Преобразователь многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 11729782е(22) Заявлено 161276 (21) 2430042/24-07с присоединением заявки Мо(51)М, Кл.2 Н 02 М 7/145 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МНОГОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ ПОСТОЯННОЕ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регуляторах,и стабилизаторах постоянного напряжения, а также в электроприводе постоянного тока с глубоким регулированием.В связи с появлением мощных высокочастотных тиристоров все большее распространение получают регуляторы постоянного напряжения с повышенными частотами коммутации, при которых существенно снижаются весогабаритные показатели силовых Фильтров. Устройства, основанные на широтно- импульсном регулировании с помощью 15 принудительной коммутации мостового трехфазного управляемого выпрямителя, выполняют по схеме: силовой трехфазный трансформатор, мостовой трехФазный управляемый выпрямитель, узел 20 принудительной коммутации, Фильтр, нагрузка 1).Такие устройства обладают повышенными энергетическими показателями, Кроме того, благодаря повышенным 1 25 частотам коммутации удается более эффективно испольэовать облегченные фильтры и уменьшить влияние коммутационных процессов на питающую сеть. Эти устройства преобразуют Щ энергию сети переменного тока в энергию постоянного тока при помощи коммутации на повышенной частоте ключевых элементов схемы. Однако силовые трансформаторы рассчитаны на низкую частоту и имеют габариты и вес значительно большие, чем трансформаторы той же мощности, но расчитанные на частоту, равную, частоте коммутации.Известны также устройства для преобразования многофазного или одноФазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным звеном повышенной частоты. Применение звена повышенной частоты позволяет существенно уменьшить весогабаритные показатели согласующего силового трансформатора 2).Однако такие устройства не обеспечивают регулирования переменного напряжения повышенной частоты. Регулирование выпрямленного напряжения можно осуществлять только с помощью частотного регулировании переменного напряжения повышенной частоты. При отклонении регулируемой частоты от расчетной частоты силовОго трансформатора в процессе регулирования он используется неоптимально, поэто55 60 65 му не может быть дос"игнут широкийдиапазон регулирования, а габаритытрансформатора должны быть завышены.Применение последовательной емкостной коммутации определяет подключение первичной обмотки трансформатора к сети с одной стороны через конденсаторы, габариты которых и вессущественно возрастают с увеличениеммощности. При уменьшении частоты впроцессе регулирования уменьшаетсяиспользование коммутирующих конденсаторов в связи с чем их емкость надо выбирать по минимальному значению повышенной частоты, т. е, максимальной,Наиболее близким по техническойсущности к предложенному являетсяустройство, представляющее собойодно из схемных решений мостовыхтрехфаэных управляемых выпрямителейс фазоступенчатым регулированием напервичной стороне трансформатора.С помощью принудительной коммутациик сети поочередно подхлючают две согласно включенные первичные обмоткитрансформатора повышенной частоты сразным числом витков. Благодаряизменению продолжительности подключения к сети той или иной обмотки удается осуществлять широтноимпульсное регулированиенапряженияна. вторичной стороне трехФазноготрансформатора и, соответственно,постоянного напряжения на нагрузке.Устройство предназначено для регулирования постоянного напряжения внебольших пределах и используется вкачестве стабилизированных источников питания, Звено повышенной частоты в нем явно не выражено. Наложение высокочастотной составляющейна составляющую основной низкойчастоты обеспечивает подрегулирование переменного напряжения низкой частоты в сравнительно небольшихпределах. Для получения широкогодиапазона регулирования в регуляторахпеременного напряжения применяется сочетание фазоступенчатого регулирования и переключения с помощьютиристорных ключей нескольких секций первичных обмоток трансформатора для грубого регулированияизменения коэффициента трансформации (31. При фазо-ступенчатом регулировании основная гармоническаясоставляющая магнитного потока,который перемагничивает сердечниктрансформатора, изменяется с низкойчастотой питающей сети, поэтомутрансформатор рассчитывают на частоту сети, что и определяет егобольшой вес и габариты. Кроме того,это устройство не позволяет регулировать напряжение от нуля до максимума, так как при этом необходимо непомерно увеличивать число витков одной иэ первичных обмоток, что невозможно осуществлять,5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 сохраняя разумные габариты силовоготрансФорматора достаточной мощности,Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов силового трехфазного трансформатора.Это достигается тем, что в предложенном преобразователе многофазнзго напряжения в регулируемое постоянное, содержащем многофазный трансформатор, первичная многофаэная обмотка которого выполнена со среднимиточками, образующими входные выводыпреобразователя, и одноименными концами подключена к входам двух диодныхмостов, нагруженных на основные тиристоры, одноименные силовые электроды которых связаны между собойчерез коммутирующие конденсаторы икоммутирующий дроссель, одноименныесиловые электроды основных тиристоров соединены между собой черезпары последовательно включенныхкоммутирующих конденсаторов, точкасоединения первой пары коммутирующих конденсаторов, подключенных канодам основных тиристоров, связана с точкой объединения катодов вентилей короткоэамыкающего моста, точка объединения .анодов вентилей которого подключена к точке соединениядругой пары коммутирующих конденсаторов через коммутирующий дроссель,В качестве короткозамыкающегомоста может быть использован основной выпрямительный мост, выходныевыводы которого зашунтированы дополнительно введенным тиристором.В качестве короткозамыкающегомоста может быть использован такжедополнительно введенный вентильныймост, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя, а к его выходным выводамподключена цепочка из последовательно соединенных дополнительных тиристоров; точка соединения которыхподключена к точке соединения первойпары коммутирующих конденсаторов.На фиг. 1 и 2 показаны модификации предложенного преобразователя втрехфазном исполнении; на фиг, 3временные диаграммы, поясняющие ихработу. Преобразователь (фиг. 1) содержит силовой трехфазный трансформатор, первичные обмотки 1 каждой фазы которого состоят из двух секций. Средние выводы первичных обмоток подключены к соответствующим фазам питающей сети, Вторичные обмотки 2, соединенные в звезду, через основной мостовой трехфазный выпрямитель 3 и фильтр питают нагрузку, Начала первичных обмбток через трехфазный мостовой выпрямитель 4 эакорачиваются основным тиритором 5, а концы через выпрямитель 6 - вторым основным тиристором 7, Анодная группа диодоввыпрямителя 4 и катод тнристора 5соединены с анодом группой диодоввыпрямителя б и катодом тиристора7 - двумя последовательно включенными коммутирукщими конденсаторами 8и 9. Катодные группы этих выпрямителей и аноды основных тиристоров соединены последовательно включеннымикоммутирующими конденсаторами 10,11. Точка соединений конденсаторов10 и 11 подключена к катоду дополнительного тиристора 12 и к анодувторого дополнительного тиристора 13.Точка соединения конденсаторов 8 и9 подключена через коммутирующийдроссель 14к катоду дополнительноготиристора 13 и анодной группе диодов 15дополнительного трехфазного мостового выпрямителя 15, Катодная группадиодов выпрямителя 15 подключенак аноду дополнительного тиристора12. Управляющие импульсы, поступаю Ощие на управляющие электроды тиристоров, вырабатываются схемой управления 16,Преобразователь работает следующим образом, 25Система управления вырабатываетуправляющие импульсы, открывающиеосновные тиристоры 5 и 7 поочередно,но одновременно с дополнительнымтиристором 12, в момент сравненияуправляющего напряжения с напряжениемвосходящего фронта пилообразногоопорного сигнала, имеющего двухстороннюю модуляцию:(фиг, За, б) .Пилообразное напряжение синхронизировано напряжением сети и имеет 35Частоту Г сети би (где о - 1,2,3).Управляющие импульс л, вырабатываемые системой управления и поступающие на управляющий электрод дополнительного тиристора 13, открывают его в момент сравнения управляющего напряжения и спадающего фронта опорного напряжения. Основнойтиристор 5, включаясь, эакорачивает через выпрямитель 1 начала первичных обмоток трансформатора. Приэтом к левым полуобмоткам подключаетсянапряжение сети (фиг, 3 в) и на выходевыпрямителя появляется выпрямленноенапряжение (фиг. 3 г). Одновременнос этим от дополнительного выпрямителя 15 через дополнительный тиристор 12, основной тиристор 5 и коммутирующий дроссель 14 заряжаютсяконденсаторы 10 к 8 с полярностью,показанной на фиг. 1 без скобок. При 55этом от выпрямителя б через конденсаторы 10, 8 и тиристор. 5 частичнозаряжаются конденсаторы 11, 9 с полярностью, показанной на фиг, 1 безскобок, По окончании заряда конден- Ясаторов 10 и 8 ток заряда через дополнительный тиристор 12 прекращаетсяи он выключается. Левые половиныпервичных обмоток трансформатора 1подключены к сети до момента включения дополнительного тиристора 13,При этом конденсаторы 10 и 8 перезаряжаются по цепи: 10, 13, 14, 8,5, 10, включая тиристор 5. Одновременно конденсаторы 11 и 9 дозаряжаются с полярностью, показанной безскобок. Новая полярность напряженияконденсатора 10 и 8 показана нафиг. 1 в скобах, Тиристор 5, выключаясь, размыкает начала первичныхобмоток трансформатора 1,:процесспреобразования прекращается, Напряжение на выходе выпрямителя 3 падаетдо нуля. Следующий этап преобразования начинается в момент открываниятиристоров 7 и 12, когда через выпрямитель б в звезду собираются концыпервичных обмоток .трансформатора 1 инапряжение сети подводится к правымих половинам. Одновременно по цепи15, 12, 11, 7, 9, 14, 15 перезаряжаются конденсаторы 11 и 9 с полярностью,показанной на фиг. 1 в скобахь Этотэтап преобразования заканчиваетсятакже включением дополнительного тиристора 13, перезаряжаясь через который конденсаторы 11 и 9 выключаюттиристор 7. Затем срабатывают тиристоры 5, 12, далее процесс повторяется, Изменяя величину напряженияуправления О, можно изменять времявключения основных (Тэ, Т) и дополнительного Т тиристоров (фиг. За).При этом скважность изменяется от 0до 1. Следовательно, среднее напряжениена выходе выпрямителя также изменяется в зависимости от скважности,т. е. осуществляется широтно-импульсное регулирование,Таким образом, с помощью ключевыхэлементов трансформатор осуществляетпреобразование напряжения питающейсети в напряжение повышенной частоты с синусоидальной огибающей,а выпрямитель 3 и фильтр преобразуютпеременное напряжение повышеннойчастоты в постоянное напряжение, Таккак трансформатор рассчитан на работу на повышенной частоте, его массогабаритные показатели существенноулучшаются по сравнению сФрансформаторами, рассчитанными на Низкуючастоту, силовой фильтр также рассчитывают на повышенную частоту. Всезто существенно снижает массу и габариты устройства, В качестве дополнительного вентильного моста можетбыть использован основной выпрямитель3(фнг, 2), Дополнительный тиристор13 подключен на выходе выпрямителя3 анодам к его положительному зажимуа катодом - к отрицательному. Точкасоединения анодной группы коммутирующих конденсаторов 10, 11 соединена санодом дополнительного тиристора, аточка соединения катодной группы(через дроссель 14) - с катодом этого тиристора, Такой преобразовательработает аналогично описанному.Благодаря повышенной частоте пульсации выходного напряжения также существенно уменьшаются вес и габариты силового фильтра. Энергия из сети потребляется также на повышенной частоте, благодаря чему могут быть существенно уменьшены сетевые фильтры при искажении напряжения питающей сети не выше допустимых требований. Так как потребление энергии происходит равномерно в течение полупериода напряжения сети, энергетические показатели являются повышенными. Поэтому предложенный преобразователь отличается существенно уменьшенными весогабаритными параметрами при высоком качестве выходного то ка, незначительным влиянием на питающую сеть, высокими энергетическими показателями.Сочетание этих положительных качеств позволяет успешно использовать 2 О такие преобразователи в случаях, когда необходимы малые габариты и вес при работе от сети ограниченной мощности.Формула изобретения1, Преобразователь многофазного переменного напряжения в регулируемое пос зянное, содержащий многофазный трансформатор, первичная многофазная обмотка которого выполнена со средними точками, образующими входные выводы преобразователя, и одноименными концами подключена к входам двух диодных мостов, нагруженныхна основные тиристоры, одноименные силовые электроды которых связаны между собой через коммутирующиеконденсаторы и коммутирующий дроссель,а вторичная многофазная обмотка подключена к входу основного выпрямительного моста, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, одноименныесиловые электроды основных тиристоровсоединены между собой через парыпоследовательно включенных коммутирующих конденсаторов, точка соединения первой пары коммутируюанх конденсаторов, подключенных к анодамосновных тиристоров, связана с точкой объединения катодов вентилейкороткозамыкающего моста, точкаобъединения анодов вентилей которого подключена к точке соединениядругой пары коммутирующих конденсаторов через коммутирующий дроссель.2, Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем что в качестве короткозамыкающего моста использован основной выпрямительныймост, выходные выводы которого зашунтированы дополнительно введенным тиристором.3, Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве короткозамыкающего мостаиспользован дополнительно введенныйвентильный мост, входные выводыкоторого подключены входным выводам преобразователя, = к его выходным выводам подключена цепочка изпоследовательно соединенных дополнительных тиристоров, точка соединения которых подключена к точке соединения первой пары коммутирующихконденсаторов.,Источники информации,гринятые во внимание при экспертизе1. авторское свидетельство СССРВ 519832, кл. Н 02 М 7/155 197 б,2. Патент СВЖ В 3582756,.729782 Составитель Г. Мыцыкактор Е. Кравцова Техред М.Кузьма Корректор В, Синицкая 23/51 Тираж 783 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 35, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/