Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) 3am steno 0 3. 01, 80 (21) 2863162/24- P 7 с присоелинениент заявки М (23) ПриоритетОпубликовано 23. 05, 82. Бюллетень лЪ 19

Дата опубликования описания 23.05. 82

Н 02 и 7/96

Гооударстпанны1 квинтет

СССР по делзи нзобретеннй н открытнй (53) УДК 62). 314.. 6(088. 8}

i3 (72) Авторы изобретения

В. Н. Филатов и Б. Г ° Соколов (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может найти применение в качестве мощного низковольтного вторичного источника питания.

Известны преобразователи переменного напряжения. в постоянное, выполненные на основе трехфазного трансформатора, вторичные обмотки которо-. . го соединены в прямую и обратную

1О звезды и подключены через вентили и сглаживающий реактор к выходным выводам преобразователя Г1 1.

Недостатком их является большая установленная мощность и повышенные

15 массогабаритные .показатели оборудования за счет высокой расчетной мощности трансформатора и плохого коэффициента использования вентилей по току.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, вторичные обмотки трансформатора которых, соединенные в прямую и обратные звезды, подключенные к его выходным выводам через вентили и полу обмотки уравнительного реактора и обмотку общего сглаживающего реактора. Уравнительный реактор обеспечивает работу преобразователя в дважды трехфазном режиме с повышенным коэффициентом использования трансформатора по мощности и вентилей по току(2).

Недостатком их является повышенная сложность, установленная мощность и массогабаритные показатели реакторного оборудования за счет того, что уравнительный реактор обеспечивает ограничение только высших нечетных гармоник, кратных трем, а для ограничения четных гармоник, начиная с шестой, необходимо устанавливать сглаживающий реактор.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь переменного напряжения в постоянное, вторичные обмотки которого, соединенные в прямую и обратную звезды, подключены

3 . 9305 к его выходам через вентили и собст" венные, независимые, расположенные на отдельных магнитопроводах, сглаживающие реакторы, которые обеспечивают ему одновременно и работу в дважды .трехфазном режиме и сглаживание выпрямленного тока(33.

Однако они ограничивают только нечетные гармоники, кратные трем, поскольку магнитные потоки, создаваемые 16 выпрямленными полутоками с четными гармониками, начиная с шестой, взаимно компенсируются.

Кроме того, недостатком известного преобразователя являются высокий уровень пульсации выходного тока и повышенные массогабаритные показателиа

Цель изобретения - снижение уровня пульсаций и уменьшение массогабаритных показателей.

Цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трехфазный трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными в звезды, вентили, подключенные к выводам вторичных обмоток и полуобмотки уравнительного реактора, магнитопровод уравнительного реактора выполнен трехстержневым, причем его полуобмотки расположены на крайних стержнях, а средний стержень выполнен безообмоточным и снабжен немагнитным зазором.

Ф 35

На фиг. 1 показана принципиаль" ная, схема преобразователя; на фиг.2 с1>б,б - диаграммы, характеризующие его работу.

Преобразователь содержит трансформатор 1 с обмотками 2,3 и 4, реактор 5 с полуобмотками 6 и 7, магнитопроводом 8, вентили 9-14.

Выводы первичной обмотки 2 трансформатора 1, соединенной, например в звезду, образуют вход преобразователя. Вторичные обмотки 3 и 4 трансформатора 1 соединены в прямую и обратную звезды. К выводам вторичной обмотки 3 подключены вентили 9- 11, а к выводам вторичной

50 обмотки 4 - вентили 12-14. Полуобмотки уравнительного реактора 6 и расположены на крайних стержнях магнитопровода 8, а,его средний стержень выполнен безобмоточным, имеющим немагнитный воздушный зазор.

Устройство работает следующим обоазом. При подаче на вход преобразователя питающего напряжения, на вторичных обмотках 3 и 4 трансформатора 1 формируются две системы трехфазных напряжений, выпрямленных вентильными группами 9-11 и 12- 14. На выходе двух трехфазных выпрямителей, образованных указанными обмотками и вентилями, формируются выпрямленные напряжения с пульсацией в 150 Гц

I амплитуды которых сдвинуты между собой по фазе на 60 зл. град., а разность их мгновенных значений напряжений прикладывается к согласнопоследовательно соединенным между собой полуобмоткам 6 и 7 уравнительного реактора 5 и содерж т нечетные гармоники, кратные трем (фиг. 2d,Ь).

При этом на выходе преобразователя формируется усредненное постоянное напряжение с переменной составляющей, содержащей четные гармоники, начиная с шестой (фиг. 28).

Под действием разностного напряжения, выделяющегося на полуобмотках 6 и 7 уравнительного реактора, возникает уравнительный ток; также содержащий только нечетные гармоники, кратные трем, который протекает по контуру, образованному полуобмотками уравнительного реактора и работающими фазными обмотками 3,4 и вентилями 9-14. Этот ток протекает минуя цепь нагрузки, и величина

его ограничивается до требуемого уровня, равного 0,5-13 нагрузочного тока, в основном реактансом уравнительного реактора.

Под.действием результирующего выпрямленного напряжения,на выходных выводах преобразователя, в цепи нагрузки протекает нагрузочный ток, также содержащий переменную составляющую из четных гармоник, начиная с шестой. Этот ток протекает по двум параллельным контурам, образованным нагрузкой и двумя трехфазными нулевыми выпрямителями, работающими в параллель через полуобмотки 6 и 7 уравнительного реактора 5.

Благодаря конкретному выполнению магнитопровода 8 уравнительного реактора, он обеспечивает при этом одновременно и ограничение-сглаживание высших гармоник нагрузочного тока (четных, начиная с шестой) без применения дополнительного сглаживающего реактора.

93053"

15

20 зо

55

Действительно, поскольку магнито- 1 провод 8 уравнительного реактора 5 выполнен трехстержневым с размещением полуобмоток 6 и 7 на его крайних стержнях, в нем качественно изменяется картина, протекания магнитных потоков, создаваемых токами полуобмоток 6 и 7 (фиг. 1).

Магнитные потоки, создаваемые уравнительным током, протекающим в полуобмотках 6 и 7, направлены сог. ласно-последовательно, и поэтому замыкаются через крайние обмоточные стержни магнитопровода 8 уравнительного реактора 5. Это обеспечивает полуобмоткам 6 и 7 режим работы.с взаимоиндукцией (как в известном уравнительном реакторе с пониженной в 3-4 раза собственной индуктивностью полуобмоток).

Магнитные потоки, создаваемые в. обмоточных стержнях магнитопровода 8 полуобмотками 6 и 7 от протекания в них половинных нагрузных токов, направлены встречно. Поэтому они замыкаются через средний безобмоточный стержень магнитопровода

8 уравнительного реактора 5, а не компенсируют друг друга, как в известном уравнительном реакторе. Следовательно, наводимая нескомпенсированными магнитными потоками ЭДС самоиндукции будет препятствовать ограничивать и высокочастотные четные гармоники нагрузочного тока, играя роль сглаживающего реактора.

Поскольку индуктивность 6 и 7 уравнительного реактора 5 рассчитывается из условия ограничения третьей гармоники с амплитудой, на порядок большей амплитуды шестой гармоники нагрузочного тока, индуктивность их будет более чем достаточной для обеспечения требуемого уровня сглаживания результирующего нагрузочного тока преобразователя.

Нескомпенсированная постоянная составляющая магнитных потоков, протекающих в магнитопроводе 8 реактора

5, приводит к подмагничиванию послед-, него и необходимости увеличения сечения магнитопровода на 15-201 (по эксперичентальной оценке), но этот недостаток компенсируется отсутствием необходимости установки дополнительного сглаживающего реактора, соизмеримого по массогабаритным показателям с уравнительным реактором.

В известных преобразователях вслед. ствие неидентичной работы обоих трехфазных нулевых выпрямителей, в магнитопроводе реактора всегда существует постоянный подмагничивающий поток.

И для устранения насыщения магнитопровода от подмагничивающего потока в магнитопроводах реакторов делают воздушный зазор, который снижает коэффициент магнитной связи полуобмоток уравнительного реактора. А снижение коэффициента магнитной связи полуобмоток ведет к снижению их эквивалентной индуктивности, ограничивающий уравнительный ток, и необходимости увеличения собственной индуктивности полуобмоток, т.е, к дополнительному увеличению массогабаритных показателей и установленной мощности уравнительного реактора.

В предлагаемом преобразователе воздушный (немагнитный) зазор целесообразно устанавливать в среднем

25 безобмоточном стержне магнитопровода. В этом случае он будет устранять воэможность насыщения магнитопровода реактора, поскольку постоянные подмагничивающие потоки замыкаются через него, и не будет снижать коэффициент магнитной связи полуобмоток реактора, поскольку не стоит в цепи протекания уравнительного потока (фиг. 1).

За счет отсутствия взаимокомпенсации магнитных потоков, создаваемых половинными выпрямленными токами, полуобмотки уравнительного реактора одновремено играют и роль сглаживающего реактора, ограничивая четные гармоники результирующего выпрямленного тока, что обеспечивает снижение уровня пульсации выходного напряжения без применения дополнительного сглаживающего реактора, т.е. при более простой схеме и более низких установленной мощности и массогабаритных показателях реакторного оборудования и всего преобразователя. При этом значительно повышается и КПД преобразователя, особенно на низких напряжениях (менее 100 В)и больших токах (более 1 кА), когда любой дополнительный элемент в низковольтной цепи преобразователя (в данном случае сглаживающий реактор), приводит к дополнительным электрическим потерям.

930534

Поскольку расчет полуобмоток ура;1 внительного реактора ведется в первую очередь иэ условия ограничения самой тяжелой третьей гармоники уравнительного тока с . амплитудой напряжений на порядок большей ампли" туды шестой гармоники, самой низкой в"выходном выпрямленном токе преобразователя„ индуктивность их вполне достаточна и в роле,сглаживающей четные гармоники (взамен индуктивности сглаживающего реактора);

Простота технической реализации и высокий технико-экономический эффект, с учетом широкого практического применения схемы известного, позволит найти преобразователю широ-. кое применение.

-Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения .а постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с-двумя вторичными обмотками, соединенными в звезды, вентили, подключенные к выво" дам вторичных обмоток и полуобмот" ки уравнительного реактра, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения уровня пульсаций выходного тока и уменьшения массогабаритных показателей, магнитопровод уравни.тельного реактора выполнен трех-! в стержневым, причем его полуобмотки расположены на крайних стержнях, в средний стержень выполнен безобмоточным и снабжен немагнитным зазором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Размадзе Ш. N. Преобразова" тельные схемы и системы. И,, "Выс2О шая школа", 1967, с. 43.

2, Размадзе Ш.И. Преобразовательные схемы и системы.И., н8ысшая школа", 1967» с. 43.

3 ° Авторское свидетельство СССР

N 547017, кл. H 02 M 7/06, 1970.

930534 уИ, 6 ц

ФЫФ.l

Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раувская наб., д. 4/5

Заказ 3490/76

Филиал ПП1 "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Е. Мельникова ..

Редактор A. Шандор Техредй. Кастелевич Корректор А :ДзЯтко