Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(088. 8) 3 Ьвударстювыд камвтет СССР ав двдам взебретевкв и открытий(23)приоритет Опубликовано 3003.82. Бюллетень 12 Дата опубликования описания 30. 03. 82(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕО т 5 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при многопульсном выпрямлении трехфазного переменного напряжения.Известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в. постоянное, содержащие трехфазный трансформатор, первичные обмотки ко-торого совместно с последовательно соединенными с ними парами встречно- параллельно включенных управляемых вентилей образуют звезду, связанную с фазными входными выводами, а вторичные обмотки соединены в звезду и подключены к выпрямительному мосту, либо образуют шестифазную схему выпрямления с уравнительным реакто-. ром 11. 20,Недостатком этих преобразователей является то, что они не обеспечивают двенадцатипульсное регулирование выпрямленного напряжения. 2Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с вторичными обмотками, соединенными совместно с вентилями по схеме двенадцатипульсного выпрямителя с первичными обмотками, подключенными одними выводами к фазным входным выводам, а другими - к управляемым вентилям, образующим две разноименные группы, и дополнительные управляемые вентили, подключенные общей точкой разноименных электродов к нулевому входному выводу 21. Недостатком этого преобразователяявляется невозможность двенадцатипульсного выпрямления при регулировании на первичной стороне и включении уравнительного реактора навторичной стороне,Цель изобретения - обеспечениедвенадцатипульсного выпрямления прирегулировании на первичной стороне,3 91728Поставленная цель достигается тем,что каждая общая точка, электродовразноименных вентильных групп соединена со свободным электродом соответствующего дополнительного управляемого вентиля через последовательно соединенные обмотки двух двухобмоточных уравнительных реакторов, причем общие точки каждой пары обмотоксоединены между собой. 10На фиг, 1 приведена принципиаль"ная схема предлагаемого преобразователя с двумя вторичными обмотками,образующими шестилучевую "звезду"и подключенными к шестифазному вентильному мосту с двумя уравнительными реакторами; на Фиг. 2 - то же,с двумя вторичными обмотками, соединенными одна в "звезду", а другаяв "треугольники подключенными к . 20вентильным мостам, включенным междусобой параллельно через уравнитель-ный реактор,Преобразователь (фиг. 1) содержиттрехфазные трансформаторы 1 и 2. Первичные обмотки 3-5 трансформатора 1подключены одними выводами к фазнымвходным выводам А, В, С, а другимик тиристорам 6-8 и 9-11, образующимсоответственно катодйую и анодную 30группы, общие точки электродов которых соединены с тиристорами 12 и 13через полуобмотки соответственно 14,15 и 16, 17 "делителей тока" с обьединенными средними выводами. 35Вторичные обмотки 18-20 и 21-23трансформатора 1 соединены в двевстречно включенные "звезды", т,е.образуют шестилучевую "звезду" и подключены соответственно началами а, 40Ь, с 1 к зажимам переменного токавентильного моста, собранного на вентилях 24-29, а концами а, Ь, ск зажимам переменного тока вентильного моста, собранного на вентилях 3035. Катоды вентилей 24-26 соединеныс катодами вентилей 33-35, а анодывентилей 27-29 - с анодами вентилей30-32 через полуобмотки соответственно 36, 37 и 38, 39 уравнительныхреакторов, к средним выводам которыхподключена нагрузка 40,При открытом состоянии тиристоров 6, 10, т.е. когда намагничивающий ток трансформатора 1 замыкается, через его обмотки 3, 4, тиристоры 6, 10 и полуобмотки 14, 16 "делителей тока" проводят ток нагрузки вентили 24, 28 и он протекает по цепи начало а 4 обмотки 18 - вентиль 24- полуобмотка 36 уравнительного реактора - нагрузка 40 - полуобмотка 38 другого уравнительного реактора- вентиль 28 - начало Ь обмотки 19- конец обмотки 18. Нагрузочная составляющая первичного тока замыкается ,при этом по той же цепи, что и намагничивающая. При отпирании вентиля 24 запирается ранее открытый вентиль 34, обесточивается обмотка 22, обесточивается и тем самым запирается тиристор 12 (здесь и далее принято, что намагничивающая составляющая первичного тока меньше тока удержания тиристоров). Через 15 эл. град. после отпирания тиристора 6 (угол отпирания тиристоров о 1. равен естественному) потенциал Фазы А относительно общего нуля становится, больше, чем потенциал фазы В и триристор 12 запирается уже не только из-за обесточивания, но и из-за прикладываемого к нему обратного напряжения. Анод тиристора 12 и катод тиристора 3 подключены к нулевому входно-му выводу 0, образованному нейтралью 55 соединенных в "звезду" и подключенных к Фазным входным выводам А, В, С об моток 41-43 трансформатора 2, вторич 2 4ные обмотки 44-46 которого соединены в "треугольник".Числа витков вторичных обмоток трансформатора 1 выбраны в соотношении, равном: У:У = 1:(В), вследствие чего симметричное 12-пульсное выпрямленное напряжение на нагрузке 40 при отпирании тиристоров 6-13 и токе нагрузки Дменьше критического 3 к, т.е. до вхождения уравнительных реакторов в нормальный режим работы, формируется линейными напряжениями обмоток 18-20 и суммой напряжений одноименных Фазных обмоток соответственно 18 и 21, 19 и 22, 20 и 23. При этом тиристоры 6-13 и вентили 24"35 отпирается в последовательности, соответствующей естественному чередованию линейных и фазных напряжений сети:тиристоры 6.-10, 6-13, 6-11, 12-11, 7-11, 7-13, 7-9, 12-9, 8-9, 8-13, 8-10, 12-10;вентили 24-28, 24-30, 24-29, 35- 29, 25-29, 25-31, 25-27, 33-27, 26- 27, 26-32, 26-28, 34-28.5 9172Через 30 эл.град. после отпираниятиристора 6 отпираются тиристор 13,вентиль 30 и ток нагрузки протекает.по цепи начало аобмотки 18 - вентиль 24 - полуобмотка 36 уравнительного реактора - нагрузка 40 - полу"обмотка 39 другого уравнительногореактора - вентиль 30 - конец а обЛмотки 21 - конец обмотки 18; При отпирании вентиля 30 запирается вентиль 28, обесточиваются обмотки 19и 4, обесточивается и, тем самым,запирается тиристор 10. Нагрузочнаясоставляющая первичного тока замыкается при этом по той же цепи, что 15и намагничивающая: обмотка 3 транс"Форматора 1 - тиристоры 6, 13 - полуобмотки 14, 17 "делителей тока"обмотки. 42, 43 трансФорматора 2 - источник питающей сети. 20Через 30 эл.град. после отпирания тиристора 13 отпираются тиристор11, вентиль 29 и ток.нагрузки протекает по цепи начало а обмотки18 - вентиль 24 - полуобмотка 36 25уравнительного реактора - нагрузка .40 - полуобмотка 38 другого уравнительного реактора - вентиль 29 - начало с,1 обмотки 20 - конец обмотки 19, При отпирании вентиля 29 дапирается вентиль 30, обесточиваетсяобмотка 21, обесточивается и, темсамым, запирается тиристор 13. Первичный ток замыкается при этом поцепи обмотка 3 трансформатора 1 " ти-З 5ристоры 6, 11 - полуобмотки 14, 16"делителей тока". Через 15 эл.град.после отпирания тиристора 11 К=О)потенциал фазы С относительно общего нуля становится больше, чем потенциал фазы А и тиристор 13 запирается уже не только из-за обесточивания, но и из-за прикладываемого к нему обратного напряжения.Аналогично можно проследить цепьтока нагрузки и через остальные вентили при отпирании соответствующихтиристоров вб всем диапазоне измвнения угла сС.При токе нагрузки , чуть больше 50критического , т.е, при вхожденииуравнительных реакторов в нормальныйрежим работы, длительность проводящего состояния тиристоров и вентилейв вышеуказанной последовательности 55включения возрастает, что приводитк одновременной проводимости большегочисла тиристоров и вентилей,826Допустим, что открылись тиристор 6и вентиль 24 в момент времени, когдасо сдвигом по фазе на 30 эл.град. всторону опережения уже находятся впроводящем состоянии тиристоры 12,10 и вентили 34, 28 от прикладываемого к последним выпрямляемого напряжения, смежного с выпрямляемым напряжением, отпирающим вентиль 24.Ток нагрузки протекает по цепи от.начала к концу обмотки 19 далее разветвляется на две равные части, однаиз которых протекает через обмотку18, вентиль 24, полуобмотку 36 уравнительного реактора, а другая - черезобмотку 22, вентиль 34, полуобмотку37 уравнительного реактора, затемток нагрузки вновь течет по общейветви через нагрузку 40, полуобмот-,ку 38 уравнительного реактора - вентиль 28, начало Ь обмотки 19.Функция полуобмоток 36 и 37 уравнительного реактора, как и в известных схемах, заключается в выравнивании мгновенных значений смежных вы"прямляемых напряжений, чем и обеспечивается деление тока нагрузки на дверавные части, протекающие через вентиль 24 и обмотку 18, вентиль 34 иобмотку 22. Полуобмотка 39 другогоуравнительного реактора в этом моментвремени обесточена, а полуобмотка 33проводит полный ток нагрузки, вследствие чего магнитная система этогореактора насыщается, т,е. индуктивное сопротивление полуобмотки 38становится равным нулю и падение напряжения в этой полуобмотке такжестановится почти равным нулю,Нагрузочная составляющая первичного тока трансформатора 1 в рассматриваемый момент времени протекает по цепи от конца к началу обмотки 4, источник питающего напряжения, далее разветвляется на две равные части, одна из которых протекает через обмотку 3, тиристор 6,полуобмотку 14 "делителя тока"., адругая - через обмотки 41 и Ь 3 трансФорматора 2, тиристор 12, полуобмотку 15 "делителя тока", затем первичный ток трансформатора 1 вновь.протекает по общей .ветви через полуобмотку 16 "делителя тока", вентиль10, конец обмотки 4.Через 30 зл.град. после отпираниятиристора 6 К=О) потенциал фазы Аотносительно общего нуля становится7 9172больше, чем потенциал фазы В и обратное напряжение, прикладываемое к тиристору 12, стремится уменьшить протекающий,через него ток, однако ЭДСвзаимоиндукции "делителя тока" пре- Зпятствует этому за счет введениядобавочного положительного по величине напряжения в цепь тиристора 12,Вообще, роль "делителя тока" в любоймомент времени заключается в выравнивании мгновенных значений токов,протекающих через его полуобмотки,за счет ЭДС взаимоиндукции последних.Через 30 эл.град. после отпирания тиристора б подается отпирающий.импульс на тиристор 13, отпираетсявентиль 30 и ток нагрузки протекаетпо цепи начало обмотки 18 - вентиль24 - полуобмотка 36 уравнительного , 20реактора - нагрузка 40, далее разветвляется на две равные части, одна из которых протекает через полуобмотку 38 уравнительного реактора,вентиль 28, обмотку 19, а другая - 25через полуобмотку 39 уравнительногореактора, вентиль 30, обмотку 21,затем ток нагрузки вновь течет пообщей ветви от конца к Началу обмотки 18. При отпирании вентиля 30 З 0запирается вентиль 34, обесточивается обмотка 22, обесточивается итем самым запирается тиристор 12.Функцию .выравнивания мгновенных значений смежных выпрямляемых напряжений теперь выполняют полуобмотки 38и 39 уравнительного реактора. Полуобмотка 37 другого уравнительногореактора в этот момент времени обесточена, а полуобмотка 36 проводитполный ток нагрузки и ее индуктивное сопротивление равно нулю.Нагрузочная составляющая первичного тока трансформатора 1 в рассматриваемый момент времени протекает по 45цепи от начала к концу обмотки 3тиристор 6 - полуобмотка 14 "делителятока", далее разветвляется на две равные части, одна из которых протекаетчерез полуобмотку 17 "делителя тока", 50тиристор 13, обмотки 42 и 43 трансформатора 2, источник питающего напряжения, а другая - через полуобмотку 16 "делителя тока", тиристор 10,обмотку 4, источник питающего напряжения, затем первичный ток трансформатора 1 вновь протекает по общейветви через обмотку 3,82Далее процессы во всем диапазонеизменения углациклически повторяются, т.е. включается тиристор 11,отпирается вентиль 29,.запираетсявентиль 28 и когда, например, потенциал фазы С относительно общего нулястановится больше, чем потенциал фазы А, то ЭДС взаимоиндукции "делителя тока" с полуобмотками 16 и 17 препятствует запиранию тиристора 13,т,е, выравнивает мгновенные значениятоков, протекающих через полуобмотки16 и 1. Первичный ток проводят тиристоры 6, 11 и 13, а вторичныйвентили 24, 29 и 30.Затем через 30 эл,град. включаетсятиристор 12, запирается вентиль 13,отпирается вентиль 35, запираетсявентиль 30 и первичный ток проводяттиристоры 6, 11 и 12, а вторичныйвентили 24, 29 и 35.Таким образом, тиристоры 6-13 ивентили 24-35 проводят ток в следующей последовательности:тиристоры 6-10-12, 6-10-13, 6-1113, 6-11-12, 7-11- 12 7-11-13 7-9-137-9-12, 8-9-12, 8-9-13, 8-10-13,8"10-12;,вентили 24-28-34, 24-28-30, 2429-30, 24-29-35, 25-29-35, 25-29-31,25-27-31, 25-27-33, 26-27-33, 26-2732, 26-28-32, 26-28-34,Функция трансформатора 2 заключается в обеспечении самокомпенсациив. источнике питающей сети, представляющем собой трехфазный трехстержневой трансформатор магнитного потоканулевой последовательности, создаваемого током нулевой последовательности преобразоаателя, так как этотток при наличии трансформатора 2 протекает через нулевой входной вывод,подключенный к нейтрали соединенныхв звезду первичных обмоток 41-43, Например, когда первичный ток, протекая через обмотку 3, тиристоры 6 и 13,обмотки 42 и 43, замыкается черезисточник питающего напряжения, т.е,трехфазный трехстержневой трансформатор, то в последнем происходит вышеуказанная самокомпенсация магнитного потока нулевой последовательности за счет взаимообратной направленности магнитных потоков, создаваемых токами нулевой последовательности, протекающими в соединенных в"звезду" фазных обмотках этого трансформатора. Трансформатор 2 позвоФормула изобретения Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор с вторичными обмотками, соединенными совместно с вентилями по схеме двенадцатипульсного выпрямителя, с первичными обмотками, подключенными одниии выводами к фазным входным выводам, а другими - к управляемым вентилям, образующим две,рззноименные группы, и дополнительные управляемые вентили, подключенные общей точкой разноименных электродов к нулевому входному выводу, о т л и ц а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспецения двенадцатипульсного выпрямления при регулировании на первичной стороне, каждая общая точка электродов разноименных вентильных групп соединена 9 9172ляет работать при любой 3-х проводной сети.Для компенсации магнитного потоканулевой последовательности в магнитопроводе трансформатора 2 служат5обмотки 44-46, которые с этой цельюсоединены в "треугольник".Преобразователь (фиг. 2) содержиттрансформаторы 47 и 48. Первичныеобмотки 49-51 трансформатора 47 подключены одними выводами к фазнымвходным выводам А, В С, а другими -к тиристорам 52-54 и 55-57, образующим соответственно катодную и анодную группы, общие точки электродовкоторых соединены с тиристорами 58и 59 через полуобмотки соответственно 60, 61 и 62, 63 "делителей тока" с объединенными средними выводами.20Вторичные обмотки 64-66 и 67-69трансформатора 47 соединены соответственно в "звезду" и "треугольник" и подключены к зажимам переменного тока вентильных мостов, собранных соответственно на вентилях 70-75и 6-81. Аноды вентилей 73-75 соединены с анодаии вентилей 76-78 черезполуобмотки 82 и 83 уравнительногореактора, средняя точка которых соединена с общей тоцкой катодов вентилей 70-72 и 79-81 через нагрузку 84,Анод тиристора 58 и катод тиристора 59 подключены к нулевому входному выводу 0, образованному нейт 35 ралью соединенных в "звезду" и подключенных к Фазным входным выводам А, В, С обмоток 85-87 трансформатора 48, вторичные обмотки 88-90 которого соединены в "треугольник".40Числа витков вторичных обмоток трансформатора 47 выбраны в соотношении, равным Чи:Ча = 1 : /7, вследствие чего симметричное 12-пульсное .выпрямление на нагрузке 84 при Д,(р45 формируется линейными напряжениями обмоток 64-66 и фазными напражениямиобмоток 67-69При 3,с.) 1 т.е. до вхождения" уравнительного реактора в нормальный , режим .работы; тиристоры 52-59 и вен 50 тили 70-81 отпираются в следующей последовательности:тиристоры 52-56, 52-59, 52-57,58-57, 53-57, 53-59, 53-55, 58-55, 54-55, 54-59, 54-56, 58-56;вентили 70-74, 76-80, 70-75, 76-81 71-75) 77-81, 1-73, 77-79, 72-73, 78-79, 72-74, 78-80. 82 10При Ь ) Д, т.е. при вхожденииуравнительного реактора в нормальныйрежим работы, тиристоры 52-59 и вен-.тили 70-81 проводят ток в следующейпоследовательности:тиристоры 52-56-58, 52-56-59,52-59-57, 52-57-58, 57-58-53, 53-5-59,53-59-55, 53-55-58, 55-58-54,54-55-59,54-59-56, 54-56-58;вентили 78-80-70-74, 70-74-76-80,76-80-70-75, 70-75-,76-81, 76-81-71-75,71-75-77-81, 77-81-71-73, 71-73-77-7977-79-2-73, 72-73-78-79, 78-79-72-4,72-74-78-80,функция уравнительного реактора,"делителей тока" и трансформатора 48в схеме (Фиг. 2) аналогична их Функции в схеме (Фиг, 1) прицем "делителем тока" условно названо устройство,содержащее замкнутый стальной сердечник с двумя обмотками, имеющими вывод из средней точки.На вторичной стороне преобразователя может быть собрана не толькодвухполупериодная (мостовая) схема12-пульсного выпрямителя, но и .однополупериодная (лучевая, кольцевая)с одним или несколькими уравнитель-.ными реакторами. Во всех случаях необходимо, чтобы удовлетворялось условие синфазности результирующих напряжений обмоток, одновременно обтекаемых токами на первичной и вторичной сторонах основного трансформатора преобразователя и размещенных наодних и тех же его стержнях.917282 11со свободным электродом соответствующего дополнительного управляемого вентиля через последовательно соединенные обмотки двух двухобмоточных уравнительных реакторов, причем общие точки каждой пары обмоток соеди" нены между собой.4 12Источники информации,принятые во внимание при. экспертизе1. Ситник Н.Х. Силовая полупро-водниковая техника. И., "Энергия",1968, с. 181.2. Авторское свидетельство СССРУ 752681, кл. Н 02 И 7/06, 1976