Автотрансформаторный лучевой преобразователь напряжения

(51)5 Н 02 М 7/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЯ ная обмотка которого разделЕна надве секции в каждой фазе и соединенав две трехлучевые звезды, образующие.первичную и вторичную обмотки.Первичная обмотка снабжена дополнительнымотводом или витками в каждой фазе,которые образуют входные выводы дляподключения первичного источникаэнергии. Все секции снабжены основным отводом, который соединен с выводом смежной по фазе секции другойзвезды через один из шести преобразовательных элементов. Изменениерасположения основного отвода,а также дополнительного отвода или дополРМАТОРНЫЙ ЛУЧЕВОЙНАПРЯЖЕНИЯ относится к электтности к преобразое, и может быть ис 54) .ПРЕО (57) АВТОТРАНСФО РАЗОВАТЕЛЬ Изобретени нике, в ча ьной техни роте вател нительных внтк нений секций тве вторично в пользовано в кач источника электр зных допусти- дключенпитания и кой связи ке прямои или обра последовательности использование энер так и первичной об ти гавальниче ного исизобрекциональои кочник нему нагру а электроэ и и перв ргии, Цел тения - расширенных возможностейния. Устройствонитный аппарат,е схемнои области расширение номенкл вых схем и выполня 2 з.п. Ф-лы, 8 ил. рименектромагдержит элехфазная ен тильИзобретение относитсхнике, в частности к электро- бразователя,о 6 мотк(ЭМА)ками в тельной технике, изовано в качественика электропитани ожет бь испол ь ого ист сое устимостиченной к пе нему наг электроэ к продо звезды, ной зве соедине элементь зкиип ичного точник ергии, зобретени- расшх возм ние ост Цель исхемно-Фуи областиНа Фигная элект нкциональ применен я,влена пиал смежзвезд.1 предсрическая ма преобразов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 0 ТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 145673, кл. Н 02 М 7/06, 1962.Авторское свидетельство СССР738071, кл. Н 02 М 7/Об, 1976. ьваническои связи подкт выполнение соедизвезд в порядной индекснойФаа м, кроме того, ии как вторичной, С отки обеспечивают туры новых базомых Функций. котором трехфазная первичная электромагнитного аппарата нФбжена дополнительными виткаждой фазе, причем витки инены синфазно основным витвичной обмотки и подключены лжению лучей трехлучевой еетак, что выводы секций од зды трехфазной обмотки ЗМА ны через преобразовательные(ПЭ) с основными отводами по фазе секций другой ее в порядке обратной индекснойпоследовательности фаз при обеснечении произвольного значения фазово.го угла Ц сдвига импульсов выходного напряжения в пределах 0, 301 эл, град. относительно преобразуемых ЭДС секций обмотки; на фиг. 2 - схема преобразователя с дополнительными отводами, введенными по одному в каждую секцию трехфазной первичной .обмотки ЭИА, причем представлен случай, когда дополнительные отводы совпадают с основными, что дополнительно упрощает устройство; на фиг. 3 - схема преобразователя по фиг.1 для случая, когда основные отводы совмещены с крайними выводами всех шести секций, это соответствует частному значению фазового углаЩ = 30 эл,град при этом все20 шесть .ПЭ образуют шестивентильное кольцо; на фиг.4 - схема преобразо,вателя по фиг.З с вспомогательными отводами, которые образуют автономные входные выводы; на фиг,5 - схема 25 преобразователя по фиг,2 для случая, когда угол ( = 0 или 60 эл.град. (схема, представляет собой определенную модификацию известной шестилучевой схемы в виде, двух трехлучевых с обратным включением ПЭ в одной из них относительно другой при параллельном соединении однополярвых выходных выводов); на фиг.б - векторная диаграмма, поясняющая принцип действия преобразователя на фиг.1 по формированию импульсов Б ц зиакопостоянного выходного напряжения Б где одновременно показаны также введенные в первичную обмотку дополнительные витки, а кроме того, приведены обозначения секций и их частей,обеспечивающих путем алгебраического сложения их ЭДС необходимое равенство амплитуд импульсов Я р и последовательный 60-градусный Фазовый сдвиг одного импульса относительно смежных с ним; на фиг,7 и 8 - векторные диаграммы по фиг.б для случаев кольцевой (фиг.З) и лучевой (фиг.5) схем,Преобразователь (фиг.1) содержит шесть ПЭ 1-6 и ЭХА 7 с трехфазной обмоткой, разделенной в каждой фазе на две секции АвХ, ах, ВгУ, Ьу, СЕ, сг. Разноименные по фазе секции соединены в две трехлучевые звезды, образуя первичную и вторичную трехфазные обмотки. Нулевые точки эвезд, представляющие собой соединения крайних выводов ХТЕ и, хуг этихсекций, образуют выходные выводы"+", "-", к которым может быть подключена соответствующая нагрузка.Первичная обмотка дополнена в каждойфазе дополнительными витками АА,ВВ, СС, которые относительновновь образованной первичной обмотки с увеличенным числом витковпредставляют собой часть ее новыхсекций, а выводы А, В, С выполняют при этом функцию вспомогательных отводов, свободные выводы А,В, Собразуют входные выводы дляподключения фаз А,В,С трехфазногопервичного источника электроэнергии,например первичного трехфазного генератора переменного тока. Каждая секция первичной и вторичной обмоток снабжена одним основным отводом (А, В, С, а , Ь , с ),1 который в общем случае может занимать любое (произвольное) положение в пределах витков данной секции - между выводами Аи Х, Вг и У, Сг и Е, а и х, Ь и у, с и г. 1".ежду выводом А (В , Сг, а, Ь, с) данной секции А Х (В 7, СгЕ, ах, Ьу, сг) и основным отводом с (а, Ь, С, А, В) смежной по фазе секции сг (ах, ЬУ СуЕ, АХ, Вг 7) другой звезды включен ПЭ 1 (3,5,4,6,2), а все ПЭ.1-6 имеют одинаковое направление включения относительно соответствующего выходного вывода "+" или "-", При этом числа витков каждой секции обмотки (например, АХ, ах, Ьу) и ее части (АуХ, ах, Ьу) от отвода (А , а , Ь ) до крайнего вывода (Х, х, У)образующего нулевую точку данной звезды, могут быть установлены в соотношении в 1 п (60 - Ц ):в 1 пЯо при Об Цй 30 эл. град. либо в соотношении вп Я : вдп(60 - Я ) при 30 Я с 60 эл.град. где Ц - некоторый Фазовый угол, определяющий сдвиг очередного импульса выходного напряжения относительно образующей его ЭДС данной фазной секции (фиг.б), В действующих значениях напряжения на .секции и ее части относительно среднего значения выходного напряжения в режиме холостого хода первое из указанных соотношений соответствует (а 4 У/3 -Л)вЫ(60 -С): (42/3 ГЗ)вз.п =и/3 -12 ц /3 16 : 0 ц / 3 .16 Да -0 в 741 0,43 :) 0; 0,43 . ф387786 30 40 45 50 55 5 16Преобразователь (фиг. 1) работаетследующим образом.При подключении выводов А, В 1,С 1 первичной обмотки ЭМА 7 к выводамА,В,С первичного источника электроэнергии переменного тока в первичной н вторичной трехфазных обмоткахсоздаются переменные ЭДС, сдвинутыепо фазе в смежных секциях каждой изобмоток на 120 эл.град. относительнодруг друга, причем эти ЭДС в фазовой плоскости изображаются в видедвух трехлучевых звезд, колинеарных(синфазных) между собой, т.е. совпадающих друг с другом в случае совмещения их или наложения одной надругую. При этом с учетом дополнительных витков полная звезда АсВ,СЭДС первичной обмотки больше звездыаЬс ЭДС вторичной обмотки.Таким образом относительно ЭДСпервичного генератора преобразователь по фиг.1. обеспечивает на наг"рузке пониженное напряжение, т.е.работает как понижающий в отличиеот преобразователей по фиг.2,4 и 5,являющихся повышающими.В преобразователе (фиг.1-5) нагрузка обеспечивается как энергиейпервичной, так и энергией вторичнойобмотки, причем энергия генераторапередается в нагрузку через трехфазную первичную обмотку АХ, В,У,СЕ гальваническим путем (электрически), а сама обмотка работаеткак понижающая в автотрансформаторном режиме. Используемая нагрузкойэнергия вторичной обмотки ах, Ьу,сяпередается как электрическим путем(в интервале времени, когда поочередно открыты ПЭ 1-б, и нагрузка гальванически связана с первичным источником энергии), так и электромагнитным путем в соответствии с принципом трансформации энергии при действии наводимых переменных магнитныхпотоков в магнитопроводе (магнитнойсиетеме) ЭХА 7, что и обусловливаетповышенную эффективность передачиэнергий и улучшенные массогабаритные и стоимостные показатели,Принцип работы преобразователяпо фиг.1 при формировании фазосдвинутых импульсов Б я 1 знакопостоянного выходного напряжения У а поясняется диаграммой на фиг.б. Преобразователь обеспечивает шестикратную частоту пульсации (П=б), причем при любом расположении основных отводова , Ь , с , А, В, С э в пределахвитков данной секции. Для получениятеоретически симметричной пульсациидостаточно выполнить эти отводы равноудаленными во всех секциях от одноименных их выводов, причем, несмотряна то, что каждый импульс Б формируется в общем случае из двух неравных между собой значений ЭДС разноименных по фазе секций, в Э 11 А невозникает отрицательного явления постоянного подмагничивания магнитопровода. Отсутствие подмагничивания обусловлено тем, что амплитудные значения,длительности и формы токов в целомодинаковы во всех секциях и соответствующих их частяхОдинаковы и соз даваемые ими потоки (ампер-витки),но по знаку или направлению действия они противоположны вследствиевстречного включения обмоток разныхзвезд через соответствующие ЛЭ при 25 полной симметрии выполнения этих обмоток и их частей.Эффект компенсации подмагничивания и обеспечения электромагнитногоравновесия ЭМА обеспечивается в схемах по Фиг.1-5 аналогично известным лучевым схемам, в которых секции разных фаз соединяются для этого непосредственно, образуя схему одно- или двухстороннего зигзага. Ноотличие от известных схем в схемах по фиг.1-5 секции обмоток нентильна разделены между собой и гальванически соединяются лишь в моменты поочеред,ного открытия ПЭ 1-б.В эти моменты топологически образуется двусторонний встречно-встречный зигзаг (подобный зигзагу известных схем), но эта аналогия наиболее близка лишь при (30 , когда образуется частная схема с шестивентильным кольцом.оВ общем случае (при О ( 1 сбО ( Ф 30 ) формирующийся через ПЭ двусторонний зигзаг является неравноплечим и неравносторонним, что и обеспечивает определенное множество новых схем с различным фазовым сдвигом выходного напряжения относительно ЭДС обмоток и сетй.Благодаря установленным на фиг.1-5 электрическим связям секций данной звезды с частями секций другой звезды через ПЗ 1-б при формировании одной из сторон двустороннего зигзага используется не отдельная секция, аКак следует иэ фиг. 6-8, благодаря встречному включению секций через ПЭ 1-6 и вследствие разноименности их фаз в схемах по Фиг.1-5 при изме" нении положения основных отводов обеспечивается увеличение выходного напряжения в 1-1,732 раза относительно амплитуды ЭДС любой секции и изменение фазового углав широком диапазоне - от 0 или 60 до 50 часть"той же секции, которая в качестве другой стороны или плеча зигзага участвует в формировании последующего импульса. 5Вместе с тем именно встречное соединение мехду собой секций и их частей (через ПЭ), относящихся к разным фазам, и следовательно, суммирование именно сдвинутых по Фазе ЭДС10 не приводит к взаимному вычитанию .синфазных ЭДС, как зто происходит при противофазности их включенйя в случае,встречного соединения одноименных по Фазе секций в соответствующих известных устройствах. При этом, как как видно из фиг.6, указанное суммирование ЭДС происходит в преобразователе при полной симметрии векторной геометрии их сложения, а встречное включение ЭДС соответствует их вычитанию.Вычитание или взаимокомпенсация синфазных ЭДС в преобразователях по фиг 1-5 отсутствует при Формировании 25 напряжения на нагрузке при одновременной взаимной компенсации действия на магнитопровод положительных и отрицательных ампер-секундных площадей импульсов тока секций данной Фа зы, т.е, выходное напряжение формируется из напряжений первичной и вторичной обмоток, а компенсация подмагничивания обеспечивается благодаря полному совпадению форм токов и протеканию тока в данной секции первичной обмотки в одном направлении (например, от начала к концу), а в одноименной ей по фазе секции вторичной обмотки - в противоположном 40 направлении (от конца к началу) со сдвигом этих токов на 180 эл,град,при соответствующей намотке обмоток, Изменение принципа намотки вторичной обмотки относительно первичной обес печивает дополнительную возможность получения соответствующих вариантов исполнения. 30 эл.град. При этом Фазовый сдвиг импульсов тока части секции относительно импульса тока всей секции благоприятно сказывается на спектральном составе тока первичного генератора, а при частных значениях угла 1 , соответствующих частным положениям основных отводов, можно из схем по Фиг.1 и 2 получить как определенное множество новых, так и частных двух (традиционных) базовых схем, а именно шестилучевой схемы (при ( = 0 или 60 ) и шестивентильной коль.евой (= ЗОО), показанных на фиг.5 и Фиг.З и 4 соответственно,Таким образом, реализация функции Фазосдвигающего устройства, функции преобразования переменного напряжения в постоянное или обратной функции (инвертирования), Функции мультипликации частоты пульсации или увеличения ее в шесть раз относительно частоты сети, а также реализация Функции регулирования выходного напряжения или его стабилизации в случае выполнения преобразователя управляемым при использовании данного (имеющегося в наличии) ЭМА либо возможность получения определенного множества отдельных базовых схемных реализаций при различном расположении основных и дополнительных отводов (фиг,2, 4 и 5) или дополнительных витков (Фиг.1 и 3), а кроме того возможность получения известных традиционных схем в новом (автотрансФорматорном) для них исполнении характеризуют предлагаемый преобразователь как многофункциональный,расширяя его возможности и область применения.Формула изобретения1. Автотрансформаторный лучевой преобразователь .напряжения, содержащий электромагнитный аппарат с трехФазной вентильной обмоткой, разделенной в каждой фазе на две равные секции с одним основным отводом в каждой из них, причем разные по фазе секции соединены в две синфазные между собой обмотки, общие или нулевые точки которых образуют выходные выводы, а между свободным выво" дом данной секции одной звезды и ос" иовным отводом смежной ей по фазе секции другой звезды присоединен10 3. Преобразователь по пп. 1 и 2,отличающийся тем,что й при Ой( 30 секция данной Фазыоодной из звезд обмотки соединенасвоим выводом через преобразовательный элемент с отводом смежной ей пофазе секции другой звезды в порядке обратной, а при 30 йЯЬО - впорядке прямой индексной последовательности фаз. 9 16387 один из шести преобраэовательнык элементов при однонаправленном включении всех элементов относительно одного иэ выходных выводов, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что, с целью расширения схемно-функциональных воэможностей и области применения, секции первичной обмотки снабжены в каждой Фазе дополнительным отводом или дополнительными витками, образующими входной вывод, а числа витков каждо секции вентильной обмотки и ее части от основного отвода до вывода,образующего нулевую точку звезды,установ лены в соотношении еьп(66 -):зпЦ , при 04 СЗО или вне:зп(60 -) при 30 аЯ 60, где( - некоторый фазовый угол. 73 102. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что все дополнительные витки или отводы вы" полнены с одинаковым числом витковотносительно одноименных выводовсекций первичной и вторичной обмоток.