Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышенной величины

ОП ИСАЙКИИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоаетсккиСоциалистическихРеспублмк оц 748732(23) Приоритетио делам изобретений и открытий(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ ПОВЫШЕННОЙ ВЕЛИЧИНЫ Изобретение относится к электротех- нике и преимущественно может быть использовано в автономных системах электроснабжения,в которых в качестве основных источников электрической энергии ис 5 пользуются трехфазные источники переменного напряжения, линейное номинальное напряжение которых по величине меньше требуемого номинального выпрямленного напряжения на нагрузке.Известен преобразователь переменного напрякения в постоянное повышенной величины, содержащий трехфазный источник переменного тока и выпрямитель из последовательно соединенных трехфазных каскадов вентильно-конденсаторного. типа, подключенный к нагрузке 11Один каскад (центральный) содержит тоттько вентили и подключен к фазам трехфазного источника. Вентили всех каскадов20 соединены так, что они образуют три параллельные по постоянному току вентильные ветви, концы которых подключены к выходным клеммам выпрямителя. Конден 2, саторы всех каскадов образуют три колонны конденсаторов. Вентили каждой из трех вентильных ветвей подключены от каскада к каскаду поочередно-последовмвльно к каждой из трех колонн конденсаторов по закону циклической перестановки фаз прямой и обратной последовательности, Такой преобразователь обеспечивает сравнитель; но малую величину пульсаций выпрямленного напряжения. ЬЕго недостаток - очень большое коли-, чество вент тлей и конденсаторов, причем каждая фаза выпрямителя содержит шесть последовательно соединенных вентилей, что в значительной степени увеличивает поте.- ри электрической энергии, рассеиваемой на их омическом сопротивлении, Это при водит к низкому КПД преобразователя. Наличие большого количества вентилей выпрямителя требует громоздкой системы охлаждения (18 радиаторов), что приводит к значительному увеличению массы и габаритов выпрямителя, а следовательно3 7487и к невысоким удельным энергетическимпоказателям преобразователя в целом.Известно другое устройство для преоб разования переменного напряжения в постоянное с удвоением напряжения 2 ;Такое устройство имеет крутопадающую вольтамперную характеристику, такжебольшое количество элементов (вентилейи конденсаторов), что обеспечивает низкий КПД, большую массу и габариты и,как следствие, сравнительно низкие удельные энергетические показатели устройства в целом. Кроме того, устройство позволяет осуществлять питание нагрузкиВыпрямленным током В сравнительно небольшом диапазоне изменения величинывыпрямительного напряжения, максимальное среднее значение которого не превышает 0,98 от амплитудного значениялинейного напряжения источника.20Известен также преобразователь переменного напряжения в постоянное с удвоенным напряжением, содержащий трахфазнйй источник переменного тока и вентильно-конденсаторный выпрямитель. Еслйвентйли выпрямителя выполнены управляемыми, то преобразователь снабженблоком управления тиристорами 31 .Недостатком указанного преобразователя является то, что если номинальное вы- -,прямленное напряжение на нагрузке превышает удвоенное номинвгьное линейное напряжение трехфазного источника переменного тока, то для обеспечения нормальнойработы потребителей электрической энергии (нагрузки) необходимо в преобразоВатель вводить дополнительный повьпдающий трехфазный трансформатор или применять другой трехфазный источник переменного тока с большим значением линейно 40го номинального напряжения, а следовательно, большей массой и габаритами(большей типовой мощностью), что привс- дит к уменьшению удельных энергетических показателей всего преобразователяв цепом. Кроме того, такой преобразователь обладает сравнительно небольшимдиапазоном регулирования напряжения нанагрузке, максимальное значение которогоне превышает удвоенного значения ампли 50туды линейного напряжения трехфазногоисточника, что обеспечивает сравнительноузкие функциональные возможности этогопреобразователя,Известен трехфазный выпрямитель-ум 55ножитель напряжения, в котором точки сединения каждой пары последовательно -.согласно включенных вентилей выпрямителя через соответствующее емкостное токо 32 4ограничивающее сопротивление, преимушесч венно конденсатор, подключены к фазам трехфазного источника 41Однако такое устройство имеет завышенное количество попупроводниковых элементов (девять вентилей), каждый из которых имеет систему охлаждения, например радиатор, что увеличивает массу и габариты устройства, потери электрической энергии на омическом сопротивлении вентилей, что в свою очередь снижает КПД устройства. Кроме того, устройство имеет завышенное количествоконденсаторов (пять), что также отрицательно сказывается на массо-габаритных показателях устройства. То есть, такое устройство,в целом обладает сравнительно низкими удельными энергетическими показателями. И наконец, при достаточно большом количестве вентилей и конденсаторов оно имеет довольно узкий диапазон регулирования напряжения на нагрузке, максимальное значение которого равно всего лишь утроенному амплитудному значению фаэн.го . напряжения трехфазного источника, что ограничивает функциональные воэможности этого устройства. Ограничение в использовании этого устройства в различных системах электропитания обусловлено еще и тем, что применяться этот выпрямительумножитель может лишь с трехфазными источниками, обмотки которых обязательно должны быть соединены между собой в звезду с выведенной нейтралью, что у трахфазных источников не всегда имеет место, или же нейтраль находится в труднодоступном месте. Все это в совокупности обеспечивает низкие удельные энерго- технические показатели устройства при ограниченных его функциональных возможно стах по диапазону регулирования напряжения на нагрузке.Наиболее близким из предлагаемых устройств является трехфазный преобразователь переменного напряжения в цостоянное повышенной величины, содержащий цепочку .из четырех соединенных согласно- последовательно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным выводом, а.катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре конденсатора, причем общая точка соединения первого и второго вентилейчерез первый конденсатор подключена к . первому входному выводу, общая точка соединения второго и третьего вентилей - ко второму входному выводу, а общая точка соединения третьего и четвертого5 748732 6 вентилей через второй конденсатор - к выпрямитель 3 с тремя входными вывода- третьему входному выводу 5.ми 4,5,6 и двумя выходными - положиВ этом преобразователе завышены мас- тельным 7 и отрицательным 8, котэса и габариты устройства за счет увели рые подключены к нагрузке 8 и блок 10 ченного количества попупроводниковых эле- контроля напряжения и управления тирис 5, ментов (семь ) с их системой охлаждения торами, Выпрямитель 3 выполнен на двух (Оемь радиаторов), что приводит дополни- соединенных последовательно согласно тельно к увеличению потерь электрическойвентилях 11, 12, двух управпяемых венэнергии на омическом сопротивлении этих тилях (тиристорах) 13, 14 и двух соедивентилей, что снижает КПД устройства. 0 ненных последовательно конденсаторах 15,10Все это приводит к сравнительно невысо 16 а соединения которых связана ким удельным энергетическим показателям непосредственно с точкой соединения венустройства. Кроме того, это устройство . тилей 11,12 и подключена ко второму обладает ограниченными функциональными входному вцводу 5, Катод первого тирисвозможностями по его применению в систе- тора 13 совместно с крайней обкладкой мах электропитания из-за узкого диапазо- конденсатора 15 образуют положительный на регулирования напряжения на нагрузке 7, а ан од второго тиристора 14 совместмаксимальное значение которого равно все- но с крайней обкладкой конденсатора 16 го лишь утроенному амплитудному значе- образуют отрицательный 8 выходные вынию линейного напряжения трехфазного ис- воды. Катод вентиля 11 совместно с20точника переменного тока. анодом тиристора 13 подключен черезконденсатор 17 к входному выводу 4, аПель изобретения - улучшение удельных анод вентиля 12 совместно с катодом тиэнергетических показателей преобразова- ристора 14 подключен через конденсатор теля и расширение его функциональных 18 к входному выводу 6. Блок 10 осу 25возможностей путем увеличения диапазо- ществляет контроль напряжения на нагрузна регулирования напряжения на нагрузке. ке 8 и управление тиристорами 13, 14Эта цель достигается тем, что в трех- за счет изменения угла их открытияосуфазном преобразователе переменного нап- шествляемого подачей импульсов управлеряжения в постоянное повышенной велизония на управляющие электроды этих тири- чины, содержащем цепочку из четырех сторов, таким образом регулируя среднее соединенных согласно-последовательно значение выпрямленного тока и напряже- вентилей, анод первого из которых соеди- ния.нен с отрицательным выходным выводом, Работаеттрехфазный преобразователь а катод четвертого - с положительным переменного напряжения в постоянное по 35выходным выводом и четыре, конденсатора, вышенной величины при отключенной нагпричем общая точка соединения первого и рузке 9, т. е. в режиме холостого хода, второго вентилей через первый конденса- при котором имеет место максимальное тор подключена к первому входному выво- . значение напряжения на выходе выпрямиду, общая точка соединения второго и тре- теля, следующим образом. Пусть система40тьего вентилей - ко второму входному вы-. напряжений является симметричной трех- воду, а общая точка соединения третьего фазной, тогда линейные напряжения Ц и четвертого вентилей через второй кон- О О-, сдвинуты по фазе друг отноденсатор - к третьему входному выводу, сительно друга на 120 электрических первый и четвертый из указанных вентилей градусов и каждое из низ изменяется по45выполнены управляемыми, а параллельно синусоидальному закону. В этом случае выходным выводам включена цепочка, об- в одни полупериоды изменения линейного разованная последовательно соединенными напряжения 045, при которых потенциал третьим и четвертым конденсаторами, при- вывода 5 выше потенциала вывода 4, чем их общая точка соединена со вторым конденсатор 17 заряжается до амплитуды50входным выводом. Ь 45 линейного напряжения 045 по цепи:На чертеже представлена принципиаль- вывод 5, вентиль 11, конденсатор 17, ная электрическая схема предложенного вывод 4, В следующие полупериоды изтрехфазного преобразователя переменного менения линейного напряжения О 45, при тока в постоянный.55котором потенциал вывода 4 выше потенОн содержит трехфазный источник 1 циала вывода 5, в предположении, что переменного тока с согласующим трехфаз- тиристор 13 постоянно огкрыт, будет осу ным трансформатором 2 или без него, полууправляемый вентильно-конденсаторный ществляться заряд конденсатора 15 поцепи," вывод 4, конденсатор 17, тиристор732 8Таким образом, данный трехфазный преобразователь переменного напряжения впостоянное повышенной величины позволяет уменьшить массу и габариты (установленную мощность) трехфазного источникапеременного тока при одинаковом номинальном напряжении на нагрузке в предложенном преобразователе и в преобразователе - прототипе и, таким образом, 10 улучшить удельные энергетические показатапи. Кроме того, предложенный трехфазный преобразователь обеспечивает увеличение в два раза по сравнению с прототипом диапазона регулирования напряжения 15 на нагрузке и, как следствие, расшнрениефункциональных возможностей этого преобразователя. 7 74813, Конденсатор 15, вывод 5. Аналогичным образом происходит заряд конденсатора 16, В одни полупериоды изменениялинейного напряжения 05, прихоторыхпоте 1 шиал вывода 6 выше потенциала Выводв 5, осуществляетсязаряд токоограничивающего конденсатора 18 до амплитудного значения 05 линейного напряжения0 по цепи: вывод 6, конденсатор 18;56вентиль 12, вывод 5, а в следующие полупериоды изменения линейного напряжения Цприкоторых чотенциал выводастановится выше потенциала вывода 6,конденсатор 18 разряжается, осуществляязаряд конденсатора 16 по цепи: вывод 5,конденсатор 16, тиристор 14, конденсатор 18, вывод 6, Максимальное напряже ние, которое может быть приложено кконденсатору 15 складывается иэ амплитудного значения 04 линейного напряжения О и напряжения на конденсаторе 17.45также равного О 4 б, а максимальное напряжение, которое может быть приложено.к конденсатору 16 складывается из суммарного значения амплитуды 055 линейного напряжения 05 и напряжения наКонденсаторе 18 также равного О 5, .Поскольку амплитуды напряжений всехтрех фаз равны между собой, то каждыйиэ конденсаторов заряжается таким образом, до удвоенного амплитудного "значения линейного напряжения, а минимальное значение выпрямленного напряжения(напряжение на выходных выводах 7,8) вчетыре раза больше амплитуды линейногонапряжения,20Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное повышеннойвеличины, содержащий цепочку .из четыре-. соединенных согласно-последовательно25 вентилей, анод первого из которых соеди.нен с отрицательным выходным выводом,. а катод четвертого - с положительнымвыходным выводом и четыре конденсатора,причем общая точка соединения первого и30 второго вентилей через первый конденсатор подключена к первому входному выводу, общая точка соединения второго и третьего вентилей - ко второму входному выводу, а общая точка соединения третьего35 и четвертого вентилей через второй конденсатор в .к третьему ьходному выводу,.: о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цлью улу щения удельных энергетическихпоказателей и расширения функциональных40 воэможностей, первый и четвертый из указанных вентилей выполнены управляемымиа параллельно выходнь 1 м выводам включена цепочка, образованная последовательно.соединенными третьим и четвертым конденсаторами, причем их общая точка соединена со вторым входным выводом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР50 М 474086, кл. Н 02 М 7/18, 1976.2, Авторское свидетельство СССР% 506103, кл Н 02 М 7/19, 1976.3. Авторское свидетельство. СССРИ 201518, кл. Н 02 М 7/10, 1968.4, Патент США М. 3764886,При подключении нагрузки 9, номинальное напряжение на которой более чем в два разапревышает амплитудное значение линейного напряжения, режим заряда кон-денсаторов 15-18 и цепи заряда этихконденсаторов не изменяются, а питаниенагрузки будет осуществляться следующимобразом. В попупериод изменения напряжения 0 при котором потенциал вывода 5 выше потенциала вывода 6, составляющая точка источника, являющаяся током ";нагрузили," течетпо цепи: вывод 5, раэряжавшийся конденсатор 15, нагрузка 9,тиристор 14, разряжаюшийся конденсатор . 18, вывод 6. В полупериод изменения напряжения 04, при котором потенциалвывода 4" выше йотенциала вывода 5, сс- ставпяюшая тока источника, являющаясятоком нагрузки, протекает по цепи; вывод 4, раэряжающийся конденсатор 17, тиристор 13, нагрука 9, разряжаюшийся конденсатор 16, вывод 5. формула изобретения кл, 321-15, 1973,5. Авторское свидетельство СССРМ 575748, кл. Н 02 М 7/10, 1977,к 783 . Подписвенного комйтета СССРретений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5 4381/1 9 Тира ЦНИИ ПИ Государст по делам изоб 113035, Москва, Ж иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Составитель Л. УстинкинаРедактор Г. Волкова Техред А. КуликовскаяКорректор Г. Ре