Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

л т К.В,2) Авторы изобретени шин Заровский, Б, И. КербецоЛ; В. Кулагин, Ю. К. РозанА, Г, Сорокин аков(7) Заявктел 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕНН НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ 5 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания приборов и средств радиоэпектроники, автоматики и вычислительной техники.Известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащие девятифазный вентипьный мост и трансформатор с,тремя трехфазными 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.20Наиболее близким к изобретению является преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содер жаший трехфазный трансформатор и 6 йфазный вентильный мост, включающий тригруппы по О пар вентилей с номерамип,п+1,2 п,2 п+1,3 п соответственно, причем в каждойгруппе между каждыми двумя смежнымипарами вентилей последовательно вкщочены две вторичные обмотки разных фаз ,2,Недостатком известного преобразователя является его большое внутреннее сопротивление, что приводит к низкому КП(1.Бель изобретения - повышение КПДза счет уменьшения внутреннего сопротивления.Поставленная цель достигается тем,что в трансформатор введены дополнительные вторичные обмотки, причем между каждыми двумя смежными крайнимипарами вентилей соседних групп с номе-рами 1 и 1 п + 1, где 1=п, 2 п, Зп,включены последовательно две дополнительные вторичные обмотки разных фазс числом витков О пп 9(п- + Ч - + - 1 Й 4, 2 , . 3 ьм г( О Ъ 6 Л 16 1 Зп930533 фИФь ВНИИПИ Заказ 3490/7Тираж 719 Подписное Филиг.У ППП Патент",д, уп.Проектная, 43 9305 где ЬШ - число витков вторичной обмотки на 1 В выходного напряжения;Оо - амплитудное значение выходного напряжения; 5Ч - начальная фаза напряженияданной обмотки;ЬЧ - сдвиг фазы напряжения другойобмотки относительно данной;с( - параметр, общий дпя всехобмоток, выбранный в диапазоне 0 с д. с 0,5, причем попожитепьное значение числа витков соответствует подкпючению обмотки начапом, а отрицатепьное - концом в сторону1-й пары вентипей.Кроме того, вторичные обмотки выпбпнены со средними отводами, подкпюченными к соответствующим фазам вентипьного моста ипи к обмоткам других фаэ,Кроме того, выводы (начапо и конец) каждой вторичной обмоткиимеющей 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 соответствующей фазе вентипьного моста, причем выбраны значения параметров И =3, с(: О.Кроме того, каждая фаза содержит две вторичные обмотки, одна иэ которых имеет один, а другая - два средних отвода,33 йодкпюченных к соответствующим фазам вентипьного моста, причем выводы (начало. и конец) каждой обмотки с одним чиспом отводов соединены с соответствующими выводами (начапом и концом) об 40 моток с другим числом отводов двух других фаэ, причем выбраны значения параметров й= З,сс.=0,25.На фиг, 1 представлена эпектрическая схема преобразователя по п. 1 формулы45 изобретения; на фиг, 2 - векторная диаграмма этого устройства при;и:5 дпя спучая с-=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"-0; на фиг, 6 - то же, дня спучая й= Э, с= 0; на фиг. 7 - то же, дпя спучая и= 5, 1=0,25; на фиг, 8 - энектричебкая схема преобраэоватепя по и. 3 формулы изобретения; на фиг. 9 - соот ветствующая векторная диаграмма; на фиг. 10 - эпектрическая схема преобра-, Ьм О. - з 1 п - Ыо -Ч- - + - (мсЦ 4.И . 13 ЬЧ и 7О ГЪ Ьп. 1 Ь 9. ЗР чиспо витков вторичной обмотки на 1 В 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 диапазоне0с(.с 0,5,где даО О33 4зоватепя по п. 4 формупы изобретения; 1 на фиг. 11 - векторная диаграмма.Преобраэоватепь трехфазного переменного напряжения в постоянное (фиг, 1 ) содержит бп-фаэный венФипьный мост, включающий три группы 1, 2 и 3 попар 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+1, в третьей группе 3 номер 2 й+1, второй паре вентилей 5 соответствует в первой группе 1 номер 2, во второй 2 - номер 1+2, в третьей 3 - номер 2 п + 2 и т.д. Поспедней паре вентипей 8 соответствует в первой группе 1 номер и, во второй 2-номер 2 п, 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 группы 1 и 4 группы 2, парами 8 группы 1 и 4 группы 3, 8 группы 3 и 4 группы 1) последовательно вкпючены две допопнитепьные вторичные обмотки 15 и 16 соответствующих фаз, Чиспо витков каждой основной и допопнитепьной обмотки, вкпючаемой между 1 -й и (1+ 1)-й парой вентипей, и направление ее вкпючения в зависимости от выбора фаз пары обмоток опредепяется по формупеПри этом положительное значение числавитков соответствует подключению обмотки началом, а отрицательное - концом в сторону 1 -ой пары вентилей.В схеме обеспечивается создание одинаковых по амплитуде напряжений, сдвинутых по фазе на равные углы. При этомчастота пульсаций выпрямленного напряжения при нечетном О составляет .боргде Я .- частота питающего напряжения,На векторной диаграмме (фиг. 2 и 3)точки, соответствующие напряжениям навыводах вторичных обмоток, подключенных к вентильному мосту, лежат на одной окружности и делят ее на 3 и равныхчастей. При нечетном 11 каждая точка,например 1, с двумя противолежащиминаиболее удаленными точками, например,Р и К, дает два результируюших векторанапряжения (показаны штриховыми линиями). Таким образом, получается система из 3 и векторов, повернутых относительно друг друга на угол - - и предЭпставпяюших собой одинаковые по амплитуде напряжения, сдвинутые по фазе наравные. углы,При четном и каждой точке () соответствует одна диаметрально противоположная точка, и число результирующихнапряжений уменьшается вдвое, что приводит к уменьшению частоты и увеличению амплитуды пульсаций, поэтому целесообразно выбирать 11 нечетным,Преобразователь (фиг, 1, векторнаядиаграмма - фиг. 2 и 3) работает следуюшим образом.В начале периода фазы А, когда напряжение фазы А равно нулю, фазы В -отрицательно и фазы С - 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 В - 9 фазы А - 16 В 15 А - 14 В - 13 А --12 С - 11 В -10 АС - 16 АСАС и, параллельно, 11 СА13 ВСВС 9 ВСАВ- При дальнейшемизменении напряжения, на протяжении следующей 1/6 п части периода, вместо вентиля 7 группы 3 включатся вентиль 8этой группы (точка Ь на фиг, 2). Приэтом обмотки 14 А и 13 С переключаются:из первой ветви во вторую (и противофазе),В следующую 1/6 11 часть периодавместо вентиля 5 группы 2 включится1 О вентиль 6 группы 2 (точка К на фиг.2).Произойдт переключение обмоток 11 С,12 А из второй ветви в первую (в противофазе) и т д.Аналогично происходит переключениеобмоток и при векторной диаграмме, представленной на фиг. 3,В устройстве, представленном на фиг, 4,две обмотки одной и той же фазы, однаиз которых включена между -1 )-й и:, -й, а другая между-й и (+1)-йпарами вентилей, заменены одной обмоткой со средним отводом, подключенным к-й паре вентилей. Устройство содержит 15 такой же. вентильный мост, включаюшийтри 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 соответствующимпарам вентилей4,57,8.Выводы (начала и концы) соответстг 5 вуюших обмоток соединены между собойтак, что между двумя соседними парамивентилей, как и в предыдушем устройстве, включены две обмотки (или их части) различных фаз, Число витков каждойчасти в зависимости от номеров пар вентилей и от фаз включаемых обмоток . определяется приведенной выше формулой,Векторные диаграммы представлены нафиг, 5, 6, 7. При этом диаграмма на 35фиг, 5 соответствует устройству, представленному на фиг. 4, для случая 11: 5,Д.= О; на фиг. 6 - для спучая 11= 3;с(,=0;на фиг, 7 - для случая 11= 5, Д.=О 25.В последнем случае вторичные обмотки 40имеют 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 предыдушему.В начале периода фазы А включеныдва вентиля; 7 группы 3 (левый нафиг, 4) и 5 группы 2 (правый),соответствующие точкам К и Р на фиг, 5. Выпрямленное напряжение будет определяться суммой напряжений последовательновключенных обмоток: 17 фазы А (от отвода до начала) - 18 С , -19 АС 22 ВСВАВА (от конца до отвода) и, параллельно, 17 А (ототвода до конца) - 21 ВАВСВСАСА (от началадо отвода),.При дальнейшем изменении напряжения, на протяжении следующей 1/6 части периода, вместо вентиля 7 группы 3включается вентиль 8 этой группы (точка Ь нв фиг. 5), При этом обмотки 20 А(от отвода до начала) и 22 С (от концадо отвода) перекпючаются в противофазеиз второй в первую ветвь, В следующую1/6 часть периода вместо вентипя 5группы 2 включается вентиль 6 этойгруппы (точка В на диаграмме) и т,д.Аналогично происходит переключение.обмоток и при векторных диаграммах,представленных на фиг. 6 и 7.Преобразователь, представленный нафиг. 8, содержит 18-фаэный вентиль-ный мост, вкпючаюший три группы 1,2 и 3 пар вентилей 4, 5, 6 и трехфазный трансформатор с тремя вторичнымиобмотками 23, 24 и 25 в каждой фазеА, В, С. Обмотки 23 и 24 выполненысо средним отводом, подкпюченным к парам вентилей 6 и 4 соответствующихгрупп, Начало и конец каждой обмотки23 и 24 соответствующей фазы А, В, Ссоединены с соответствующими выводами(начапом и концом) обмоток 24 и 23двух других фаэ соответственно, К точке соединения начап обмоток 23 и 24двух фаэ подключен конец обмотки 25третьей фазы, начало которой подключено к паре вентипей 5 соответствующейгруппы, Чиспо витков каждой части обмотки опредепяется по указанной формуле,причем с= О.Устройство работает внапогичноописанным,В начале периода фазы А вкпюченывентиль 4 группы 2 (правый нв фиг, 8)и вентиль 6 группы 3 (левый) соответствующие точкам Р и К на векторнойдиаграмме (фиг. 9), Выпрямленное напряжение опредепяется суммой напряжений последовательно вкпюченных обмоток:23 фазы А (от отвода до конца) -24 В 23 С - 24 А (от конца до отвода) и, параллельно 23 А (от-отвода до начала)24 СВ - 24 А (от нвчапв до отвода).На протяжении следующей 1/18 частипериода произойдет переключение с вентиля 4 группы 2 на вентиль 5 той жегруппы, При этом часть обмотки 23 А ототвода до начала перекпючится в противофазе из второй ветви в первую, и вобе ветви включится обмотка 25 В,и т.д.Преобразователь, представленный нвфиг. 10, содержит такой же 18-фазныйвентипьный мост, как и предыдущее устройство и трехфазный трансформатор с40 45 50 55 ющиеся в известном преобразоветепе. Число витков шести добавляемых дополнительных обмоток, например для 30 - фаэного выпрямителя ( и =5) при сг О,г(равно ОД 9. ЬЙ ц- 1 то есть, в дваЬтраза меньше, Общее чиспо витков вторичных обмоток в этом случае в предлагаемом устройстве составпяет 3,48.ЬЖ 00, а в известном 4,26.6030 т. е. не 23% бопьше.Снижение внутреннего сопротивления в предлагаемом, преобразователе обеспечивается тем, что в нем вторичные обмотки образуют две первлпс льно вкпюченные ветви. При о= 5 и д= О общее сопротивпение обмоток предпвгвечого устройства составляет 0,9,5 Ьт 00,(где 0 г - сопротивпение обмотки г бе еитдвумя обмотками 26 и 27 в каждой фазе А, В, С. Обмотка 26 имеет один, аобмотке 27 - два отвода, подкпюченныхк соответствующим фазам вентипьногомоста, Начало и конец каждой обмотки26 (27) каждой фазы соединены соответственно с начапом и концом обмоток 27(26) двух других фаз. Число витков каждой части обмотки опредепяется по ука 10 занной формуле, причем с = 0,25,Устройство работает анапогично предыдущему.Перед нвчапом периода фазы А вкпючены вентиль 4 группы 2 и вентипь 515 группы 3 (точки Р и К на векторной диаграмме фиг, 11). Выпрямленное напряжение определяется суммой напряженийпоследовательно вкпюченных обмоток26 А (от отвода до конца) - 27 В - 26 С 20 27 А (от конца до первого отвода) и, пвраппельно, 26 А (от отвода до нвчвпв)27 СВА (от начала до первогоотвода). Затем произойдет перекпючение с вентиля 5 группы 3 не вентиль 6этой группы (точкана фиг, 11) ичасть обмотки 27 А 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 внутреннемсопротивлении трансформаторе по срввнению с известным, В устройстве вводятся дополнитепьные обмотки, при этом35исключается три центрапьные обмотки с1общим чиспом витковЗЙдм 00 у,иеС 05 -Ьоков), а в известном - 1,70-ЬР.О,т.е. на76% выше. форму па изобретения чиспо витков вторичной обмотки на 1 В 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 диапазоне0 ссс 0,5, причем попожитепьное значение чиспа витков согде Дм О 01, Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержаший трехфазный трансформатор и 6 0 фазный вентипьный мост, включающий три группы по М пар вентипей с номерами 1.,ь, О +12, 2 п +13 е соотЮветственно, 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 й с я тем, что, с цепью повышения КПД за счет снижения внутреннего сопротивления, в трансформатор вве. дены допопнитепьные вторйчные обмотки, причем между каждыми двумя смежными крайними парами вентилей соседних групп с номерамии+1; где =й 2 о, Зп, включены поспедоватепьно две дополнительные вторичные обмотки разных фаэ с числом витков ответствует подключению обмотки начапом, а отрицатепьное - концом в сторону-йпары вентипей,5 2, Преобразоватепь по п. 1, о т л и -ч а ю ш и й с я тем, что вторичные обмотки выполнены со средними отводами,подкпюченными к соответствуюшим фазамвентипьного моста ипи к,обмоткам дру 0 гих фаэ.3. Преобразователь по пп. 1 и 2,о тп.и ч а ю ш и й с я тем, что выводы(начапо и конец) каждой вторичной обмотки, имеющей средний отвод подключен 15 ный к фазе моста, соединены с сОответствуюшими выводами (началом и концом)таких же обмоток двух других фаз, и кточке соединения начал двух таких обмоток подключен конец вторичной обмотки20 третьей фазы, начало которой подключенок соответствующей фазе вентипьного моста, причем выбраны значения параметровь=З,Ю=О.4, Преобразователь по и. 2, о т и и 25,ч а ю ш и й с я тем, что каждая фазасодержит две вторичные обмотки, однаиз которых имеет один, а другая - двасредних отвода, подключенных к соответствующим фазам вентипьного моста, при-.чем выводы (начало и конец) каждой обмотки с одним чиспом отводов соединеныс соответствующими выводами (начапом. и концом) обмоток с другим числом отво. дов двух других фаз, причем. выбраны значения параметров ц: 3, Ы.:0,25. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетепьство СССР502640, кп. Н 02 М 7(06, 1976. 40 2. Авторское свидетепьство СССР Мо 743140, кп. Н 02 М 7/06, 1978,