SU1070669A1 - Преобразователь переменного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий шести чейковый вентильный мост и трехфазный трансформато вентильные обмотки которого разде|лены в ка Спой фазе на две секции, первые секции фаз соединены в треугольник и снабжены кажда  отводом дел вшм ее на малую и большую части , втора  секци  одной из фаз одним . своим выводом подключена к отводу первой секции смежной фазы в пор дке их индексного чередовани  и согласно с большей частью первой секции, другие выводы вторых секций и выводы первых секций подключены посредством шести линий к входам по переменному току вентильного моста, выводы которого по посто нному току образуют выходные выводы, отличающийс  тем, НТО, с целью улучшени  энергетических и качественных показателей путем повыаени  выходного напр жени , снижени  уровн  его низкочастотной модул ции, числа витков малой и большой .частей каждой первой секции вентильных обмоток установлены в соотношении

Description

2. Преобразователь, по.п.1, отличающийс  тем, что шести чейковый вентильный мост разделен на два трех чейковых вентильных моста , которые подключены соответственно к первым и вторым секци м обмоток и соединены,между собой по цепи посто нного тока через индуктивности , зашунтированные конденсатором .

4

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитани , преимущественно при относительно повышенных токах, потребленИИ и напр жении нагрузки, заметно превышающем (примерно на пор док ) падение напр жени  на преобразовательном элементе, что вли ет на КПД устройства.

Известны мостовые преобразователи с 12-кратной частотой пульсации , содержащие группу вентилей и два либо один трехфазный трансформатор , сетевые обмотки которых соединены в звезду и треугольник, либо в звезду или треугольник, а их вентильные обмотки, разделенные в каждой фазе на две или ч етыре секции , соединены соответственно в две пр мые трехлучевые звезды, либо в звезду и треугольник либо в два неравноплечных зигзага - левый и правый. Эти соединени  подключены посредством шести линий к двум трех чейковым вентильным мостам, образованным упом нутыми вентил ми, которые с целью перераспределени  тока нагрузки включены между собой параллельно однопол рно, причем либо непосредственно, либо через один или два уравнительных реакто-i ра СП, С2 и ГЗЗ.

Указанные преобразователи обеспечивают расщепление тока нагрузки по отдельным параллельным преобразовательнам  чейкам и, как следстви возможность применени  более слабог точных и менее мощных элементов по сравненшо с нерасщепленными вариантами , а также получение сравнйтельно высокой (теоретически 12-кратной частоты пульсации выходного напр жени  при относительно низком ее уровне, что позвол ет существенно улучшить массогабаритные и стоимостные показатели (МГСП) сглсшивсшнцих фильтров, упростить средства стабилизации напр жени  и защиты от создаваемых преобразователем помех, улучшить коэффициент первичногчэ источника- ,- тем самым обеспечить более экономное потребление-ехзон энергии.

Недостатками указанных устройств  вл етс  наличие уравнительных реакторов , потребл ющих до 10-20% мощностч источника и двух либо одного с повышенной мощностью трехфазных трансформаторов, либо сравнительно большое число витков вентильных обмоток при относительно повышенной мощности силового трансформато.ра, привод щей к увеличению МГСП устройства .

Если в качестве базового числа витков прин ть некоторое число витков с амплитудой напр жени  на них, равной амплитуде выходного напр жени , то суммарное витковое число в указанных устройствах составл ет №5-0 Wj- /Wp, 4,732, что не  вл етс  минимальным.

Кроме того, указанные устройства не позвол ют получить выходное напржение больше амплитуды переменной ЭДС, формируемой на секции вентильных обмоток, соединенных в треугольник .

Известен преобразователь с 12-кратной частотой пульсации, содержащий трехфазный трансформатор, вентильные обмотки которого разделены в каждой фазе на две секции при соотношении их чисел витков 1:У5/3, первые секции фаз (с большим числом витков) соединены в треугольник и снабжены кажда  отводом, дел щим их на малую и больпгра части в соотношении (1-YT/3):УЗ/3, втора  секци  одной из фаз одним своим выводом подключена к отводу первой секции смежной фазы в пор дке пр мого их индексного чередован«  и встречно с большей частью первой секции. Ври этом другие выводы BTopE:2x секций и выводы первых секций подключены посредством шести линий и шести чейковс «у вентильному мосту, вывода которого по посто нному току.образуют выходы устройства 43.

Однако данное устройство при сравнительно большом сз ммарном числе витков вентильных обмоток (Wj 4,732), имеет несколько более усложненный монтаж и повышенную габаритную (вольт-амперную) мощность)

Известен мостовой преобразовател переменных напр жений в посто нное с 12-кратной частотой пульсации.

содержащий шести чейковый вентильный мост и трехфазный трансформатор вентильные обмотки которого разделены в каждой фазе на две секции, первые из них сбединены в треугольник и снабжены кажда  отводом, дел щим их на малую и большую части, втора  секци  одной из фаз одним свим выводом подключена к отводу первой секции смежной фазы в пор дке их индексного чередовани  и согласно с большей частью первой секции , другие выводы вторых секций и выводы первых секций подключены посредством шести линий к выводам по переменному току упом нутого вентильного моста, выводы которого по посто нному току образуют выходные выводы Г5 ,

При этом перва  и втора  секции разных фаз соединены между собой в обратном пор дке их индексного чередовани , число витков второй секции каждрй фазы обмоток относительно числа витков первой их секции установлено в соотношении (2/13-1):1, а число витков малой и большой частей каждой первой секции относ тс  между собой как (1-УЗ/3):Гз/3.

Однако известное устройство ие позвол ет получить выходное напр жение , превышающее амплитуду ЭДС секции обмоток, соединенных в треугольник , вследствие чего при заданном выходном напр жении напр жение на этих секци х (число витков на каждой из них) оказываетс  сравнительно повы1иенным.

Кроме того, в случае применени  плоского магнитопровода вследствие присущей такой системе асимметрии магнитной цепи, про вл етс  неже .лательное  вление низкочастотной модул ции выходного напр жени , привод щее к росту массы, объема, стоимости сглаживающих фильтров, дополнительному расходу мощности и ценных материалов, ухудшению КПД и качества потребл емой энергии,ухудшающего ее полезное использование.

Цель изобретени  - улучшение энергетических и качественных показателей путем повышени  йыходного напр жени / снижение уровн  его низкочастотной модул ции.

Поставленна  цель достигаетс  /тем, что в преобразователе переменнбго напр жени  в посто нное, содержащем шести чейковый вентильный мост и трехфазный трансформатор, вентильные обмотки которого разделены в каждой фазе на две секци , первые секции фаз соединены в треугольник и снабжены кажда  отводом, дел щим ее на-малую и большую части , втора  секци  одной из фаз одним своим выводом подключена к отводу первой секции смежной фазы в пор дке их индексного чередовани  и согласно с большей частью первой секции, другие выводы вторых секци  и выводы первых секций подключены посредством шести линий к вхоДё1м по переменному току вентильного моста, выводы которого по посто нному току образуют выходные выводы, числа витков малой и .большо частей каждой первой секции вентильных обмоток установлены в соотношении (l-t3/3)/2: (1 + )/2, число витков каждой второй секции вентильных об уюток относитс  к числу витков первой секции как Уз/3:1, при этом вторые секции вентильных обмоток подключены к их первым секци м в пор дке пр мого их индексного чередовани , а магнитопровод трансформатора выполнен пространственным

Кроме того, шести чейковый вентильный мост разделен на два трех чейковых вентильных моста, которые подключены соответственно к первчм и вторым секци м обмоток и соединены между собой по цепи посто нног(9 тока через идуктивности, зашунтированные конденсатором.

На фиг.1 представлена принципиална  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - векторные диаграммы, по сн ющие принцип формировани  токообразующих ЭДС в фазовой плоскости; на фиг.4 - схемный вариант устройства при соединении вентильных мостов через индуктивности с шунтирующим конденсатором.

Преобразователь (фиг.1) содержит группу 1-12 вентилей, собранных в шести чейковый вентильный мост 13 выводы которого по посто нному току образуют выходные выводы 14 и 15 устройства с подключенной к ним нагрузкой 16. Выводы вентильного моста 13 по переменному току соединены посредством шести линий 17 с вентильными обмоткаини 18 трех однофазных или одного трехфазного трансформатора. Их сетевые обмотки (фиг.1, не показаны) могут быть .соединены в любую известную ,и предлагаемое устройство не будет критичным. Линии 19 и 20 - часть линий 17, а,в,с - фазы трансформатора .

Вентильные обмотки 18 в каждой фазе разделены на две секции - первую (а 1, b 1, с 1) и вторую(а 2, b 2, с 2). Пео ые секции соединены в треугольник и снабжены в кг1ждой фазе отводом (а 3, b 3 с 3) , «дел щим их на две части - малую (а 3x1, Ь3у1,с321)и большую (а За 1, в Зв1, с 3с 1). Согласно с большей частью к отводу а 3 (Ъ 3, с 3) секции а 1 (Ъ 1 .с 1) данной фазы подключена втора  секци  Ь 2 (с 2, а 2) смежной фазы с пр мым их пор дком чередоваНИН .

Другие три вывода х 2, у 2, г 2 вторых секций, а также три вывода первых секций в точках их соединени  в треугольник подключены посредством шести линий 17 к соответ ствующей вентильной  чейке шести чейкового вентильного моста 13,.

Число витков второй секции к числу витков первой секции, а также числа витков малой и большой частей последней могут быть установлены в каждой фазе в соотношени х , и (1-УЗ/3)/2:()/2 или примерно 0,58:1 и 0,21:0,79.

В этом случае на нагрузке 16 формируетс  пульсирук цее знакопосто нное напр жение U с кратностью П ча тоты пyльcaцииJ равной 12, при ее по л у периоде б л/П, равном 15. Посто нна  составл юща  и. выходного напр жени  Lfo равна  (sine)/6 (sinl5°).Л/12 «0,9886 относительно его амплитуды U, составл ет преимущественную по сравнению с переменной составл ющей, амплитуда первой гармоники которой относительно (}(, теоретически равна 1,4% а ее полный размах - 3,45%. Этим , улучшаютс  массогабаритные и стоимостные показатели (МГСП) сглаживающего фильтра предлагаемого устройства . .

Устройство работает следующим образом .

Под действием переменных ЭДС обмоток 18 между каждой парой линий 17 формируютс  разные по амплитуде и сдвинутые по фазе относительно друг друга линейные ЭДС. Однако из всего разнообрази  таких ЭДС, обусловленного различными сочетани ми любых двух возможных линий 17 из общего их числа, равного шести, не все из них вызывгиот открытие вентилей 1-12, Следовательно, не любые ЭДС, образованные между какой-либо парой линий 17, создают ток в нагрузке 16. Открываютс  лишь те два вентил  моста 13 - по одному из аатодной (нечетные номера) и анодной /четные номера) их групп разных вентильных  чеек - значение ЭДС между парой линий которых в данный момент наибольшее. На векторной диаграмме (фиг.2) такие ЭДС соответствуют рассто ни м (диагонал м) между наиболее удаленными друг от друга точками разных векторов. Диагональные ЭДС и образуют ток нагрузки .

Из фиг.2 следует, что устройство () создает две системы токообразующих ЭДС. Одна из них с фазовым сдвигом ЭДС в 120 эл.град относительно друг друга формируетс  трем  диагональными ЭЦС а 1 х 2, Bly2,clz2, показанными на фиг.2 пунктиром. Диагональные ЭДС образуютс  геометрическим сложением соответствующих ЭЦС различных часте обмоток 18. Так, вектор а 1 х 2 представл ет собой сумму векторов а2х2, с1сЗ, аЗх1; вектор в 1 у 2 - сумму векторов в 2 у 2, а 1 а 3, в 1 у 1; вектор х 1 z 2 сумму векторов с222,в1вЗ, с 1 Z 1.

Под действием диагональной ЭДС а 1 X 2 открываютс  вентили 1 и 2, и через нагрузку 12 протекает ток. Контур токопрохождени  {фиг.1) содержит следующие элементы: фаза а 1 - лини  19 - вентиль 1 - вывод 14 - нагрузка 16 - вывод 15 - вентиль 2 - лини  20 - секци  а 2 - фаза с 3 и две параллельные цепи, одна из которых содержит часть с 1 с 3 секции с 1 и секцию а 1, а друга  цепь содержит часть с 3 z секции с 1 и секцию Ь1.

Аналогичные контуры токопрохождени  при циклическом изменении состава элементов создают остальные две диагональные ЭДС (в 1 у 2 и с 1 z 2) .,

Диагональные ЭДС (дЭДС) после выпр млени  посредством вентилей 1и2; 5и6;9и10 формируют на нагрузке 16 пульсирующее напр жение векторы которого, показанные в фазовой плоскости на фиг.З, обозначены как Sf , Sj., 50 . При выпр млении тех же дЭДС посредством вентилей 7 и 8;11 и 12; 3 и 4 создаетс  противоположна  система векторов 5-,, 5 , Sj . В скобках указаны провод щие вентили и секции обмоток

Друга  система токообразующих ЭД обеспечиваетс  диагональными ЭДС z2x2, х2у2, y2z.2 (Фиг.1 и Эти дЭДС также сдвинуты на 120 эл.град. относительно друг друга и, кроме того, сдвинуты на 30 эл.град. по отношению к предыдущей системе (фиг.2). После их выпр млени  посредством вентилей 3 и 7и6 Ни 10,а также вентилей Зиб; 7и10; 11и2на выходе создаетс  пульсирующее напр жение, векторы, которого в фазовой плоскости показаны на фиг.З векторами

2 6 10 8 12 4 число векторов Эд, равно 12 (,12) а их Фазовый сдвиг относительно друг друга составл ет ЗО.

Таким образом, огибакица  выходного напр жени  содержит за период ЭДС 12 периодов переменной/ составл ющей (диаграмма показана на фиг.З точками)1 Частота пульсации тем самым увеличена в 12 раз по сравнению с частотой преобразуемых ЭДС и, следовательно, частотна  краiность пульсации равна 12 (). Длительность б половины периода пулсации составл ет 0 180/n 15, что совпадает с прототипом.

Вентили 1,4,5,8,9 и 12,подключенные к первым секци м а 1, b 1, с 1, вентильньгх обмоток 18, провод т ток 30 эл.град. (при активном или индуктивном характере нагрузки без учета  влени  коммутации), и среднее значение этого ,тока по отношению к току нагрузки 1 составл ет 1/12 часть, что в два раза меньгае по сравнению с известными, в результате чего по отношению к последним потери мощности в половине вентилей снижены в два раза при равноценных выходных параметрах а КПД устройства повышен.

Другие шесть вентилей 2,3,6,7, 10 и 11, подключенные к вторым секци м а 2, b 2, с 2, провод т; ток 90 эл.град., а. среднее значение этого тока равно 1о/4, что совпадает с прототипом.

Предлагаемое устройство обеспечивает в 1,37 раза больше выходное напр жение при одинаковом в них напр жении на первых секци х обмоток , соединенных в треугольник, что следует из сопоставлени  вектора «1 X 2 на фиг.2 (модуль которого соответствует амплитуде UCKO выходного напр жени  устройства) с вектором о 1 1 отражающего напр жение на секции oil и амплитуду С/ао пр выходного напр жени  прототипа (при установленных в нем соотношени х витков секции и отводов).

При обеспечении заданного (одинакового с прототипом) напр жени  на нагрузке напр жение на каждой из указанных секций (число их витков) оказываетс  в предлагаемом устройстве в 1,37 раза меньше, что имеет важное значение дл  уменьшени  сопротивлени  и потерь в них Токи через первые секции вентильных обмоток в устройстве протекают все 360 зл.грай., что рав- иоценно с прототипом, но в два раз превьиыают длительность тока. Токи через вторые секции в устройстве протекают 180 эл.град., что . в i1,5 и соответственно в 3 раза воль ше. При этом значени  этих токов

снижены в устройстве вследствие выше показанного перераспределени  тока нагрузки по параллельным цеп м, а также уменьшени  напр жени  обмоток и их мощности, что улучшает

массу, габариты, стоимость трансформаторного блока и устройства преобразова ни  энергии в целом.

По амплитуде обратного напр жени  на вентил х, определ ющей их вен0 тильную прочность (надежность) и равной амплитуде выходного напр жени  (практически его среднему значению ) , рассмотренные решени  равноценны . Следовательно, несмотр 

5 на обеспечение в предлагаемом устройстве более высокого напр жени  на нагрузке, чем- в известных решени х , в нем не требуетс  при заданном выходном напр жении, устанавливать

Q дополнительные вентили последовательно с основнЕЛМи в каждом вентильном плече моста 13, что повышает надежность устройства и его КПД.

Магнитопровод трансфор иатора вы5 полн етс  пространственным, что устран ет асимметрию магнитной цепи, присущую плоскому магнитопроводу устран ет, либо существенно снижает нежелательную низкочастотную модул цию выходного напр жени , улучшает массу, объем, стоимость сглаживающих фильтров. При этом практически отпадает необходимость варьировани  витками сетевой и вентильной обмоток, расположенных на

5, среднем стержне, выполнени  дл  этих целей дополнительных (симметрирующих ) отводов, трудоемкого их подбора опытным путем.

0 Вместе с тем, возможно включение магнитно св занных или несв занных

междусобой индуктивностей 21, эашунтированных либо не зашунтированных конденсатором 22 (Лиг.4) в

5 цепь посто нного тока трех чейковых вентильных мостов 23 и 24, соединенных посредством линий 17 с первыми и вторьвхш секци ми обмоток 18. Индуктивности 21 позвол ют пере распределить нагрузочный ток по отдельным мостам, а конденсатор22 улучшить в элементах циркул цию анергии, а также качество потребл емой (преобразуемой) энергии.

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий шестиячейковый вентильный мост и трехфазный трансформатор, вентильные обмотки которого разделены в каждой фазе на две секции, ίпервые секции фаз соединены в треугольник и снабжены каждая отводом, делящим ее на малую и большую части, вторая секция одной из фаз од- - ним- своим выводом подключена к отводу первой секции смежной фазы в порядке их индексного чередования и согласно с большей частью первой секции, другие выводы вторых секций и выводы первых секций подключены посредством шести линий к входам по переменному току вентильного моста,’ выводы которого по постоянному току образуют выходные вывода, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических и качественных показателей путем повышения выходного напряжения, снижения уровня его низкочастотной модуляции, числа витков малой и большой .частей каждой первой секции вентильных обмоток установлены в соотношении (1-^3/3)/2:(1+Y3/3) /2, число витков каждой второй секции вентильных обмоток относится к числу витков первой секции, как Ϊ3/3:1, при этом вторые секций вентильных обмоток подключены к их первым секциям в порядке прямого их индексного чередования, а магнитопровод трансформатора выполнен пространственным.

⁹¹

5 7 2 !1 at х,

Ь2 /

1LA м

t \С1

9 № 12 2

I I

I

I i .., о»

2. Преобразователь, по.π.1, отличающийся тем, что шестиячейковый вентильный мост разделен на два трехячейковых вентильных моста, которые подключены соответст венно к первым и вторым секциям об моток и соединены,между собой по цепи постоянного тока через индуктивности, зашунтированные конденса тором.

ί