Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное

СОКИ СОВЕТСНИХвцвивсвснипРЕСПУБЛИК ВЭ ИИ 80у 5 д) Н 02 М 7/12 с, св ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕн свтссснссвс свивстсввствт с вс,ссЯ фвт.Н,ого вы-заведес. 115,во СССР 1980АЗОВА- В ПОСью упьныйторого цепочГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР00 ДЕЛАМ ИЗ(%РЕТЕНИЙ И (ЛЯРЫТИИ(72) И.Э. Ранне, Т.Ю. СаккоВ,В, Сарв, Ю,Э. Сооярв и А(71) Инстйтут термофизики нФизики АН Эстонской ССР, ТЕЛЬ ПЕРЕИЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯТОЯННОЕ, содержамий полностравляемый трехфазный вентилмост, к выходнымвыводам коподключена последовательная ка иэ двух диодов, причем катод одного нэ диодов подключен к катодной группе, анод другого диодак анодной группе, а точка их соеди,нения - к одному иэ трех выводов обмотки односердечникового делителя тока, два других вывода которой подключены к соответствукщим ключам переменного тока, выполненйым в виде трехФазных управляемых вентнльных мостов, при этом входы переменного тока всех трех вентильных мостов подключены к входным выводам, о т л и ч а ю а и й с я тем, что, с целью улучвения энергетических показателей, точка соединения двух диодов подключена к одному крайне- .му выводу обмотки делителя токаа. ,другой крайний и промежуточный выводы этой обмотки подключены к соответствующим выходам ключей впере" менного тока, соединенных параллельно-встречно по выходу, Ф В10 Изобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспользовано н системах электропитания с регулируемым выпрямленнымнапряжением, где требуется повышенное качество входного и выходного 5токовИзвестен трехфазный преобразователь переменного напряжения н пос"тоянное с повьпиенным качеством выходного и входного токон, выполненный путем параллельного соединения трехфазных мостовых схем спитанием их от системы напряженийс увеличенным числом фаз 13.Недостаток этого преобразователя заключается в необходимостиприменения специальных трансформаторов для увеличения числа фаз,Известен также трехфазный преобразователь переменного напряженияв постоянное, содержащий управляемый нентильный мост и цепочку издвух последовательно соединенныхдиодов, подключенную параллельноуказанному мосту, причем средняя25точка цепочки диодов соединена снулевой точкой питающей системы,Этот преобразователь характе ризуется тем, что для катодныхи анодных групп управляемых вентилей имеются отдельные нулевые диоды. З 0В результате этого становится возможным независимое и поочередноеуправление вентилями катодной ианодной групп, что позволяет уменьшить пульсацию выходного ныпрямленного тока и улучшить форму потребляемого от сети переменного токапо сравнении с мостовым выпрямителем как без шунтирующих диодон,таки с одним шунтирующим диодом 2 1. 40Недостатком преобразователя является то, что он может работатьтолько в 3-пульсном и б-пульсномрежимах. В результате этого в выходном токе появляются третья и 45шестая гармоники, а в переменномтоке питания - пятая и седьмая гармоники частоты питания, что затрудняет сглаживание входного и выходногогоков,Наиболее близким техническим решением к изобретению является трехФазный преобразователь переменногонапряжения в постоянное, содержащийосновной управляемый нентильный мости цепочку из двух последовательно 55соединенных вентилей, подключеннуюпараллельно основному управляемомунентильному мосту, выходные выводыобразованы объединенными анодами икатодами указанного моста, при этом 60введены два дополнительных управляемых вентильных моста, соединенныхпо входу с основным управляемым вентильным мосФом и делителем тока,обмотка которого расположена на одно 65 сердечнике и имеет две последовательно-согласно соединенные секции с отводом от точки соединения секций,причем этот отвод подключен к точкесоединения вентилей указанной цепочки, начало обмотки соединено с объединенными анодами и катодами одногодополнительного управляемого вентильного моста, а конец обмотки подключен к объединенным анодам и катодамдругого дополнительного управляемоговентильного моста 3.Недостатками известного устройства являются жесткая связь между напряжением питания и максимальным выходным напряжением, а также ограниченность диапазона регулирования выходного напряжения только напряжением ниже, линейного напряжения питания.Все это ухудшает энергетические показатели устройства.Целью изобретения является улучшение энергетических показателей.Эта цель достигается тем, что втрехфаэном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем полностью управляемый трехфазный нентильный мост, к выходнымвыводам которого подключена последовательная цепочка иэ двух диодов,причем катод одного из диодов подключен к катодной группе, анод другого диода - к анодной группе, аточка их соединения - к одному изтрех выводов обмотки односердечниконого делителя тока, два другихвывода которой подключены к соответствующим ключюв переменного тока,выполненным в виде трехфазных управляемых вентильных мостов, приэтом входы переменного тока всехтрех нентильных мостов подключенык входным выводам, точка соединения двух диодов подключена к одномукрайнему выводу обмотки делителятока, а другой крайний и промежуточный выводы этой обмотки подключенык соответствующим выходам ключейпеременного тока, соединенных параллельно-встречно по выходу.На фиг,1 изображена,принципиальная схема трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное, на фиг. 2 - временная диаграмма напряжения питания одной фазы,тока питания одной фазы при полностью сглаженном выходном токе инапряжения нагрузки, а также таблица включенного состояния управляемых вентилей,Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное(фиг,1) содержит полностью управляемый трехфа.зный вентильный мост суправляемыми вентилями 1-6, полностью управляемые ключи переменноготока с двухсторонней проводимостьюн виде двух трехфазных управляемых.токах питания высших гармоник ниже11-й и в выходном напряжении ниже 12-й. Этим отношениям чисел витков в рассматриваемом интервале соответствуют мгновенные напряжения нагруз- ки 55 или нн = 08 д+ 2,73 ПСА.Соответственно, в зависимости отвыбранного оптимального отношениявитков секций обмотки делителя тока Щ максимальное мгновенное напряжениенагрузки может равняться 1,22 или13,34-кратному максимальному значению линейного напряжения питания.Если допустить некоторое отклоне ние отношения чисел витков от опвентильных мостов, соединенных параллельно-встречно по выходу, образуют встречно-параллельные пары полностью управляемых вентилей 7-8,9-10, 11-12, 13-14, 15-16, 17-18 иподключены к трем входным выводам19-21 вентипьного моста.Выходные выводы 22 и 3 подключены к нагрузке 24 и цепочке иэ двухпоследовательно соединенных диодов25 и 26,Обмотка 27 односердечникового делителя тока имеет обмотку с двумякрайними выводами 28 и 29 и с промежуточным выводом 30. Один крайний вывод 29 подключен к точке соединениядиодов 25 и 26, другой крайний вывод 28 и промежуточный вывод 30 через полностью управляемые ключи навентилях 7-8,9-10, 11-12, 13-14,15-16 и 17-18 подключены к выходнымвыводам 19-21. А, В, С - Фазы пи,тающей сети,Устройство работает следующим образом.В каждый момент времени во включенном состоянии находятся три полностью управляемых вентиля, под ключенные к трем разным входным выводам 19-21 и к разным вентильнымгруппам на вентилях 1-6, 7-12,и13-18. При этом, когда в вентилях13-18, подключены к промежуточному выводу 30, включен вентиль вположительном направлении Фазных токов, то в вентилях 1-6 и 7-12 включены вентили. в отрицательном направлении Фазных токов, и наоборот.Таким образом, выводы 28-30 делителятока подключаются всегда к тремразным Фазам, причем Фаза с наибольшим током подключается к промежуточному выводу 30 обмотки 27 делителятока. В результате этого наибольшийфаэный ток распределяется на дваменьших тока двух остальных фаз,обратно пропорциональных числам витков секций обмотки делителя тока.Если числа витков секций обмотки равны 0,732 и 0,268 от суммарного числавитков обмотки делителя тока, то Втоках питания гармоники ниже 11-й(т.е, пятая и седьмая гармоники)исключаются полностью. Отклонениеот этого оптимального отношения чисел витков сопровождается появлением пятой и седьмой гармоник. Так,например, когда числа витков двухсекций равны (т.е. оба равны 0,5от суммарного числа витков), то преобразователь работает в 6-пульсномрежиме, и амплитуды пятой и седьмойгармоник составляют соответственно1/5 и 1/7 от амплитуды первой гармоники тока питания, когда же числовитков меньшей секции изменяетсялишь в пределах 0,214-0,314 от суммарного числа витков обмотки делителя тока, то величины пятой и седьмойгармоник не превышают 20 от ихзначений в б-пульсном режиме. Соответственно такую же относительную величину не превышает шестая гармоника 5 в выпрямленном выходном напряжении.Таким образом, существенное улучшениеформы входного и выходного токов преобразователя, по сравнению с б-пульсньм, достигается и при некотором от клонении отношения числа витков секций обмотки делителя тока от оптимального отношения 0,732:0,268.Рассмотрим интервал работы, когдавключены полностью управляемые вентили 2, 11 и 14, В этом случае одинкрайний вывод 28 обмотки делителя тока через вентиль 1" и входной вывод21 соединен с фазой С питающей сети,промежуточный вывод 30 через вентиль 14 и входной вывод 19 - с фазой А, а другОй крайний вывод 29 через диод 26, нагрузку 24, вентиль 2и входной вывод 20 - с фазой В питающей сети. Пренебрегая падениемнапряжения на включенных вентилях,, в зтоминтервале напряжение на обмоткеЮга э равно линейному напряжениюпитания Пс,а напряжение нагрузкиН 02 Э 0 гг Равно напряжению 3020-29 8-29 и-зо эоо :о =и +ос учетом 0 = 0 и8-30( ге- .эо-гв= гога- эо=Ю"сД35 28- ЭО В 12-пульсном режиме работы оптимальными являются отношения чисел витковтимального, что не сопровождаетсясущественным увеличением высшихгармоник, то можно получить и другие отношения между максимальнымизначениями напряжения нагрузки илинейного напряжения питания. Изменение величины выпрямленного напряжения от максимального до нуля осуществляется сдвигом фаз замыкания заданных комбинаций включенных вентилей, а тем самым и Фазы тока питания относительно Фазы напряжения питания. При этом .регулирование возможно как с отстающим, так и с опережающим током питания. 5 Для получения 12-пульсного режима. работы преобразователя необходимо, чтобы напряжение нагрузкир Формировалось иэ одинаковых отрезков синусоид, сдвинутых между собой на 30 . Требуемые сдвинутые синусоидальные полуволнц для Фор мирования 12-пульсного выпрямленногэ напряжения можно получить включением через каждые ЗОоновых подходящих комбинаций вентилей. Очередность замыкания вентилей 1-18, обеспечивающая 12-пульснцй режим работы схемы, приведена в таблице на фиг.2.Временные диаграммы Фазиого напряжения питания Бд, тока питанияи напряжения нагрузки 0 н фиг,2) соответствуют отношению чисел витков Игв: Ю 28 3 д = 18366 полностью сглажейному вйходному току 1 в и сдвигу фазы Ч = 60 между напряжением и током питания, Сдвиг фаз во всех фазах одинаков, т.е. 9= 9 = М = М, При выбранном отношеЬ Снии чисел витков, ток 1 равен высоте средней ступени тока 1Когда же выбрано %8 В Ф = 3,73,то ток 0 равен высоте наименьшейступени тока 1 . На фнг. 2 показана также временная диаграмма максимального напряжения нагрузкиЦнмакс, соответствующая сдвигуФазы Ч = Оф. Регулированию выходного напряжения от максимума до нулясоответствует изменение фазы У впределах 0-90 ф . При полностью сглаженном токе нагрузки 1 р Форма токапитания во всем диапазоне регулирования остается неизменной, Соответственно не изменяется и спектральныйсостав тока питания. При активнойнагрузке Форма выходного тока совпадает с Формой выходного напряжения,а первичный ток имеет характернуюдля 12-пульсного режима работы формуеПоложительным свойством преобразователя является повышение напряжения нагрузки относительно напряжения питания в результате использования делителя тока одновременнои в качестве согласующего повышающего автотрансформатора. Это делаетвозможным регулирование выходногонапряжения не только ниже, а и вышенапряжения питания. При полном устранении пятой и седьмой гармоник втоке питания и шестой гармонИки ввыходном напряжении, максимальноевыходное напряжение можно выбратьравным 1,23-кратному или 334-кратному линейному напряжению. Допуская появление Мятой, шестой и седьмой гармон 1 ик с амплитудами не выше20 от их значений в 6-пульсном режиме, максиМальное выходное напряжение может быть выбрано равным (1,161,29)-кратному или (2,82-4,26)-кратному линейному напряжению,1056397 бедность юцюыкооця 8 ентц оставитель Е. Мельниковаехред О.неце Корректор Г. Реыетн Редактор А. Иишки каз 9334/53 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,ВНИИП по 113035, тираж 687Государств елам изобр сква, Жного ком ений и о Рауюская Подписноета СССРрытийаб д, 4