Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

ОП РЕТЕН ТЕ Комитет Российской Федерации о натентам и товарным знакам(73) Коновалов Сергей Иванович(64) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В П(67) Использование: в преобразовате сильевскии АА; ЗНОГО ПЕОСТОЯННОЕ льной технике. 9) КЦ (11) 2 ОО 4 О 53 С1) 5 Н 02 М 5 44 Сущность ные выпря трансформ ненными с мостью. У ществляет муму ампл ставляющ мителя. 2 изобретения; устройство содержит входмители и инверторы Вторичные обмотки аторов выполнены с отпайками, соедиэлементами с двухсторонней проводи- правление ключевыми элементами осуся таким образом, чтобы свести к миниитуды низкочастотных гармонических соих спектра выходного напряжения выпря 2004053Изобретениеотносится кэлектротехни- соединенных последовательно инвертора ке и может быть использовано для непос- повышеннойчастоты, подключеиногосвоим редственного преобразования трехфазного силовым входом к выходу первого выпрями- переменного напряжения низкой частоты в теля, силового трансформатора и высокочапостоянное напряжение при построении 6 статного выпрямителя, сглаживающий источников вторичного электропитания. Фильтр, соединенный своим входом с выхоИзвестно устройство для преобразова-. дом второго входного выпрямителя и с выния переменного напряжения в постоян- ходом высокочастотного выпрямителя, а ное, Я., содержащее ключи переменного выходом подключенный к нагрузке;тока на тиристорах, которые объединены в "0 Недостатками такого устройства являдве группы и Формируют умножитель часто- ютСя отсутствие гальванической развязки тц, к выходу которого подключен последо- выходного. напряжения преобразователя с вательный 1.С-контур и первичная обмотка питающей сетью; невозможность получеоднофаэного трансформатора, вторичная ния различных номиналов выходного наобмоткакоторогосоединенаснагруэкойче- " пряжения; необходимость применения рез выпрямитель. трехфаэной сети с нулевым проводом дляК недостаткам известного устройства питания преобразователя, достаточно боль- следует отнести низкие массогабаритные шое значение мощности искажений, попоказателиидинамическиехарактеристики требляемой преобразователем из сети, из-за сравнительно невысокой частоты им иэ-эа наличия большой отсечки в кривой пульсного напряжения, формируемого ум- потребляемоготока.ножителем частоты на тиристорах, что Цель изобретения - улучшение формы приводит к достаточно большой массе и га- потребляемого от каждой фазы сети тока, баритам трансформатора и элементов .С- обеспечение возможности применения в каконтура умножителя, Кроме того, 25 чествевходногоисточникатрехфазнойсети недостатком устройства является достаточ- без нулевого провода; осуществление галь- но большие значение реактивной мощности ванической развязки выходного постоянно- и мощности искажений, потребляемых уст- го напряжения с питающей сетью и ройством от каждой Фазы первичной сети, обеспечение возможности получения раэчто обусловлено значительной несинусои- З 0 личных номиналов выходного напряжения. дальностью формы потребляемого тока, Цель достигается тем, что в известноеИзвестен регулируемый преобраэова- устройство, содержащее первый и второй тель постоянного напряжения в постоянное входные выпрямители, канал преобразова, содержащий трехфазный мостовой вы- ния, состоящий из соединенных последовапрямитель, вспомогательный однополупе- З 5 тельно инвертора повышенной частоты; риодный выпрямитель с емкостным подключенногосвоимсиловымвходомквысглаживающим Фильтром, соединенные с ходу первого входного выпрямителя, силоимпульсным регулятором напряжения по- ваго трансформатора и высокочастотного нижающего типа, выход которого соединен выпрямителя, сглаживающий фильтр, своим с входом мостового нерегулируемого двух выходом соединенный с выходными вывотактного конвертора с трансформаторным дамиустройствадляподключениянагрузки, выходом, а входом подключенный к выходу второгоНедостатками известного устройства входного выпрямителя и к выходу высокочаявляются: низкие массогабаритные показа- стотного выпрямителя, блок управления интели из-за наличия .С-Фильтра в составе 45 вертором повышенной частоты, введены импульсного регулятора напряжения; про- дополнительный высокочастотный инвертекание по активным элементам в момент тор, своим силовым входом подключенный включения значительного тока заряда кон- к выходу второго входного выпрямителя и денсатора вспомогательного выпрямителя; нагруженный нэ дополнительный силовой токовая нагрузка на нулевой провод первич трансформатор, входные выпрямители выной сети; достаточно большая величина пол- полнены в виде двухфазных мостовых выной мощности, потребляемой устройством прямителей и подключены своими входами иэ сети из-за наличия интервалов отсечки в к соответствующим входным выводам усткривой потребляемого из сети тока, ройства, на которые поступают два разныхНаиболее близким к предлагаемомуус линейнь 1 х напряжения трехфазной сети, тройству является трехфазный преобразо- вторичные обмотки трансформаторов соеватель переменного напряжения в динены согласно-последовательно и подпостоянное СЗ, содержащий первый вход- ключены к входу высокочастотного ной выпрямитель, второй входной выпрями- выпрямителя, введены два дополнительных тель канал преобразования, состоящий иэ ключевых элемента с двухсторонней прово 2004053димостью, каждый иэ которых подключен одним своим выводом к отпайке вторичной обмотки соответствующего трансформатора, а другим своим выводом - к выводу вторичной обмотки, соединенному с соответствующим входным выводом высокочастотного выпрямителя.Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, выражается в уменьшении полной потребляемой преобразователем из сети мощности, в обеспечении гальванической развязки выходного напряжения с питающей сетью, возможности получения различных номиналов выходного напряжения без существенного ухудшения массогабаритных показателей известного устройства. Кроме того, в предлагаемом устройстве нет необходимости применять в качестве входного источника трехфазную сеть с нулевым проводом.На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное; на фиг, 2 - временные диаграммы работы преобразователя,Предлагаемое устройство содержит входной выпрямитель 1, подключенный своим входом к линейному напряжению Оь трехфазной сети, инвертор 2 повышенной частоты, получающий питание с выхода выпрямителя 1 и нагруженный на первичную обмотку силового трансформатора 3, входной выпрямитель 4, подключенный по входу к линейному напряжению Оьс сети, инвертор 5 повышенной частоты, получающий питание с выхода выпрямителя 4 и нагруженный на первичную обмотку силового трансформатора 6, ключевые элементы 7 и 8 с двухсторонней проводимостью, каждый из которых подключен между отпайкой и одним из выводов вторичной обмотки соответствующих трансформаторов 3 и 6, высокочастотный выпрямитель 9, подключенный ко входу к выводам соединенных согласно-последовательно вторичных обмоток трансформаторов, сглаживающий фильтр 10, своим выходом соединенный с нагрузкой 11, а входом - с выходом выпрямителя 9, Блок 12 управления служит для управления ключевыми элементами инверторов и ключевыми элементами 7 и 8 по командам от внешнего устройства либо по величине напряжения на нагрузке.Устройство работает следующим образом, При подключении устройства к соответствующим напряжениям трехфазной сети и подаче сигналов управления от блока 12 на управляющие входы ключевых эле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ментов на выходе инвертора 2 формируется импульсное знакопеременное напряжение Ом 1 с огибающей напряжения Оаь (фиг, 2), В это время на выходе инвертора 5 формируется импульсное энакопеременное напряжение Омг с огибающей напряжения Оьс Поскольку вторичные обмотки трансформаторов 3 и 6 соединены согласно-последовательно, на вход выпрямителя 9 будет поступать напряжение Омз, представляющее собой алгебраическую сумму напряжений вторичных обмоток трансформаторов, Ключевые элементы 7 и 8 замыкаются одновременно с частотой, равной удвоенной частоте сетевого напряжения, и находятся в замкнутом состоянии в течение строго определенных временных интервалов, изменяя тем самым коэффициенты трансформации трансформаторов 3 и 6. Отпайки вторичных обмоток трансформаторов и сами трансформаторы выполнены таким образом, что обеспечивается равенство коэффициентов трансформации трансформаторов 3 и 6 как при разомкнутых, так и при замкнутых ключевых элементах 7 и 8. При этом управление ключевыми элементами 7 и 8 осуществляется таким образом, чтобы свести к минимуму амплитуды низкочастотных гармонических составляющих спектра выходного напряжения О 9 выпрямителя 9. Это достигается при выполнении трех условий; 1) выборе длительности временного интервала замкнутого состояния ключевых элементов 7 и 8, равной 0,25 Тп (Тл - период повторения сетевого напряжения); 2) середина временного интервала замкнутого состояния ключевых элементов должна совпадать с максимальным эа период значением напряжения, получаемого в результате суммирования мгновенных значений выходных напряжений выпрямителей 1 и 4; 3) для обоих трансформаторов отношение коэффициента трансформации при замкнутом ключевом элементе к коэффициенту трансформации при разомкнутом ключевом элементе должно составлять 0,6, Из 1) и 2) следует, что ключевые элементы 7 и 8 должны быть замкнуты в интервале 0,420,92 л рад. каждого полупериода для одного линейного напряжения сети, поступающего на вход выпрямителя, и в интервале 0,08 0,58 л рад. для другого линейного напряжения сети, поступающего на вход другого выпрямителя (где л - длительность полупериода одного из линейных напряжений сети). На фиг. 2 представлена временная диаграмма напряжения Оулр, подаваемого на управляющие входы ключевых элементов 7 и 8. В течение действия импульсов управления2004053 10 15 20 ключевые элементы замкнуты, чем и достигается уменьшение коэффициентов трансформации обоих трансформаторов. Таким образом, на выходе выпрямителя 9 формируется напряжение Оз с пониженным содержанием гармонических составляющих. Далее это напряженйе сглаживается до необходимого в фильтре 10 и поступает в нагрузку 11. При необходимости блок 12 управления может быть выполнен обеспечивающим стабилизацию выходного напряжения на нагрузке по методу широтно-импульсной модуляции. Применяя три таких преобразователя одинаковой мощности, каждый из которых подключен к соответствующим линейным напряжениям трехфазной сети, можно обеспечить режим Формула из об ретен и я ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий первый и второй входные выпрямители, канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты, соединенного своим силовым входом с выходом первого входного выпрямителя, и силового трансформатора, высокочастотный выпрямитель, сглаживающий фильтр, подключенный своим выходом к выходным выводам преобразователя для подключения нагрузки, а входом - к выходу высокочастотного выпрямителя, блок управления, отличающийся тем,.что входные выпрямители выполнены в виде двухфазных мостовых выпрямителей, входные выводы которых подключены к входным выводам преобразователя, на которые поступают два разных линейных напряжения трехфазной сети, введен дополнительный канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных дополнительного инвертора повышенной частоты, подключенного своим силовым входом к выходу второго входного выпрямителя, и дополнительного силового трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отпайками, соединены по симметричной нагрузки каждой фазы сети, уменьшив при этом полную мощность, потребляемую из сети. Применяя дополнительные, соединенные соответствующим образом вторичные обмотки трансформаторов, можно получать на одном преобразователе различные номиналы выходных напряжений.(56) 1, Авторское свидетельство СССР М 1568177, кл, Н 02 М 5/257, 1990,2, Бас А.А, и др, Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. М,: Радио и связь, 1987, с, 57, рис, 2.28 а.3. Авторское свидетельство СССР М 1197028, кл, Н 02 М 7/06, 1985,основным своим выводам согласно последовательно и подключены к входу высокочастотного выпрямителя, между отпайкой вторичной обмотки каждого трансформатора и выводом обмотки, соединенным с соответствующим входным выводом высокочастотного выпрямителя, включены введенные ключевые элементы с двусторонней проводимостью, блок управления 30 выполнен обеспечивающим синхронизацию с напряжениями сети, поступающими на вход преобразователя, и осуществляющим управление введенными ключевыми элементами так, что оба введенных ключевых элемента замыкаются с удвоенной частотой сетевого напряжения в течение временных интервалов, длительность которых в четыре раза меньше периода повто рения сетевого напряжения, причем середины указанных временных интервалов совпадают с максимальными значениями напряжения, получаемого в результате суммирования выходных напряжений входных выпрямителей, а отпайки вторичных обмоток обоих трансформаторов выполнены так, что при замыкании введенных ключевых элементов достигается уменьшение коэффициентов транс формации обоих трансформаторов в 1,6раза,2004053 2 Редакто атрушева ррек Заказ 332 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Составитель Техред М.Мо