Преобразователь переменного напряжения в постоянное

1 о.олие 1 е.в 1.1 5 А Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 310378 (21) 2596778/24-07 с присоединением заявки Йо Н 02 М 7/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕИзобретение относится к электротехнике и может преимущественно использоваться в устройствах для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания нагрузки выпрямленным током.Известно устройство для питания нагрузки, содержащее трехфазный источник переменного тока, подключенный через токоограничивающие зарядные элементы, например реактивные, к мостовому двухполупериодному выпрямителю, выполненному на шести вентилях по схеме Ларионова и подключенному своими выходными клеммами через фильтр, например дроссель, к нагрузке 11. К недостаткам этого устройства следует отнести завышенные потери электрической энергии, рассеиваемой на омическом сопротивлении шести полупроводниковых элементов, что снижает КПД устройства, его удельные энергетические показатели при довольно узком диапазоне изменения напряжения на нагрузке, максимальное значение которого равно всего лишь амплитудному значению линейного напряжения трехфазного источника. Известно также устройство, содержащее трехфазный источник переменного тока, подключенный к .двухполупериодному мостовому выпрямителютрехфазного питания, нагрузку и многообмоточный дроссель, Для улучшения коммутации вентилей обмотки многообмоточного дросселя включены вкаждой фазе выпрямителя по две последовательно-согласно между вентилями анодной и катодной групп, приэтом фазы источника присоединенык общим точкам этих обмоток 2),Недостатком этого устройства яв ляется то, что в любой момент времени в цепи питания нагрузки включены два последовательно соединенныхвентиля, что увеличивает рассеивание (потери) электрической энергии 20 на их омических сопротивлениях."Кроме того, они имеют сравнительнонебольшой диапазон изменения напряжения на нагрузкене превышающийамплитуду линейного напряжения источника.Наиболее близким к,предлагаеью-.му устройству является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный, си- ЗО ловой трансформатор, первичная об мотка которого. подключена к источнику переменного тока, трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный на трех тиристорах и трехфаэном линейном дросселе, три обмотки которого соединены в звезду, причем ссединенные между собой катоды тиристоров образуют положительный, а нейтраль звезды - отрицательный выходные выноды, анод тиристора каждойФазы соединен с соответствующим выводом обмотки дросселя и их общаяточка связана с соответствующей Фазной вторичной обмоткой силового трансформатора, и блок контроля напряжения и управления тиристорами ГЗ)Потери в вентилях (тири сторах)такого преобразователя по сравнениюс описанными выше преобразователями сокращены, однако уменьшено выпрямленное напряженке, максимальноезначение которого достигает всего лишь половины амплитуды линейного напряжения, что сущестненно ограничивает область применения таких устройств в системах электроснабжения,содержащих в качестве источникаэлектрической энергии переменноготока низконольтные источники. Напряжение на выходе двухполупериодного мостового выпрямителя можно увеличить, если полуобмотки линейногодросселя включить по автотрансформаторной схеме на повышение напряжения, В этом случае коэффициент трансформации К, не должен превышать величину равную днум, поскольку при увеличении К, выше двух начинает резко уменьшаться использсвание медч полуобмоток,. а также стали линейного дросселя а следовательНо, увеличивается масса и габариты дросселя, что приводит к ухудшению коэффициента использования мощности источника и удельных энергетических показателей устройства н целом,11 ель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения и улучшение удельных энергетических показ ателей .Это достигается тем, что указанная общая точка связана с соответствующей фазной вторичной обмоткой силового трансформатора через емкостное токоограничинающее сопротинление, например конденсатор, причем величина этого сопротивления на частоте источника переменного тока ранна по абсолютной величине индуктивному сопротивлению обмотки дросселя, включенной н данную .фазуТакое схемное решение позволяет в рабочем диапазоне преобразователя увеличить напряжение на обмотках трехфазного линейного дросселя до величины в 10-20 и более раз превышающей амплитудное значение линейного напряжения трехфазного источника переменного тока, что обеспечивает хорошую работоспособность преобразователя при питании нагрузки, номинальное напряжение на которой превьыает амплитудное в 5-10 и более раэ. Кроме того, такое схемное решение позволяет при заданном постоянном номинальном напряжении на нагрузкеиспользонать трехфазный источник переменного тока с более низким номинальным напряжением, а, следовательно, использовать трехфаз - ный источник с меньшей установленной (габаритной) мощностью, т.е. за счет этого уменьшить массу и габариты преобразователя в целом и улучшить его удельные энергетические показатели.На Фиг. 1 представлена принци. - пиальная электрическая схема пред - лагаемого преобразователя; на Фиг.2 - один из вариантон преобразователяу на Фиг. 3 - схема одноФазного варианта устройства.Устройство содержит трехфазный ;сточник ) переменноо тока (трансФорматор), трехфазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, выполненный на трех тиристорах 2, 3 и 4, трех конденсаторах 5, 6 и 7 и трехфазном линейном дросселе 8, три обмотки 9, 10 и 11 которогс соединены между собой в трехлучевую звезду, нагрузку 2 и блок 13 кон; - роля напряжения и управления тиристорами. Катоды тиристоров 2, 3 и 4 соединены между собой и образуют положительный 14, а нейтраль звез - ды - отрицательный 15 выходные выводы. Точки соединения крайних выводов обмоток Э, 10 и 11 и анодон тиристоров 2,и 4 подключены через конденсаторы 5, б и 7 к соответстнующим трем входным клеммам )о 17 и 18 выпрямителя. Один из вариантов предложенного преобразователя отличается тем, что каждая обмотка трехфазного линейного дросселя снабжена отводом от части ее витков, причем отводы через конденсаторы подключены к входным выводам выпрямителя. Это позноляет использовать обмотки ли - нейного дросселя не только в качестве токоограничивающих индуктинных сопротивлений, но и передавать энергию от источника переменного тока в нагрузку одновременно электрическим и электромагнитным способами, что снижает нес и габариты дросселя, а, следовательно, и всего преобразователя н целом.Устройство работает следующим образ ом.Предположим, что система управления тиристорами 23 и 4 обеспе 736298чивает их постоянное отк) ытие, и последние работают как обычные неуправляемые вентили-диоды. Пусть мгновенное Значение напряжения, например первой фазы, И положительного и по величине больше мгновенных значений напряжений двух других фаз, соответственно О, и Ощ в течение промежутка времени от0 до 1, соответствующего углу, равному 120 эл, град, то есть, О.щ 1 120 эл. град. Это означает, что к аноду тиристора 2, присоединенного к первой фазе через. конденсатор 5, приложен самый большой положительный потенциал, поэтому в теЧение этого промежутка времени тиристор 2 открыт и через него осуществляется питание нагрузки 12.Ток . в нагрузку течет по цепИ: клемма 1 б, конденсатор 5, тиристор 2, нагрузка 12, параллельные ветви из обмоток 10, 11, конденсаторов 6 и 7, и вторичных обмоток второй и третьей фаз трансформатора 1, В течение следующего промежутка времени от:1 досоответствующего также 120 эл,град, мгновенное значение напряжения второй фазы О положительно и по величине больше мгновенных значений фазных напряжений О 6 иОэ. К аноду тиристора 3 в этом случае приложен самый большой положительный потенциал. Тиристор 3 откроется и ток в нагрузку 12 течет по цепи: клемма 17, конденсатор б, тиристор 3, нагрузка 12, параллельные ветви из обмоток 9, 11 конденсаторов 5 и 7, и вторичных обмоток первой и третьей фаз трансформатора 1. В течение промежутка времени отой=1 досоответствующего 120 эл.град. мгновенное значение напряжения третьей Фазы Оя положительно и по величине больше мгновенных значений Фазных напряжений О и О. К аноду тиристора 4 приложен наибо)ьший положительный потенциал. Тиристор 4 откроется и ток в нагрузку 12 течет по цепи: клемма 18, конденсатор 7, тиристор 4, нагрузка 12, параллельные ветви из обмоток 9, 10, конденсаторов 5, 6 и вторичных обмоток первой и второй фаз трансформатора 1. Далее процессы в системе периодически повторяются. Конденсаторы 5, 6 и 7 и линейный дроссель 8 совместно с источником 1 при отключенной нагрузке образуют последовательные г , Ь , С контура, омические сопротивления которых определяются суммарным значением, складывающимися из внутреннего сопротивления фазных обмоток источника 1, из омических сопротивлений конденсаторов 5, б и 7 и омических сопротивлений обмоток 9, 10 и 11 трехфаз- ного линейного дросселя 8, При равенстве между собой сопротивленийреактивных элементов этих контуровна частоте источника имеет местопоследовательный резонанс напряжений, при котором мгновенные значения напряжений на конденсаторахО и на им соответствуюших обмоткахдросселя 1) равны по величине и противоположны по фазе, при этом максимальное значение напряжения накаждом из указанных элементов в 1/Ч 3раз превышает амплитудное значениенапряжения Ещ источника переменного тока, то есть и 1 Огде Я - добротность контура, определяемая как отношение волновогосопротивленияГ кактивному сопротивлению г этого контура. Добротность контура ц по величине следует выбирать в диапазоне от 5 до50 в зависимости от требуемого значения напряжения на нагрузке. Тиристоры 2, 3 и 4 позволяют регулировать величину выпрямленного напряжения изменением угла их открытия,осуществляемым подачей импульсовна управляющие электроды тиристоровс блока контроля наПряжения и управления тиристорами.Таким образом, предложенный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины позволяет в 5-10 и более разувеличить регулирования выпрямленного напряжения в сторону увеличения его максимального значения, атакже уменьшить массу и габаритытрехфазного источника (например генератора) переменного тока, чтов целом существенно улучшает удельные энергетические показатели преобразователя, играющие определяюшуюроль при разработке преобразователей, использующихся в автономныхсистемах электроснабжения,Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержаший трехфазный силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного тока, трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный на трех тиристорах и трехфазном линейном дросселе, три обмотки которого соединены в звезду, причем соединенные между собой катоды тиристоров образуют положительный, а нейтраль звезды - отрицательный выходные выводыанод тиристора каждой фазы соединен с соответствующим выводом обмотки дросселя и их общая точка связана с соответствующей фазной, вторичной обмоткой силового трансформатора,и блок контроля напряжения и управления тирис 1 20 25 ЗО 35 4 О 5153 60 65 Формула из о бретени яедакт Заказ 2283 ясно тета СССРрытийая наб оми от асс 1 атент , г. Ужгород, ул. Проектная,илиал торами, отличающийсятем, что, с целью увеличения диапазона регулирования выходного напря- .жения и улучшения удельных энергетических показателей, указаннаяобщая точка связана с соответствующей фазной вторичной обмоткой силового трансформатора через емкостное токоограничивающее сопротивление,причем величина этого сопротивленияна частоте источника переменноготока равна по абсолютной величине/10 Тираж 783 ЦНИИПИ Государственног по делам изсбретений 113035, Москва, Ж, индуктивному сопротивлению обмоткидросселя, включенной в данную фазу. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 323853, кл. Н 03 К 3/53, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР 9 279784, кл. Н 02 М 7/12, 1970. 3, Авторское свидетельство СССР М 547016, кл. Н 02 М 7/06,. 1977, кина КоррекорВ, Синицк