Устройство для выравнивания токов

) Авторы изобретен Сенигов Гольдште т 1 5 що лябинский политехнический институ комсомола(71) Заявитель 1) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ТОК Изобретение относится к преобра зовательной технике и предназначено для выравнивания токов параллельных вентильных ветвей статиЧеских преобразователей,Известны устройства выравнивания токов между параллельными вентиль- ными ветвями, содержащие магнитопроводы и магнитосвязанные с их помощью обмотки 13, 23 и 33Однако наличие в магнитопроводах 1 ф этих делителей постоянной составляющей магнитного потока не позволяет эффективнр использовать эти магнитопроводы. В результате, определяемые из условия выравнивания токов па 1 раллельных ветвей массогабаритные показатели делителей существенны и также делители не находят, широкого применения.Известен делитель тока между параллельными ветвями, содержащий магнитосвязанные с помощью магнитопровода обмотки, включенные в эти параллельные ветви, и колебательный контур. При этом параметры элементов колебательного контура (индуктивност обмотки и емкость конденсатора) таковы, что частота его собственных колебаний знчительно (более чем в два раза) превышает частоту напряже ния сети, питающей преобразователь. Это приводит к тому, что колебания, развивающиеся в этом контуре на интервале непроводящего состояния вентильных ветвей,. полностью затухат ют к концу этого интервала, а материал магнитопровода полностью. размагничивается, что повышает эффективность его использования, В результате увеличивается индуктивность обмоток, включенных в параллельные ветви, и, как следствие, улучшается выравнивание токов этих ветвей 113.Однако без увеличения массогабаритных показателей такого устройства например за Счет сечения его магнитопровода, невозможно дальнейшк.с улуч930518 3шение выравнивания токов параллельных ветвей.Цель изобретения - улучшение вы- равнивания токов параллельных вентильных ветвей без увеличения массо- габаритных показателей делителя тока.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве выравнивания токов между параллельными вентильными ветвями статического преобразова теля, содержащем магнитосвязанные с этими ветвями колебательные контуры, волновое сопротивление колебательных контуров и их сопротивление выбирают, из сортношения130 - 0 МРгде рволновое сопротивление ко.лебательного контура, Ом;2 - сопротивление (мнимая часть" сопротивления) колебательного контура на частоте напряжения сети, питающей преобразователь Ом (положительное значение сопротивленияозначает его индуктивныйхарактер) Степень выравнивания средних за период значений токов параллельных вентильных ветвей определяется величинами вольтсекундных интегралов выравнивающих ЭДС на интервале проводящего состояния ветвей, вводимых в эти ветви с помощью делителя тока. Причем, Чем больше величины этих интегралов, тем выше степень выравнивания токов ветвей. Принципиальное отличие предлагаемого делителя тока от известного заключается в том, что при значениях отношения волново 40 го сопротивления колебательного контура к его сопротивлению на частоте напряжения сети, питающей преобразователь, лежащего в указанном диапазоне, напряжения на конденсаторах и токи намагничивания магнитопроводов делителя, в конце непроводящего интервала отличны от нуля (в известном делителе равны нулю) и имеют такие значения и знаки, при которых 0 величины вольтсекундных интегралов выравнивающих ЭДСвводимых в параллельные ветви предлагаемым делителем, больше, чем известным (при равных их установленных мощностях, 55 а значит, и массогабаритных показателях), а следовательно, выше и степень выравнивания токов этих ветвей. фНа фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема индуктивного делитеЛя тока для трех параллельных вентильных ветвей; на фиг. 2 -4 ." временные диаграммы ЭДС "возмущения", появляющейся из-эа неидентичности параметров параллельныхветвей, тока намагничивания магнитопровода, напряжения на конденсаторе,имеющие место при работе предлагаемого делителя тока с разными значениями отношения волнового сопротивления колебательного контура к егосопротивлению.Устройство (фиг, 1) содержит тримагнитопровода 1, обмотки 2 и 3 накаждом магнитопроводе диод 4 и триконденсатора 5. Обмотки 2 включеныв разные параллельные вентильныеветви. Диод 4 и все обмотки 3 соединены между собой последовательно, образуя замкнутый контур. Приэтом обмотки 3 соединены между собойсогласно, а полярность включениядиода 4 такова, что он проводит токодновременно с параллельными вентильными ветвями. Параллельно каждой,обмотке 3 подключен один конденсатор 5, Индуктивность 1. обмотки 3и емкость С конденсатора 5, образующих колебательный контур, выбраны такими., что выполняется соотношение00,34,Ргде 1 - волновое сопротивление колебательного контура, Ом(измеряется специальным прибором или рассчитывается припредварительно измеренныхзначениях индуктивностии емкости С по выражениюР =7 С;2 - сопротивление (мнимая частьсопротивления) колебательного контура на частотенапряжения сети, питающейпреобразователь, Ом (величина и характер его определяется относительно зажимов конденсаторанапример, припомощи моста переменного тока с фазочувствительным индикатором).На фиг. 2 кривая 6 изображает изменение во времени ЭДС "возмущения"прикладываемую к параллельной ветви,и появляющиЕся из-эа неидентичности параметров элементов этих ветвей,например вентилей, кривая 7 - на15 20 25 30 35 40 45 50 55 5пряжения на конденсаторе 5 кривая 8 - тока намагничивания магнитопровода 1.Выравнивание токов параллельныхветвей делителем осуществляется как и в известном, путем введения в эти ветви на интервале их проводящего состояния выравнивающих ЭДС, равных по величине напряжениям на соответствующих конденсаторах 5 (кривая 7). Напряжение на конденсаторе в течение всего проводящего интервала имеет тот же знак, что и ЭДС "возмущения" (кривая 6) и, частично компенсируя ее, способствует снижению небаланса тока этой ветви. Аналогичные процессы наблюдаются во всех ветвях, что,. в конечном счете, приводит к улучшению токораспределения.Величина вольтсекундного интеграла напряжения, конденсатора 5 на про- водящем интервале в сильной степени зависит от величинь 1 и полярности этого напряжения, величины и напряжения тока намагничивания магнитопровода в конце непроводящего интервала (кривые 7 и 8). При полярности напряжения конденсатора 5 в конце непроводящего интервала аналогичной полярности ЭДС "возмущения" и направлении тока намагничивания магнитопровода 1, так что он стремится зарядить конденсатор до напряжения той же полярности, что и ЭДС "возмущения", создаются условия, когда вольтсекундный интеграл напряжения конденсатора 5 на проводящем интервале, появляющийся за счет энергии, запасенной в реактивных элементах колебательного контура (обмотке 3, конденсаторе 5) к началу этого интервала, будет отличен от нуля и иметь знак, аналогичный знаку вольтсекундного интеграла при нулевых значениях напряжения конденсатора 5 и тока намагничивания в конце непроводящего интервала.Энергия, запасенная в конденсаторе 5, к началу проводящего интервала (определяется величиной напряжения на конденсаторе и его емкостью), в течение этого интервала частично переходит в энергию магнитного поля обмотки 3 и частично рассеивается на активных сопротивлениях элементов, входящих в параллельную ветвь (вентилей, предохранителей, шин), что сопровождается разрядом конден 930518 6сатора 5. При этом напряжение конденсатора 5 на приводящем интервале изменяется таким образом, что еговольтсекундный интеграл на этом интервале (в практических случаях,когда 2 С 0,00667 с, где 2 - суммарное активное сопротивление элементов вентильной ветви, С - емкость конденсатора 5) имеет знак,совпадающий с полярностью этого напряжения, и если их знаки совпадают с полярностью ЭДС "возмущениям этот вольтсекундный интеграли интеграл, соответствующий нулевымзначениям напряжения конденсатора 5 и тока намагничЧвания, имеют одинзнак.Энергия, запасенная в обмотке3 к .началу проводящего интервала(определяется величиной тока намагничивания магнитопровода 1 и индуктивностью обмотки 3), в течение этого интервала частично рассеивается на активных сопротивлениях элементов параллельной ветви и частично переходит в энергию электрического поля конденсатора 5, заряжая его. При этом напряжение конденсатора 5 на проводящем интервале изменяется так, что его вольтсекунд- ч ныи интеграл на этом интервале всегда одного знака, совпадающего с полярностью этого напряжения, и если полярности такого напряжения,и ЭДС "возмущения" совпадают, этот вольт- секундный интеграл и интеграл, соответствующий нулевому значению напряжения конденсатора 5 и тока намагничивания, имеют один знак,.Таким образом, если в конце не- проводящего интервала создать ус" ловия, когда напряжение на конденсаторе 5 и ЭДС "возмущения" имеют одинаковую полярность кривые 7 и 6), а направление тока намагничивания магнитопровода 1 таково (кривая 8), что он стремится зарядить конденсатор 5 до напряжения той же полярности, вольтсекундные интегралы напряжения конденсатора 5 (на проводящем интервале), появляющиеся за счет энергии, запасенной соответственно в конденсаторе 5 и обмотке 3, будут иметь один знак, одинаковый со знаком интеграла, имеющего место в известном делителе (М), при ноевых значениях напряжения кон- денсатора 5 и тока намагничивания в конце непроводящего интервала. Поэтому результирующий вольтсекундный7 9305 интеграл, равный сумме рассмотренных трех его составляющих в предлагаемом делителе будет больше, а следовательно, и его эффективность по выравниванию токов параллельных ветвей 5 будет выше, чем в известном делителе.В случае, когда слагаемые вольт- секундных напряжения конденсатора 5 на проводящем интервале, появляющиеся за счет энергии, запасенной в 10 реактивных элементах колебательного контура в конце непроводящего интервала, имеют разные знаки, положительный эффект будет, если их алгебраическая сумма имеет знак, аналогичный 15 знаку интеграла при отсутствии энергии в обоих реактивных элементах контура в конце непроводящего интер" вала.,8 конкретном преобразователе с р 0 заданным режимом работы на полярность напряжения конденсатора 5, найравление тока намагничивания магнитопровода 1 и их величины оказывает влияние индуктивность 1. обмотки 3 и ем кость С конДенсатора 5, образующие колебательный контур делителя, а фактически отношение .частот свободных колебаний контура ф =1/И к часО тоте напряжения сетию), питающей преобразователь, а также и емкость конденсатора 5. Это следует из того, что характер процессов, протекающих в колебательном контуре нанепроводящем интервале, определяется всецело частотои свободных колебач35 ний, этого контура, а на проводящем интервале еще и емкость конденсатора 5, определяющей характер и степень рассеивания энергии контура на ак 40 травных сопротивлениях элементов параллельной ветви.Введем параметры делителя, определяющие процессы на непроводящем и проводящем интервалах: .волновое сопротивление его колебательных кон 45 туровР= и сопрОтивление (мнимая часть сопротивления) цепи колебательного кон тура, состоящей из параллельно соединенных обмотки 3 и конденсатора 5,18 ф 8определяемого при частоте напряжения сети, питающей преобразователь,Характерно, что отношенйе этихсопротивлений однозначно определяется отношением частотИ 3/Сд Действительно,Р о(1) Определим диапазон значений этого отношения, в котором делитель тока обладает большей эффективностью чем известный при его. установке в трехфазных преобразователях и практически возможных случаях ( 5 х Ф 10" Т; г 210 Ом; Т 21 ОС;40 град.эл.; Р =Т/2 гС ъ 1,25,где Т - период напряжения сети, питающей преобразователь, у - интервал коммутации вентилей). Для этого воспользуемся фиг. 3 и 4, на которых кривые 9 и 10 изображают изменение во времени ЭДС "возмущения", кривые 11 и 12 - напряжение на конденсаторе 5, кривые 13 и 14 - тока намагничивания магнитопровода 1.При этом кривые на фиг. 3 и 4 построены соответственно для минимального и максимального значений отношения р /2, определяющих соответственно нижнюю и верхнюю границу диапазона значений этого отношения,при котором еще существует положительный эффект. Определим соответствующие им отношения частот Ы /и),При этом заметим, что кривые 11 и12 на непроводящем интервале имеютвид гармонических функций, изменяющихся в соответствии с процессами, происходящими в колебательном контуре, с угловой частотой ио.Обозначим через с длительностьнепроводящего интервала, Тогда содной стороны=Т-Ь-Х (2) с другой, из кривой 11с, =ух+Тон (3) а из кривой 12н-уф х+Тов 1 (4) где 6 - интервал проводящего состояния вентильных ветвей при у =О, С ,То- периоды свободных колебаний колебательных контуров, определяемые соотВетственно нижней и верхнейО)1, . мй,1-и ьс 1 ЦЦ, - ,С границами их угловых частот ц , сдПриравнивая кривые части выражений,(2) и (3) и (2) и (4), получимТ-Ь= у+х+0,25 ТонТ- у+ х+0,75 ТоУ Тъ 1,5 Как следует из неравенства 8 области допустимых значенийзо7 иотно 9 93051Учитывая в этих уравнениях, чтоТ 2 д/ы Тон =2/дон ф Тоь =2/Юоб решаем порознь их относительно частного угловых частот и получимфХщон 035 т-- (ь)То 0,5- -ФХОН 10 Ь 1 О. - ;. -- ЕЫТИз фиг, 3 и 4 соответственно следует (кривые 11 и 12), что положительный эффект за счет увеличения вольт- фсекундного интеграла достигается приу/Тон с 1/4, уО (для упрощения анализа примем граничные значения этихпараметров у/Тон=1/4; у 1 =О, чтонесколько сужает диапазон искомых 20значений отношения р/2)Значения х/Том =00555 и М/То==0,0417 соответственно максимальноеи минимальное значения интервалов,которые расчитаны из условия равенства нулю алгебраической суммы вольтсекундных интеГралов напряжения конденсатора 5 на проводящем интервале,появляющихся за счет энергии, запасенной соответственно в обмотке 3 ЗОи конденсаторе 5 к началу этого интервала,Расчеты отношений угловых частотпо выражениям (5) и (6) при соответствующем трехфазным преобразова- Зтелям.значении 6 /Т=1 /3 и соответственно значениях о /Т=0,111 и у/Т=Ос последующим использованием их результатов при расчете граничныхзначений отношения р/2 по выражению 40(1) пЬказали, что допустимые значения такого отношения сопротивленийлежат в диапазонеРО -04 (Т),2 45В известном же делителе имеетместо неравенство до 2 и, послеучета которого в выражении ( 1) по"лучаем 8 10щения р/2 предлагаемого и иЭеестного делителей не пересекаются, поэтому по значению этого отношения делители можно отличать. друг от друга,Использование предлагаемого делителя тока позволит при проектировании статических преобразователей большой мощности принимать меньшее значение коэффициента, учитывающего неравномерность распределения тока по параллельным вентильным ветвям, не увеличивая при этом массогабаритные показатели делителя.формула изобретенияУстройство для выравнивания токовмежду параллельными вентильными ветвями статических преобразователей,содержащее магнитосвязанные с этимиветвями колебательные контуры,о т л и ч а ю ще е с я тем, что,.с целью улучшения выравнивания токов без увеличения массогабаритных показателей делителя тока, волновое сопротивление колебательныхконтуров .и их сопротивление выбраноиз соотношенияОс а 0,34)где р - волновое сопротивление колебательного контура,2 - сопротивление (мнимая частьсопротивления) колебательного контура на частоте напряжения сети, питающей преобразователь.Источники информацию, принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Н 3013200,кл. 321-27, заявл. 30.06.59, опублик.12.12.61, фиг. 9.2. Быков Ю.М. и Шипилло В.П. Исследование индуктивных схем выравни.-.вания токов параллельно включенныхвентилей.-"Электричество", 1968,.1" 7, с. 67-72.3. Патент Англии й 1079129,опублис. 1967.4. Патент США й 2994028,кл. 321-27, опублик. 1962.ль Г. МыцыкХаритончик Корректор У. Пономаренко Состави Техред А. Ша Редак лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн аказ 3 9/75 Тираж 71ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рау Подписноеитета СССРткрытийкая наб., д, 4/5