CS265679B1 - Prostředek k vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače, zejména pro spouštěcí zdroj - Google Patents

Abstract

Řeší se problém vyhlazení proudu trojpulsnlho řízeného usměrňovače, zejména pro spouštěoí zdroj, bez vyhlazovaoí tlumivky nebo jiného filtru. Cíle se dosahuje použitím třífázového transformátoru s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy, přičemž uzel primární hvězdy je volný a nulová Indukčnost sekundární strany transformátoru má velikost nejméně trojnásobku jinak potřebné vyhlazovací tlumivky. Řešení jg vhodné zejména pro nízkonapetové usměrňovače s krátkodobým ohodem, nebo mírnými požadavky na vyhlazení stejnosměrného proudu, jakými jsou například zdroje pro spouštění motorových vozidel, pro nabíjeni akumulátorů, případně i pro obloukové svařování.

Description

Vynález se týká trojpulsních řízených Usměrňovačů, zejména pro spouštění motorových vozidel a řeší vyhlazení stejnosměrného proudu bez vyhlazovací tlumivky nebo jiného filtru.

Usměrňovače spouštěcích zdrojů jsou charakterizovány malým výstupním napětím, nejčastěji přepínatelným mezi stupni 12 a 24 V, krátkodobým zatížením výkonem řádu 10¹ kW a paralelní spoluprací s akumulátorem vozidla. Ěeší se buá jako diodové s kontaktním přepínáním napětí, nebo jako tyristorové fázově řízené. Nevýhodou prvých je obtížná realizace takových V-A charakteristik, aby zdroj na obou rozsazích poskytoval při spouštění dostatečný proud a přitom mimo dobu spouštění nebezpečně nepřebíjel akumulátor. Nevýhodou známých tyristorové řízených spouštěcích zdrojů je, že pro snížení činitele tvaru proudu vyžadují vyhlazovací tlumivku nezanedbatelné hmotnosti a ztrát. Úbytek napětí na vinutí tlumivky musí být kompenzován nižším úbytkem na transformátoru, nebo jeho vyšším sekundárním napětím, což obojí vede k dalšímu vzrůstu hmotnosti celého zařízení.

Tyto nedostatky odstraňuje převážnou měrou prostředek podle vynálezu, jehož podstatou je, že k vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače je použit třífázový transformátor s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy, přičemž uzel primární hvězdy je volný. Nulová indukčnost sekundární strany přitom splňuje nerovnost L₂₀ ž 3 L , kde L je potřebná indukčnost vyhlazovací tlumivky.

Použitím transformátoru uvedeného typu se u trojpulsního řízeného usměrňovače dosáhne vyhlazení stejnosměrného proudu i bez vyhlazovací tlumivky nebo jiného filtru. Přitom zvětšení hmotnosti transformátoru, plynoucí z faktu, že jeho magnetickým

- 2 265 679 obvodem prochází kromě střídavého toku také tok stejnosměrný, je v mnoha případech pro vyhovující zvlnění menší než hmotnost ekvivalentní vyhlazovací tlumivky a přírůstku hmotnosti transformátoru, potřebného ke krytí ztrát v této tlumivce. Vzniká tak úspora na rozměrech, celkové hmotnosti zdroje, pracnosti při výrobě a na ztrátách elektrické energie.

K vyhlazení proudu fázově řízených usměrňovačů spouštěcích zdrojů se dosud používají vyhlazovací tlumivky. Třífázový transformátor s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy a s volným primárním uzlem je běžným typem transformátoru, který se kromě mnoha jiných aplikací používá také k napájení trojpulsních usměrňovačů. V tom případě v něm však vzniká nulový magnetický tok, který byl dosud považován za jednoznačně negativní vlastnost, zvyšující pouze sycení magnetického obvodu a ztráty v blízkých feromagnetických předmětech. Vyhlazení proudu ekvivalentní indukčností související s nulovým tokem tohoto transformátoru nebylo dosud známo a vědomě využíváno. Proto byl tento typ transformátoru používán pouze pro trojpulsní usměrňovače nejmenšího výkonu a ve větších byl nulový tok naopak potlačován sekundářem zapojeným do lomené hvězdy. Pokud bylo požadováno vyhlazení proudu, zapojovala se do stejnosměrného obvodu vyhlazovací tlumivka.

Funkce prostředku k vyhlazení proudu podle vynálezu je následující: Nulový tok třífázového transformátoru s magnetickým obvodem jádrového typu a s oběma vinutími zapojenými do hvězdy, napájejícího trojpulsní usměrňovač, je až na zvlnění stejnosměrný. S jeho existencí proto nejsou spojeny impedanční úbytky napětí, nýbrž akumulace energie podobně jako v magnetickém poli vyhlazovací tlumivky. Volný uzel primárního vinutí připouští změnu okamžitých hodnot sekundárních napětí vůči harmonickému průběhu, přičemž střídavé napětí mezi uzlem sekundářů a středem trojúhelníku sekundárních napětí odpovídá napětí o frekvenci zvlnění, nacházejícímu se na ekvivalentní vyhlazovací tlumivce. Z hlediska tohoto napětí jsou všechna tři sekundární vinutí zapojena paralelně a proud jimi procházející do zátěže je zvlněním výstupního proudu. Jestliže každému ze sekundárních vinutí přísluší tatáž hodnota nulové indukčnosti. LgQ , pak ekvivalentní vyhlazovací indukčnost transformátoru

- 3 265 679 je dána jejich paralelním spojením a je tedy právě rovna jedné třetině nulové indukčnosti sekundární strany transformátoru. Hodnota nulové indukčnosti je složitou funkcí jednotlivých rozměrů magnetického obvodu transformátoru a počtu závitů jeho vinutí. Prakticky se zjištuje měřením, bud na hotovém transformátoru, nebo na jeho modelu ve zmenšeném měřítku a přepočtem podle zákonitostí vzájemného růstu jednotlivých elektromagnetických veličin. V transformátoru pro spouštěcí zdroj o výkonu kolem 20 kW, jehož vinutí je tepelně dimenzováno pro dobu zatížení kolem 100 s, jsou vzájemné poměry rozměrů magnetického obvodu, počtu závitů, nulové indukčnosti a velikosti nulového magnetického toku takové, že ekvivalentní vyhlazovací indukčnost plně postačuje k požadovanému vyhlazení stejnosměrného proudu a na druhé straně přídavný stejnosměrný tok jádry má ještě přijatelnou velikost. Nový účel použití třífázového transformátoru s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy a s volným primárním uzlem tedy spočívá ve vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače, zejména pro spouštěcí zdroj, přičemž vyšší účinek se projevuje v úspoře dosavadní vyhlazovací tlumivky.

Prostředek k vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače podle vynálezu je vhodný zejména pro aplikace s krátkodobým zatížením nebo s mírnými požadavky na vyhlazení stejnosměrného proudu při výkonech řádu 1θ\ kW, v nichž charakteristické veličiny transformátoru dosahují příznivých vzájemných poměrů. Typickým příkladem jsou usměrňovače pro spouštění motorových vozidel, pro nabíjení akumulátorů, případně i pro obloukové svařování. Protože stejnosměrný nulový tok zvyšuje indukci v magnetickém obvodu transformátoru, je u aplikací dimenzovaných pro krátkodobý chod výhodné také to, že na odporu primárního vinutí a případně i na rozptylové indukčnosti vzniká větší úbytek napětí, který indukci naopak snižuje. Hlavní výhoda vynálezu, tj. vyloučení vyhlazovací tlumivky, vzniká v trojpulsních usměrňovačích bez ohledu na to, zda jsou řízeny na sekundární nebo na primární straně.

Claims (1)

1. Použití třífázového transformátoru s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy, přičemž uzel primární hvězdy je volný a nulová indukčnost LgQ sekundář ní strany transformátoru splňuje nerovnost L₂₀ — 3L , kde L je potřebná indukčnost vyhlazovací tlumivky, jako prostředku k vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače, zejména