Устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения

двтоктно-техннчесяцВбвбВГО;Еца МБА Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 191076 (21) 2413019/24-07с присоединением заявки Ио(51)М, "(л,Н 02 Р 3/14 Государственный комитет СССР по дедам нзобретеннй н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом электроприноде переменного тока.Известно устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения содержащее тиристорный преобразователь, дроссель-делитель напряжения, катушки которого расположены на общем магнитопроводе, включены 10 нстречно друг другу и подключены своими входами к выходам соответстнующих им ключей, а ныходами - к положительному выводу для подключения нагрузки 1). 15Однако это устройство не обеспечивает необходимой плавности регулирования в широких пределах.Наиболее близким к изобретению является устройство для плавного 20 регулирования выпрямленного напряжения. Оно содержит силовой трансформатор, группу полууправляемых выпрямительных мостон, включенных параллельно соответствующим зонным секциям 25 вторичной обмотки силового трансформатора. Относительно. друг друга эти мосты включены последовательно 21.Однако регулиронание в такой схеме начинается с постепенного повышения 39 выходного напряжения одного из мостов, а в остальных мостах ток нагрузки протекает последовательно через все управляемые плечи. Поэтому диоды этих мостов должны быть рассчитаны не на половинный, как тиристоры,а на полный ток нагрузки, При большой мощности нагрузки в этой схеме требуется установка параллельных цепочек как тиристоров, так и диодов, а следовательно, обеспечения мер ранномерного токораспределения между ними.После полного открытия одного моста начинается отпирание управляемых плеч второго моста и его напряжение планно прибавляется к напряжению первого моста и т.д. При такой последовательности работы мостов их тиристоры будут нагружаться неравномерно, Тиристоры первого моста будут работать с полной нагрузкой на всех зонах регулирования, начиная с конца первой, а тиристоры последнего ныйдут на полный ток нагрузки только в конце последней зоны регулирования. Такое неравномерное распределение нагрузки между тиристорами мостов ухудшает общий коэффициент их использования и завышает устано. - вочную их мощность. Кроме того, 743146сглаживающий дроссель, включе ныйпоследовательно с нагрузкой и служащий для ограничения в допустимыхпределах пульсаций тока, получаетсяпри большой мощности нагрузки слиш,ком громоздким, так как сечение егомагнитопровода в данном случае выбирается с учетом, как постоянной,так и переменной составляющей токанагрузки. Недостатком этого устройства является также необходимостьсекционирования вторичной обмоткитрансформатора. 10 Цель изобретения - упрощениеустройства и повышение ее техникоэкономической эффективности,Цель достигается тем, что устройство для плавного регулированиявьпрямленного напряжения, содержащеегруппу мостовых выпрямителей, подключенных через силовой трансформатор квыводам для подключения к сети переменного тока, а диагональ выпрямленного Напряжения связана с положительным и отрицательным выводамидля подключения нагрузки, снабженодвумя дросселями с количеством магнитосвяэанных, расположенных наотдельных стержнях общего пространственного магнитопровода обмоток,равным количеству используемых мостов,причем все мостовые выпрямители 30подключены параллельно к выводамвторичной обмотки силового трансформатора, катоды мостовых выпрямителей подключены к началам катушекпервого дросселя, концы которых 35подключены к попожительному выводудля подключения нагрузки, аноды мостовых выпрямителей подключены к началам катушек второго дросселя,концы которых подключены к отрицательному выводу для подключения нагрузкиНа чертеже представлена схемаустройства,Устройство содержит полууправляемые мостовые выпрямители 1-4, с диодами 5-12 и тиристорами 13-20, силовой трансформатор 21, дроссель 22с обмотками 23-26, дроссель 27с обмотками 28-31, положительный вывод 32 и отрицательный вывод 33 50для подключения нагрузки 34.Устройство работает следующим образом.Плавное регулирование выпрямленного напряжения на нагрузке осуществляется на каждой зоне за счет плавно%о.изменения угла включения тиристоров в пределах полуволны синусоидынапряжения. Однако в отличие от известного устройства, позонное деление выпрямленного напряжения в предлагаемой схеме осуществляется не засчет секционирования вторичной обмотки силового трансформатора, ас помощью сглаживающих дросселей,выступающих при определенном алго ритме управления тиристорами мостовв роли делителей напряжения. Так,например, если в пределах каждойполуволны напряжения включать только по одному тиристору, то тогдаамплитуда выпрямленного напряжения на нагрузке будет во столько разменьше полной амплитуды напряжениявторичной обмотки трансформатора,сколько катушек имеет один сглаживающий дроссель, Это объясняется тем,что при включении одного из тиристоров схемы, например, тиристора 13,запирается только один, соответствующий включенному тиристору диод 5,а остальные диоды схемы остаются впроводящем состоянии. Поэтому катушка 23 по отношению к напряжению вторичной обмотки трансформатора оказывается последовательно включенной скатушкой 24-26, которые между собойиэ-эа открытых диодов 7, 9 и 11включены параллельно,Так как эквивалентная индуктивность катушек 24-26 в данном случае примерно в три раза меньше индуктивности обмотки 23, то к ним, а следовательно и к нагрузке, прилагается только 1/4 напряжения вторичной обмотки трансформатора, а 3/4 напряжения прилагается к обмотке 23. В другой отрицательный полупериод, когда ЭДС вторичной обмотки изменяет направление, роль делителя напряжения выполняет уже второй выходной дроссель, а первый дроссель выступает в качестве накопителя энергии. Так, например, при включении тиристора 14, запирается только один, соответствующий ему диод 6, а остальные диоды схемы находятся в проводящем состоянии, Поэтому катушки 18-30 дросселя 27 оказываются по отношению к напряжению вторичной обмотки трансформатора параллельно включенными относительно друг друга и последовательно с катушкой 31. Следовательно, к ним, а также к нагрузке, и в этом полупериоде прикладывается только одна четвертая часть напряжения вторичной обмотки трансформатора, а 3/4 - к обмотке 31. В следующий полу- период, когда открывается тиристор 15 уже второго полууправляемого выпрямителя 2, делителем напряжения снова оказывается дроссель 22, а дроссель 27 становится накопителем. Только теперь 3/4 напряжения вторичной обмотки трансформатора воспринимает на себя уже вторая обмотка 24, а обмотка 23 подключится теперь парал. лельно обмоткам 25 и 26 и поэтому снова к этим обмоткам, а вместе с ними и к нагрузке, будет прикладываться только 1/4 часть напряжения, Итак, включая поочередно тиристоры всех мостов и изменяя угол регулирования в пределах соответствующих743146 10 15 20 им полупериодов,данная схема позволяет реализовать первую зону с пониженным в и раз напряжением на нагрузке относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора гдее и - количество мостовых выпрямителей схемы, Если же теперь в пределах каждой полувалны включать по два однополярных тиристора разноименных мостов, причем один с постоянным максимальным углом регулирования, а другой с изменяемым от О до 180 электрических градусов, то амплитуда выпрямленного напряжения на нагрузке по сравнению с амплитудой на первой зоне, увеличится в два раза. Это объясняется перераспределением эквивалентной индуктивности катушек сглаживающих дросселей отнрсительно их общих средних точек к которым подсоединяется нагрузка. Так, например, если тиристор 13включить вначале полуволны синусоиды, то до момента включения в этомже полупериоде тиристора 15 напряжение на нагрузке нарастает по синусоиде с амплитудой, равной 1/4 амплитуды напряжения вторичной обмоткитрансформатора. В момент включениятиристора 15 запирается диод 7 икатушка 24 автоматически подключается 30н параллель с катушкой 13. Такимобразом, соотношение эквивалентныхиндуктивностей катушек дросселя 22,включенных в цепи открытых тиристоров 13 и 14 и в цепи открытых диодов 9 и 11, уменьшается и становитсяв данном случае равным 1. При такомсоотнсшении эквивалентных индуктивностей катушек дросселя 22 напряжение вторичной обмотки трансформатора 40делится пополам относительно ихобщей средней точки и поэтому к нагрузке, в этом случае, прикладывается только его половина.В следующий отрицательный полупериод, когда открывается тиристор16 и запирается диод 8, в выходномдросселе 27 таким же образом произойдет перераспределение эквивалентных индуктивностей, катушек относительно их общей средней точки, к которойподсоединяется нагрузка. Поэтому и вотрицательный полупериод к нагрузкеприкладывается только 1/2 часть выходного напряжения вторичной обмоткитрансформатора, Если же теперь в пределах одного полупериода включатсяпо три однополярных тиристора разноименных мостов, то данная схема обеспечит третью зону плавного регулирования выпрямленного напряжения на 60нагрузке с амплитудой равной 3/4 амплитуды напряжения вторичной обмоткитрансформатора,В общем случае, количество зонопределяется количеством мостовых 65 выпрямителей, и чем их больше, тем мельче эоны и, следовательно, лучший коэффициент использования мощности, меньше пульсации тока в нагрузке, а так же и в источнике питания, Однако количество мостовых выпрямителей рационально выбирать иэ условия обеспечения только последовательного включения тиристоров и диодов н плечах мостов (т.е. без параллельных их цепочек) .Устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения отличается прежде всего тем, что токовая нагрузка тиристоров схемы, вследствие параллельной работы мостовых выпрямителей на всех зонах, увеличивается постепенно и равномерно от первой и до последней зоны. И только при полной реализации последней зоны регулирования ток в тиристорах мостовых выпрямителей достигает максимума. При этом тиристоры первого моста уже после реализации первой зоны нагружаются максимальным током, равным половинному току тяговых днигателей, в то время как у предлагаемой схемы токовая нагрузка всех тиристоров даже на последней зоне регулирования в и раз меньше половинной нагрузкиТоковая нагрузка диодов в предлагае- мой схеме также в и раз меньше полного тока нагрузки. Таким образом, при .одной и той же мощности нагрузки и одинаковом количестве зон регулирования, представляется возможным для предлагаемого устройства использовать тиристоры и диоды с номинальным током в и раз меньшим, а диоды - в 2 и раза меньшим, чем для известного, что, естественно, удешевляет предлагаемую схему, Кроме того, в предлагаемом устройстве даже при большей мсс,ности .нагрузки всегда можно обойтись только последовательным включением тиристорон и диодов в плечах мостовых выпрямителей за счет увеличения количества зон регулирования, в то время как у известного устройства токовая нагрузка вентилей не зависит от числа этих эон и поэтому для реализации полного тока нагрузки требуется установка параллельных цепочек тиристорон и диодов в.плечах мостов, а также применения специальных устройств для обеспечения равномерного токо- распределения между ними,Достоинства схемы заключаются н том, что в отличие от известного устройСтва не требуется секционирования вторичной ,обмотки трансформатора, что упройает его конструкцию и позволяет унифицировать его для различных типов ЭДС.Кроме того, сглаживающие дроссели, выполненные по предлагаемой схемб, обеспечивают лучшее сглаживание743146 Формула изобретения ставитель Л,Шилхред О, Дюлай ек тор С,Шекмар етрушк дак аж 783ногоенийРаушс аз 362 Ти И Государств делам изобр Москва, Жписно омитета СССРоткрытийая наб д. 4/5 НИ 1303 Филиал ППП Патент.,г . Ужгород, ул, Проектная,тока нагрузки и имеют меньшие весовыепоказатели, по сравнению с известным устройством, эа счет того, чтосечение их магнитопроводов выбирается без учета постоянной составляющейтока в катушках этих дросселей, средняя величина которого в и раз меньшетока нагрузки. Устройство для плавного регулиро 1 О ,ваиия выпрямленного напряжения, содержащее группу полууправляемых мостовых выпрямителей, подключенных через силовой трансформатор к выводам для подключения к сети переменного тока а диагональ выпрямленного напряжения связана с положительным и отрицательным выводами для подключения нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я чем, что, с целью повышения технико .экономической эффективности, оно снабжено двумя дросселями с количеством магнитосвяэанных, расположенных на отдельных стержнях общего пространственного магнитопровода обмоток,равным количеству используемых мостовых выпрямителей, причем все мостовые выпрямители подключены параллельно к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, катоды мостовых выпрямителей подключены к началам катушек первого дросселя, концыкоторых подключены к положительномувыводу для подключения нагрузки,аноды выпрямительных мостов подключены к началам второго дросселя,концы которых подключены к отрицательному выводу для подключения нагрузки,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Тихменев Б,Н, Электроподвижный состав с полупроводниковыми преобразователями. М., Транспорт,1967, с,90-,104,2, Авторское свидетельство СССР9426889, кл. Н 02 Р 3/14, 1972