Преобразователь переменного напряжения в постоянное

(51) 4 Н 02 М 7/04 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " П УССРьный ство СССР704, 21 1,85. М ОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт электродинамикии Норильский вечерний индустриинститут(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности квентильным преобразователям с опережающей коммутацией. Цель нзобретения -повышение надежности, улучшение массогабаритных и энергетических показателей. ЭФфект в преобразователе достигается исключением уравнительного реактора при параллельной работе двух мостовых выпрямителей на диодах 8-19, Приэтом применяетсячетырехстержневойтрансформатор 1 со вспомогательными об 13 мотками 20-26 и маломощныйиинертор с системой управления. Трансформатор 1, кроме основной Функции, выполняет также функции уравнительного, коммутирующего и токоограничивающего реакторов. Наличие маломощного инвертора тройной частоты позволяет снять пик напряжения при холостом ходе. По мере увеличения нагрузки изменяется фа 25640за напряжения тройной частоты, подаваемого на вспомогательные обмотки23-25 через инвертор напряжения и тем самым создается опережающая коммутация тока вентилей, что позволяет регулировать реакционную мощность, потребляемую преобразователем, без применения коммутирующих конденсаторов. 3 ил,,61-63 тока, первичными обмотками каж, дого из которых являются шины вен 25 30 З 5 денсатором 70, и выходной Фильтр,1Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вентильным преобразователям с опережающей коммутацией.Цель изобретения - повьппение надежности, улучшение массогабаритных и энергетических показателей.На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная схема устройства; на Фиг.З - граФики, поясняющие работу устройства. Двухтактный шестифазный преобразователь (фиг.1 и 2) содержит четырех- стержневой преобразовательный трансФорматор 1 с сетевыми обмотками 2-4; вентильными обмотками 5-, включенными между выводами переменного тока трехфаэных вентильных мостов, собран. ных на вентилях 8-19, двумя парами вспомогательных обмоток 20-25 на основных стержнях магнитопронода и вспомогательной обмоткой 26 на четвертом стержне магнитопровода, Катоды вентилей 8-10, 14-16 обьединены в общую точку и образуют положительный выходной вывод 27, который через разделительный диод 28 подключен к первому входному выводу 29 инвертора 30 (Фиг.2). ОтрицательньпЪ выходной вывод 31 образован анодами вентилей 11-13, 17-19, Инвертор 30 имеет второй входной вывод 32, а к его выходным выводам 33 и 34 подключена первичная обмотка 35 выходного трансформатора 36. Три вторичные обмотки 37- 39 выходного трансформатора 36 через три пары встречно-параллельно включенньгх тиристоров 40-45 подключены каждая отдельно к первым вспомогательным обмоткам 23-25 преобразовательного трансформатора 1, а четвер 5 10 15 20 2тая обмотка 46 выходного трансформатора 36 через четвертую пару встреч- но-параллельно включенных тиристоров 47 и 48 подключена к вторым вспомогательным обмоткам 20-22 преобразовательного трансформатора 1, которые соединены в открытый треугольник. Преобразователь содержит также трехфазный датчик 49 тока, первый 50 и второй 51 входные выводы системы управления, к которым подключены вспомогательная обмотка 26 четвертого стержня и трехфазный датчик 49 тока, Система управления выполнена на основе датчика 52 тройной частоты, двух одновибраторов 53 и 54, блока 55 управления, дешифратора 56, блока 57 управления тиристорами и трех формирователей 58-60 импульсов.Трехфазный датчик 49 тока выполнен на основе трех трансформаторов тильных обмоток 5- диодного моста 64, к входу переменного тока которого подключены вторичные обмотки трансформаторов 61-63 тока, и потенциометра 65, ползунок которого является выходным выводом датчика 49 тока,Инвертор 30 выполнен на полностью управляемых вентилях 66-69 с диодным мостом обратного тока и содержит входной фильтр, представленный консостоящий иэ последовательного коле" бательного контура, включающий дроссель 71 и конденсатор 72, и параллельный колебательный контур, включающий дроссель 73 и конденсатор 74, настроенные на тройную частоту сети, 31321 атчик 5 тройной частоты содержит компаратор 75, подключенный входом к первому входному выводу 50 сис -темы управления, Формироватсли переднего 76 и заднего 77 Фронтов, подключенные входами к выходу комнаратора .75, триггер 78 и схему ИЛИ 79.Блок 55 управления содержит второйкомпаратр 80, подключенный входом квторому входному выводу 51 системыуправления, второй триггер 81 и логический иннертор 82.ДешиФратор 56 собран на шести схемах И 83-88, второй и третьей схемахИЛИ 89-90 и третьем триггере 91,Блок 57 управления тиристорамивыполнен на основе трех схем И 92-94,шестиразрядного регистратора 95 сдвига, логического инвертора 96.В качестве Формирователей 58-б 0импульсов наиболее приемлемыми являются Формирователи с наполнением отвысокочастотного генератора, в которых длительности выходных импульсовсоответствуют длительности входныхсигналов,Устройство работает следующим образом.При нормальной работе двухтактного шестиФазного преобразователя вступают в параллельную .работу два трехФазных мостовых выпрямителя, собранных на вентилях 8-13 и 14-19. При параллельной работе мостов устанавливается выпрямленное напряжение, величина которого является средней междумгновенными значениями Фазных напряжений поочередно встречно-параллельно работающих вентильных обмоток 5 -7, Разность мгновенных значений фазных напряжений встречно-параллельноработающих Фаэ составляет напряжениетреугольной Формы и тройной частотыпо отношению к частоте питающей сетис амплитудой, равной половине амплитуды Фазного напряжения вентильнойобмотки.Для выравнивания мгновенных значений Фаэных напряжений встречно-параллельно работающих вентильных обмоток в преобразователе использован трансФорматор 1 с четырехстержневым магнитопроводом. Под действием напряжения тройной частоты, генерируемого преобразователем, по вентильным обмоткам параллельно работающих фаз протекает уравнительный ток тройной частоты, который создает однонаправленные по 5640 40 45 5 10 15 20 25 30 35 токи в основных стержнях трансФормтора. Для потоков нулевой последоватепногти в преобразователе имеетсяпуть по магнитопроводу четвертогостержня находящегося в ненасыщенном .состоянии. Благодаря, этому в уравнительном контуре имеется большое сопротивление нулевой последовательности х , соизмеримое с сопротивлениемО фнамагничивания х, трансФорматора,которое в достаточной степени ограничивает уравнительный ток преобразователя. Амлитуда уравнительного токане превышает 1-2 Х от амплитуды номинального тока вентильной обмотки присечении четвертого стержня 30-407 отсечения основных стержней,Таким образом, для осуществленияпараллельной работы двух трехФаэныхмостов с продолжительностью работывентилей 120 ф беэ учета угла коммутации нет необходимости применениягромоздких двухФазных уравнительныхреакторов. При токе нагрузки преобразователя, называемом критическим 1Якри равном 1-27, от номинального выпрямленного тока, при котором начинаетсяпараллельная работа трехФазных мостов, кривая выпрямленного напряжения1 с и кривая Фаэного напряжения0имеют соответствующие Формы(Фиг,ЗФ). От потоков нулевои последовательности на вспомогательной обмотке 26 четвертого стержня наводитсянапряжение 11 тройной частоты, которое является сигналом для датчика 52тройной частоты.При токах нагрузки, меньших 1Икр ф к вспомогательным обмоткам 20-22, соединенным в открытый треугольник, подводится напряжение тройной частоты Б (Фиг.Зу) через встречно-параллельно включенные тиристоры 47 и 48 обмотки 46 выходного трансФорматораинвертора 30, Под действием этого напряжения по вспомогательным обмоткам 20-22 с основных стержней протекает ток тройной частоты, который создаетпотоки нулевой последовательности восновных стержнях. Эти потоки также замыкаются по магнитопроводу четвертого стержня, в результате чего ток вспомогательных обмоток 20-22 мал,Таким образом, выравнивание мгновенных значений напряжений параллельно работающих Фаэ можно осуществить пропусканием намагничивающего тока тройной частоты по вспомогательнымленной сети, Сигналы на выхода компаратора 75, прямом выходе триггера 78 и схеме ИЛИ 79 приведены соответственно на Фиг.Зб. в, г.Компаратор 80 блока 55 управления контролирует по сигналам с датчика 49 тока и опорного напряжения Умоменты перехода выходного тока преобразователя через величину 1При величинах тока, больших 1 С, под воздействием компаратора единичный сигнал формируется на прямом выходе триггера 81, а прн токах, меньших 1 , на его инверсном выходе.Однойибратор 53 служит в качестве линии задержки и вырабатывает длительность импульса, равную 2/3 периода частоты 6 Г. Выходной сигнал одновибратора приведен на фиГ,Зд. Второй одновибратор 54 вырабатывает длительность импульса для стробирования работы блока 56, а также они могут быть использованы при необходимости в качестве вспомогательных импульсов для управления полностью управляемыми вентилями инвертора 30. Сигнал на выходе одновибратора 54 приведен на Фиг.Зе,Рассмотрим режим работы системы управления иивертором при выходных токах преобразователя, больших 1, На прямом выходе второго триггера 81 блока 55 управления присутствует единичный сигнал, который в качестве разрешающего сигнала поступает на вторые входы первой 83 и седьмой 92схем И. При этом выходной сигнал первого одновибратора 53 поступает навходы третьей 85 и четвертой 86 схемИ, на которые поступают также выходные сигналы первого триггера 78. Соответственно на инверсных выходахвторой 89 и третьей 90 схем ИЛИ формируются сигналы Ииг,Зж и з). Сигнал на прямом выходе триггера 91 приведен на Фиг.Зи. Выходные сигналытриггера 91 через формирователь 58импульсов, выполняющий роль усилительных гальванически развязывающих каскадов, поступают поочередно навходы полностью управляемых вентилей66, 69 и 67, 68, находящихся в противоположных плечах постового инвертораПрямоугольное напряжение, формируемое полностью управляемыми вентилями инвертора 30, с помощью элементов выходного фильтра преобразуется в синусоидальное напряжение и посту 5 1325640обмоткам 0-22 основных стержней,Вспомогательные обмотки 23-25 основных стержней могут создавать такжеи опережающую коммутацию таков вентилей. 5При токах нагрузки, больших 1кртиристоры 47 и 48 закрываются и включаются поочередно встречно-параллельные тиристоры 40-45 и к вспомогательным обмоткам 23-25 преобразовательного трансформатора приложены полусинусоидальные напряжения О - У(Фиг.Зл, м, н) тройной частоты, которые трансформируются на вентильныеобмотки 5-7. При этом передний Фронт 15формы кривой Фаэных напряжений Б0 , П вентильных обмоток 5 - 7 изменяется (Фиг.ЗФ, пунктир). При этомравенство. мгновенных значений напряжений вентильных обмоток, подключен Оных к вентилям, заканчивающих работуи вступающих в работу, происходитраньше, чем при естественном включении, т.е. отпирание вентилей, вступающих в работу, происходит с опережением момента их естественного отпирания на некоторый угол Ы, (Фиг.ЗФ).При дальнейшем возрастании тока нагрузки постепенно через системууправления меняется до определенного ЗОпредела Фаза напряжения тройной частоты на выходе инвертора 30 что ав-,томатически приводит к увеличениюугла опережения й, При этом контрольэа током нагрузки осуществляется спомощью датчика 49 тока. Сигнал с выхода датчика тока поступает пропорционально току нагрузки на системууправления,Датчик 52 тройной частоты подключен к вспомогательной обмотке 26 четвертого стержня. Напряжение на вспомогательной обмотке 26 приведено наФиг.За. Компаратор 75 формирует навыходе двухполярное напряжение с реверсами с одной полярности на другуюв моменты перехода напряжения навспомогательной обмотке 26 черезнуль. Формирователи переднего 76 изаднего 77 фронтов, подключенные к 5 Овыходу компаратора 75, управляюттриггером 78, на прямом и инверсномвыходах которого Формируются однополярные прямоугольные импульсы, синхронизированные с тройной частотой 55напряжения вспомогательной обмотки26. На выходе схемы ИЛИ 79 Формируется последовательность импульсов сча:тотой 6 Й, где Г - частота промышФормула 7 132564пает на выходные выводы ЗЗ и 34 иннертора, Кривая выходного напряженияинвертора ЗО (Аиг.Зк) показывает,что выходной сигнал иннертора 305сдвинут относительно сигнала тройнойчастоты вспомогательной обмотки 26на длительность импульса, формируемого однонибратором 53.Отсекающий диод 28 исключает перекачку энергии между входным фильтроминнертора 30 и нагрузкой преобразователя. В дальнейшем со вторичных обмоток 37-39 выходного трансформатора36 выходное напряжение инвертора перераспределяется между первыми нспомогательными обмотками 23-25 преобразовательного трансформатора 1 с помощью трех пар встречно-параллельновключенных тиристоров 40-45 ( Лиг,Зл,м, н). Необходимый порядок следования импульсов на тиристоры 40-45 вы,рабатываются с помощью блока 57 управления тиристорами.В режиме токов преобразователя, боль ших 1 выходные сигналы схемы И 83,которые повторяют по Форме выходнойсигнал однонибратора 53 (Фиг,Зд), после инвертирования логический иннертором 96 и прохождения схемы И 92 поступают на вход шестиразрядного регистора 95 сдвига. Сигналы на выходах перной, второй и шестой ячеек приведенына Фиг.Зо, и, р. На выходах Формирователей 59 импульсов указан порядокследования импульсов на входы .тиристорон 40-45,1При токах преобразователя меньших1 сигналом с прямого выхода второс 1 кго триггера 81 закрыты схемы И 83 и92. Управляющие импульсы с входовтиристоров 40-45 снимаются, При этомпод воздействием компаратора 80 сигнал проходит через логический инвертор 82 и Аормируется на инверсном вы-,45ходе триггера 81, который открываетсхемы И 84, 93 и 94. Так как длительность импульсов второго одновибратора 54 незначительна, то сигнал третьего триггера практически совпадает поФазе с напряжением исходнои троннойдн 50частоты (фиг.За). Выходные сигналысхем ИЛИ 89 и 90 ринеденц на фиг.Зс,т, Выходное напряжение вторичной обмотки 46 выходного трансформатора 36инвертора 30 приведено на фиг.Зу.Кроме этого, напряжение с прямого иинверсного выходон третьего триггера91 через схемы И 93 и 94 поступает о8на формирователи 60 импульсов и затем на входы четвертой пары тцристорон 47 и 48. В результате к вторым вспомогательным обмоткам 20-22 преобразовательного трансАорматора 1, включенных в открытый треугольник, прикладывается выходное напряжение вторичной обмотки 46 выходного трансформатора 36 инвертора 30 (фиг.Зу), которое сАазиронано с напряжением тройной частоты. изобретения Преобразователь переменного напряжения н постоянное, содержащий трехфазный четырехстержневой преобразовательный трансАорматор, обмотки которого расположены на стержнях магнитопровода, при этом сетевые обмотки соединены в звезду, каждья из четырех стержней снабжен вспомогательной обмоткой, при этом вспомогательные обмотки основных стержней включены последовательно н открытый треугольник, трехфазный датчик тока, выполненный на базе трех однофазных трансформаторов тока, первичными обмотками каждого из которых являются шины вентильных обмоток, а вторичные обмотки соединены н звезду и через трехАазный диодный мост с заземленной катодной группой подключены к потенциометру, ползунок которого является выходным выводом датчика тока, подключенным к первому входному выводу системы управления инвертором, вторым выводом соединенной с вспомогательной обмоткой четвертого стержня, свободный вывод которой заземлен, иннертор, выполненный по мостовой схеме на полностью управляемых вентилях с диодным мостом обратного тока и подключенным выводами постоянного тока через входной Аильтр и разделительный диод к выходным выводам, а выводами переменного тока - к выходному Аильтру, причем система управле. ния инвертором выполнена на основе датчика тройнок частоты, одновибратора, блока управления, дешифратора и первого Аормирователя импульсов, при этом датчик тройной частоты содержит первый компаратор, подключенный входом к первому входному выводусистемы управления, формирователи переднего и заднего Аронтон, подключенные входами к выходу компаратора, триг 9 132 гер и схему ИЛИ, подключенные входами к выходам формирователей переднего и заднего фронтов, блок управления содержит второй компаратор, подключенный входом к первому входному выводу системы управления, второй триггер, Б-вход которого непосредственно, а К-вход через логический инвертор подключен к выходу второго компаратора, дешифратор содержит шесть двухвходовых схем И, первый вход первой схемы И соединен с выходом одновибратора, вторые входы гервой и второй схем И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам второго триггера, первые входы третьей и пятой схем И, а также четвертой и шестой схем И подсоединены соответственно к прямому и инверсному выходам первого триггера, вторые входы третьей и четвертой схем И, а также пятой и шестой схем И подклю- чены соответственно к выходам первой и второй схем И, вторую и третью двухвходовые схемы ИЛИ, вторая подключена входами соответственно к выходам третьей и пятой схем И, третья подключена входами соответственно к выходам четвертой и шестой схем И, третий триггер, подключенный входами к выходам соответственно второй и третьей схем ИЛИ, а выходы третьего триггера через первый формирователь импульсов подключены на входы полностью управляемых вентилей инвертора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, улучшения массогабаритных и энергетических показателей, дополнительно введены два трехфазных вентильных моста, выходной трансформатор инвертора, четыре пары встречно-параплельно включен- ный тиристоров, второй одновибратор, блок управления тиристорами, вторые и третьи формирователи импульсов, причем основные стержни преобразовательного трансформатора снабжены дополнительными вспомогательными обмотками каждый, одной системой вентильных обмоток, которые включены между вхояо10дами переменного ток трехдявных вентильных мостов, при этом одноименныевыводы постоянного тока трехфазныхвентильных мостов соединены между собой и образуют первый и второй выходные выводы преобразователя, к выходному фильтру инвертора подключенапервичная обмотка выходного трансформатора инвертора, дополнительныевспомогательные обмотки основныхстержней преобразовательного трансформатора подключены каждая черезтри пары встречно-параллельно включенных тиристоров соответственно ктрем вторичным обмоткам выходноготрансформатора инвертора, четвертаявторичная обмотка выходного трансформатора инвертора через четвертую пару встречно-параллельно включенныхтиристоров подключена к основнымвспомогательным обмоткам основныхстержней преобразовательного трансформатора, соединенным в открытый5 треугольник , первый вход второйсхемы И блока управления инверторомчерез второй одновибратор подключенк выходу схемы ИЛИ датчика тройнойчастоты, блок управления тирнсторамиЗ 0 содержит седьмую схему И, котораяпервым входом подключена через второй логический инвертор к выходу первой схемы И, вторым входом соединенас прямым выходом второго триггера,шестиячейковую пересчетную схему,З 5 подключенную входом к выходу седьмойсхемы И, а шесть выходов пересчетнойсхемы через второй формирователь импульсов подключены на входы соответственно трех пар встречно-параллель 40но включенных тиристоров, восьмую идевятую схемы И, которые первыми входами подключены соответственно к пря"мому инверсному выходу третьего триггера., вторыми входами подключены к45инверсному выходу второго триггера,а их выходы через третий формирователь импульсов подключены на входычетвертой пары встречно-параллельновключенных триггеров,50