Преобразователь переменного тока в постоянный

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетсиик

Социалистических

Республик (6 I ) Дополнительное к а вт. с вид-ву (22) Заявлено 12.06.78 (21) 2631342р24 07 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет (5 1 )M. Кл.

Н 02 М 7/06

ВЬеударотееинвй комитет

СССР

-до делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.07.80. Бюллетень М 26 (53) УДК 621.314. . 6 (088. 3) Дата опубликования описания 17.07.80 (72) Авторы изобретения

A. В. Пассе и И. A. Токмакова

Научно-исследовательский институт постоянного тока (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при многопульсном выпрямлении трехфазного переменного тока. Известен многопульсный преобразова5 тель, в котором вторичные обмотки трансформатора выполнены так, что они образуют симметричную систему фазных напряжений с числом фаз (2к+1) 3, а вентили в количеств е (2к+1) 6 соединены между собой и с выводами вторичных обмоток по мостовой схеме. При к=l получается 18-пульсный преобразователь.

Вторичные обмотки трансформатора состоят из Зх3=9 отдельных частей, соединен-, ных по схеме двойного зигзага. Чтобы получить 30-пульс ный преобразователь (К=2), вторичные обмотки должны состоять из 5x3=15 частей, соединенных в два двойных зигзага. (2к+1) 6-пульсный преобразователь должен иметь вторичные обмотки из (2к+1) 3 отдельных частей(1).

Недостатком этого многопульсного преобразователя является сложная конст,рукция трансформатора с большим числом отдельных изолированных друт от друга вторичных обмоток.

Известен также. многопульсный преобразователь, в котором применяется параллельное соединение через уравнительный реактор (2к+1) шестивентильных мостов, Мосты на стороне постоянного тока соединяютая через трехфазный уравнительный реактор. Вторичные обмотки трансформатора еше больше усложняются: уже для

18-пульсного преобразователя они состо- ят из 5х3 =15 частей (1)

Недостатком этого многопульсного преобразователя является сложная конструкция трансформатора или необходимость применять несколько. трансформаторов, а также наличие уравнительного реактора, из- эа которого увеличиваются инерцион-" ность и габариты преобразователя.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, содержаший трехфазный трансформатор, имеюший две групItbI вторичных обмоток, соединенных в

3 74 звезду и выполненных с отводами, общая точка, обмоток,второй группы соединена с первым выходным зажимом, а отводы каждой ее фазы через вентили, включенные в обратном направлении, соединены с соответствующими выводами двух другкх фаз первой группы обмоток (2J .

Недостатком известного преобразователя является большое напряжение, прикладвваемое к вентилям в обратном направлении, и низкое использование вторичных обмоток трансформатора.

Пель изобретения - уменьшение обрат ного напряжения на вентилях и повышение коэффициента использования вторичных обмоток трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что трансформатор снабжен третьей группой вторичных обмоток, соединенных в звезду и- выполненных с отводами, общая точка обмоток третьей группы соединена со вторым выходным выводом, а отводы каждой. ее фазы через вентили, включенные в прямом направлении, соединены с соответствующими выводами двух других фаз первой группы обмоток, к каждому крайнему выводу обмоток второй группы катодом, а к каждому крайнему выводу обмоток третьей группы анодом подключены дополнительные вентили, свободные электроды которых обьединены и соедннены с обшей точкой обмоток первой группы, при этом каждая обмотка первой группы обмоток содержит К отводов, а второй и третьей группы - к+1. отводов, где (г=1»2»3...).

Выпрямленное напряжение преобразователя имеет (2к+1) 6 пульсаций.

На фиг. 1 дана принципиаиьная схема

30 пульсного преобразователя при к=2; на фиг. 2 - векторные диаграммы вторичньи обмоток трансформатора.

Преобразователь состоит нз тридцати вентилей 1-30 и силового трансформатора (первичная обмотка, соединенная треугольником, не показана) с тремя вторичными обмотками 31,32 и 33, соеднненными каждая в звезду и имеющими нулевые выводы соответственно 0, О2 и 0 Ä

Обмотки 32 и 33 одинаковые, их нулевые выводы подключены к выходным выводам.

34 и 35.

Нулевой вывод 0 вторичной обмотки

31 подключен к анодам трех вентилей 6, 16 н 26, через .которые он соединен со ответственно с фазными выводами с, а и sg вторичной обмотки 32, н к.катодам трех вентилей 21, 1 и 11, через которые

isa соединен соответственно с фазными выЯЦ

U 2K+1- ИБ

»»

»/2(2.К g) 6в п ОО

2К11 о

ЗО где ц, .- среднее значение выпрямленного . оо напряжения неуправляемого преобразователя при холостом ходе.

Напряжения на выводах 1 {а1, в » с1) и 2 (а, в » с ) каждой фазы вторичной обмотки 31 при к=2 равньг. 2 . 21

01. б и bo Ц

Я К+ 2к+ 04ТОцg»

2 2 2

45 2к+ 1 — U - =08580

Напряжения на выводах 3(a5,вз,с, <а » В" » с ) и 4 (а4» В4» с4 > а4»в4» с 4 ) каждой фазы вторичных обмоток 32

50 и ЗЗ при к=2 равньи

2(G-к)- o ,(у » +.» »0 () к = 0»2400g

2 2(4- к) -1

U = — sin — 60 U

4,)У дК g 2к+1

Работа рассматриваемого 30- пульссно го преобразователя поясняется векторны

8731

i »

»вода 1и с5, а5 и в вторичной обмо1Ки

33. Выводы а< в и с вторичной об-

1 мотки 31 подключены соответственно к анодам двух вентилей 28 и 4; 8 и 14;

18 и 24, через которые они соединены с выводами разноименных фаз в4 и с с

4 ° 4 и а 4, а 4 и в 4 вторичной обмотки 32, и к катодам двух вентилей 13 и 19; 23 и

29; 3 и 9, через которые они соединены

10 с выводами разноименных фаз в и с

»

4 4 э с4 и а4, а и в4 вторичной обмотки

33. Выводы а, в и с вторичной обмотки 31 пощцпочены соответственно к анодам двух вентилей 30 и 2, 10 и 12, 15 20 и 22, через которые они соединены с выводами разноименньи фаз в и с с

9» 3 и а, а> и в> вторичной обмотки 32, и к катодам двух вентилей 15 и 17, 25 и 27, 5 и 7, через которые они соединено ны с выводами разноименных фаз в н с

I i

3 с и а> а и в> вторичной обмотки 33 (см. фиг. Ц.

Фазное напряжение на выводах 5 (а

5» в, с5 ) обмотки 32 и на выводах 5 (а

1 1

5»

25 в, с ) обмотки ЗЗ при к=2 равно:

5 748731 6 ми диаграммами на фиг. 2. Вентили на (12o) после вентиля 1 в работу вступает фиг, 1 пронумерованы в порядке их поо- вентиль 2, ток с секции в р 02 обмотки чередного вступления в работу. При малых 32 переходит на секцию с 0 и токах нагрузки, когда можно пренебречь обмотки, вентиль 30 отключается (прекуглом коммутации, вентили пропускают 5 рашает пропускать ток, так как к нему ток группами по два вентиля в следуюшей прикладывается отрицательное анодное последовательности 1-2, 2 3, 3-4 4-5» напряжение с в э ) и наступает промь2 О > >") ь э

° °, 300,» Зn1 Ка}кдый aентиль» жуток времени, в течение которого ток проводит ток в течелие 360/(2к+1) 3= пропускают вентили 1 и 2 и на выходе

360/15=24 эл. град. переменного напря-. )P преобразователя возникает напряжение жения питаютцей сети, один раз за один U 1-2 (см. фиг. 2в). период этого напряжения. Через каждые 12 в работу вступает

Из схемы преобразователя видно, что очередной вентиль, происходит коммутанечетные вентили коммутируют напряжения, ция тока и к вйходу преобразователя прик приложенные между нулевыми выводами 0 5 ладывается очередное напря>кение 30-фази 05 вторичных обмоток 31 и 33. Bex- > ной симметричной системы. Межд„" полю= торная диаграмма этих напряжений приведе- сами + и - возникает выпрямлепн

2 на на фиг. б. Когда вентили неуправляемые напряжение с 30-тью мелкими пульсация(диоды), то из нечетных вентилей ток пропус- ми за период переменного напряжения пикает тот вентиль, с которым в д»анный 20 тающей сети. Амплитуда каждой пульсации момент времени связано наибольшее нап- выпрямленного напряжения равна ряжение этой диаграммы. Сперва ток про- 60 пускает вентиль 1, к которому относится 6(н вектор напряжения О (он же а ), затем

Д» i1) 1 15 рсоа (24 ) »» dye ток переходит с вентиля 1 на вентиль 3, 2к+ к которому относится вектор U 3, образо2к»-т. ванный векторами а и — с, и т.д. 81п "2 бj I20

Четные вентили коммутируют напря- Д д жения, приложенные между нулевыми вы- 50 411 О водами 0 > и 0 > вторичных обмоток 32 и К вентилям в непроводную часть пери31. Векторная диаграмма этих напряже- ода прикладывается обратное напряжение„ ний приведена на фиг. 2а. Из четных вен- максимальное значение которого0 U тилей (диодов) ток пропускает тот вен- Например, когда ток пропускает вентиль оор.п> де тиль, с которым в данный момент време 35 2 к вентилю 16, в обратном направлении ни связано наибоаьшее напряжение этой прикладывается линейное напряжение U 16-2, диаграммы. Если в данном промежутке представляющее собой разность напряжения времени ток пропускает вентиль 30, к а5 и напряжения, образованного суммой которому относится вектор напряжения .- напри>кений а2 и - с . Амплитуда линейноц 30, образованный векторами а» и - в, о го напря>кения и, следовательно, обратно то затем ток переходит на вентиль 2, к го напряжения равна амплитуде пульсации которому относится вектор напряжения выпрямле>птого напряжения. При большом

U 2, образованный векторами а и -сэ, . числе пульсаций среднее значение выпрями т.д Коммутация четных вентилей так ленного напря>кения U< близко к U, и

Г с>о cl Al же, как нечетных, происходит через 1/1 > 45 поэтому можно считать в первом приближео периода или 24 . Моменты коммутаций нии, что максимальное обратное напряже- четных и нечетных вентилей (см. фиг. ние равно 0 оо

2а и 2б) сдвинуты между собой на l/30 Через каждый вентиль в проводящую периода (на 12 ) о часть периода проходит ток нагрузки преВ промежутке времени, когда ток про 5О образоватепя ) в течение 1(2к+1)3=1/15 пускает вентили. 30 и 1, нв выходе пре- периода (24 ), среднее значение тока чео обраэователя между полюсами "+" и - рез вентиль равно 3 /(2т +1) 3 3g /15. (между нулевыми выводами 0> и О ) Из схемы преобразователя видно, что в возникает напряжение, вектор которого обмотке 31 между выводами 1 и 2 (сек

U30-1 построен на фнг, 2в. Оно состоит 55 ции а, а, в, в, с, с ) ток нагрузки из суммы напряжения 01 между вывода- . преобразователя >,) проходит в одном на ми О> и 0 и напряжения 030 между вы- правлении 2 24 48 н в другом направ:водами О> и О>, Через 1/30 периода ленни 2 24 48, а между выводами

7 74873,1

О и 1 (секции О а, О в/ с )-в одном в направлении 4 24 = 96 и в другом нас о о правлении 4 24 = 96 в течение одного ч периода. В обмотках 32 и 33 ток нагруз- н ки преобразователя Л происходит в од- 5 ном направлении между выводами 5 и 4 ! т (секции а5 а 4, в в 4, с с4, а5 а 4, в в „, с с4 ), 4 и 3 (секции а4 а, ! 1 I Э в4 ву с4 с ю аф а, вф в3 ° сс(сд ) и 3 и О (0 ) (секции а О,в О,с О, а О, в> О, с> О ) соответственно

24о 3 ° 24 = 72о m 5 ° 24о= 120 в д течение одного периода.

Рассматриваемый преобразователь с управляемыми вентилями (например, тирис- 1> в торами), как и любой другой преобразователь, может работать в качестве вып- с рямителя с регулируемым выпрямленным напряжением за счет изменения угла отпирания вентилей и в качестве инвертора. 20

Сравнейие fip eiNaгаемо1 о многопульсного преобразователя с известным показывает, "что при его применении могут быть ис"" пользованы вентили на вдвое меньшее напряжение и коэффициент использования вторичных обмоток трансформатора увеличивается на 15-17%.

Формула изобретения

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор, имеющий две группы вторичных обмоток, соединенных B звезду и выполненных с отводами, общая точка обмоток з5 торой группы соединена с первым вы. одым зажимом, а отводы каждой ее фазы ерез вентили, включенные в обратном аправлении, соединены с соответствую» шими выводамн.двух других фаз первой руппы обмоток, о т л. и ч а ю шийся ем, что, с целью уменьшения обратного апряжения на вентилях и повышения коффициента испопьзования вторичных обмоток трансформатора, последний снабжен ретьей группой вторичных обмоток, соеиненных в звезду и выполненных с отодами, общая точка обмоток третьей группы соединена""со"вторым выходным выодом, а отводы каждой ее фазы через вентили, включенные в прямом направпении, оединены"с соответствующими выводами двух других фаз первой группы обмоток, к каждому крайнему выводу обмоток вто» рой группы катодом, а к каждому крайнему выводу обмоток третьей группы анодом подключены дополнительные вентили, свободные электроды которых обьединены и соединены с общей точкой обмоток первой группы, при этом каждая обмотка первой группы обмоток содержит К отводов, а второй и третьей группы — К +1 отводов,, .где (К =1,2,---).

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шпяпошников Б., М. Игнитронные выпрямители для тяговых подстанций железных дорог. N., Трансжелдориздат, 1947.

2. Авторское свидетельство СССР

K 504281, кп. Н 02 М 7/06, 1973.