжения не происходит.

В реальном устройстве среднее значение напряжения ка нагрузке за период равно утреннему значению напряжения фазы источника, а токоограничивающие конденсаторы, запасая энергию в соответствующие четверти периода питающего напряжения, в носледующем отдают ее в нагрузку с высоким КПД. Масса элемен92

7 7413 лагаемое устройство обладает значительно лучшими удельными энергетическими показателями.

Фoрмула изобретения

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор с тремя фазными обмотками, 10 выпрямитель с линейно-падающей вольт.амперной характеристикой и три токоограничивающих конденсатора, о т л.ич а ю m и и с я тем, что, с целью улуч-. шения удельных энергетических покаэате- 1S ! лей, выпрямитель выполнен в виде цепочки из трех согласно-последовательно соединенных вентилей, концы которой образуют выходные выводы, причем, каждый из вентилей эашунтирован цепочкой из соединенных последовательно соответствующей фаэной обмотки и одного токоограничивающего конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание .при акспертиэе

l. Авгорское свидетельство СССР № 506103, кл. Н 02 М 7/19, 1976, 2. Современные задачи преобразова тельной техники. Тезисы докладов ВНТК, 1975, Киев, часть 2, с. 259, рис. 7, Составитель lI. Устинкина

Редактор Ю. Петрушко ТехредЖ.Кастепевич Корректор М. Вигула

Заказ 3333/9 Тираж 783 Подписное

UHHHIlH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4