Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОС- : ТОЯННОЕ, содержсцций полностью управляемый трехфазный веитильиый мост, к выходным выводам которого подключена последовательная цепоч , ка нэ двух диодов, причем катод одного из диодов подключен к катодной группе, анод другого диода к анодной группе, а точка их соедиI нения - к одному из трех выводов обмотки односердечникового делителя тока, два других вывода которой подключены к соответствующим ключам переменного тока, выполненным в виде трехфазных управля ллс вентильных юстов, при этом входа переменного тока всех трех вентильных мостов подключены к входнь выводам, отличающийся тем, что,. с целью улучиюния энергетических показателей, точка соединения двух диодов подключена к одному крайнему выводу обмотки делителя тока, ,аiдругой крайний и промежуточный выводы этой обмотки подключены к соответствующим выходам ключей tiepe;манного тока, соединенных параллельно-вртречно по выходу.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СФ4 д ОЮ

РЕСПУБЛИК ия) (и

SU (5Н .Н 02 М 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

OO ДЕЛАМ ИЗ(%РЕТЕНИЙ И OYHPbITHA

А: Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/"::. н авто снами csNElt%CTBY идя х (21) 3468507/24-07 (22 ) .13.07.82 (46 ) 23.11 ° 83. Бвл. 9 43 (72) И.Э. Ранне, Т.I0. Саккос, В.В. Сарв, Ю,Э. Сооярв и A-М. Texsep (71 ) Инстйтут термофизики н электрофизики АН Эстонской CCP (53 ) 621.314еб (088.8 ) (56 ) Авторское свидетельство СССР

М 598198, кл, Н 02 М 7/06, 1975 °

2. ЪнхиЫвк В,Л.,Михеев Н.Н.

КоэФФициент мощности мостового вы- примителя. "Изв. Высю.учеб. заведений"..Энергетика, 1968, 9 6, с. 115, рис. 1, 3. Авторское свидетельство СССР

В 913529, кл. Н 02 М 7/12, 1980 ° (54) (57). ТРЕХФАЗНЫИ ПРЕОБРАЗОВА, ТЕЛЬ ПЕРЕИЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОС: ТОЯННОЕ, содержаний полностьв управляемый трехфазный вентильный мост, к выходным выводам которого подключена последовательная цепочка иэ двух диодов, причем катод одного иэ диодов подключен к катодной группе, анод другого диодак анодной группе, а точка их соеди,нения - к одному иэ трех выводов обмотки односердечникового делителя тока, два других вывода которой подключены к соответствующим ключам переменного тока, вы олненйым в виде трехФазных управляемых вентнльных мостов, при этом входы переменного тока всех трех вентильных мостов подключены к входным выводам, о т л и ч а в м и и с я тем, что, с целью улучвения энергетических показателей, точка соединения двух диодов подключена к одному крайне-му выводу обмотки делителя тока,,а.другой крайний и промежуточный выводы этой обмотки подключены к соответствующим выходам клвчей Ъере.менного тока, соединенных параллельно-встречно по выходу.

1056397

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания с регулируемым выпрямленным напряжением, где требуется повышенное качество входного и выходного 5 токов °

Известен трехфазный преобразователь переменного напряжения в пос". тоянное с повышенным качеством выходного и входного токов, выполненный путем параллельного соединения трехфазных мостовых схем с питанием их от системы напряжений с увеличенным числом фаз (13.

Недостаток этого преобразователя заключается в необходимости применения специальных трансформаторов для увеличения числа фаз.

Известен также трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий управляемый вентильный мост и цепочку из двух последовательно соединенных диодов, подключенную параллельно указанному мосту, причем средняя

25 точка цепочки диодов соединена с нулевой точкой питающей системы, Этот преобразователь характе-ризуется тем, что для катодных и анодных групп управляемых вентилей имеются отдельные нулевые диоды.

В результате этого становится возможным независимое и поочередное управление вентилями катодной и анодной групп, что позволяет уменьшить пульсацию выходного выпрямлен- 35 ного тока и улучшить форму потребляемого от сети переменного тока по сравнению с мостовым выпрямителем как без шунтирующих диодов,так и с одним шунтирующим диодом (2 1. 40

Недостатком преобразователя является то, что он может работать только в 3-пульсном и б-пульсном режимах. В результате этого в выходном токе появляются третья и 45 шестая гармоники, а в переменном токе питания — пятая и седьмая гармо ники частоты питания, что затрудняет сглаживание входного и выходного гоков.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий основной управляемый вентильный мост и цепочку из двух последовательно соединенных вентилей, подключенную

;параллельно основному управляемому нентильному мосту, выходные выводы образованы объединенными анодами и катодами указанного моста, при этом 60 введены два дополнительных управляемых вентильных моста, соединенных по входу с основным управляемым вентильным мосФом и делителем тока,обмо ка которого расположена на одно . сердечнике и имеет две последовательно-согласно соединенные секции с отводом от точки соединения секций, причем этот отвод подключен к точке соединения вентилей указанной цепочки, начало обмотки соединено с объединенными анодами и катодами одного дополнительного управляемого вентильного моста, а конец обмотки подключен к объединенным анодам и катодам другого дополнительного управляемого вентильного моста (3 .

Недостатками известного устройства являются жесткая связь между напряжением питания и максимальным выходным напряжением, а также ограниченность диапазона регулирования выходного напряжения только напряжейием ниже .линейного напряжения питания.

Все это ухудшает энергетические показатели устройства.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей.

Эта цель достигается тем, что в трехфаэном преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем полностью управляемый трехфазный вентильный мост, к выходным выводам которого подключена последовательная цепочка иэ двух диодов, причем катод одного из диодов подключен к катодной группе, анод другого диода — к анодной группе, а точка их соединения — к одному из трех выводов обмотки односердечникового делителя тока, два других вывода ксторой подключены к соответствующим ключау переменного тока, выполненным в виде трехфазных управляемых вентильных мостов, при этом входы переменного тока всех трех вентильных мостов подключены к входным выводам, точка соединения двух диодов подключена к одному крайнему .выводу обмотки делителя тока, а другой крайний и промежуточный выводы этой обмотки подключены к соответствующим выходам ключей переменного тока, соединенных параллельно-встречно по выходу.

На фиг.1 изображена,принципиальная схема трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное, на фиг. 2 — временная диаграмма напряжения питания одной фазы, тока питания одной фазы при полностью сглаженном выходном токе и напряжения нагрузки, а также таблица включенного состояния управляемых вентилей.

Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное (фиг,1) содержит полностью управляемый трехфа.зный вентильный мост с управляемыми вентилями 1-6, Полностью управляемые ключи переменного тока с двухсторонней проводимостью в виде двух трехфазных управляемых

1056397

4 получим

u„=u,„+ — 1 и

28-29

28-30

40 или вентильных мостов, соединенных параллельно-встречно по выходу, образуют встречно-параллельные пары полностью управляемых вентилей 7-8, 9-10, 11-12, 13-34, 15-16, 17-18 и подключены к трем входным выводам

19-21 вентипьного мостВ, Выходные выводы 22 и ?3 подключены к нагрузке 24 и цепочке иэ двух последовательно соединенных диодов

25 и 26.

Обмотка 27 односердечникового делителя тока имеет обмотку с двумя крайними выводами 28 и 29 и с промежуточным выводом 30. Один крайний вы вод 29 подключен к точке соединения диодов 25 и 26, другой крайний вывод 28 и промежуточный вывод 30 через полностью управляемые ключи на вентилях 7-8,9-10, 11-12, 13-14, 15-16 и 17-18 подключены к выходным выводам 19-21. А, В, С вЂ” фазы пи,тающей сети.

Устройство работает следующим образом.

В каждый момент времени во включенном состоянии находятся три полностью управляемых вентиля, под ключенные к трем разным входным выводам 19-21 и к разным вентильным группам на вентилях 1-6, 7-12.и

13-18. При этом, когда в вентилях

13-18, подключены к промежуточному выводу 30, включен вентиль в положительном направлении фазных токов, то в вентилях 1-6 и 7-12 включены вентили в отрицательном направлении фазных токов, и наоборот.Таким образом, выводы 28-30 делителя тока подключаются всегда к трем разным фазам, причем фаза с наибольшим током подключается к промежуточному выводу 30 обмотки 27 делителя тока. В результате этого наибольший фаэный ток распределяется на два меньших тока двух остальных фаз, обратно пропорциональных числам витков секций обмотки делителя тока.

Если числа витков секций обмотки равны 0,732 и 0,268 от суммарного числа витков обмотки делителя тока, то В токах питания гармоники ниже 11-й (т.е. пятая и седьмая гармоники) исключаются полностью. Отклонение от этого оптимального отношения чисел витков сопровождается появлением пятой и седьмой гармоник. Так, например, когда числа витков двух секций равны (т.е. оба равны 0,5 от суммарного числа витков), то преобразователь работает в 6-пульсном режиме, и амплитуды пятой и седьмой гармоник составляют соответственно

1/5 и 1/7 от амплитуды первой гармоники тока питания, когда же число витков меньшей секции изменяется лишь в пределах 0,214-0,314 от суммарного числа витков обмотки делителя тока, то вели инн пятой и седьмой гармоник не превышают 20% от их значений в б-пульсном режиме. Соответственно такую же относительную величину не превышает шестая гармоника в выпрямленном выходном напряжении.

Таким образом, существенное улучшение формы входного и выходного токов преобразователя, по сравнению с б-пульсньп, достигается и при некотором отf0 клонении отношения числа витков секций обмотки делителя тока от оптимального отношения 0,732:0,268.

Рассмотрим интервал работы, когда ключены полностью управляемые вентили 2, 11 и 14. В этом случае один крайний вывод 28 обмотки делителя тока через вентиль 1" и входной вывод

21 соединен с фазой С питающей сети, промежуточный вывод 30 через вентиль 14 и входной вывод 19 — с фазой А, а другОй крайний вывод 29 через диод 26, нагрузку 24, вентиль 2 и входной вывод 20 — с фазой В питающей сети. Пренебрегая падением напряжения на включенных вентилях, ; в зтоминтервале напряжение на обмотке

Ы28э„равно линейному напряжению питания U

U Н П г Э вЂ” И 22 Равно напРЯжению

20-29 S- 29 и-зо эо-29 и =о =u о с учетом U = U8A и

6-3

I (в у ц ((28 29

Эц 29 28-29 28" ЭO Ч CA

35 28 ЭО

В 12-пульсном режиме работы оптимальными являются отношения чисел витков га-29- N ze-зо= 1:0,732 = 1,366

45 ил" 26-зо- "28" 30 = 1:0,268 .= 3,371, обеспечивающие полное устранение и . токах питания высших гармоник ниже

11-й и в выходном напряжении ниже

12-й. Этим отношениям чисел витков в рассматриваемом интервале соответствуют мгновенные напряжения нагрузки

Бн = Цйд + 0,366 Бсд 1м = ВА+ 2,73 UCA

Соответственно, в зависимости от выбранного оптимального отношения витков секций обмотки делителя тока

Щ максимальное мгновенное напряжение нагрузки может равняться 1,22 или

3,34-кратному максимальному значению линейного напряжения питания.

Если допустить некоторое отклоне ние отношения чисел витков от оп1056397 тимального, что не сопровождается существенным увеличением высших гармоник, то можно получить и другие отношения между максимальными значениями напряжения нагрузки и линейного напряжения питания.

Изменение величины выпрямленного напряжения от максимального до нуля осуществляется сдвигом фаз замыкания заданных комбинаций включенных вентилей, а тем самым и фазы тока питания относительно фазы напряжения питания. При этом .регулирование возможно как с отстающим, так и с опережающим током питания.!

Для получения 12-пульсного режима работы преобразователя необходимо, чтобы напряжение нагрузки зО формировалось иэ одинаковых отрезков синусоид, сдвинутых между собой на 30 . Требуемые сдвинутые синусоидальные полуволны для фор« мирования 12-пульсного выпрямлен- р ногэ напряжения можно получить включением через каждые 30оновых подходящих комбинаций вентилей .

Очередность замыкания вентилей 1-18, обеспечивающая 12-пульсный режим О работы схемы, приведена s таблице на фиг.2.

Временные диаграммы Фазиого напряжения питания U> тока питания и напряжения нагрузки Он (Фиг.2) соответствуют отношению чисел витков Ияв 29: Ю Зд = it366 полностью сглажейному вйходному току iz u сдвигу фазы Ч = 60 между напряжением и током питания. Сдвиг Фаз во всех Фазах одинаков, т.е. У>

= Чй = = М„, При выбранном отношеЬ С нии чисел витков, ток i равен высоте средней ступени тока i> .

Когда же выбрано ® 8 В Ф В у 3,73, то ток io равен высоте наименьшей ступени тска i . На фнг. 2 показана также временная диаграмма максимального напряжения нагрузки

Пн „, соответствующая сдвигу

Фазы Ч„ = 0 . Регулированию выходного напряжения от максимума до нуля соответствует изменение фазы Y„ s пределах 0-90 . При полностью сглаженном токе нагрузки 1а Форма тока питания во всем диапазоне регулирования остается неизменной. Соответственно не изменяется и спектральный состав тока питания. При активной нагрузке Форма выходного тока cosnaдает с Формой выходного напряжения, а первичный ток имеет характерную для 12-пульсного режима работы формуe

Положительным свойством преобра зователя является повышение напряжения нагрузки относительно напряжения питания в результате использования делителя тока одновременно и в качестве согласующего повьааающего автотрансформатора. Это делает возможным регулирование выходного напряжения не только ниже, а и выше напряжения питания. При полном устранении пятой и седьмой гармоник в токе питания и шестой гармонйки в выходном напряжении, максимальное выходное напряжение можно выбрать равньм 1,23-кратному или Зр34-кратному линейному напряжению. Допуская появление пятой, шестой и седьмой гармоник с амплитудами не выше

20% от их значений s 6-пульсном режиме, максимальное выходное напряжение может быть выбрано равным (1,161,29)-кратному или (2,82-4,26)-кратному линейному напряжению, i

105639 7

1056397

ОУе едность замыкания Вентигед 1=18 аког.

Составитель Е. Мельникова

Редактор A. Иишкина Техред О.Неце Корректор Г. Реыетник

Заказ 9334/53 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4