CS241225B1 - Třífázový můstkový usměrňovač - Google Patents

Abstract

Cílem je vytvořit třífázový můstkový usměrňovač pro usměrnění třífázových nebo sdružených nebo za pomoci přepínače obou napětí pomocí tří jednofázových můstků při symetrickém zatížení sítě, filtraci usměrněného proudu a s podstatnou úsporou materiálu. Kladné výstupní svorky jednofázových usměrňovačů jsou připojeny na začátky jednotlivých vinutí první třífázové tlumivky (4j a záporné výstupní svorky na začátky druhé třífázové tlumivky (5). Konce jednotlivých vinutí tlumivek (4, 5) jsou vždy spojeny a společný bod (44) jedné třífázové tlumivky (4) je spojen S kladnou výstupní svorkou třífázového můstkového usměrňovače a společný bod (54) druhé třífázové tlumivky (5) s jeho zápornou výstupní svorkou. Mezi tyto výstupní svorky je vhodné zapojit sériové spojení korekčních kapacit s uzemněným středem. Usměrňovač je použitelný například pro napájení tyristorových měničů kmitočtu, středofrekvenčních generátorů apod.

Description

Cílem je vytvořit třífázový můstkový usměrňovač pro usměrnění třífázových nebo sdružených nebo za pomoci přepínače obou napětí pomocí tří jednofázových můstků při symetrickém zatížení sítě, filtraci usměrněného proudu a s podstatnou úsporou materiálu.

Kladné výstupní svorky jednofázových usměrňovačů jsou připojeny na začátky jednotlivých vinutí první třífázové tlumivky (4j a záporné výstupní svorky na začátky druhé třífázové tlumivky (5). Konce jednotlivých vinutí tlumivek (4, 5) jsou vždy spojeny a společný bod (44) jedné třífázové tlumivky (4) je spojen S kladnou výstupní svorkou třífázového můstkového usměrňovače a společný bod (54) druhé třífázové tlumivky (5) s jeho zápornou výstupní svorkou. Mezi tyto výstupní svorky je vhodné zapojit sériové spojení korekčních kapacit s uzemněným středem.

Usměrňovač je použitelný například pro napájení tyristorových měničů kmitočtu, středofrekvenčních generátorů apod.

>

o

S2 i

Vynález se týká zapojení třífázových můstkových usměrňovačů, používaných k přímému usměrnění síťového napětí.

Usměrňovače zapojené přímo na síť 3 X X 220/380 V, které mají sloužit pro napájení tyristorových měničů kmitočtu, středofrekvenčních generátorů apod., musí vyhovět třem podmínkám: musí dávat napětí vhodné pra napájení měničů a nesmí zatěžovat napájecí síť stejnosměrnou složkou proudu a ríesmí je zatěžovat nadměrnými složkami vyšších harmonických kmitočtů. Druhá podmínka vylučuje úplně použití půlvlnných usměrňovačů.

Z běžně používaných zapojení třífázových usměrňovačů splňují poslední dvě podmínky pouze dvě zapojení — a to jednofázový můstkový usměrňovač se vstupní tlumivkou, kdy je usměrněné napětí cca 200 V z 220 V; a třífázový můstkový usměrňovač se vstupní tlumivkou dávající usměrněné napětí cca 560 V z 3 X 220 V. Toto napětí je však pra běžné typy tyristorů dosti vvysoké, uvážíme-li, že ve střídačových zapojeních mohou být tyristory namáhány dvojnásobkem i třínásobkem napájecího napětí; jednofázový usměrňovač naproti tomu dává sice napětí vyhovující, ale zase neumožňuje odběr větších výkonů, protože zatěžuje síť nesymetricky.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje třífázový můstkový usměrňovač podle vynálezu, složený ze tří jednofázových můstkových usměrňovačů, pro usměrňování fázových nebo sdružených napětí nebo po zařazení přepínače na vstupy jednofázových můstkových usměrňovačů s možností usměrňování jak fázových, tak i sdružených napětí. Podstatou tohoto třífázového můstkového usměrňovače je, že kladné výstupní svorky jednofázových můstkových usměrňovačů jsou připojeny na začátky jednotlivých vinutí jedné třífázové tlumivky a záporné výstupní svorky jednotlivých jednofázových můstkových usměrňovačů jsou připojeny na začátky jednotlivých vinutí druhé třífázové tlumivky. Konce jednotlivých vinutí jedné i druhé třífázové tlumivky jsou vždy spojeny. Společný bod jedné třífázové tlumivky je spojen s kladnou výstupní svorkou a společný bod druhé třífázové tlumivky se zápornou výstupní svorkou třífázového můstkového usměrňovače.

Mezi výstupní svorky třífázového můstkového usměrňovače lze zapojit sériově spojené korekční kapacity, jejichž střed je uzemněn, které korigují vliv vnitřní impedance sítě.

Za účelem zmenšení tlumivek lze tyto uspořádat tak, že obě třífázové tlumivky mají společné břevno magnetického obvodu ve tvaru písmene I a jednotlivá vinutí jedné i druhé třífázové tlumivky jsou uspořádána vždy na sloupcích jedné části jádra tvaru písmene E tak, že odpovídající si vinutí jsou orientována svými začátky proti sobě.

Výhodou tohoto třífázového můstkového usměrňovače je, že zatěžuje třífázovou síť symetricky a dává usměrněná napětí v rozmezí 200 až 350 V při napájení ze sítě 3 X 220/380 V, což je umožněno právě použitím třífázových tlumivek. Tyto tlumivky zajišťují též filtraci usměrněného proudu třífázovým potlačením složek 50 Hz, 100 Hz a 200 Hz. Další výhodou použití třífázových tlumivek je, že usměrňovač vychází značně menší a lehčí než při použití tlumivek oddělených pro každý jednofázový usměrňovač zvlášť, což by bylo jinak nutné vzhledem k rozdílným napětím fáze. Dochází zde k podstatné úspoře materiálu.

Příklady zapojení třífázového můstkového usměrňovače podle vynálezu jsou na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je zapojení pro usměrnění fázových napětí, na ohr. 2 pro usměrnění sdružených napětí a na obr. 3 je přepínatelný usměrňovač pro fázová i sdružená napětí. Vždy se jedná o zapojení, sestávající ze tří jednofázových můstků 1,

2, 3, kde vstupy těchto můstků jsou buď v zapojení pro usměrnění fázových napětí — — obr. 1, nebo sdružených napětí — obr. 2, nebo obou napětí pomocí přepínače 8 — obr.

3.

Ve všech třech případech jsou kladné výstupní svorky jednotlivých můstkových usměrííovačů 1, 2, 3 připojeny na začátky jednotlivých vinutí 41, 42, 43 jedné třífázové tlumivky 4. Záporné výstupní svorky jednorázových můstkových usměrňovačů 1, 2, 3 jsou zároveň připojeny na začátky vinutí 51, 52, 53 druhé třífázové tlumivky 5. Konce jednotlivých vinutí 41, 42, 43 jedné třífázové tlumivky 4 jsou spojeny do jednoho společného bodu 44, který je spojen s kladnou výstupní svorkou třífázového můstkového usměrňovače, a konce vinutí 51, 52, 53 druhé třífázové tlumivky 5 jsou spojeny do druhého společného bodu 54, který je spojen se zápornou výstupní svorkou třífázového můstkového usměrňovače. Mezi tyto výstupní svorky jsou zapojeny sériově spojené korekční kapacitý 6 a 7, jejichž střed je uzemněn.

V zapojení podle obr. 1 protéká každým vinutím třífázové tlumivky 4 nebo 5 jedna třetina celkového usměrněného proudu; poněvadž všechna vinutí jsou vinuta souhlasným směrem, bude celé jádro zmagnetováno stejnosměrnou složkou proudů tak, že například horní břevno jádra bude severním pólem a dolní břevno jižním pólem, takže magnetický tok se bude uzavírat okolním prostorem, tj. přes velký magnetický odpor. Střídavé složky magnetického toku se však zásluhou vzájemného třífázového vztahu budou uzavírat uvnitř jádra, tj. malým magnetickým odporem. Proto je možné volit střídavou složku sycení železa poměrně velkou, cca 1 T, zatímco stejnosměrná složka bude podstatně menší, řádově 0,1 T. Při konstrukci je ovšem nutné zajistit stažení jádra nemagnetickými spojkami, aby se nesnižoval magnetický odpor cesty stejnosměrné složky magnetického toku a nezvyšovalo se zbytečně stejnosměrné sycení železa.

Z provedené analýzy vyplývá, že proud odebíraný z každé fáze teče po celou dobu půlvlny, a to v každé půlvlně pres vinutí jedné, v tomto případě horní, tlumivky 4 do kladné výstupní svorky, v záporné půlvlně pak přes vinutí druhé, v tomtoi případě dolní, tlumivky 5 na zápornou výstupní svorku. Střední hodnota proudu za dobu půlperiody se rovná třetině usměrněného proudu, jeho tvar se blíží obdélníku, zejména při vyšším odebíraném proudu, protože jeho proměnná složka Δ i je nezávislá na zatížení. Harmonické složení proudu odebíraného ze sítě je pak teoreticky

I(t) = I_o —-είηωί + ——sin3<»t +

5T J O

Poněvadž vnitřní impedance sítě pro vyšší kmitočty je zpravidla induktivní a zejména při nižších zatíženích je časový průběh odebíraného proudu zásluhou složky.Δ i ve svém maximu časově zpožděn proti průběhu napětí, může být výhodné zapojit na vstupní síťové svorky korekční kapacity 6, 7 s jalovým výkonem ve výši 10 až 20 % z reálného výkonu usměrňovače.

V případě, že těchto kapacit 6 a 7 nepoužijeme, ovlivní induktivní složka impedance sítě průběh komutačního procesu proudu na rozhraní půlperiod. Místo obdélníkového průběhu odebíraného proudu se objeví průběh lichoběžníkový, kde strmost di/dt náběhových a doběhových hran bude záviset na velikosti induktivní složky vnitřní impedance sítě ω L_js. Takto dochází k potlačení složek vyšších harmonických kmitočtů generovaných do sítě.

Podobné úvahy platí i pro zapojení na obr. 2. Protože potřebná velikost třífázových tlumivek je pro obě zapojení téměř stejná, je možné řešit usměrňovač přepínatelný pro dvě napětí podle obr. 3. V tomto případě při

-sin5ť»t + ... —sin(2n-l)<wt napájecím napětí 3X220/380 V dostáváme takto výstupní napětí přepínatelné mezi 2X X100 V a 2 X175 V. Konstrukční provedení tlumivek je řešitelné běžným způsobem, tj. na třísloupkových jádrech tvaru písmena E s příčným břevnem tvaru písmena I.

Rozborem průběhu magnetických toků byla nalezena ještě další možnost zmenšení tlumivek tím, že obě tlumivky mají společné břevno tvaru písmena I, a tedy jádro ve tvaru písmen E-I- a . Předpokladem k této úspoře je však nutnost zajistit správné zapojení jednotlivých vinutí třífázových cívek 4, 5 ve správné vzájemné poloze, aby nenastalo přesycení společné střední příčky tvaru písmena I. To znamená, že odpovídající vinutí třífázových tlumivek 4, 5 jsou zapojena svými začátky proti sobě, tedy začátek vinutí 41 proti začátku vinutí 51, začátek vinutí 42 proti začátku vinutí 52 a začátek vinutí 43 proti začátku vinutí 53.

Třífázový můstkový usměrňovač podle vynálezu je použitelný například pro napájení tyristorových měničů, středofrekvenčních generátorů a podobně.

PREDMET

Claims (3)

1. Třífázový můstkový usměrňovač, složený ze tří jednofázových můstkových usměrňovačů, pro usměrňování fázových nebo sdružených napětí nebo po zařazení přepínače na vstupy jednotlivých jednofázových můstkových usměrňovačů s možností usměrňování fázových i sdružených napětí, vyznačující se tím, že kladné výstupní svorky jednotlivých jednofázových můstkových usměrňovačů (1, 2, 3) jsou připojeny na vstupy jednotlivých vinutí (41, 42, 43) první třífázové tlumivky (4) a záporné výstupní svorky jednotlivých jednofázových můstkových usměrňovačů (1, 2, 3) jsou připojeny na vstupy jednotlivých vinutí (51, 52, 53) druhé třífázové tlumivky (5) , přičemž výstupy jednotlivých vinutí (41, 42, 43) a (51, 52, 53) každé z obou třífázových tlumivek (4, 5) jsou vždy spojeny a společný bod (44) první třífázové tlumivky (4) je spojen s kladnou výstupní svorkou třífázového můstkového usměrňovače a společný bod (54) druhé třífázové tlumivky (5) vynalezu je spojen se zápornou výstupní svorkou třífázového můstkového usměrňovače.

2. Třífázový můstkový usměrňovač podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi výstupní svorky třífázového můstkového usměrňovače jsou zapojeny sériově spojené korekční kapacity (6, 7), jejichž společný bod je uzemněn.

3. Třífázový můstkový usměrňovač podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že první a druhá třífázová tlumivka (4, 5) mají společné břevno magnetického obvodu ve tvaru písmena I a jednotlivá vinutí (41, 42, 43) první třífázové tlumivky (4) jsou uspořádána na sloupcích jedné části jádra ve tvaru písmena E a jednotlivá vinutí (51, 52, 53) druhé třífázové tlumivky (5) jsou uspořádána na sloupcích druhé, protilehlé části jádra též ve tvaru písmena E, přičemž odpovídající si vinutí (41, 51, 42, 52) a (43, 53) jsou orientována svými vstupy proti sobě.