Преобразователь переменного напряжения в постоянное

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИХЕСПУБЛИН 09) (И) ТИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ным тре лчавыпным о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Белопольский И.И., Репин А.М Христианов А.С. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений. М., "Энергия", 1974,с. 10,2. Казаринов И.А. Селеновые выпрямители для предприятий связи.М Связьиздат, 1952.(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕНИОРО ИАПРЯжЕИИЯ В ПОСТОЯННОЕ,содержащий девять неуправляемыхпреобразовательных элементов (вентилей) и три источника переменныхфазосдвинутых ЭДС, разделенныхна три части и формируемых, например, .на вентильных обмотках одноготрехфазного трансформатора на трехстержневом магнитопроводе с ярмаки, при этом первая и вторая частикаждого иэ источников фазосдвинутых ЭДС соединены между собой разноименными выводами, а точки соединения этих частей всех трех источников объединены между собой и обра.зуют один из выходных выводов, свободные выводы первых, и соответственно одноименные им выводы третьихчастей источников соединены междусобой по три в две общие точки через однонаправленно подключенные кэтим частям шесть вентилей, причемобщая точка соединения трех иээтих вентилей, подключенных к третьим частям источников, образуетдругой выходной вывод, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения, улучшениякоэффициентаиспользования мощности и массогабаритных и стоимостных показателей;свободные выводы третьих частейисточников объединены между соб й и соединены с общей точкой соеди.нения трех вентилей первых частей источников, свободный вывод каждой второй части которых подключен через один из остальных трех вентилей к разноименному ему выводу третьей части того же источника, причем все вентили относительно одного иэ выходных выводов имеют одинаковое направление включения, а магнитопровод формирователя фазосдвинутых ЭЦС выполнен пространственс общими для:всех трех стержней угольными ярмами. 2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью регулирования выходного нап"Оряжения, преобразовательные зле-,менты третьих частей источников выполнены управляемыми, и в качестве таких элементов установлены тиристоры, транзисторы, дроссели насыщения или герсиконы, соединенные последо- ф вательно с неуправляеьыья вентилями.3. Преобразователь по и. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения 9-кратной часто-, ты пульсации, первая, вторая и третья части каждого нз трех источников фазосдвинутых ЭДС выполнены с витковыми числами, равными соответственно 0,605; 0,47 и 0,395 относительно базового числа витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде выходного напряжения в режиме холостого хода.4. Преобразователь по пп. 1-3,- о т л и ч а ю щ и и с я тем, что объединенные электроды вентилей первых частей источников соединены с объединенньики электродами вентилей их третьих частей.5. Преобразователь по п. 4, о,ти ч а ю щ и й с я тем, что первая сть каждого из трех источников анена с витковым числом, равединице.Изобретение относится к электро-,технике и может быть использованов качестве источника постоянногонапряжения с повышенной частотойего переменной составляющей,Возможно использование устройства в случаях, когда, наряду с ука"занными условиями, требуется приналичии трехфазной сети переменного тока обеспечить нагрузку постоянным напряжением посредством возможно меньшего числа частей и числа витков вторичных (вентильных)обмоток силовых трансформаторов яриповышенном коэффициенте использования их мощности,Известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой колебания его переменной составляющей(пульсации) относительно частотыпреобразуемых ЭДС сети. Известныеустройства содержат девять преоб-,разовательных элементов (веитилей)и три источника фаэосдвинутых (ф,с,)ЭДС, формируемых на вентильныхобмотках одного трехфазного илитрех однофазных трансформаторов.При этом каждый источник ЭДС разделен на пять частей, которые совместно с остальными десятью частямидвух других источников ф.с. ЭДС соединены в три звезды, одна из которых представляет собой простую,а две другие - соединенные в обратные (левый и правый) неравноплечие .зигзаги - трехлучевые звезды. Объединенные общие точки соединения лу-чей этих звезд образуют один, аобъединенные электроды вентилей, под.ключенных однонаправленно к концамэтих лучей, - другой выходы устройства Г 1 и Г 2 3.Недостатком является плохой коэффициент использования (превышения) К : Р /Ро мощности Р источников ф.с. ЭДС (трансформаторов) относительно полезной мощности Рд,передаваемой в нагрузку, Кроме того,устройства содержат большое (равное15) число Ч частей вентильных обмоток трансформаторов, а также большое общее число витков ы этих час-2тей, Если число витков м 2 отнестик некоторому базовому числу витковю, то получаемое при этом суммарное фвитковое" число у составля-Емет ИЕаам ъ 2 ( б = 2,/а = 9,8 510(в качестве базового числа ь б принято такое число ид, амплитуда напряжения на которых равна амплитудеУ овыходного напряжения Цо в режиме холостого хода устройства).Плохое использование источниковФс. ЭДС (трансформатора) по мощности, значительное число частей егообмоток и число их витков существенно усложняет схему устройств, их1 О образовательных элементов (вентилей) и три источника переменныхф.с. ЭДС, разделенных на части иформируемых на вентильных обмотках 15 одного трехфазного трансформаторана трехстержневом магнитопроводе сярмами, при этом первая и втораячасти каждого.из источников ф.с.ЭДС соединены между собой разноименными выводами, а точки соединенияэтих частей всех источников ф.с.ЭДС объецинены между собой и обра"зуют один из выходов устройства,свободные выводы первых и соответственно одноименные им выводы третьих частей источников ф,с. ЭДСсоединены между собой ло три в двеобщие точки через однонаправленноподключенные к этим частям шесть,вентилей, причем общая точка соединения трех из этих вентилей, подключенных к третьим частям источников ф.с. ЭДС, образует другойвыход устройства (3 3.,35 40 45 50 55 60 65 конструкцию и технологию изготовления. Наряду с обусловленными этим относительно пониженными КПД и надежностью устройства указанная схем но-конструкторско-.технологическая усложненнооть отрицательно характеризует известное устройство.Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное . с 9-кратной частотой пульсации,содержащий девять неуправляемых преНедостатки заключаются н том, что устройство, содержит 12 частей источников ф.с. ЭДС (Ч 2, = 12) при их суммарном внтковом чйсле Х 1.равном 7,6, Несмотря на некоторое улучшение этих данных по сравнению с 11, указанный недостаток, обусловленный схемно-конструкторско-тех" нологической сложностью, -сохраняется. 11 ричем использование мощности источников ф.с. ЭДС здесь лучше чем в предыдущем случае,. но также недостаточное, что приводит в целом к сравнительно ухудшенным массогабаритиым и стоимостным показателям (МГСП) устройства.Известное решение не.обеспечивает также регулирования выходного напряжения без введения специальных (дополнительных) средств регулировайия, либо требует для этого выполнения всех девяти преобразовательных элементов управляемыми. Кро. ме того, выполнение магнитопровода источника формирователя Ф.с. ЭДС (трансформатора) в виде плоской трехстержневой системы приводит к асимметрии магнитной цепи, и следовательно к появлению низкочастотной модуляции выходного напряжения, ухудшению массогабаритных и стоимостных показателей сглаживающихфильтров, устройства преобразования энергии в целом.Цель изобретения н упрощение,улучшение коэфФициента использования мощности и массогабаритныхи стоимостных показателей.Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем девять неуправляеьых преобразовательных элементов (вентилей) и три источника переменныхФазосдвинутых ЭДС, разделенныхна три части и формируемых, например, на вентильных обмотках одного трехфазного трансформатора натрехстержневом магнитопроводе с ярмами, при этом первая и втораячасти каждого из источников ф,с.ЭДС соединены между собой разноименными выводами, а точки соединения этих частей всех трех источников объединены между собой и образуют один из выходных выводов,свободные выводы первых и соответственно одноименные им выводы тре,тьих частей источников соединенымежду собой по три в две общие точки через однонаправленно подключенные к этим частям шесть вентилей,причем общая точка соединения трехиз этих вентилей, подключенных ктретьим частям источников, образует другой выходной вывод, свободныевыводы третьих частей источниковобъединены между собой и соединеныс общей точкой соединения трех вентилей первых частей источников, свободнь 1 й вывод каждой второй частикоторых подключен через один из остальных трех вентилей к разноименному ему выводу третьей части тогоже источника, причем все вентилиотносительно одного иэ выходных выводов имеют одинаковое направлениевключения, а магнитопровод рормирователя ф.с ЭДС выполнен пространственным с общими для всех трехстержней треугольньии ярмами.Кроме того, с целью регулирования вьпщдного напряжения, преобразовательные эдеМенты третьих частейисточников выполнены управляемыми,и в качестве таких элементов установлены .тиристоры, транзисторы, дроссели насыщения или герсиконы, соединенные последовательно с. неуправляемыми вентилями,С целью обеспечения 9-кратнойчастоты пульсации первая, втораяи третья части каждого из трех источников Ф.с. ЭДС выполнены с витковыми числами, равными соответственно 0,605; 0,347 и 0,395 относительно базового числа витков с амплитудой напряжения на них, равнойамплитуде вьнсодного напряжения врежиме холостого хода. Кроме того . в устройстве объединенные электроды вентилей первых частей источников соединены с объединенными электродами вентилей их третьих частей.Причем первая часть каждого иэтрех источников выполнена с витковым числом, равным единице.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства на фиг. 2 - векторная диаграмО ма формирования тохообразующих ЭДСЯц,( ц 1,9), поясняющая принципего действия, в скобках показанывентили, работающие при действиисоответствующей ЭДС.15 устройство (фиг. Х) содержитдевять преобразовательных элементов (вентилей) 1-9 и три источника 10-12 .переменных Ф,с. ЭДС, разделенных каждая на три части: 13-21,;щ (а.1, а , аЬ , Ь 2, Ьз, , 2,).Источники 10-12 Ф,с. ЭДС Формируются, например, на вторичных (вентильных) обмотках одного трехфазного или трех однофазных трансфор 25 маторов на магнитопроводе 22, первичные (сетевые) обмотки которыхдля простоты не показаны,При этом две части 13 и 16 14и 17, 15 и 18 (а., а, Ь 1, Ь 2, с 1с 2) источников 10-12 Ф.с; ЭДС гальЗО ванически соединены между собой разноименными выводами, а объединенныеточки соединения этих частей всех .трех источников Ф.с. ЭДС образуютвыходной вывод 23 устройства с подЗ 5 ключенной к нему нагрузкой 24. Свободные выводы первых частей 13-15(соответственно, одноименные им выводы третьих частей 19-21) источников Ф,с, ЭДС соединены между со 40 бой через однонаправленно подключенные к ним три вентиля 1, 5 и 8(2, 4 и.7). Общая точка соединения вентилей 2, 4 и 7, подключенных к третьим частям 19-21, образу 45 ет выходной вывод 25 устройства, ккоторому подключена нагрузка 24.Выводы третьих частей 19-21 источников 10-12 ф.с. ЭДС объединенымежду собой и соединены с общей точ.о кой соединения трех вентилей 1,5 и 8 первых частей,13-15. Выводывторых частей .16-18 источников под,ключены через вентили 6, 9 и 3 кразноименным выводам третьих час-тей 19, 20 и 21 того же источникаф.с. ЭДС. Причем все вентили 1-9относительно одного из выходныхвыводов 25 имеют одинаковое направление включения.Преобразователь работает следую 60 щим образом.Пусть в данный момент наибольшееположительное значение относителЬно выходного вывода 25 имеет ф.с.ЭДС источника 10. Тогда, под дейст 5 вием суммаРного значения ЭДС еечастей 13, 19 (а, а ), формирующихпервую токообразующую ЭДС 5(фиг.2), открыты вентили 1 и 2. Через нагрузку 24 протекает ток по контуру: часть 13 - вентиль 1 - часть 19 вентиль 2 - нагрузка 24 - часть 13,Затем вступает .в работу токообразующая ЭДС 52, представляющая собой векторную сумму ЭДС трех частей 18, 21, 19 (с, с , а , фиг. 2) ф.с. ЭДС источников 12 и 10. Под действием 52 открывается вентиль3, а вентиль 1 закрывается.обра- зующимися на нем обратным напряжением. Контур токопрохождения в этом случае содержит: часть 18 - вентиль 3 - часть 21 - честь 19 - вентиль 2 - нагрузку 24 в ., часть 18.В дальнейшем аналогично формиру" ются остальные токообразующие ЭДС 5 ц, ( М =19), амплитуды которых могут быть одинаковыми, а их фазовый сдвиг равным 20 эл,град. относительно друг друга, если первую, вторую и третью части каждого из трех источников ф,с. ЭДС выполнить с витковым числом, равным, соответственно, 0,605, 0,347 и 0,395 от" носительно базового числа витков ы с амплитудой Оыо выходного напряжения 00 в режиме холостого ходаао = 8 д = 5 а м Е = чае иаа) фКак видно из лепестковой диаграммы, показанной точками на фиг. 2 кратность П частоты пульсаций выходного напряжения (напряжения на нагрузке 24) равна в этом случаедевяти (П. Суммарное витковое число Ч 1 всех частей 13-21 при общем числе частей Ч 2 =9 составит И(= 3(0,605 + 0,347 + 0,395)40419 й 4 05.Таким образом, сравнительно высокая частота пульсаций выходного напряжения, а также ее относительно низкий уровень сохранены в предлагаемом устройстве, и вместе с тем, данное положительное свойство достигнуто при меньшем числе частей источников ф,с. ЭДС - на 3 части или в 1,33 раза меньше, чем в известном устройстве, при одновременном меньшем суммарном числе их витков - выигрыш составляет 3,55 ч, витков или в 1,87 раза меньше, чем в известном устройстве.Кроме того, ток нагрузки в разные отрезки времени протекает через каждую часть 19-21 источников10-12 ф,с. ЭДС в двух направлениях - первоначально в одном, а затем в противоположном, в связи с чем про" цесс перемагничивания магнитопровода в предлагаемом устройстве происходит более благоприятно, чем в известном , в котором ток через час. ти источников ф.с, ЭДС протекает лишь в одном направлении. Этим также снижается расход активных материалов,Благодаря установленным новымсвязям частей 13-18 с частями 19-21длительность работы каждой из частей 19-21 обеспечена оавной 200 эл,град. (фиг. 2), что, по отношениюк 40 эл, град. в известном устройстве в 5 раз больше.Поскольку вентили 24 и 7 поочередно участвуют в формировании всех,530 меньше, а число витков в 1,45 раз меньше, чем в известном устройстве и, следовательно, масса, габариты, стоимость данной реализации устройства также лучше.Можно достичь дальнейшего улучшения МГСП, если магнитопровод трансформатора выполнить пространстве.но трехстержневым с общими для всех стержней треугольными ярмами. В этом случае устраняетсяасимметрия магнитной цепи, присущая известному решению, чем улучшаются ИГСП сглаживающих фильтров 65 девяти токообразующих ЭДС, то дляцелей регулирования (стабилизации)выходного напряжения можно выполнить управляемыми именно эти тривентильных плеча, Такое решениеявляется более постым техническии более выгодным экономически, чем,например, стабилизация напряженияпосредством специального устройства (стабилизатора), устанавливаемого в известных схемах на выходепреобразователя последовательнос нагрузкойПри этом в качествеуправляемых элементов могут бытьустановлены транзисторы, тиристоры либо последовательно соединенные с неуправляемыми вентиляМи герсиконы или дроссели насыщения, что,благодаря совмещению двух функций(преобразования и регулирования) ЗО в одном элеменТе против двух в известных схемах, преимущественнеепо энергетике, а также по надежности и КПД.Наряду с рассмотренным выше ре-35 шением девятикратную частоту пульсации можно обоспечить также в случае, если объединенные электродывентилей 1, 5 и 8 соединить (какэто показано на фиг, 1 пунктирной 4 О линией) с объединенными электроцами вентилей 2, 4 и 7 (выходным выводом 25), а каждую из частей13-15 выполнить с витковым числом,равным единице. В этом случае токообразующие ЭДС , 54, 5(фиг,2формируются непосредственно частями 13-15 без сложения нх с частями 19-21, как было ранее, Ток нагрузки через части 19-21 по-прежнему протекает в двух направлениях,общее число частей источников ф.с.ЭДС в этом варианте в 1,33 раз