Патент ссср 155220
№ 155220
Класс Н 02m; 2ld-, 12аг
Н 02m; 21д 15юв
CC:CP
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Подггисная груагга № 98
Ю. П. Гончаров, О. И. Данилевич, В. Б. Клепиков и Л. T. Хименко
МЕХАНИЧЕСКИЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ С ИСКУССТВЕННОЙ
КОММУТАЦИЕЙ ТОКА
Заявлено 19 февраля 1962 г. за ¹ 765340/24-7 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Опубликовано в «Бюллетене изобретений и товарных знаков» № 12 за 1963 г.
Целью настоящего изобретения является создание механического выпрямителя с искусственнои коммутацией тока, собранного по шестифазной мосговой схеме, позволяющего осуществить коммутацию на одной группе конденсаторов с повышением напряжения на последних, использовать коммутирующие дроссели с меньшим весом и улучшить условия пуска и регулирования напряжения.
Возможность уменьшения числа групп коммутирующих конденсаторов до одной достигается в соответствии с настоящим изобретением путем применения разделительного повышающего трансформатора, на одном сердечнике которого размещены две первичные обмотки, обтекаемые током контактных групп половин схемы разной полярности; вторичная обмотка Bêëþ÷åна в группу коммутирующих конденсаторов.
Уменьшение веса коммутирующих дросселей обеспечивается включением каждого из четырех указанных дросселей в цепь суммарного тока трех контактов, сдвинутых по фазе на 120 один относителы1о другого.
Наконец, для улучшения условий пуска и регулирования напряжения в схеме предусмотрены два дросселя насыщения, включенные последовательно между собой и параллельно к конденсаторам, электромагнитный утроитель частоты, включенньш последовательно с дросселями насыщения через разделительньш трансформатор, и регулируемый источник постоянного тока (например, силовой магнитньш усилитель), включенный через сглаживающий реактор к средним точкам вто№ 155220 ричных обмоток разделительного повышающего трансформатора и трансформатора утроителя частоты.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого механического выпрямителя; на фиг. 2 — 8 представлены кривые токов и напряжений, поясняющие работу этого выпрямителя.
Выпрямитель (фиг. 1) собран по шестифазной мостовой схеме с непосредственной искусственной коммутацией тока, осуществляемой только одной группой коммутирующих конденсаторов С. Это достигается применением разделительного трансформатора Тр> с двумя первичными обмотками на одном сердечнике, обтекаемыми током контактных групп катодной и анодной половин схемы и включенными так, что магнитодвижущие силы, создаваемые токами половин схемы на сердечнике трансформатора, складываются.
Коммутирующие дроссели КД1 — КД4 включены каждый в цепь суммарного тока контактной группы, составленной из трех контактов, сдвинутых по фазе на 120 друг относительно друга, и работают в режиме знакопеременного перемагничивания.
Возможность создания такого режима обеспечивается схемой пуска и регулирования напряжения СПРН, содержащей два дросселя насыщения ДН1 и ДН>, маломощный электромагнитный утроитель частоты, включенный последовательно с дросселями насыщения через разделительный тра нсформатор ТР>, сглаживающий реактор Х„,, и регулируемый источник постоянного тока Е (например, силовой магнитный усилитель) .
Ниже рассматривается процесс коммутации тока в выпрямителе для режима с номинальной нагрузкой. Для упрощения представим, что схема пуска и регулирования напряжения СПРН не действует (отключена от выпрямителя) и что коэффициент трансформации трансформатора Тр равен единице.
Так как процессы коммутации тока в верхней и нижней катодной и анодной половинах схемы выпрямителя протекают совершенно аналогично, то рассматривается процесс коммутации только в верхней половине схемы.
На фиг. 2 — 4 изображены поясняющие работу схемы диаграммы токов и напряжений. На фиг. 2 приведены кривые э. д. с. (е„, e„ е„„е,„e„„e, ) обмоток силового трансформатора Т (рис. 1) и напряжения U, на конденсаторе; на фиг. 3 — кривые напряжения У т, и тока «д, коммутирующего дросселя КД (кривая тока изображена пунктирной линией) и, наконец, на фиг. 4 — кривые э. д. с. lÄ и тока
l„, в одной из обмоток силового трансформатора Т. Из последних кривых ясно виден сдвиг в сторону опережения кривой тока в питающей сети.
В момент времени t1 напряжение на конденсаторе С равно пулю.
В этот момент включен контакт а и через первичную обмотку транса форматора Тр1 протекает полный выпрямленный ток 1„.
Этот ток заряжает конденсатор С, напряжение на нем возрастает и в момент / уравнивается с напряжением е„обмотки az силового трансформатора Т. В этот момент включается контакт z, и под действием разности напряжений U,— е,„ток 1„коммутирует с контакта а па z. При этом изменяется на обратное направление тока в первичной обмотке трансформатора Три а следовательно, и в конденсаторе С.
I<,ак только ток в контакте а упадет до нуля (момент t>, разность напряжений U,=- eÄ, = U ;д прикладывается к коммутирующему дросселю КДь который и обеспечивает создание ступени малого тока для отключения контакта а. Дроссель КД, перемагничивается сначала по
¹ 155"20 нисходящей ветви петли гистерезиса, затем после изменения знака разности напряжений U, — е„,по восходящей ветви, а в момент времени 4, дроссель КД снова насыщается в прямом направлении и к контакту а прикладывается положительное напряжение.
В процессе своего дальнейшего изменения напряжение О, уравнивается с э. д. с. обмотки е„силового трансформатора (момент времени ;,). Как видно из фиг. 1, э. д. с. е „имеет в контуре коммутации тока направление, противоположное тому, которое имела э, д. с. е„Это и отражено на диаграмме фиг. 2, где э. д. с. е,, изображена с обратным знаком. В этот же момент времени t-„включается контакт в, под действием разности напряжений U,=е„, ток!д коммутирует с контакта z на в, и дроссель КД создает ступень малого тока для отключения контакта z. В дальнейшем процесс повторяется для фазы вх и т. д, HpH paccMoTpeHHH принципа действия
1Г лось, что коэффициент трансформации трансформатора Тр, равен
Wi единице. В действительности, его можно взять значительно большим единицы, и повысить напряжение на коммутирующих конденсаторах до величины порядка нескольких киловольт. Стоимость единицы мощности конденсатора будет при этом минимальной.
Соответствующие расчеты показывают, что при равных удельных потерях на единицу поверхности охлаждения вес коммутнру1ощих дросселей в предлагаемом выпрямителе в 6 — 7 раз меньше, чем в обычных.
Суммарные потери в дросселях получаются при этом в 3 — 3,5 раза меньшими.
Назначением схемы СПРН (пуск и регулирование напряжения), является регулирование напряжения на коммутирующем конденсаторе
С путем подзаряда его дополнительным током той же формы кривой, которую имеет и зарядный ток, поступающий из основной схемы выпрямления. Тем самым, создается необходимое напряжение на конденсаторе при работе выпрямителя на балластную нагрузку, когда ток нагрузки выпрямителя очень мал и напряжение на конденсаторе, создаваемое этим током, недостаточно для искусственной коммутации при заданном угле опережения, а также производится регулирование выпрямленного напряжения при номинальной нагрузке выпрямителя.
Действительно, при регулировании напряжения на конденсаторе меняется угол опережения коммутации, а вместе с ним и выпрямленное напряжение.
Применением схемы СПРН обеспечивается жесткая внешняя характеристика выпрямителя. Без нее был бы невозможен режим знакопеременного перемагничивания коммутирующих дросселей. Действительно, при регулировании выпрямленного напряжения подмагничнванием коммутирующих дросселей, которое производилось бы при отсутствии схемы СПРН, кривая Ug (фиг. 2) сдвигалась бы вправо, н в кривой напряжения U;7, исчез бы отрицательный участок.
Принцип действия схемы СПРН заключается в возбуждении автоколебаний тока в контуре, образованном емкостью и двумя дросселями насышения, при подмагничивании сердечников дросселей постоянным током.
Легко показать, что при разомкнутых первичных обмотках трачсформатора Тр, (зарядный ток от выпрямителя не поступает) и при наг личин подмагничивающего тока 1,„„==:О, раз возникшие в цепи конденсатора автоколебания будут поддерживаться. № 155220
Характеристика намагничивания дросселей насыщения ДН! и
ДН. предполагается при первоначальном рассмотрении идеальной, как это показано на фиг. 5. Трансформатор Тр (его назначение будет пояснено ниже) предполагается закороченным.
На фиг. 6 — 8 изображены диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу схемы. СПРН. Кривые напряжений, а именно, кривые э. д. с. е,и тока »,конденсатора и кривые тока iдд, и i т»»., ) и напряжен»»я (Ьлд, и U Б,) дросселей насыщения ДН» и ДН показаны на рис. б, 7, 8 пунктиром.
Пусть в момент времени 1=0 э. д. с. конденсатора С имеет направление, показанное на фиг. 1 стрелкой и первоначальное магнитное состояние сердечников дросселей ДН» и ДН> соответствует точке 1 (фиг. 5). Под воздействием э. д. с. конденсатора е, один из дросселей (пусть это будет дроссель ДН ) перемагничивается в направлении от точки 1 к точке 2; тогда второй дроссель ДН» перемагничивается от точки 1 к точке 8, т. е. он будег насыщен, и напряжение па нем равн нулю.
Вторичная обмотка трансформатора Тр» играет роль уравнительного реактора для постоянного тока /„„. Половина этого тока протекае; по левой части вторичной обмотки трансформатора Тр» и дроссел»о
ДНь а вторая половина — по правой части обмотки трансформатора
Тр!, »<01».»eíñàòoðó и тому же дросселю ДН» (через дроссель ДН, ток протекать не мок<ет, так как он перемагничивается от точки б к точке
7 — фиг. 5 — и пенасыщеп) .
Ток 1„„разряжает конденсатор, и его э. д. с. падает (Фиг. б).
1
Под воздействием э. д. с. кондецсатора дроссель ДН сначала перемаг»»»»чивается от точ!<и 6 к точке 7, а затем, после изменения знака э.д. с. е, — от точки 7 к точке б (фиг. 5).
Когда рабочая точка на магнитной характеристике дросселя ДН. достигает точки б, дроссель ДН насыщается, и под действием э. д. с. конденсатора ток коммутирует с дросселя ДН» па дроссель ДН .
По окончании коммутации тока начинает перемагничиваться »россель ДН!, и в дальнейшем процесс повторяется.
Если активные сопротивления обмоток дросселей насыщения равны нулю, то автоколебапия будут поддерживаться сколь угодно долго.
При наличии зарядного тока от выпрямителя они будут поддерживаться сколь угодно долго и при неравных нулю активных сопротивлениях.
Э. д. с., создаваемая на конденсаторе основным зарядным током, покрывает активные потери и жестко фиксирует фазу автоколеоаний, так что фаза основной и дополнительной 3. д. с. конденсатора оказываются практически совмещенными.
Иные условия имеют место при равном нулю основном зарядном токе. В этом случае раз возникшие автоколебания затухают из-за потерь в активных сопротивлениях.
Чтобы этого не случилось, в контур автоколебаний вводится через трансформатор Тр> э. д. с. от утроителя часготы. Она покрывает активные потери от переменной слагающей токов в контурах схемы СПРН и стабилизирует тем самым частоту и фазу автоколеоаний.
Регулируя э. д. с. утроителя частоты по величине или по фазе., можно регулировать фазу напряжения на конденсаторе при работе выпрямителя па балластную нагрузку. Амплитуду напряжения на конденсаторе (как при работе выпрямителя на балластную нагрузку, так и при номинальной нагрузке) »»ожно изменять путем регулирования тока I „с помощью источника постоянного тока.
М 155220
Сглаживающий реактор Хсгл служит для уменьшения пульсаций тока 1„„. Дроссели насыщения ДН, и ДН2 могут быть изготовлены с сердечниками На Ооычной трансформаторной cTa ail, Tali ! Предмет изобретения 1. Механический BbIIlpEIillHTe;ib c HcID ccTBeEEHQITI кОм м i Tal!!! eii Tolia, собранный по шестифазной мостовой схеме, o T л и ч а ю шийся тем, чго, с He;ib!o уменьшения числа гр cïH ко 1.1% Гир ч ющих 1 ОнденсаторОВ до одной и повышения напряжения на последних, приме; ен раздел:iтельный повышающий трансформатор, на одном сердечнике которого размещены две первичные обмотки, обтекаемые токг» контактнь1х групп полОВин схемы pa alioI! полярности, а Втори 1Ha я Об: 1от11а Бк л!О !ella В группу коммутирующих конденсаторов. 2. Механический выпрямитель по п. 1, о тл и ч а ю щи и с я те», что, с целью уменьшения веса коммути(л1ощих дросселей, каждый из четырех указанных дросселей включен в цепь сум.,1арного тока трех контактов, сдвинутых по фазе на 120 один относительно другого. 3. Механический выпрямитель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ li li с я те», что, с целью улучшения пуска и регулирования напряжения. в схеме имеются два дросселя насыщения, вклю;енные последnвате.1ьно между собой и параллельно к конденсаторам, электремаг!IliTHb 1! 3 TpoHTe,ib частоты, включенный последовательно с дросселями пась:щения через разделительный трансформатор, и регулпруе.1ый источник постоянного тока (E!al!pH»ep, силОВОи магнитный»силитель), Вкл10ченньlй че1эез сглаживающий реактор к средним точкам вторичных обмоток разделительного повышающего трансформатора и трансформатора утроителя частоты. № )55220 ц:иг. 7 Фи2.-5 Составитель В. Сольц Корректор М. И. Эльмус Текред В. П. Краснова Редактор П. Вербова Типография, пр. Сапуноза, 2. Подп. к печ. 15 VIII — 63 г. Формат бум. 70 р 108V,„- Объем 061 изд. л. Заказ 2074/12 Тираж 1125 Цена 4 коп. ЦНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий СССР Москва, Центр, пр. Серова, д. 4.
