Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное

Изобретение направлено на использование в формировании выпрямленного напряжения по нагрузке всех трех фаз вторичной обмотки трансформатора во внекоммутационный интервал времени при сохранении параллельной работы двух фаз и связанных с ними управляемых вентильных элементов, например тиристоров, при этом длительность протекания анодного тока через эти элементы остается равной 240 эл.град. Сущность заключается в том, что преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное содержит трехфазный трансформатор, вторичные фазные обмотки которого соединены в звезду и вентильные элементы, связанные с вторичной обмоткой через трехобмоточный уравнительный реактор, выполненный в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, а каждая вторичная фазная обмотка трехфазного трансформатора соединена со средней точкой соответствующей обмотки уравнительного реактора, каждая из обмоток которого своими выводами подключена к одноименным электродам соответствующих вентильных элементов, другие электроды которых соединены с одноименными электродами всех остальных управляемых вентильных элементов, образующих один из выходных зажимов. Преобразователь снабжен дополнительной группой вентилей, аноды которых соединены между собой и образуют второй выходной зажим, а каждый из катодов подключен к одной из фаз вторичной обмотки. Технический результат использование всех трех фаз вторичной обмотки трансформатора. 2 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, вторичные обмотки которого соединены в звезду и подключены к входу трехфазной мостовой схемы, к выходу которой подключена нагрузка (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи, ч. III. - М.: Госэнергоиздат, 1956, с.113).

Однако в этом преобразователе во внекоммутационный момент времени работают только две обмотки и ток проводят только два вентиля, т.е. отсутствует параллельная работа обмоток и вентилей.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена в звезду, вентильные элементы, связанные с вторичной обмоткой и нагрузкой по трехфазной нулевой схемы, и трехобмоточный уравнительный реактор, каждая из обмоток которого своими выводами подключена к одноименным электродам двух управляемых вентильных элементов, причем средний вывод каждой из обмоток уравнительного реактора соединен с зажимом вторичной обмотки трансформатора (прототип, решение ФИПС от 25.02.04 о выдаче патента РФ по заявке N2002133716/09, приоритет 15.12.2002).

Недостатком данного преобразователя является то, что при параллельной работе во внекоммутационный интервал времени двух фазных обмоток и связанных с ними тиристоров третья фазная обмотка трансформатора в это время не участвует формировании выпрямленного напряжения, т.е. не вносит свою долю (свой "вклад"). Это обуславливает неполное использование возможностей трансформатора.

Технический результат заключается в использовании в формировании выпрямленного напряжения по нагрузке всех трех фаз вторичной обмотки трансформатора во внекоммутационный интервал времени при сохранении параллельной работы двух фаз и связанных с ними управляемых вентильных элементов, например тиристоров. При этом длительность протекания анодного тока через эти элементы остается равной 240 эл.град.

Сущность заключается в том, что преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, вторичные фазные обмотки которого соединены в звезду, и вентильные элементы, связанные с вторичной обмоткой через трехобмоточный уравнительный реактор, выполненный в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, а каждая вторичная фазная обмотка трехфазного трансформатора соединена со средней точкой соответствующей обмотки уравнительного реактора, каждая из обмоток которого своими выводами подключена к одноименным электродам соответствующих вентильных элементов, другие электроды которых соединены с одноименными электродами всех остальных управляемых вентильных элементов, образующих один из выходных зажимов, снабжен дополнительной группой вентилей, аноды которых соединены между собой и образуют второй выходной зажим, а каждый из катодов подключен к одной из фаз вторичной обмотки.

На фиг.1 показана схема преобразователя, на фиг.2а-е - диаграммы напряжений и токов, характеризующие работу схемы.

Преобразователь (фиг.1) состоит из трансформатора 1 (первичная обмотка не показана) с вторичными фазными обмотками "ао", "во", и "со", соединенными в звезду. Каждая фазная обмотка трансформатора 1 соединена со средней точкой одной из обмоток уравнительного реактора 2, выполненного в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе. Выводы a₁, x₁ уравнительного реактора 2 соединены с одноименными электродами, например, анодами управляемых вентильных элементов, например, тиристоров соответственно 3 и 4. Аналогично а₂, х₂ - с анодами тиристоров 5, 6 и а₃, х₃ - с анодами тиристоров 7, 8. Катоды тиристоров 3-8 соединены между собой и образуют один из выходных зажимов преобразователя. Между этим зажимом и вторым, образованным соединением в одну точку анодов вентилей 9-11, включена нагрузка 12, состоящая, например, из резистора R и индуктивности L_d. Катод каждого из вентилей 9-10 соединен соответственно с одним из зажимов вторичной обмотки трехфазного трансформатора, связанного со средней точкой обмотки уравнительного реактора 2.

Работа преобразователя происходит в соответствии с диаграммами фиг.2а-е. Например, начиная с момента времени t=0, ток нагрузки I_d проводит в группе тиристоров продолжающий работать управляемый вентильный элемент 8 и вновь вступающий в работу после подачи сигнала управления из управляемый вентильный элемент 3 (фиг.2а, в, д), а в анодной группе вентилей 9-11 - вентиль 10. При этом напряжение на нагрузке 12 на интервале 0÷t₁ формируется из эдс фаз "со" и "ао" в сочетании с напряжениями полуобмоток o₃x₃ и o₁a₁ уравнительного реактора 2 с эдс е_в вторичной обмотки "ов" трансформатора 1. Аналогично на интервале t₁-t₂ (ординаты заштрихованы) напряжение на нагрузке 12 обусловлено эдс фаз "ао" и "во" в сочетании с напряжением полуобмоток a₁o₂ и o₂x₂ уравнительного реактора 2 и эдс е_c фазы "ос" вторичной обмотки трансформатора. Таким образом выходное напряжение на нагрузке складывается из напряжения u_d1, соответствующего напряжению трехфазной нулевой схеме с уравнительным реактором с мгновенными значениями напряжения фазы, имеющей наибольший отрицательный потенциал. Ординаты этого напряжения показаны на фиг.2а в виде заштрихованных линий и по ним построена кривая напряжения u_d. Длительность протекания анодного тока через управляемые вентильные элементы 3-8, равные 240 эл.град, а через неуправляемые вентили 9-11 - 120 эл.град. (фиг.2в, г). Напряжение на полуобмотке уравнительного реактора показано на фиг.2б и имеет полуторакратную частоту по отношению к частоте напряжения сети. На фиг.2г, д показаны импульсы управления, индексы напряжения которых соответствуют номерам тиристоров (например, 14 - сигнал управления тиристором 4).

Таким образом предложенное устройство обеспечивает одновременную работу во внекоммутационный интервал времени трех фазных вторичных обмоток трансформатора и связанных с ними вентильных элементов.

Проводилось моделирование устройства фиг.1 в программе Electronics Worckbench. Моделирование подтвердило работоспособность устройства фиг.1 в соответствии с диаграммами фиг.2.

Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, вторичные фазные обмотки которого соединены в звезду, и управляемые вентильные элементы, связанные с вторичными фазными обмотками через трехобмоточный уравнительный реактор, выполненный в виде трех одинаковых обмоток, расположенных на одном магнитопроводе, а каждая вторичная фазная обмотка трехфазного трансформатора соединена со средней точкой соответствующей обмотки уравнительного реактора, каждая из обмоток которого другими выводами подключена к одноименным электродам соответствующих управляемых вентильных элементов, другие электроды которых соединены с одноименными электродами всех остальных управляемых вентильных элементов, образующими один из выходных зажимов, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной группой вентилей, аноды которых соединены между собой и образуют другой выходной зажим, а каждый из катодов подключен к одной из фазных вторичных обмоток.