Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

(51)5 Н 02 М 7/17 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Азербайджанский политехнический институт им. Ч. Ильдрыма(56) Авторское свидетельство СССРР 995240, кл. Н 02 М 7/12, 1981,Авторское свидетельство СССРМ 1457124, кл. Н 02 М 7/17, 1987,(54) ПРЕОЬРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано присильноточном низковольтном многопульсЫ 15805 ном выпрямлении с малым числом диодов. Цель изобретения - повышение КПД, Эффект достигается таким образом, что в процессе формирования на выходе устройства двенадцатипульсного напряжения к первичным обмоткам однофазных трансформаторов 13 и 14 через соответствующие тиристоры 1 - 12 поочередно прикладываются линейные и фазные напряжения сети, При этом роль соотношения чисел витков этих обмоток заключается в том, что линейное напряжение, в Л раз большее фазного напряжения, прикладывается к Л раэ большему числу витков, В результате амплитуда магнитного потока каждого трансформатора при переключении напряжений остается постоянной независимо от числа трансформаторов, работающих в каждом интервале дискретности.2 ил,10 20 Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при сильноточном низковольтном многопульсном выпрямлении с малым числом диодов,Цель изобретения - повышение КПД.На фиг. 1 приведена принципиальная схема первого частного исполнения преобразователя; на фиг. 2 - то же, второго част- Нога исполнения.Преобразователь (фиг. 1) содержит тиристоры 1-12, попарно образующие шесть ,гвухполюсников, однофазные тоансформаторы 13 и 14 и диоды 15 - 18, Отпайки перЛвичных обмоток 19 и 20 от -)- части витков каждой обмотки, отсчитываемой от ее начала (конца), подключенного к входному выводу фазы А(С), соединены через первый Двухполюсник, образованный встречно-параллельно включенной парой тиристоров 3 и 9. Конец (начало) первичной обмотки 19 (20) через встречно-параллельна включенНу 1 о пару тиристоров 2, 8 (4, 10) (второй и третий двухполюсники) подключен к нулевому входному выводу, а через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 1, 1 (5, 11) (пятый и шестой двухполюсники) соединен с концом обмотки 21 трансформатора 13, Начало обмотки 21 соединено с началом обмотки 22 трансформаора 14, конец которой через встречно-параллельно йключенную пару тиристоров 6 и 12 подклюЧен к нулевому входному выводу. Конец обмотки 21 соединен с началом обмотки 23 )рансформатора 13, а начало обмотки 24 - с входным выводом фазы В. Число витков первичной обмотки 21 (23) равно числу вит(ов первичной обмотки 22 (24) и составляет 0,134 часть (0,366 часть) числа витков первичной обмотки 19 или 20. Начало вторичной обмотки 25 (26) трансформатора 13 ,14) подключено к катоду диода 15 (16), а конец подкл 1 очен к катоду диода 17 (18), Аноды диодов соединены с отрицательным вывоДом 27 выпрямителя, положительный вывод 28 которого образован отпайками вторичных обмоток 25 и 26, делящими их витки на равные части.Преобразователь работает следу 1 ощимобразом,Допустим, что открыт тиристор 12 от прикладываемого к нему напряжения сети Оов между нулевым и фазным входными выводами О и В, и ток первичных фаэных обмоток 21-24 протекает через тиристор 12 от конца к началу обмотки 22 от начала к концу обмоток 21 и 23 и от конца к началу обмотки 24. Одновременно ток нагрузки (не показана) протекает между выходными выводами 28 и 27, далее разветвляется на дверавные части, одна иэ 1(оторых протекает через диод 17 от конца к отпайке обмотки 25, а другая - через диод 16 от начала к отпайке обмотки 26.Через ЗО эл, град, отпирается тиристор 1 ст прикладываемого к нему напряжения сети Одв между фазными входными выводамл А и В, а тиристор 12 эапи,",ается вследствие того, что иэ-за трансформаторной связи между обмотками 19, 23 и 21 (24 и 22) к нему прикладывается обратное напряжение, При этсм то 1( нагрузки продолжает протекагь через диоды 16 и 17,Через 30 зл.град, от.1 ираегся тиристор 2, а тиристор 11 запи)ае) с 1 Обра 1 ным напряжением, прикладываемым к нему вследствие трансформаторной связи между обмотками 19 и 23, Кроме того, иэ-за трансформаторной связи между обмотками 19 и 25 потенциал анода относительно катода диода 17 становится больше, чем у,циода 16, коорый запирается и обесточивает обмотки 24, 23 и тиристор 12. В результате весь ток нагрузкл протекает через диод 17 от конца к отпайке обмотки 25, между выходными выводами 28 и 27, а ток первичной обмотки 19 протекает от ее начала к концу через тиристор 2. Через 30 зл,говд, отпирается тиристор 3, а тиристор 2 запирается вследствие авто- трансформаторной связи между частями обмотки 19, Первичный ток протекает через тиристор 3 от начала к отпайке обмотки 19 и от отпайки к концу обмотки 20. При этом ток нагрузки разветвляется на две равные части, одна из которых протекает через диод 17, а другая - через диод 18.Через 30 эл,град, отпирается тиристор 4, а к тирйстору Зприкладывается обратное напряжение между входными выводами О и А, Кроме того, при отпирании тиристора 4 потенциал анода относительно катода диода 18 становится больше, чем у диода 17,который запирается и обесточивает трансфо 1)матор 13 и тиристор 3, В результате весь ток нагрузки протекает через диод 18, а первичный фазный ток - через тиристор 4 от начала к концу обмотки 20,Через ЗО эл,град. отпирается тиристор 5, а тиристор 4 запирается вследствие того,что из-за трансформаторной связи ме)кду обмотками 24 и 20 к нему прикладывается обратное напряжение. Первичный ток протекает через тиристор 5 от начала к концу обмотки 24, от конца к началу обмотки 23 и от ачала к концу обмотки 20. При этом ток нагрузки разветвляется на две равные части, одна из которь 1 х поодолжает протекатьчерез диод 18, а другая начинает протекать через диод 15.Через 30 эл.град. отпирается тиристор 6, а тиристор 5 запирается вследствие того, что из-за трансформаторной связи между обмотками 22 и 20,24, а также 21 и 23 к нему прикладывается обратное напряжение, Первичный ток протекает через тиристор 6 от начала к концу обмотки 24, от конца к началу обмоток 23 и 21 и от начала к концу обмотки 22. При этом ток нагрузки продолжает протекать через диоды 15 и 18.Очередность включения тиристоров 1 - 12 соответствует их нумерации, При этом очередность включения диодов следующая: 16-17, 16-17, 17, 17-18, 18, 15-18, 15-18, 15-18, 15,15-16, 16, 16-17.В процессе формирования на выходе выпрямителя 12-пульсного напряжения к первичным обмоткам трансформаторов через соответствующие тиристоры поочередно прикладываются линейные и фазные напряжения сети. При этом роль соотношения чисел витков этих обмоток заключается в том, что линейное напряжение, в 3 раз большее фазного напряжения, прикладывается к УЗ раз большему числу витков. Так, например, линейное напряжение Овс между фазными входными выводами В и С прикладывается к первичным обмоткам 20, 24 и 23, сумма приведенных чисел витков которых равна3 - 1 Г 3 - 11+2 2+ - /3,а фазное напряжение Оео между фазным и нулевым входным выводами В и О прикладывается к первичным обмоткам 24, 23, 21 и 22, сумма приведенных чисел витков которых равйа Ю - 1 + Ж - 1 2 - /,Г 2 - /Э результате амплитуда магнитного потока каждого трансформатора при переключении напряжений остается постоянной, независимо от числа трансформаторов, работающих в каждом интервале дискретности.Преобразователь (фиг. 2) содержит тиристоры 1 - 12, попарно образующие шесть двухполюсников, однофазные трансформаторы 13 и 14 и диоды 15-18. Отпайки первичных обмоток 19 и 20 от части витковЛкаждой обмотки, отсчитываемой от ее начала, подключенного соответственно к входному выводу А и В, соединены через первый двухполюсник, образованный встречно - параллельно включенной парой тиристоров 1 и 7. Конец. первичной обмотки 19 (20) через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 2 и 8 (6, 12) (второй и третий двухполюсники) подключен к нулевому входному выводу, а через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 3, 9 (5, 11) (пятый и шестой двухполюсники) соединен с 5 концом обмотки 21 трансформатора 13. Начало обмотки 21 соединено с концом обмотки 22 трансформатора 14, начало которой через встречно-параллельно включенную пару тиристоров 4, 10 (четвертый двухпо люсник) подключено к нулевому входномувыводу, Конец обмотки 21 соединен с началом обмотки 23 трансформатора 13, конец обмотки 23 - с началом обмотки 24 трансформатора 14, а конец обмотки 24 - с вход ным выводом фазы С. Число витковпервичной обмотки 21 (23) равно числу витков первичной обмотки 22 (24) и составляет 0,134 часть (0,366 часть) числа витков первичной обмотки.19 или 20.20 Начало вторичной обмотки 25 (26)трансформатора 13 (14) подключено к катоду диода 15 (16), а конец - к катоду диода 17 (1 8). Аноды диодов соединены с отрицательным выводом 27 выпрямителя, положитель ный вывод 28 которого образованотпайками вторичных обмоток 25 и 26, делящими их витки на равные части.Устройство по фиг. 2 работает аналогично устройству по фиг. 1. При этом очеред ность включения тиристоров такжесоответствует их нумерации. Амплитуда и длительность тока в одинаково обозначенных обмотках трансформаторов и вентилях одинаковы.35 Повышение КПД достигается эа счетуменьшения активных потерь в трансформаторах и диодах вследствие более экономичного режима работы обмоток трансформаторов по току и напряжению, а 40 диодов - по току. Например, сопоставлениеочередности включения диодов показывает, что в известном преобразователе угол проводимости диода равен 120 эл.град., а форма его тока содержит четыре пульсации, по 45 30 эл.град., причем амплитуда каждой промежуточной пульсации равна сумме амплитуд крайних пульсаций. В предложенном преобразователе угол проводимости диода равен 150 эл.град., а форма его тока содер жит 5 пульсаций. по 30 эл. град., причемамплитуда только одной из промежуточных пульсаций равна сумме амплитуд любых двух других его пульсаций. Так как амплитуды больших пульсаций тока. равны амплиту де тока нагрузки, то среднее значение токадиода в предложенном и известном преобразователях равны, а действующее в предложенном в 1,118 раз меньше. Соответственно меньше е 1,118 раз коэффициент формы Кф тока диода, а также и действую щее значение тока вторичной обмотки трансформатора. Это приводит к снижению пОтерь мощности В диодах прОпорционапьно квадрату Кф, входящему в виде множителя в слагаемое его основных потерь, а также ВО вторичных обмотках трансформаторов. Уменьшается и расчетная мощность вторичных обмоток,Соотношение активных потерь в первичных обмотках известного и предлагаемого преобразователей пропорционально сОотношению расчетных мощностей этих Обмоток. Исходя иэ того, что в сопоставляемых устройствах одноименные обмотки Я 1, И/2 имеют одинаковые приведеннце числа В 4 тков ирежимы работы по току, в предпагемом преобразователе по сравнению с известным отсутствует обмотка Яз с приведенным числом витков Яз = 0,732 0 й 1+ Я 2) и с (.Г раэ меньшим током, чем обмотка Я 4, з обмотка Я 4 разделена на две части Я 4.1 и М/4.2 меньшая иэ которых Я 4,1 Обтекается таким же током, как и обмотка Я 4, а большая Я 42 в Л раз большим, можно3рассчитать, что в итоге расчетная мощность первичных обмоток трансформаторов в предлагаемом преобразователе оказываетСя в 1.22 раза меньше, чем в известном, Анализ показывает, что пооисходиг это, несмотря на повышение в Ч" раз расчетной"3мощности в обмотке Я 4.2, именно из-за уменьшения приведенного числа Витков первичных обмоток каждого трансформатора на Яз,Предлагаемое техническое решение допускает возможность выполнения Вторичной стороны преобразователя также и по двухполупериодной схеме выпрямпения.При этом вторичная обмотка каждого Однофазного трансформатора подключается к входу соответствующего мостового выпрямителя, выходы которых подключаются к общей нагрузке. Это приводит к упрощению конструктивного исполнения и уменьшению расчетной мощности трансформатора, однако удваивает число диодов. Сопоставление известного и предпагаемого преобразователей при удвоенном числе диодов показывает, что в последнем КПД выше за счет уменьшения активных потерь и в трансформаторах, и в диодах. В предлагаемом преобразователеимеется Возможность подключения как к естественному, так и к искусственному нулевому Входному Выводу, образованному5 нейтрзлью первичных фаэных Обмоток ДОполнительного маломощного трехфазноготрансформатора, подключенного к фаэнымвхоДным ВыВОДзм, При зт 1"м Вторичныефззные Обмотки этого трансформатора мо 10 гут быть соединены в треугольник.Техническим преимуществом и редлагземого решения является меньшее приведенное висло витков первичных обмотоккаждого трансформатора на величину, рав 15 нУО 0,732%Ч+ Я 2),Формула изобре генияПреобразователь трехфазного переменного напряжения в постсянное, содержащий шесть двухпопюсников, вц полненных20 в виде встречно-параллельно включенныхуправляемых вентилей, двз однофазныхтрансформатора со Вторичными фазнымиОбмотками, одлюченнми к Входам Однофазных выпрямителей, ВыхОды которых со 25 единень параллельно, образуя выпрямительс числом Вентилей, кратным четырем, с двумяпервыми первичными фазными оомотками,подключенными одной парой разноименньх ипи одноименных крайних Выводов30 обеих обмоток к двум фазным входным Вы-.ВОдзм, промежуточным Выводами О ъ Ичасти их витков. отсчитываемых от указанных фазных входных Выводов, - к первомудвухполюснику, а другой парой крайних вы 35 водов через второй и третий двухполюсники - к нулевому входному выводу,с двумяВторыми соответственно Встречно ипи согласно-последовательно Включенными перВичными фазнь ми обмотками, образующими40 с четвертым двухполюсником последовательную цепь, включенную между нулевымвходным выводом и общей точкой пятого ишестого двухполюсников, с двумя третьимипервичными фазными обмотками, о т л и 45 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияКПД, третьи первичные фаэнце обмотки соединены соответственно встречно или соФгласно-поспедовательно и включены междутретьим фазным входным выводом и Общей50 точкой пятого и шестого двухпопюсников,свободнце выводы которых подключены соответственно к второму и третьему двухполюсникам, причем соотношение чиселвитков первои, второй и третьей первичнцх55 фазных обмоток равно 1:(2-3 )/2: 3 - 1)/2.1580508 Составитель Е.Мельниковамакова Техред М.Моргентал Корректор И. Муска Редак оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,Заказ 2020 Тираж 498 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5