Преобразователь переменного напряжения в постоянное

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИН 2 19 2 М 7/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНДЕТЕЛЬСТВУ А(71) Институт электродинамики АНУССР, Норильский вечерний индустриальный институт и Производственноеобъединение "Уралэлектротяжмаш" им,В.И. Ленина(56) Хамудханов М,З., Палванов В.Г,Компенсационные выпрямители. Ташкент:ФАН, 1973, с. 113,Вентильные преобразователи с улучшенным коэффициентом мощности. Ч. 2:Компенсационные способы улучшения коэффициента мощности вентильных преобразователей. М,: Информэлектро, 1980,с. 27. К АВТОРСКОМУ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией, Цель изобретения - улучшение массогабаритных и энергетических показателей. В шестифазном вентильном преобразователе наличие инвертора тройной частоты и легких вспомогательных обмоток на трансформаторе позволяет снять пик напряжения при холостом ходе преобразователя им самым улучшить его внешние харакистики. По мере увеличения нагрузки изменяется фаза напряжения тройной частоты, подаваемого на вспомогательные обмотки через инвертор напряжения и создается опережающая коммутациятока вентилей, что позволяет регулировать реактивную мощность, потребляемую преобразователем, без применениякомпенсирующих конденсаторов, имеющихбольшие габариты. Преобразователь содержит трехфазный четырехстержневойпреобразовательный трансформатор 1 ссетевыми обмотками 2-4, вентильнымиобмотками 5-10 и вспомогательными обмотками 11-14. Шесть вентилей 15-20 70849объединены катодами, образуя положительный выходной вывод, подключенный к инвертору 24. Трехфазный датчик 29 тока и один иэ выводов вспомогательной обмотки 14 подключены к системе управления, выполненной на основе цатчика 32 тройной частоты, одновибратора 33, фозосдвигающего устройства 34,блока 35 управления, дешифратора 36 и формирователя 37 импульсов .2 ил.Преобразователь содержит трехфазный четырехстержневой преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми обмотками 2-4, вентильными обмотками 5-7 и 8-10, соединенными в две звезды, и четырьмя вспомогательными обмотками 11-141 шесть вентилей 15-20, катоды которых объединены в общую точку и образуют положительный выходной вывод 2 1, который, в свою очередь, через разделительный диод 22 подключен к первому входному выводу 23 инвертора 24, отрицательный выходной вывод 25, к которому подключены нулевые выводы вентильных обмоток, второй входной вывод 26 инвертора 24, к выходным выводам 27 и 28 которого подключены вспомогательные обмотки 11-13 основных стержней, соединенные в открытый треугольник, трехфазный датчик 29 тока, первый и второй входные выводы 30 и 31 системы управле.ния, к которым соответственно подключены вспомогательная обмотка 14 четвертого стержня и трехфазный датчик 29 тока. Система управления выполнена на основе датчика 32 тройной частоты, одновибратора 33, фазосдвигающего Фазосдвигающее устройство 34 вклюЗ 5 чает операционный усилитель 57, подключенный входом к второму входному выводу 31 системы управления, конденсатор 58 и ключ 59, подключенные параллельно входному и выходному выво 1Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией.Цель изобретения - улучшение массогабаритных и энергетических показателей преобразователя,На фиг.1 приведена принципиальнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - диаграммы, поясняющие его. работу,3устройства 34, блока 35 управления,дешифратора 36 и формирователя 37 импульсов,Трехфазный датчик 29 тока выполненв виде трех трансформаторов 38-40 тока, первичными обмотками каждого иэкоторых являются две встречные шиныодноименных вентильных обмоток 5-7и 8-10, диодного моста 41 Ларионова,10 к зажимам переменного тока которогоподключены вторичные обмотки трансформаторов тока 38-40, и потенциометра 42, ползунок которого является выходным выводом датчика 29 тока,15 Инвертор 24 на полностью управляемых вентилях 43-46 с диодным мостомобратного тока содержит входнойфильтр,представленный конденсатором 47, и выходной фильтр, состоящий из последоО вательного колебательного контура,включающего дроссель 48 и конденсатор 49, и параллельного колебательного контура, включающего дроссель50 и конденсатор 51, настроенные на25 тройную частоту сети,Датчик 32 тройной частоты имеетв своем составе компаратор 52, подключенный входом к первому входномувыводу 30 системы управления, формирователи 53 и 54 переднего и заднегофронтов, подключенные входами к выходу компаратора 52, триггер 55 и схемуИЛИ 56, 1,. дам операционного усилителя 57, н второй компаратор 60, подключенный входом к выходу операционного усилителя 57.Блок 35 управления содержит третий компаратор 61, подключенный входом к второму входному выводу 31 системы управления, триггер 62 и логический инвертор 63.Дешифратор 36 собран на шести схемах И 64-69, второй и третьей схемах ИЛИ 70 и 71 и триггере 72. Устройство работает следующим образом,При нормальной работе однотактового шестифазного преобразователя вступают в параллельную работу два однотактовых трехфазных выпрямителя навентилях 15-17 и 18-20, При этоммгновенные значения выпрямленных напряжений этих выпрямителей неодинаковы и их разность составляет напряжение треугольной формы и тройной частоты по отношению к частоте питающейсети с амплитудой, равнойполовинеамплитуды фазного напряжения вентильной обмотки, которое приложено к двумпоследовательным обмоткам различныхфаз различных трехфазных систем. Длявыравнивания мгновенных значений выпрямленных напряжений двух параллельно работающих трехфазных выпрямителейв преобразователе использован трансформатор 1 с четырехстержневым магнитопроводом, который, кроме сетевыхобмоток 2-4, соединенных в звезду безнулевого провода, и вентильных обмоток 5-7 и 8-10, соединенных в двеобратные звезды с общей точкой, имеетчетыре вспомогательные обмотки 11-14.Под действием напряжения тройной частоты, генерируемого преобразователем,по обмоткам параллельно работающихфаз протекает уравнительный ток тройной частоты, который создает однона- .правленные потоки в основных стержняхтрансформатора. Потоки нулевой последовательности в преобразователе проХодят по магнитопроводу четвертогостержня, находящегося в ненасыщенномсостоянии. Благодаря этому в уравнительном контуре имеется большое сопротивление нулевой последовательности х, соизмеримое с сопротивлениЕмнамагничивания х трансформатора,которое в достаточной степени ограничивает уравнительный ток преобразователя. Амплитуда уравнительного тока45 5055 20 25 30 Э 5 40 не превышает 1-2 . от амплптудь; пмп - нального тока вентильной обмотки при сечении четвертого стержня 30-40 от сечения основных стержней. Таким образом, для осуществления параллельной работы двух однотактных трехфазных выпрямителей и увеличения длительносО ти протекания анодных токов до 120 исключается необходимость применения громоздких двухфазных уравнительных реакторов,К вспомогательным обмоткам 11-13 основных стержней, соединенным в открытый треугольник, подводится напряжение тройной частоты от инвертора24. Под действием этого напряженияпо вспомогательным обмоткам 11-13 течет ток тройной частоты, который создает потоки нулевой последовательности в основных стержнях, Это потокитакже замыкаются по магнитопроводучетвертого стержня, благодаря чемуток вспомогательных обмоток мал, Таким образом, выравнивание мгновенныхзначений напряжений параллельно работающих Фаз достигается пропусканием,намагничивающего тока тройной частотыпо вспомогательным обмоткам основныхстержней, Вспомогательные обмотки основных стержней могут создавать такжеи опережающую коммутацию токов вентилей, При возрастании тока нагрузкипостепенно через систему управленияменяется фаза напряжения тройной частоты на выходе инвертора 24, что автоматически приводит к опережающейкоммутации вентилей. При этом контроль за током нагрузки осуществляетсяс помощью датчика 29 тока. Сигнал свыхода датчика тока поступает пропорционально току нагрузки на систему .чправления,Датчик 32 тройной частоты подключен к вспомогательной обмотке четвертого стержня. Напряжение на вспомогательной обмотке 14 отображено кривой на фиг.2 а. Компаратор 52 Формирует на выходе двухполярное напряжение с реверсами с одной полярности на другую в моменты перехода напряжения на вспомогательной обмотке 14 через нуль. Формирователи 53 и 54 переднего и заднего Фронтов, подключенные к вЫ- ходу компаратора 52, управляют триггером 55, на прямом и инверсном выходах которого формируются однополярные прямоугольные импульсы, синхронизированные с тройной частотой напря5 1270 кения вспомогательной обмотке 14. На выходе схемы ИЛИ 56 формируется поспедовательность импульсов частоты 61, где Г - частота промышленной сети. 5Сигналы на выходах компаратора 52, прямом выходе триггера 55, схеме ИЛИ 56 приведены на Фиг,2 б, в, г соответственно. Последовательность импульсов на выходе одновибратора 33, который 10 запускается под действием импульсов частоты с выхода схемы ИЛИ .56, представлена на фиг.2 д.Операционный усилитель 57, конденсатор 58 и ключ 59 образуют интегра-, 15 тор. Импульсы частоты 6 К с выходаэлемента ИЛИ 56 поступают на кпюч 59, закорачивая на короткое время конденсатор 58 и разряжая его. В этот момент напряжение на выходе интегратора 20 равно нулю. Интегратор формирует пилообразное напряжение, показанное на фиг.2 е, в функции сигнала с выхода датчика тока преобразователя. Компаратор 60 под воздействием сигналов с выхода интегратора и опорного напряжения Ц, формирует последовательопность импульсов с длительностями импульсов, пропорциональными сигналу датчика тока преобразователя (Фиг.2 ж), 30Компаратор 61 блока 35 управления контролирует по сигналам с датчика 29 тока и опорного напряжения П моз менты перехода выходного тока через величину Ес, . При величинах тока, З 5 меньших Ср, под воздействием компаратора одиночный сигнал формируется на прямом выходе триггера 62, а при токах, больших 1 - на его инверсном выходе. 40 849 Ьзакрыты схемь И 64, бб и 67 дешифратора.На выходах схем ИЛИ 70 и 71 формируются сигналы, сдви утые по переднему Фронту относительно исходныхсигналов с триггера 55 на время длительности импульсов, формируемых Фазосдвигающим устройством 34 (сигналына выходе схем ИЛИ 70 и 71 приведеныа Фиг,2 з,и). В результате выходныесигналы триггера 72, которые поступают через формирователь 37 импульсов на силовые ключи инвертора,(Фиг.2 к,л), формируются с опережающейфазой относительно тройной питающейчастоты напряжения со вспомогательнойобмотки 14, пропорциональной величинетока преобразователя,При токах, меньших 1 , нулевым сигналом с инверсного выхода триггера 62 закрыты вторая, пятая и шестая схемы И 65, 68 и 69 дешифратора. Открыты схемы И 64, 66 и 67. Триггер 72 45 повторяет сигналы триггера 55 тройной частоты сети за исключением незначительного сдвига из-за сигналов одновибратора 33, Выходные сигналы триггера 72 через формирователь 37 импульсов, выполняющий роль усиленных гальванически развязывающих каскадов, поступают поочередно на входы полностью управляемых ключей, находящихся в противоположных плечах мостовогс инвертора, а именно на вентили 43-46,При токах, больших 1 нулевым сигналом с прямого выхода триггера 62 На зажимах переменного тока инвертора 24 формируется прямоугольное напряжение частоты ЗК, которое с помощью фильтра (последовательного и параллельного колебательных контуров,настроенных на частоту ЗК) преобразовывается в синусоидальное напряжениетройной частоты (фиг.2 м). Наличиеразделительного вентиля на зажимахвходного фильтра инвертора, представленного в простейшем случае конденсатором 47, исключает появление пульсаций с выходных выводов 21 и 25 вентильного преобразователя в кривойсинусоидального напряжения тройнойчастоты инвертора 24,Формула изобретения Преобразователь переменного напряМ жения в постоянное, содержащий трех Фазный преобразовательный трансформатор, обмотки которого расположены на трех стержнях магнитопровода, при этом сетевая обмотка соединена в звезду, а две вентильные обмотки соединены по схеме. "две обратные звезды с нулевым выводом" и шесть вентилей, аноды которых подключены к шинам вентильных обмоток, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения массогабаритных и энергетических показателей, в него введены инвертор с системой управления и трехфазный датчик тока, а магнитопровод преобразовательного трансформатора дополнен четвертым стержнем малого сечения, каждый из четырех стержней снабжен вспомогательной обмоткой, при этом вспомогательные обмотки основных стержней включены последовательно в от у 12708 крытый треугольник, выходные выводы которого подключены к выходным выводам инвертора катоды шести вентилей объединены в общую точку, образуя положительный выходной вывод, к которому через разделительный диод подключен первый входной вывод инвертора, нулевые выводы вентильных обмоток объединены в общую точку, образуя отрицательный выходной вывод, к кото О рому подключен второй входной вывод инвертора, трехфазный датчик тока выполнен на трех однофазных трансформаторах тока, первичными обмотками каждого из которых являются две встреч ные шины одноименных вентильных обмоток, а вторичные обмотки соединены в звезду и через трехфазный диодный мост с заземленной катодной группой подключены к потенциометру, ползунок 2 О которого является выходным выводом датчика тока, подключенным к одному выводу системы управления инвертором, другим выводом соединенной со вспомогательной обмоткой четвертого стержня, свободный вывод которой заземлен, инвертор выполнен по мостовой схеме на полностью управляемых вентилях с диодным мостом обратного тока и подключен выводами постоянного тока че- ЗО рез входной фильтр к входным выводам, выводами переменного тока через фильтр к выходным выводам, причем система управления выполнена на основе датчика тройной частоты, одновибрато-З ра, фазосдвигающего устройства, блока управления, дешифратора и формирователей импульсов, при этом датчик тройной частоты содержит компаратор, подключенный входом к первому входно О му выводу системы управления, формирователи переднего и заднего фронтов, подключенные входами к выходу компаратора, схему ИЛИ и триггер, подключенные входами к выходам формировате49 8лей переднего и заднего фронтов, фаэосдвигающее устройство содержит операционный усилитель, подключенныйвходом к второму входному выводу системы управления, ключ и конденсатор,подключенные параллельно входному ивыходному выводам операционного усилителя, вход ключа подсоединен к выходу схемы ИЛИ датчика тройной часТоты и входу одновибратора, .второй компаратор, подключенный входом к выходу.операционного усилителя, блок управ",ления содержит третий компаратор,подключенный входом к второму входному выводу системы управления, второйтриггер Б-вход которого непосредственно, а К-вход - через логическийинвертор подключены к выходу третьегокомпаратора, дешифратор содержитшесть двухвходовых схем И, первыевходы первой и второй схем И соединены соответственно с выходом одновибратора и выходом второго компаратора, вторые их входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам второго триггера, первые входытретьей и пятой схем И, а также четвертой и шестой схем И подсоединенысоответственно к прямому и инверсномувыходам первого триггера, вторые входы третьей и четвертой схем И, а также пятой и шестой схем И подключенысоответственно к выходам первой ивторой схем И, вторую и третью двухвходовые схемы ИЛИ, вторая подключенавходами соответственно к выходамтретьей и пятой схем И, третья подключена входами соответственно к выходам четвертой и шестой схем И, третий триггер, подключенный входами квыходам соответственно схем ИЛИ, авыходы третьего триггера через формирователи импульсов подключены к входам полностью управляемых ключей инвертора.1270849 С: ФАР дактор А.Огар 6250/55 Тираж 631 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/