Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

сновной п о витковОй фазнойо витковпервичной обмоткиополнительфаэной обмотователь по п. 1 о иУтам, что соответст- Я выводы трехфазных ильных мостов соедиим по крайней мере тивную катушку. ч ающи й вующие выхо управляемых нены один с через одну ные вен дру нду ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Азербайджанский политехнический институт им.Ч.Ильдрыма(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 692036, кл. Н 02 М 7/12, 1977.2. Авторское свидетельство СССР Р 951604, кл. Н 02 М 7/12, 1981.3. Авторское свидетельство. СССР 9 995239, кл. Н 02 М 7/12, 1981.4. Авторское свидетельство СССР М 917282, кл. Н 02 М 7/12, 1980. (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ,содержащий трехфазный трансформатор с основными первичными фаэными обмотками, подключенными к фаэным входным выводам и к входу основного трехфазного управляемого вентильного моста, и с вторичными фаэными обмотками, соединенными по крайней мере в одну трехфазную группу, подключенную к выпрямителю, а также нулевой входной вывод, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью упрощения, трехфазный трансформатор содержит дополнительно введенные первичные фаэные обмотки, соединенные взвезду, общая точка которой подключена к нулевому входному выводу, асвободные выводы - к входу дополнительно введенного трехфазного управляемого вентильного моста, причемчисла витков первичных фаэных обмоток выбраны в соотношении:.4/ оектная,4 тент", г.Уж Жили ро Заказ 1562/50 Тираж 66 ВНИИПИ Государственно по делам изобрете 113035, Москва, Ж, о и Р Подписомитета СССРи открытийшская наб., дИзобретение относится к преобразовательной техникеможет быть использовано при многопульсном.выпрямлении трехфазного переменного напряжения.Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий управляемый вентильный мост, квыходу которого подключен сглаживающий дроссель, неуправляемый вентильный мост, выход которого образует выходные выводы преобразователя, и трансформатор с трехфазными первичной ивторичной обмотками, причем одни одноименные выводы вторичной обмоткиподключены к входу неуправляемого моста, другие одноименные выводы вторичной обомтки объединены в общую точку, а вход управляемого моста подключен к одноименным выводам первичнойобмотки Г 13.Недостатком этого преобраэователя, обеспечивающего воэможность уменьшения габаритов сглаживающего дросселя при низковольтном выпрямлении,является относительно высокий уровеньвысших гармоник в Форме кривой выпрямленного напряжения и потребляемого тока, определяемый его б-пульснойпериодичностью.ИзвеСтен преобразователь трехфазного переменного напряжения в посто- З 0янное, содержащий трехфазный трансформатор с вторичными обмотками, соединенными, совместно с вентилями, посхеме 12-пульсного выпрямителя, с первичными обмотками, подключенными од- З 5ними выводами к фазным входным выводам, а другими - к входу управляемоговентильного моста, к выходу которогоподключена индуктивная катушка, два дополнительных управляемых вентиля, подключенных разноименными электрода-ф ми к нулевому входному выводу, при этом общие точки электродов разноименных вентильных групп управляемого моста соединены каждая с одноименным . свободным электродом одного иэ ука эанных дополнительных управляемыхвентилей 121.Недостатком этого преобразователя, обеспечивающего возможность не только уменьшения габаритов сглаживакще го дросселя при низковльтном выпрямлении, но и получения 12-пульсной периодичности, является сложное конструктивное исполнение выпрямительного трансформатора, а также большое суммарное число вентилей, в частности, на вторичной стороне.Первый иэ укаэанных недостатков наиболее сильно проявляется при низковольтном выпрямлении, когда неточность в выборе чисел витков вторичных обмоток в соотношении 1: (Л) может нанести ущерб качеству выходного напряжения, если не увеличить суммарное число витков вторичных обмоток при постоянстве коэффициента 65 трансформации, т.е, если не увеличитьгабариты трансформатора.Второй из укаэанных недостатковнаиболее сильно проявляется при сильноточном или высоковольтном выпрямлении, когда на вторичной стороне приходится иметь и комплектов, по 12вентилей в каждом.Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий три однофаэных трансформатора,первичные обмотки которых подулюченык основным и дополнительным парамвстречно-параллельно включенных управляемых вентилей, дополнительные пары указанных вентилей соединены взвезду, общая точка которой подключена к нулевому входному выводу, а вторичные обмотки подключены к входам однофаэных выпрямителей, выходы которыхсоединены параллельно с общей нагрузкой и образуют выпрямительную схемус числом вентилей, кратным шести, приэтом каждая первичная обмотка выполнена с отводом, подключенным к свободному выводу соответствующей дополнительной пары встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, началокаждой указанной обмотки через соответствующую основную пару встречнопараллельно включенных управляемыхвентилей подключена к входному выводу, а конец - к началу обмотки опережающей фазы.Преобразователь, обеспечивающийполучение 12-пульсного выпрямленногонапряжения, может содержать на вторич-ной стороне трансформатора всего одну трехфазную обмотку, соединеннуюв треугольник и подключенную к входутрехфазного моста, выполненного нашести диодах Г 31.Основным его недостатком являетсято, что он не позволяет включать напервичной стороне ни два двухобмоточных уравнительных реактора, нисглаживакщий дроссель, т,е. преимуществами такого включения индуктивных катушек он не обладает.Другим его недостатком являетсяухудшение качества выходного напряжения при сильноточном выпрямлении иэза отсутствия автотрансформаторнойсвязй между тремя однофаэными трансформаторами,Наиболее близким техническим решением к иэобретению является преобразователь трехфазного переменногонапряжения в постоянное, содержащийтрехфазный трансформатор с основнымипервичными Фазными обмотками, подключенными к Фаэным входным выводам и квходу основного трехфазного управляемого вентильного моста, и с вторичными Фазными обмотками, соединенными втрехфаэные группы, подключенные к выпрямителю, а также нулевой входнойвывод, В этом преобразователе предусмотрена возможность включения напервичной стороне индуктивных катушек 4 3.Однако он имеет сложное конструктивное исполнение ныпрямительного трансформатора, а также большое суммарное число вентилей, в частности, на вторичной стороне, т,е. его недостатки аналогичны недостаткам вышеуказанных схем, также предусматривающих возможность включения на первичной стороне по крайней мере одной индуктивной катушки, а именно; при низковольтном выпрямлении неточность выбора н требуемом соотношении чисел витков вторичных обмоток трансформатора, соединенных в шестилученую звезду или по схеме "звезда - треугольник" 15 в параллель, либо наносит ущерб качеству выходного напряжения, либо приводит к необходимости завышения габаритов трансформатора, при сильно- точном или высоковольтном ныпрямлении 20 резко возрастает суммарное число вентилей на вторичной стороне, так как приходится иметь в комплектов, по двенадцать вентилей в каждом.Целью изобретения янляется упро щение.Это достигается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащем трехфазный трансформатор с основными первичными Фазными обмотками, подключенными к фаэным входным выводам и к входу одновного трехфазного управляемого вентильного моста, и с вторичными фазными обмотками, соединеннымь по крайней мере в одну трехфазную группу, подключенную к выпрямителю, а также нулевой входной вывод,.трехфазный трансформатор содержит дополнительно введеннье первичные фазные обмотки, соединенные в звезду, общая 40 точка которой подключена к нулевому входному выводу, а свободные, выводык входу дополнительно введенного трехфазного управляемого вентильного моста, причем числа витков первичных фаз 45 ных обмоток выбраны в соотношении:б1250где М - число витков основной первичной Фазной обмотки;У - число витков дополнительной2первичной фазной обмотки.Хроме того, соответствующие выходные выводы трехфазных управляемых вентильных мостов соединены один с другим по крайней мере через одну индуктивную катушку.На фиг,1 приведена принципиальная схема преобразователя, в котором нто-бО ричная обмотка трансформатора соединена в звезду, а общая точка звезды дополнительных первичных фазных обмоток образована выводами, одноименными с подключенными к фазным вход ным выводам; на фиг.2 - возможные варианты включения индуктивных катушек между соответствующими выходными выводами трехфаэных управляемых вентильных мостов; на фиг.З - то же, что и на фиг.1, но с соединением вторичной обмотки трансформатора в треугольник; на фиг.4 - то же, что и на фиг.З, но с тем отлйчием, что общая точка звезды дополнительных первичных фазных обмоток образована выводами, разноименными с подключенными к фазным входным выводам; на Фиг.5-7 - временные диаграммы напряжений и токов для схем соответственно на фиг,1,3,4.Преобразонатель (фиг.1) содержит трехфазный трансформатор 1, выпрямитель на диодах 2-7 и дна трехфазных управляемых вентильных моста: основной - на тиристорах 8-13 и дополнительный - на тиристорах 14-19. Основные первичные фазные обмотки 20-22 подключены началами к фазным входным выводам, а концами - к входу основного моста, дополнительные первичные Фаэные обмотки 23-25 соединены в звезду, общая точка которой подключена к нулевому входному выводу, а концы обмоток - к входу дополнительного моста. Выходные выводы 26, 27 и 28,29 соответственно основного и дополнительного управляемых мостов подключены параллельно к общей цепи перничного постоянного тока, протекающего между этими выводами. Вторичные фазные обмотки 30-32 соединены в звезду и подключены концами к входу выпрямителя на диодах 2-7, выходные выводы которого подключены к нагрузке 33. А,В,С,О - входные выноды.Числа витков первичных Фазных обмоток выбраны в соотношении:--- 0,134,И + Ю 2 фгде (И + М ) - определяется н соот 1 2нетствии с величиной напряжения между фаэным и нулевым нходными выводами.Рассмотрим работу преобразователя(фиг.1) для случая соединения выходных выводов 26-29, показанного наФиг.2 аОчередность включения тиристоров,соответствующая естественному чередованию линейных и Фазных напряженийсети, следующая: 9-10,9-16,9-12,15-12,11-12 ю 11-18 г 11-8 17-8 ф 13-8 ф13 14 13-10 19-10Соответственно диоды проводят токв следующей последовательностй: 2-5,2 52 7 ю 2 74 7 ю 4 7 г 4 Зф 4 Згб-Зф б"3 ю бг б 5Например, при отпирании тиристоров 9 и 10 первичный ток протекаетмежду фазными входными вынодами А иВ от начала к концу обмотки 20, через тиристор 9, между выводами 27 и26, тиристор 10, от конца к началуобмотки 21, При этом вторичный токпротекает от конца к началу обмотки 30, затем от начала к концу обмотки 31, через диод 5, нагрузку 33и диод 2. 5Через 30 эл, град. отпирается тиристор 16, запир тся тиристор 10 ипервичный ток протекает между входными ныводами А и О от начала к концу обмотки 20, через тиристор 9, 10между выводами 27 и 28, тиристор 16,от конца к началу обмотки 24. Приэтом очередная пульсация напряженияна нагрузке 33 формируется теми жедиодами 2 и 5, а вторичный ток проте 15кает через те же обмотки 30 и 31.Таким образом, независимо от того,линейное или фаэное напряжение приложено к первичным фаэным обмоткам,в любой момент времени и первичный,и вторичный токи протекают через обмотки, размещенные на двух стержняхтрансформатора. Тем самым оказывается возможным соединить вторичную гру.1 пу фазных обмоток в трехлучевую звездуНа фиг.2 б показана возможностьвключения индуктивной катушки 34 вцепь первичного постоянного тока,протекающего между выводами 27,29и 26,28. Такое включение обеспечинавает при низковольтном сильноточномвыпрямлении уменьшение габаритовдросселя,На фиг.2 н показана возможностьвключения двух индуктивных катушек 3535и 36 между выводами 26-29. Рассмотрим работу преобразователя (фиг.1)для случая, при котором длительностьпроводящего состояния тиристоров идиодов в приведенных последовательностях нключения возрастает, а именно:19-10-9, 10-9-16, 9-16-12, 9-12-15,15-12-11, 11-12-18, 11-18-8, 11-8-17,17-8-13, 13-8-14, 13-14-10, 13-10-19для тиристоров и, соответственно; 452-6-5, 2-5, 2-5-7, 2-7, 2-4-7, 4-7,4-3-7, 4-3, 4-6-3, 6-3, 6-5-3, 6-5для диодон,Допустим, что первичный ток протекает через тиристоры 9, 19 и 10.Параллельная работа тиристоров 9 и19 обеспечивастся тем, что ЭДС взаимоиндукции, наводимая при этом вполуобмотках индуктивной катушки 35,раэнетвляет первичный ток поровнумежду этими тиристорами и полуобмотками. В этот промежуток времени одна,э полуобмоток индуктивной катушкиЗб обесточена, а другая проводитесь первичный ток, В результате маг,итная система катушки 36, если она 60,е рассчитана на сглаживание первичого тока, насыщается, т.е. индуктивое сопротивление проводящей полуобютки катушки 36 становится равнымулю. На вторичной стороне ток про текает через диод 5, нагрузку 33,далее разветвляется на две равныечасти, одна из которых протекает через диод 2 и обмотку 30, а другаячерез диод б и обмотку 32, затемвновь протекает по общей цепи черезобмотку 31 и диод 5.Через 30 эл.град, включается тиристор 16, Ток в ранее обесточеннойполуобмотке катушки 36 увеличинается,а в проводящей уменьшается под действием ЭДС нзаимоиндукции этих полуобмоток до некоторого среднего значения, обеспечивающего параллельнуюработу тиристорон 10 и 16, Соответствующая полуобмотка катушки 35 обесточивается, а тиристор 19 выключается, при этом через другую полуобмоткуэтой катушки протекает весь перничныйток и магнитная система катушки 35оказывается в состоянии, аналогичномсостоянию катушки 36 в предыдущем интервале. Обесточивание первичной катушки 25 приводит к обесточиваниюобмотки 32 и диода б на вторичнойстороне, а ток нагрузки протекаетчерез диоды 2 и 5 и обмотки 30 и 31.Усреднение первичного тока, протекающего между средними точками обмоток индуктивных катушек 35 и 36, приводит к тому, что форма кривой этоготока становится 12-пульсной, симметричной, Поэтому включение индуктивной катушки 34 между средними точкамиобмоток катушек 35 и 36 (фиг.2 г) принизконольтном сильноточном выпрямлении снижает габариты катушки 34 пропорционально коэффициенту трансформации и квадрату частоты Пульсацийпервичного постоянного тока,Преобразователь (фиг,З) содержиттрехфазный трехобмоточный трансформатор 37, один трехфазный мост надиодах 38-43 и два трехфазных управляемых вентильных моста: основнойна тиристорах 44-49 и дополнительныйна тиристорах 50-55. Первичные фаэные обмотки 56-58 подключены началами к фазным входным выводам, а концами - к входу основного моста, первичные фазные обмотки 59-61 подключены началами к нулевому входному выводу, а концами - к входу дополнительного моста. Выходные выводы 62,63 и 64,65 соответственно основногои дополнительного управляемых мостов,подключены параллельно к общей цепипервичного постоянного тока, протекающего между этими выводами. Вторичныефазные обмотки 66-68 соединены в треугольник и подключены к входу д 1 иодного моста, выходные выводы которогоподключены к нагрузке 69.Числа витков первичных фазных обмоток выбраны в соотношении: О, 134,.Возможными вариантами соединения выходных выводов преобразователя являются показанные на фиг.2 а и фиг.2 б.Очередность включения тиристоров: 45-46, 45-52, 45-48, 51-48, 47-48, 47-54, 47-44, 53-44, 49-44, 49-50, 5 49-46, 55-46.Соответственно, очередность включения диодов: 38-41-43, 38-41-43, 38-40-43, 38-40-43, 39-43-40, 39-43- 40, 39-40-42, 39-40-42, 39-41-42, 10 39-41-42, 41-38-42, 41-38-42.Включение индуктивной катушки между выводами 63,65 и 62,64 (Фиг,2 б) при низковольтном сильноточном выпрямлении уменьшает габариты этой ка тушки.Преобразователь (Фиг,3) имеет более высокую нагрузочную способность по току диодного моста, чем преобразователь (фиг.1).Преобразователь (фиг.4) содержит трехфазный трехобмоточный трансформатор 70, один трехфазный мост на диодах 71-76 и два трехфаэных управляеиях вентильных моста; основной - на тиристорах 77-82 и дополнительный на тиристорах 83-88. Первичные Фазные обмотки 89-91 подключены началами к Фаэным входным выводам, а концами к входу основного моста, первичные Фаэные обмотки 92-94 подключены концами й нулевому входному выводу, а началами - к входу дополнительного моста. Выходные выводы 95,96 и 97,98 соответственно основного и дополнительного управляемых мостов подклю чены параллельно к общей цепи первичного постоянного тока, протекающего между этими выводами. Вторичные Фаэные обмотки 99-101 соединены в тре" угольник и подключены к входу диод р ного моста, выходные выводы которого подключены к нагрузке 102.Числа витков первичных Фаз,ных обмоток выбраны в соотношении:45-- 0,134.Ы 4+ жгВозможными вариантами соединения выходных выводов преобразователя явлатся показанные на фиг.2 а и Фиг.2 б.5 ООчередность включения тиристоров;77-80, 77-84, 77-82, 87-82, 79-82,79- 86, 79-78, 83-78, 81-78, 81-88, 81-80, 85-80.Соответственно, очередность вклю55чения диодов: 72-73-75, 72-75, 7274-75, 74-75, 74-71-75, 71-74, 71-7476, 71-76, 71-73-76, 73-76, 73-76-72,73"72. Включение индуктивной катушки между выводами 95,97 и 96,98 (фиг.2 б)при низковольтном сильноточном выпрямлении уменьшает габариты этойкатушки,Нагруэочная способность по токудиодного моста преобразователя (фиг.4)по сравнению с преобразователем(Фиг.1), не содержащем индуктивныхкатушек, выше, а по сравнению с темже преобразователем, содержащим индуктивные катушки, не уступает.На фиг,5 пунктирные линии соответствуют работе преобразователя (фиг,1)беэ катушек 35 и 36, а сплошныепри их включении.На фиг.5-7 приняты следующие обозначения:,др ю- токи в обмоткахстержня трансформатора; - линейный ток "треугольника",- ток через нулевой входной вывод О, Бо - напряжение на нагрузке; Н ф(НА, - 9 "с) -фазное напряжение сети; ; - амплитуда тока нагрузки; К - коэффициенттрансформации.Для преобразователя (фиг.4) недопустимо соединение вторичной обмотки трансформатора в трехлучевуюзвезду.Для преобразователя (фиг.1 и 3)допустимо соединение вторичных обмоток трансформатора в две звезды с нагрузкой между их нейтралями по кольцевой схеме, т.е. "через вентили назигзаг", когда каждая фаза одной звезды соединяется через два вентиля собъединенными одноименными электродами с разноименными фазами другойзвезды.Для всех вариантов преобразователей допустимо соединение вторичныхобмоток трансформатора и в шестилучевую звезду, подключенную к выпрямителю, собранному на шести диодах пооднополупериодной схеме или на двенадцати диодах по мостовой схеме.Однако это усложняет конструктивноеисполнение трансформатора.Если питающая сеть трехпроводная,то для подключения к ней преобразователя можно его нулевой входной вывод подключить к нейтрали,соединенной в звезду и подключенной к фазнымвходным выводам обмотки дополнительного маломощного трехФазного трансформатора. Одновременно такое подключениеограждает сеть от вредного воздействия"тока нулевой последовательностипреобразователя, что особенно важнопри отсутствии в сетевом трансформаторе обмотки, соединенной в треугольник.