Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины

 

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсккк

Соцкалистическнк

Республмк (ii>748732 (6! ) Дополнительное к авт. с вид-ву (22) Заявлено 02.03.78 (21) 2585083/24-07

{5l)M. Кд.

Н 02 М 7/10 с присоединением заявки №вЂ”

Геоударстоеииый комитет

СССР (23) Приоритетио делам изобретений и открытий (53) УД К с 21.314. . 632(088.8) Опубликовано 15. 07ЛО. Б>оллетень № 26

Дата опубликования описания 17.07.80 (72) Автор изобретения

О. Г. Потанин (7I) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ ПОВЫШЕННОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Изобретение относится к электротех- нике и преимушественно может быть использовано в автономных системах электроснабжения, в которых в качестве основных источников электрической энергии ис5 пользуются трехфазные источники переменного напряжения, линейное номинальное напряжение которых по величине меньше требуемого номинального выпрямленного напряжения на нагрузке.

Известен преобразователь переменного напря>кения в постоянное повышенной величины, содержащий трехфазный источник переменного тока и выпрямитель из последовательно соединенных трехфазных каскадов вентильно-конденсаторного. типа, подключенный к нагрузке jig .

Один каскад (центральный) содержит тоттько вентили и подключен к фазам трехфазного источника. Вентили всех каскадов

20 соединены так, что они образуют три параллельные по постоянному току вентиль-. ные ветви, концы которых подключены к выходным клеммам выпрямителя. Конден2, саторы всех каскадов образуют три колойны конденсаторов. Вентили каждой из трех вентильных ветвей подключены от каскада к каскаду поочередно-последов >тельно к каждой из трех колонн конденсаторов по закону циклической перестановки фаз прямой и обратной последовательности, Такой преобразователь обеспечивает сравнитель;но малую величину пульсаций выпрямленного налряжения.

его недостаток — очень большое коли-, чество вентттпей и конденсаторов, причем каждая фаза выпрямителя содержит шесть последовательно соединенных вентилей, что в значительной степени увеличивает потери электрической энергии, рассеиваемой на их омическом сопротивлении. Это при» водит к низкому КПД преобразователя.

Наличие большого количества вентилей выпрямителя требует громоздкой системы охлаждения (18 радиаторов), что приводит к значительному увеличению массы и габаритов выпрямителя, а следовательно

3 7487 и к невысоким удельным энергетическим показателям преобразователя в целом.

Известно другое устройство для преоб разования переменного напряжения в постоянное с удвоением напряжения (2) ;.

Такое устройство имеет крутопадающую вольтамперную характеристику, также большое количество элементов (вентилей и конденсаторов), что обеспечивает низкий КПД, большую массу и габариты и, как следствие, сравнительно низкие удельные энергетические показатели устройства в целом. Кроме того, устройство позволяет осуществлять питание нагрузки

BbltIpHMlIBHHbIM током В сравнительно HBбольшом диапазоне изменения величины выпрямитепьного напряжения, максималь ное среднее значение которого не превышает 0,98 от амплитудного значения линейного напряжения источника.

Известен также преобразователь переменного напряжения в постоянное с удвоенным напряжением, содержащий трехфазнйй источник переменного тока и вентильно-конденсаторный выпрямитель. Ес лй вентйли выпрямителя выполнены управляемыми, то преобразователь снабжен

6локом управления тиристорами (Sg .

Недостатком указанного преобразователя является то, что если номинальное вы- -, прямленное напряжение на нагрузке превышает удвоенное номинагьное линейное напряжение трехфазного источника переменного тока, то для обеспечения нормальной работы потребителей электрической энергии (нагруэки) необходимо в преобразоВатель вводить дополнительный повышающий трехфазный трансформатор или применять другой трехфазный источник переменного тока с большим значением линейно40 го номинального напряжения, а следовательно,большей массой и габаритами (большей типовой мощностью), что привс дит к уменьшению удельных энергетических показателей всего преобразователя в цепом. Кроме. того, такой преобразователь обладает сравнительно небольшим диапазоном регулирования напряжения на нагрузке, максимальное значение которого не превышает удвоенного значения ампли50 туды линейного напряжения трехфазного источника, что обеспечивает сравнительно узкие функциональные возможности этого преобразователя.

Известен трехфазный выпрямитель-ум55 ножитель напряжения, в котором точки с единения каждой пары последовательно -. согласно включенных вентилей выпрямителя через соответствующее емкостное токо32 4 ограничивающее сопротивление, преимушесч венно конденсатор, подключены к фазам трехфазного источника f4)

Однако такое устройство имеет завышенное количество попупроводниковых элементов (девять вентилей), каждый из которых имеет систему охлаждения, например радиатор, что увеличивает массу и габариты устройства, потери электрической энергии на омическом сопротивлении вентилей, что в свою очередь снижает КПД устройства. Кроме того, устройство имеет завышенное количество конденсаторов (пять), что также отрицательно сказывается на массо-габаритных показателях устройства. То есть, такое устройство,в целом обладает сравнительно низкими удельными энергетическими показателями.

И наконец, при достаточно большом количестве вентилей и конденсаторов оно имеет довольно узкий диапазон регулирования напря>кения на нагрузке, максимальное значение которого равно всего лишь утроенному амплитудному значению фаэн.го . напряжения трехфазного источника, что ограничивает функциональные возмо>кности этого устройства. Ограничение в испопьзовании этого устройства в различных системах электропитания обусловлено еще и тем, что применяться этот выпрямительумножитель может лишь с трехфазными источниками, обмотки которых обязательно должны быть соединены между собой в звезду с выведенной нейтрапью, что у трехфазных источников не всегда имеет место, или же нейтраль находится в труднодоступном месте. Все это в совокупности обеспечивает низкие удельные энерготехнические показатели устройства при ограниченных его функциональных возможно стах по диапазону регулирования напряжения на нагрузке.

Наиболее близким из предлагаемых устройств является трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины, содержащий цепочку.из четырех соединенных согласнопоследовательно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным выводом, а.катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре конденсатора, причем общая точка соединения первого и второго вентилей через первый конденсатор подключена к первому входному выводу, общая точка соединения второго и третьего вентилей— ко второму входному выводу, а общая точка соединения третьего и четвертого

5 748732 6 вентилей через второй конденсатор — к выпрямитель 3 с тремя входными выводатретьему входному выводу (5) . ми 4,5,6 и двумя выходными — положиВ этом преобразователе завышены мас- тельным 7 и отрицательным 8, котс са и габариты устройства за счет увели рые подключены к нагрузке 9 и блок 10 ченного количества попупроводниковых эле- контроля напряжения и управления тирис

5, ментов (семь ) с их системой охлаждения торами, Выпрямитель 3 выполнен на двух (оемь радиаторов), что приводит дополни- соединенных последовательно согласно тельно к увеличению потерь электрической вентилях 1 1, 12, двух управляемых венэнергии на омическом сопротивлении этих тилях (тиристорах) 13, 14 и двух соедивентилей, что сии>кает КПД устройства. 0 ненных последовательно конденсаторах 15, 10

Все это приводит к сравнительно невысо- 16, точка соединения которых связана ким удельным энергетическим показателям непосредственно с точкой соединения венустройства. Кроме того, это устройство . тилей 11,12 и подключена ко второму обладает ограниченными функциональными ходному вц воду 5. Катод первого тирисвозможностями по его применению в систе- тора 13 совместно с крайней обкладкой мах электропитания иэ-за узкого диапазо- конденсатора 15 образуют положительный на регулирования напряжения на нагрузке„7, а ан >д второго тиристора 14 ссвместмаксимальное значение которого равно все- но с крайней обкладкой конденсатора 16 го лишь утроенному амплитудному значе- образуют отрицательный 8 выходные вы/ нию линейного напряжения трехфазного ис- воды. Катод вентиля 11 совместно с

20 точника переменного тока. анодом тиристора 13 подключен через конденсатор 17 к входному выводу 4, а

Пель изобретения — улучшение удельных анод вентиля 12 совместно с катодом тиэнергетических показателей преобразова- ристора 14 подключен через конденсатор теля и расширение его функциональных 18 к входному выводу 6. Блок 10 осу25 возможностей путем увеличения диапаэо- ществляет контроль напряжения на нагруэна регулирования напряжения на нагрузке. ке 9 и управление тиристорами 13, 14

Эта цель достигается тем, что в трех- за счет изменения угла их открытия, осуфазном преобразователе переменного нап- ществляемого подачей импульсов управлеряжения в постоянное повышенной велиЗо ния на управляющие электроды этих тиричины, содержащем цепочку из четырех сторов, таким образом регулируя среднее соединенных согласно-последовательно значение выпрямленного тока и напряже- вентилей, анод первого иэ которых соеди- ния. нен с отрицательным выходным выводом, Работает трехфазный преобразователь а катод четвертого - с положительным переменного напряжения в постоянное по35 выходным выводом и четыре, конденсатора, вышенной величины при отключенной нагпричем общая точка соединения первого и рузке 9, т. е. в режиме холостого хода, второго вентилей через первый конденса- при котором имеет место максимальное тор подключена к первому входному выво- . значение напряжения на выходе выпрямиду, общая точка соединения второго и тре- теля, следующим образом. Пусть система

40 тьего вентилей — ко второму входному вы-. напряжений является симметричной трехводу, а общая точка соединения третьего фаэной, тогда линейные напряжения Ц и четвертого вентилей через второй кон- Ug, U сдвинуты по фазе друг отноденсатор — к третьему входному выводу,- сительно друга на 120 электрических первый и четвертый из указанных вентилей градусов и каждое из низ изменяется по

45 выполнены управляемыми, а параллельно синусоидальному закону. В этом случае выходным выводам включена цепочка, об- в одни полупериоды изменения линейного разованная последовательно соединенными напряжения U45, при которых потенциал третьим и четвертым конденсаторами, при вывода 5 выше потенциала вывода 4, чем их общая точка соединена со вторым конденсатор 17 заряжается до амплитуды

ВХОДНЫМ BbIBОДОМ U 45 линейного напряжения U<5 по цепи:

На чертеже представлена принципиаль- вывод 5, вентиль 11, конденсатор 17, ная электрическая схема предложенного вывод 4. В следующие полупериоды изтрехфазного преобразователя переменного менениЯ линейного напРЯ>кениЯ U gg Pm тока в постоянный.

55 котором потенциал вывода 4 выше потен»

Он содержит трехфазный источник 1 циала вывода 5, в предположении, что переменного тока с согласующим трехфаз тиристор 13 постоянно огкрыт, будет осуным трансформатором 2 или без него, полууправляемый вентильно-конденсаторный ществляться заряд конденсатора 15 по цепи." вывод 4, конденсатор 17, тиристор

732 8

748

13, Конденсатор 15, вывод 5. Аналогичным образом происходит заряд конденсатора 1 6. В одни полупериоды изменения линейнЬГО напряжения U при которых потенциал вывода 6 выше потенциала выводв 5, осуществляется заряд токоограничиваюшего конденсатора 18 до амплитудного значения U линейного напряжения

U >< по цепи: вывод 6, конденсатор 18; вентиль 12, вывод 5, а в следующие по- 10 лупериоды изменения линейного напряжения U <,, ïðè которых потенциал вывода 5 становится выше потенциала вывода 6, конденсатор 18. разряжается, осушествляя заряд конденсатора 16 по цепи: вывод 5, 15 конденсатор 16, тиристор 14, конденсатор 18, вывод 6, Максимальное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору 15 складывается иэ амплитудного зНачеНия 04 линейного Напряже- 20 ния 04 и напряжения на конденсаторе 17.

45 также равного U 45, а максимальное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору 16 складывается иэ суммарного значения амплитуды U линейного напряжения U < и напряжения на конденсаторе 18 также равного U, .

Поскольку амплитуды напряжений всех трех фаз равны между собой, то каждый иэ конденсаторов заряжается таким образом, до удвоенного амплитудного значения линейного напря кения, а минимальное значение выпрямленного напряжения (напряжение на выходных выводах 7,8} в четыре раза больше амплитуды линейного напряжения, 25

35

50 М 474086, кл. H 02 М 7/18, 1976.

2, Авторское свидетельство СССР

N 506103, кп.. Н 02 М 7/19, 1976.

3, Авторское свидетельство СССР

И 201518, кл. H 02 М 7/10, 1968.

4. Патент CILIA No. 3764886, При подключении нагрузки 9, номинальное напряжение на которой более чем в два раза йревышает амплитудное значение линейного напряжения,режим заряда кон-.. денсаторов 15-18 и цепи заряда этих конденсаторов не изменяются, а питание нагрузки будет осушествляться следующим образом. В попупериод изменения напря.жения U, при котором потенциал вывода 5 выше потенциала вывода 6, составляющая точка источника, являющаяся током

";нагрузки, течет по цепи: вывод 5, раэряжаюшийся конденсатор 15, нагрузка 9, тиристор 14, разряжаюшийся конденсатор . 18, вывод 6. В псаупериод изменения напряжения 045 при к ором пйенциал вывода 4" выше потенциала вывода 5, сс ставпяюшая тока источника, являющаяся током нагрузки, протекает по цепи: вывод

4, раэряжающийся конденсатор 17, тиристор 13, нагрука 9, разряжаюшийся конденсатор 16, вывод 5.

Таким образом, данный трехфазный пре- образователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины позволяет уменьшить массу и габариты (установленную мощность) трехфазного источника переменного тока при одинаковом номинальном напряжении на нагрузке в предложенном преобразователе и в преобразователе - прототипе и, таким образом, уЛучшить удельные энергетические показатапи. Кроме того, предложенный трехфазный преобразователь обеспечивает увеличение в два раза по сравнению с прототипом диапазона регулирования напряжения на нагрузке и, как следствие, расширение функциональных возможностей этого преобразователя.

Формула и э об р ет ения

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины, содержащий цепочку -из четыре-. соединенных согласно-последовательно вентилей, анод первого из которых соеди.Нен с отрицательным выходным выводом, а катод четвертого — с положительным выходным выводом и четыре конденсатора, причем общая точка соединения первого и второго вентилей через первый конденсатор подключена к первому входному выводу, общая точка соединения второго и третьего вентилей - ко второму входному выводу, а общая точка соединения третьего и четвертого вентилей через второй конденсатор — к третьему ьходному выводу, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с ц лью улуЧшения удельных энергетических показателей и расширения функциональных воэможностей, первый и четвертый из указанных вентилей выполнены управляемыми

a параллельно вь ходньм выводам включена цепочка, образованная последовательно .соединенными третьим и четвертым конденсаторами, причем их общая точка соединена со вторым входным выводом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР кл, 321-15, 1973, 5. Авторское свидетельство СССР

М 575748, кл. Н 02 М 7/10, 1977, 748732

Составитель Л. Устинкина

Редактор Г. Волкова Техред А. Куликовская Корректор Г, Решетник

Заказ 4381/19 Тира>к 783 . Подписное

БНИИПИ Государственного комйтета СССР по делам изобретений и открытий

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

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