Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

 

Использование: в преобразовательной технике. Сущность изобретения: устройство содержит входные выпрямители и инверторы Вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отпайками, соединенными с элементами с двухсторонней проводимостью . Управление ключевыми элементами осуществляется таким образом, чтобы свести к минимуму амплитуды низкочастотных гармонических составляющих спектра выходного напряжения выпрямителя 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по натентам и товарным знакам (21) 5040577/07 (22) 29.04.92 (48) 30.11Þ Бюл. Ив 43И

P5) Коновалов С.И„. Голиков В.ф„. Васильевский АА;

Малашин AH„. Клопов С.В. (73) Коновалов Сергей Иванович (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Использование: в преобразовательной технике. (В) RU (11) 2ОО4О53 С1 (51) 5 H02M5 44

Сущность изобретения; устройство содержит входные выпрямители и инверторы Вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отпайками, соединенными с элементами с двухсторонней проводимостью. Управление ключевыми элементами осуществляется таким образом, чтобы свести к минимуму амплитуды низкочастотных гармонических составляющих спектра выходного напряжения выпрямителя. 2 ил.

2004053

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение при построении источников вторичного электропитания.

Известно устройство для .преобразова-: ния переменного напряжения в постоянное, (1) . содержащее ключи переменного. тока на тиристорах, которые объединены в "0 две группы и формируют умножитель частоты, к выходу которого подключен последовательный 1 С-контур и первичная обмотка однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с нагрузкой че- 1

pcs выпрямитель.

К недостаткам известного устройства следует отнести низкие массогабаритные показатели и динамические характеристики из-за сравнительно невысокой частоты им- 2ц пульсного напряжения, формируемого умножителем частоты на тиристорах, что приводит к достаточно большой массе и габаритам трансформатора и элементов LCконтура умножителя. Кроме того, недостатком устройства является достаточно большие значение реактивной мощности и мощности искажений, потребляемых устройством от каждой фазы первичной сети, что обусловлено значительной несинусои- Э0 дальностью формы потребляемого тока, Известен регулируемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное (2), содержащий трехфазный мостовой вы прямитель, вспомогательный однополупе- З5 риодный выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром, соединенные с импульсным регулятором напряжения понижающего типа, выход которого соединен с входом мостового нерегулируемого двух- 40 тактного конвертора с трансформаторным выходом.

Недостатками известного устройства являются: низкие массогабаритные показатели из-за наличия lC-фильтра в составе 45 импульсного регулятора напряжения; протекание по активным элементам в момент включения значительного тока заряда конденсатора вспомогательного выпрямителя; токовая нагрузка на нулевой провод первич-. ной сети; достаточно большая величина полной мощности, потребляемой устройством из сети из-за наличия интервалов отсечки в кривой потребляемого из сети тока.

Наиболее близким к предлагаемому ус- 55 тройству является трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное (3), содержащий первый входной выпрямитель, второй входной выпрямитель канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты, подключенного своим силовым входом к выходу первого выпрямителя, силового трансформатора и высокочастотного выпрямителя, сглаживающий фильтр, соединенный своим входом с выходом второго входного выпрямителя и с выходом высокочастотного выпрямителя, а выходом подключенный к нагрузке;

Недостатками такого устройства являютСя отсутствие гальванической развязки выходного. напряжения преобразователя с питающей сетью; невозможность получения различных номиналов выходного напряжения; необходимость применения трехфаэной сети с нулевым проводом для питания преобразователя; достаточно большое значение мощности искажений, потребляемой преобразователем из сети, из-эа наличия большой отсечки в кривой потребляемого тока.

Цель изобретения — улучшение формы потребляемого от каждой фазы сети тока, обеспечение возможности применения в качестве входного источника трехфазной сети беэ нулевого провода; осуществление гальванической развязки выходного постоянного напряжения с питающей сетью и обеспечение возможности получения различных номиналов выходного напряжения.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый и второй входные выпрямители, канал преобразования, соСтоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты; подключенного своим силовым входом к выходу первого входного выпрямителя, силового трансформатора и высокочастотного выпрямителя, сглаживающий фильтр, своим выходом соединенный с выходными выводами устройства для подключения нагрузки, а входом подключенный к выходу второго входного выпрямителя и к выходу высокочастотного выпрямителя, блок управления инвертором повышенной частоты, введены дополнительный высокочастотный инвертор, своим силовым входом подключенный к выходу второго входного выпрямителя и нагруженный на дополнительный силовой трансформатор, входные выпрямители выполнены в виде двухфазных мостовых выпрямителей и подключены своими входами к соответствующим входным выводам устройства, на которые поступают два разных линейных напряжения трехфазной сети, вторичные обмотки трансформаторов соединеныы согласно-последовательно и подключены к входу высокочастотного выпрямителя. введены два дополнительных ключевых элемента с двухсторонней прово2004053 димостью, каждый иэ которых подключен одним своим выводом к отпайке вторичной обмотки соответствующего трансформатора, а другим своим выводом — к выводу вторичной обмотки, соединенному с соответствующим входным выводом высокочастотного выпрямителя.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, выражается в уменьшении полной потребляемой преобразователем из сети мощности, в обеспечении гальванической развязки выходного напряжения с питающей сетью, возможности получения различных номиналов выходного напряжения без существенного ухудшения массогабаритных показателей известного устройства.

Кроме того, в предлагаемом устройстве нет необходимости применять в качестве входного источника трехфазную сеть с нулевым проводом.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное; на фиг, 2 — временные диаграммы работы преобразователя, Предлагаемое устройство содержит входной выпрямитель 1, подключенный своим входом к линейному напряжению U b трехфазной сети, инвертор 2 повышенной частоты, получающий питание с выхода выпрямителя 1 и нагруженный на первичную обмотку силового трансформатора 3, входной выпрямитель 4, подключенный по входу к линейному напряжению Ubc сети, инвертор 5 повышенной частоты, получающий питание с выхода выпрямителя 4 и нагруженный на первичную обмотку силового трансформатора 6, ключевые элементы

7 и 8 с двухсторонней проводимостью, каждый из которых подключен между отпайкой и одним из выводов вторичной обмотки соответствующих трансформаторов 3 и 6, высокочастотный выпрямитель 9, подключенный ко входу к выводам соединенных согласно-последовательно вторичных обмоток трансформаторов, сглаживающий фильтр 10, своим выходом соединенный с нагрузкой 11, а входом — c выходом выпрямителя 9. Блок 12 управления служит для управления ключевыми элементами инверторов и ключевыми элементами 7 и 8 по командам от внешнего устройства либо по величине напряжения на нагрузке.

Устройство работает следующим образом. При подключении устройства к соответствующим напряжениям трехфазной сети и подаче сигналов управления от блока

12 на управляющие входы ключевых эле5

55 ментов на выходе инвертора 2 формируется импульсное знакопеременное напряжение

ОМ1 с огибающей напряжения Uàb (фиг, 2), В это время на выходе инвертора 5 формируется импульсное энакопеременное напряжение Ом2 с огибающей напряжения Ub,, Поскольку вторичные обмотки трансформаторов 3 и 6 соединены согласно-последовательно, на вход выпрямителя 9 будет поступать напряжение U>z, представляющее собой алгебраическую сумму напряжений вторичных обмоток трансформаторов, Ключевые элементы 7 и 8 замыкаются одновременно с частотой, равной удвоенной частоте сетевого напряжения, и находятся в замкнутом состоянии в течение строго определенных временных интервалов, изменяя тем самым коэффициенты трансформации трансформаторов 3 и 6. Отпайки вторичных обмоток трансформаторов и сами трансформаторы выполнены таким образом, что обеспечивается равенство коэффициентов трансформации трансформаторов 3 и 6 как при разомкнутых, так и при замкнутых ключевых элементах 7 и 8. При этом управление ключевыми элементами 7 и 8 осуществляется таким образом, чтобы свести к минимуму амплитуды низкочастотных гармонических составляющих спектра выходного напряжения Ug выпрямителя 9. Это достигается при выполнении трех условий; 1) выборе длительности временного интервала замкнутого состояния ключевых элементов 7 и 8, равной 0,25Tn (Tn — период повторения сетевого напряжения); 2) середина временного интервала замкнутого состояния ключевых элементов должна совпадать с максимальным эа период значением напряжения, получаемого в результате суммирования мгновенных значений выходных напряжений выпрямителей 1 и 4; 3) для обоих трансформаторов отношение коэффициента трансформации при замкнутом ключевом элементе к коэффициенту трансформации при разомкнутом ключевом элементе должно составлять 0,6, Из 1) и 2) следует, что ключевые элементы 7 и 8 должны быть замкнуты в интервале 0,42 _#_ ...0,92 zt рад. каждого полупериода для одного линейного напряжения сети, поступающего на вход выпрямителя, и в интервале 0,087г ...0,58л рад. для другого линейного напряжения сети, поступающего на вход другого выпрямителя (где л - длительность полупериода одного из линейных напряжений сети). На фиг. 2 представлена временная диаграмма напряжения Uynp, подаваемого на управляющие входы ключевых элементов 7 и 8. В течение действия импульсов управления

2004053

20 ключевые элементы замкнуты, чем и достигается уменьшение коэффициентов трансформации обоих трансформаторов. Таким образом, на выходе выпрямителя 9 формируется напряжение Ug с пониженным содержанием гармонических составляющих.

Далее это напряженйе сглаживается до необходимого в фильтре 10 и поступает в нагрузку 11. При необходимости блок 12 управления может быть выполнен обеспечивающим стабилизацию выходного напряжения на нагрузке по методу широтно-импульсной модуляции. Применяя три таких преобразователя одинаковой мощности, каждый из которых подключен к соответствующим линейным напряжениям трехфазной сети, можно обеспечить режим

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий первый и второй входные выпрямители, канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты, соединенного своим силовым входом с выходом первого входного выпрямителя, и силового трансформатора, высокочастотный выпрямитель. сглаживающий фильтр, подключенный своим выходом к выходным выводам преобразователя для подключения нагрузки, а входом - к выходу высокочастотного выпрямителя, блок управления, отличающийся тем,.что входные выпрямители выполнены в виде двухфазных мостовых выпрямителей, входные выводы которых подключены к входным выводам преобразователя, на которые поступают два разных линейных напряжения трехфазной сети, введен дополнительный канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных дополнительного инвертора повышенной частоты, подключенного своим силовым входом к выходу второго входного выпрямителя, и дополнительного силового трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отпайками, соединены по симметричной нагрузки каждой фазы сети, уменьшив при этом полную мощность, потребляемую из сети. Применяя дополнительные, соединенные соответствующим образом вторичные обмотки трансформаторов, можно получать на одном преобразователе различные номиналы выходных напряжений. (56) 1, Авторское свидетельство СССР

М 1568177, кл. Н 02 M 5/257, 1990.

2, Бас А.А, и др. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. М,: Радио и связь, 1987, с. 57, рис, 2.28а.

3. Авторское свидетельство СССР

М 1197028, кл. Н 02 М7/06,,1985, основным своим выводам согласно последовательно и подключены к входу высокочастотного выпрямителя, между отпайкой вторичной обмотки каждого трансформатора и выводом обмотки, соединенным с соответствующим входным выводом высокочастотного выпрямителя, включены введенные ключевые элементы с двусторонней проводимостью, блок управления

30 выполнен обеспечивающим синхронизацию с напряжениями сети, поступающими на вход преобразователя, и осуществляющим управление введенными ключевыми элементами так, что оба введенных ключевых элемента замыкаются с удвоенной частотой сетевого напряжения в течение временных интервалов, длительность которых в четыре раза меньше периода повто40 рения сетевого напряжения, причем середины указанных временных интервалов совпадают с максимальными значениями напряжения, получаемого в результате суммирования выходных напряжений входных выпрямителей, а отпайки вторичных обмоток обоих трансформаторов выполнены так, что при замыкании введенных ключевых элементов достигается . уменьшение коэффициентов транс50 формации обоих трансформаторов в 1,6 раза, 4@g. Il 13 ь.! б ФФ

6 И .. a1ь.!в

l I < l

1116611SI

I I I И II И I I