Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

 

Союз Советскик

Социалистическим

Республик

К АВТОР (61 ) Дополните (22)Заявлено с присоединен (23) Приорите

Воуларотванвй мотает

СССР ео долом мзабретевий и открыток

Опублкм

Дата on

К. К. Ешин, В. И. Заровский, Б. И. Кербепов, В. С. Бурлаков, Л. В. Кулагин, Ю. К. Розано и А. Г. Сорокин (72) Авторы изобретения

i (>

/ "1 (7!) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразова тельной технике и может быть использовано в системах электропитания приборов и средств радиоэлектроники, автоматики и вычислительной техники.

Известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержашие девятифазный вентильный мост и трансформатор с.тремя трехфазны ми вторичными обмотками, подключенными одним выводом каждой фазы к вентильному мосту.,причем одна из вторичных обмоток соединена в "звезду, а отпайка каждой фазы этой обмотки подключена к двум разноименным фазам вторичной обмотки (11. .Недостатком такого преобразовате ля является большое число витков вторичной.обмотки и большая амплитуда пульсаций выходного напряжения.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содер. жаший трехфазный трансформатор и 6 пфазный вентильный мост, включаюший три группы по п пар вентилей с номерами

1,..., n,и+1,...2n,2n+1, 3 и соответственно, причем в каждой группе между каждыми двумя смежными парами вентилей последовательно включе» ны две вторичные обмотки разных фаз (2j.

Недостатком известного преобразователя является его большое внутреннее сопротивление, что приводит к низкому КПД.

Uemü изобретения — повышение КПД за счет уменьшения внутреннего сопротивления.

Поставленная пель достягается тем, что в трансформатор введены дополнительные вторичные обмотки, причем между каждыми двумя смежными крайними парами вентилей соседних групп с номе- рами 1 и 1+ 1, где i=n, 2n, Зи, включены последовательно две дополнительные вторичные обмотки разных фаз с числом витков

gu>-0 ° Sin gin(— +9 — + — (i+dan

4. - 2, ° 3 ь Ill о «(ъ 6Ii (а 1 3п

3 9305 где ЬШ - число витков вторичной обмотки на 1 В выходного напряжения;

00 — амплитудное значение выходного напряжения; 5 — начальная фаза напряжения данной обмотки; ь - сдвиг фазы напряжения другой обмотки относительно данной;

g - параметр, общий дпя всех обмоток, выбранный в диапазоне04 d, 0,5, причем попожитепьное значение числа витков соответствует подкпючению обмотки начапом, а отри- 1 цатепьное - концом в сторону

i -й пары вентипей.

Кроме того, вторичные обмотки выполнены со средними отводами, подкпюченными к соответствующим фазам вентипьного моста ипи к обмоткам других фаэ.

Кроме того, выводы (начапо и конец) каждой вторичной обмотки,,имеющей средний отвод, подкпюченный к фазе моста, соединены с соответствующими выводами (начапом и концом) таких же обмоток двух других фаз, и к точке соедйнения начап двух таких обмоток подкпючен конец вторичной обмотки третьей фазы., начапо которой подключено к соответствуюшей фазе вентипьного моста, причем выбраны значения параметров 8 =3, с(= О. Кроме того, каждая фаза содержит две . вторичные обмотки, одна иэ которых имеет один, а другая — два средних отвода, 3$

Йодкпюченных к соответствующим фазам вентипьного моста, причем выводы (начало. и конец) каждой обмотки с одним чиспом отводов соединены с соответствуюшими выводами (начапом и концом) об40 моток с другим числом отводов двух других фаэ, причем выбраны значения пара:метров й= 3,с(.=0,25.

На фиг. 1 представлена эпектрическая схема преобразователя по и. l формулы б5 изобретения; на фиг. 2 — векторная диаграмма этого устройства при п=5 дпя спучая d-=-О; на фиг. 3 — то же, дпя спучая с(.=0,25; на фиг. 4 - электрическая. схема преобразоватепя по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 5 — соответствующая векторная диаграмма дпя случая и= 5, с "- О; на фиг. 6 — то же, дня спучая . й= Э, d.- О; на фиг. 7 - то же, дпя спучая и= 5, А= 0,25; на фиг, 8 — энектрическая схема преобраэоватепя по и. 3 формулы изобретения; на фиг. 9 — соот-! ветствуюшая векторная диаграмма; на фиг. 10 - эпектрическая схема преобра-, ЬШ О . —.810 —.QA(— + Ч- — + — (+)

4 ° .и ° 13 ЛЧ Ц! °

О ГЪ 6ll. 1 6 9. ЗР чиспо витков вторичной обмотки на 1В выходного напряжения; амплитудное значение выходного напряжения; — начапьная фаза напряжения данной обмотки (О, - - - дпя фаз А, В, С, соответственно); сдвиг (отставание) фазы напряжения другой обмотки относительно данной; — параметр, общий дпя всех обмоток, выбираемый в диапазоне

О < eLi0,5. где даО

33 4 зоватепя по п. 4 формупы изобретения; 1 на фиг. 11 — векторная диаграмма.

Преобраэоватепь трехфазного переменного напряжения в постоянное (фиг. 1 ) содержит 6п-фаэный венФипьный мост, вкпючаюший три группы 1, 2 и 3 по h пар вентилей 4, 5, 6 ... 7, 8 в каждой паре. При этом первой паре вентипей 4 соответствует в первой группе 1 номер

1, во второй группе 2 номер и +1, в третьей группе 3 номер 2 в+1, второй паре вентилей 5 соответствует в первой группе 1 номер 2, во второй 2 - номер И +2, в третьей 3 — номер 2п + 2 и т.д.

Поспедней паре вентипей 8 соответству1 ет в первой группе 1 номер и, во atoрой 2-номер 2n, в третьей 3 — номер Зп.

Устройство содержит трехфазный трансформатор с вторичными обмотками

9, 10, 11, 12, ..., 13, 14 и дополнительными вторичными обмотками 15 и

16 в каждой иэ фаэ А, В, С. Между каждыми двумя смежными парами вентилей ,в каждой из групп 1, 2 и 3 поспедовательно включены две вторичные обмотки разных фаз; между парами вентипей 4 и 5 — вторичные обмотки 9 и 10, между парами вентилей 5 и 6 — обмотки 11 и 12 и т. д.; наконец, между ларами вентипей 7 и 8 — обмотки 13 и 14.

Между крайними парами вентилей соседних групп (парами 9 г руппы 1 и 4 группы 2, парами 8 группы 1 и 4 группы 3, 8 группы 3 и 4 группы l) последовательно вкпючены две допопнитепьные вторичные обмотки 15 и 16 соответствующих фаз. Чиспо витков каждой основной и допопнитепьной обмотки, вкпючаемой между 1 -й и (i + 1)-й парой вентипей, и направление ее вкпючения в зависимости от выбора фаз пары обмоток опредепяется по формупе

930533 6

При этом положительное значение числа витков соответствует подключению обмотки началом, а отрицательное — концом в сторону j -ой пары вентилей.

В схеме обеспечивается создание одинаковых по амплитуде напряжений, сдвинутых по фазе на равные углы. При этом частота пульсаций выпрямленного напряжения при нечетном 11 составляет .6ng где Е .- частота питающего напряжения. На векторной диаграмме (фиг. 2 и 3) точки, соответствующие напряжениям на выводах вторичных обмоток, подключенных к вентильному мосту, лежат на одной окружности и делят ее на 3и равных частей. При нечетном 11 каждая точка, например 1, с двумя противолежащими наиболее удаленными точками, например, Р и R, дает два результирующих вектора напряжения (показаны штриховыми линиями). Таким образом, получается система из 3 и векторов, повернутых относительно друг друга на угол - — и предJ

Эп ставпяющих собой одинаковые по амплитуде напряжения, сдвинутые по фазе на равные углы.

При четном и каждой точке (4 ) соответствует одна диаметрально противоположная точка, и число результирующих напряжений уменьшается вдвое, что приводит к уменьшению частоты и увеличению амплитуды пульсаций, поэтому .целесообразно выбирать а нечетным.

Преобразователь (фиг. 1, векторная диаграмма — фиг. 2 и 3) работает следующим образом.

В начале периода фазы А, когда напряжение фазы A равно нулю, фазы В— отрицательно и фазы С вЂ” положительно, будет включена пара вентилей; 7 группы 3 (левый на фиг. 1 ) и 5 группы 2 (правый на фиг. 1), соответствующие точ кам К и Р на фиг. 2. Выпрямленное напряжение будет определяться суммой напряжений последовательно включенных обмоток: 10 фазы  — 9 фазы А — 16В15А — 14B — 13A — ... -12С вЂ” 11В—

10А-9С вЂ” 16А-15С-14А-13С и, параллельно, 11С-12A-...-13B-14Ñ-15В-16С 9В-10С-11А-12В-... При дальнейшем изменении напряжения, на протяжении следующей 1/6h части периода, вместо вентиля 7 группы 3 включатся вентиль 8 этой группы (точка 4 на фиг. 2). При этом обмотки 14А и 13С переключаются

:из первой ветви во вторую (и противофазе).

В следующую 1/6 и часть периода вместо вентиля 5 группы 2 включится

10 вентиль 6 группы 2 (точка R на фиг.2).

Произойд т переключение обмоток 11С, 12А из второй ветви в первую (в противофазе) и т.. д.

Аналогично происходит переключение обмоток и при векторной диаграмме, представленной на фиг. 3.

В устройстве, представленном на фиг. 4, две обмотки одной и той же фазы, одна из которых включена между (1-1)-й и

:, -й, а другая между 1 -й и (1+1)-й парами вентилей, заменены одной обмот кой со средним отводом, подключенным к

-й паре вентилей. Устройство содержит

15 такой же. вентильный мост, вхлючающий три группы 1, 2 и 3 пар вентилей 4, 5,.

6 ... 7, 8 и трехфазный трансформа-, тор со вторичными обмотками 17, 18, 19, 20, 21 и 22 в каждой из фаз А, 20 В, С,.Обмотки 17, 20, 21, 22 выполнены со средними отводами, подключенными к соответствующим парам вентилей

4,5...7,8.

Выводы (начала и концы) соответст25 вуюших обмоток соединены между собой так, что между двумя соседними парами вентилей, как и в предыдущем устройстве, включены две обмотки (или их части) различных фаз. Число витков каждой части в зависимости от номеров пар вентилей и от фаз включаемых обмоток . определяется приведенной выше формулой.

Векторные диаграммы представлены на фиг. 5, 6, 7. При этом диаграмма на

35 фиг. 5 соответствует устройству, пред ставленному на фиг. 4, для случая 11 = 5, aL=-0; на фиг. 6 — для спучая 11= 3; с(.=0; на фиг. 7 — для случая 11= 5, Д.=0,25.

В.последнем случае вторичные обмотки

40 имеют по несколько отводов, одни из ко-. торых подключены к парам вентилей, а другие — к одним выводам других вторичных обмоток, другие выводы которых подключены к парам вентилей.

Устройство, представленное на фиг. 4, работает аналогично предыдущему.

В начале периода фазы А включены два вентиля; 7 группы 3 (левый HB фиг, 4) и 5 группы 2 (правый),соответствуюшие точкам К и Р на фиг. 5. Выпрямленное напряжение будет определяться суммой напряжений последовательно включенных обмоток: 17 фазы A (от отвода до начала) — 18С ... -19A-20С22В-21С-17В-18А...-19В-20А (от кон55 ца до отвода) и, параллельно, 17А (от отвода до конца) — 2 1 B-22 A-20В -1 9С...-18В-17С-21А-22С-20А (от начала до отвода)..

930533

8, При дальнейшем изменении напряжения, на протяжении следующей 1/6 части периода, вместо вентиля 7 группы 3 включается вентиль 8 этой группы (точка 4 на фиг. 5). При этом обмотки 20А (от отвода до начала) и 22С (от конца

Ао отвода) перекпючаются в противофазе из второй в первую ветвь. В следующую

1/6 часть периода вместо вентипя 5 группы 2 включается вентиль 6 этой группы (точка R на диаграмме) и т.д.

Аналогично происходит переключение. обмоток и при векторных диаграммах, представленных на фиг. 6 и 7.

Преобразователь, представленный на фиг. 8, содержит 18-фаэный вентиль- ный мост, вкпючаюший три группы 1, 2 и 3 пар вентилей 4, 5, 6 и трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками 23, 24 и 25 в каждой фазе

А, В, С. Обмотки 23 и 24 выполнены со средним отводом, подкпюченным к парам вентилей 6 и 4 соответствующих групп. Начало и конец каждой обмотки

23 и 24 соответствующей фазы А, В, С соединены с соответствующими выводами (начапом и концом) обмоток 24 и 23 двух других фаэ соответственно, К точке соединения начап обмоток 23 и 24 двух фаэ подключен конец обмотки 25 третьей фазы, начало которой подключено к паре вентипей 5 соответствующей группы. Чиспо витков каждой части об мотки опредепяется по указанной форму ле,причем aL= О.

Устройство работает анапогично описанным.

В начале периода фазы А вкпючены вентиль 4 группы 2 (правый не фиг. 8) и вентиль 6 группы 3 (левый), соответствующие точкам Р и К на векторной диаграмме (фиг. 9). Выпрямленное напряжение опредепяется суммой напряжений последовательно вкпюченных обмоток:

23 фазы А (от отвода до конца) -24В23С вЂ” 24А (от конца до отвода) и, параллельно 23А (от-отвода до начала)24С-23 — 24А (от начапа до отвода).

На протяжении следующей 1/18 части периода произойдет переключение с вентиля 4 группы 2 на вентиль 5 той же группы. При этом часть обмотки 23А от отвода до начала перекпючится в противофазе из второй ветви в первую, и в обе ветви включится обмотка 25В,и т.д.

Преобразователь, представленный на фиг. 10, содержит такой же 18-фазный вентипьный мост, как и предыдущее устройство и трехфазный трансформатор с

55 ющиеся в известном преобразоветепе.

Число витков шести добавляемых дополнительных обмоток, например для 30— фаэного выпрямителя (и =5) при с(= О, г( равно Î Ä9. JL i.òo есть, в два

0| 053l

bn раза меньше. Общее чиспо витков вторичных обмоток в этом случае в предлагаемом устройстве составпяет 3,48-ЬЖ00, а в известном 4,26- йа)0 т. е. не 23% больше.

Снижение внутреннего сопротивления в предлагаемом, преобразователе обеспечивается тем, что в нем вторичные обмотки образуют две перелп . льно вкпю ченные ветви. При n = 5 и д = 0 общее сопротивпение обмоток предпегаемого устройства составляет 0 9 5- йт 00,(где

0г — сопротивпение обмотки г бщ витдвумя обмотками 26 и 27 в каждой фазе А, В, С. Обмотка 26 имеет один, а обмотке 27 — два отвода, подкпюченных к соответствующим фазам вентипьного моста. Начало и конец каждой обмотки

26 (27) каждой фазы соединены соответственно с начапом и концом обмоток 27 (26) двух других фаз. Число витков каж. дой части обмотки опредепяется по ука10 занной формуле, причем cL = 0,25.

Устройство работает анапогично предыдущему.

Перед начапом периода фазы А вкпючены вентиль 4 группы 2 и вентипь 5

15 группы 3 (точки P и К на векторной диаграмме фиг. 11). Выпрямленное напряжение определяется суммой напряжений последовательно вкпюченных обмоток

26А (от отвода до конца) — 27 — 26Сщ 27А (от конце до первого отводя) и, параплельно, 26А (от отвода до нечепе)

27С-26В-27А (от начала до первого отвода). Затем произойдет перекпючение с вентиля 5 группы 3 не вентиль 6 этой группы (точка 1, на фиг, 11) и часть обмотки 27А между двумя отводами перекпючится в противофазе из первой ветви во вторую и т.д.

Технико-экономические преимушества предлагаемого преобразователя заключается в меньшем числе витков вторичных обмоток и бопее низком внутреннем сопротивлении трансформаторе по сравнению с известным, В устройстве вводятся дополнитепьные обмотки, при этом

35 исключается три центрапьные обмотки с

1 общим чиспом витков3Я.дц)- Q ° у,имеG05—

930533 ков,), а в известном — 1,70-йг-0„,т.е. на

76% выше.

Форму па изобретения ьш.U (= Рп — sin — +y + — (i+d)j .Ь и ы.

О Д 6п 6 Q. 3" чиспо витков вторичной обмотки на 18 выходного напряжения; амплитудное значение выходного напряжения; начальная фаза напряжения данной обмотки; сдвиг (отставание) фазы напряжения другой обмотки относительно данной; параметр, обший дпя всех обмоток, выбранный в диапазоне

O,5, причем попожитепьное значение чиспа витков согде Ьм

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержаший трехфазный трансформатор и 6 q фазный вентипьный мост, вкпючаюший три группы по 5 пар вентипей с номерами

1..h, 0 +1 ... 2н, 2п +1 ... Зе соотЮ ветственно, причем в каждой группе между каждыми двумя смежными парами вентилей поспедоватепьно включены две вторичные обмотки различных фаз, о т и ич а ю ш и и с я тем, что, с цепью повышения КПД за счет снижения внутреннего сопротивления, в трансформатор введены допопнитепьные вторйчные обмотки, причем между каждыми двумя смежными крайними парами вентилей соседних групп с номерами и +1; где i=й> 2п, Зп, включены поспедоватепьно две дополнительные вторичные обмотки разных фаэ с числом витков ответствует подкшочению обмотки начапом, а отрицатепьное — концом в сторону -й пары вентипей.

5 2. Преобразоватепь по п. 1, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что вторичные обмотки выполнены со средними отводами, подкпюченными к соответствуюшим фазам вентипьного моста ипи к .обмоткам других фаэ.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о т» п.и ч а ю ш и и с я тем, что выводы (начапо и конец) каждой вторичной обмотки, имеющей средний отвод подключен15 ный к фазе моста, соединены с соответствующими выводами (началом и концом) таких же обмоток двух других фаз, и к точке соединения начал двух таких обмоток подключен конец вторичной обмотки

20 третьей фазы, начало которой подключено к соответствуюшей фазе вентипьного моста, причем выбраны значения параметров п-Ç,a(=0.

4. Преобразователь по и. 2, о т и и2S,ч а ю ш и и с я тем, что каждая фаза содержит две вторичные обмотки, одна из которых имеет один, а другая — два средних отвода, подключенных к соответствующим фазам вентипьного моста, при-. щ чем выводы (начало и конец) каждой обмотки с одним чиспом отводов соединены с соответствующими выводами (начапом, и концом) обмоток с другим числом отво. дов двух других фаз, причем выбраны значения параметров ц= 3, 05=0,25.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетепьство СССР № 502640, кл. Н 02 М 7/06, 1976.

2. Авторское свидетепьство СССР

¹ 743140, кп. Н 02 М 7/06, 1978.