RU2004053C1 - Преобразователь трехфазного переменного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

Использование: в преобразовательной технике. Сущность изобретени : устройство содержит входные выпр мители и инверторы Вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отпайками, соединенными с элементами с двухсторонней проводимостью . Управление ключевыми элементами осуществл етс  таким образом, чтобы свести к минимуму амплитуды низкочастотных гармонических составл ющих спектра выходного напр жени  выпр мител  2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  непосредственного преобразовани  трехфазного переменного напр жени  низкой частоты в посто нное напр жение при построении источников вторичного электропитани .

Известно устройство дл  преобразовани  переменного напр жени  в посто нное , , содержащее ключи переменного тока на тиристорах, которые объединены в две группы и формируют умножитель частоты , к выходу которого подключен последовательный LC-контур и первична  обмотка однофазного трансформатора, вторична  обмотка которого соединена с нагрузкой через выпр митель.

К недостаткам известного устройства следует отнести низкие массогабаритные показатели и динамические характеристики из-за сравнительно невысокой частоты импульсного напр жени , формируемого умножителем частоты на тиристорах, что приводит к достаточно большой массе и габаритам трансформатора и элементов LC- контура умножител . Кроме того, недостатком устройства  вл етс  достаточно большие значение реактивной мощности и мощности искажений, потребл емых устройством от каждой фазы первичной сети, что обусловлено значительной несинусоидальностью формы потребл емого тока.

Известен регулируемый преобразователь посто нного напр жени  в посто нное 2, содержащий трехфазный мостовой выпр митель , вспомогательный однополупе- риодный выпр митель с емкостным сглаживающим фильтром, соединенные с импульсным регул тором напр жени  понижающего типа, выход которого соединен с входом мостового нерегулируемого двухтактного конвертора с трансформаторным выходом.

Недостатками известного устройства  вл ютс : низкие массогабаритные показатели из-за наличи  LC-фильтра в составе импульсного регул тора напр жени ; протекание по активным элементам в момент включени  значительного тока зар да конденсатора вспомогательного выпр мител ; токова  нагрузка на нулевой провод первичной сети; достаточно больша  величина полной мощности, потребл емой устройством из сети из-за наличи  интервалов отсечки в кривой потребл емого из сети тока.

Наиболее близким к предлагаемому устройству  вл етс  трехфазный преобразователь переменного напр жени  в посто нное 3, содержащий первый входной выпр митель, второй входной выпр митель канал преобразовани , состо щий из

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

соединенных последовательно инвертора повышенной частоты, подключенного своим силовым входом к выходу первого выпр мител , силового трансформатора и высокочастотного выпр мител , сглаживающий фильтр, соединенный своим входом с выходом второго входного выпр мител  и с выходом высокочастотного выпр мител , а выходом подключенный к нагрузке.

Недостатками такого устройства  вл ютс  отсутствие гальванической разв зки выходного напр жени  преобразовател  с питающей сетью; невозможность получени  различных номиналов выходного напр жени ; необходимость применени  трехфазной сети с нулевым проводом дл  питани  преобразовател ; достаточно большое значение мощности искажений, потребл емой преобразователем из сети, из-за наличи  большой отсечки в кривой потребл емого тока.

Цель изобретени  - улучшение формы потребл емого от каждой фазы сети тока, обеспечение возможности применени  в качестве входного источника трехфазной сети без нулевого провода; осуществление гальванической разв зки выходного посто нного напр жени  с питающей сетью и обеспечение возможности получени  различных номиналов выходного напр жени .

Цель достигаетс  тем, что в известное устройство, содержащее первый и второй входные выпр мители, канал преобразовани , состо щий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты, подключенного своим силовым входом к выходу первого входного выпр мител , силового трансформатора и высокочастотного выпр мител , сглаживающий фильтр, своим выходом соединенный с выходными выводами устройства дл  подключени  нагрузки, а входом подключенный к выходу второго входного выпр мител  и к выходу высокочастотного выпр мител , блок управлени  инвертором повышенной частоты, введены дополнительный высокочастотный инвертор , своим силовым входом подключенный к выходу второго входного выпр мител  и нагруженный на дополнительный силовой трансформатор, входные выпр мители выполнены в виде двухфазных Мостовых выпр мителей и подключены своими входами к соответствующим входным выводам устройства , на которые поступают два разных линейных напр жени  трехфазной сети, вторичные обмотки трансформаторов соединены согласно-последовательно и подключены к входу высокочастотного выпр мител , введены два дополнительных ключевых элемента с двухсторонней проводимостью , каждый из 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 выпр мител .

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретени , выражаетс  в уменьшении полной потреб- л емой преобразователем из сети мощности , в обеспечении гальванической разв зки выходного напр жени  с питающей сетью, возможности получени  различных номиналов выходного напр жени  без существенного ухудшени  массогабарит- ных показателей известного устройства. Кроме того, в предлагаемом устройстве нет необходимости примен ть в качестве входного источника трехфазную сеть с нулевым проводом.

На фиг. 1 представлена электрическа  схема преобразовател  трехфазного переменного напр жени  в посто нное; на фиг. 2 - временные диаграммы работы преобра- зовател .

Предлагаемое устройство содержит входной выпр митель 1, подключенный своим входом к линейному напр жению Uab трехфазной сети, инвертор 2 повышенной частоты, получающий питание с выхода выпр мител  1 и нагруженный на первичную обмотку силового трансформатора 3, входной выпр митель 4, подключенный по входу к линейному напр жению Ubc сети, инвер- тор 5 повышенной частоты, получающий пи- тание с выхода выпр мител  4 и нагруженный на первичную обмотку силового трансформатора б, ключевые элементы 7 и 8 с двухсторонней проводимостью, каж- дый из которых подключен между отпайкой и одним из выводов вторичной обмотки соответствующих трансформаторов 3 и 6, вы- сокочастотный выпр митель 9, подключенный ко входу к выводам соеди- ненных согласно-последовательно вторичных обмоток трансформаторов, сглаживающий фильтр 10, своим выходом соединенный с нагрузкой 11, а входом - с выходом выпр мител  9. Блок 12 управле- ни  служит дл  управлени  ключевыми элементами инверторов и ключевыми элементами 7 и 8 по командам от внешнего устройства либо по величине напр жени  на нагрузке.

Устройство работает следующим образом . При подключении устройства к соответствующим напр жени м трехфазной сети и подаче сигналов управлени  от блока 12 на управл ющие входы ключевых элементов на выходе инвертора 2 формируетс  импульсное знакопеременное напр жение UM1 с огибающей напр жени  иаь (фиг. 2). В это врем  на выходе инвертора 5 формируетс  импульсное знакопеременное напр жение 11м2 с огибающей напр жени  Ubc. Поскольку вторичные обмотки трансформаторов 3 и 6 соединены согласно-последовательно , на вход выпр мител  9 будет поступать напр жение 1)мз, представл ющее собой алгебраическую сумму напр жений вторичных обмоток трансформаторов. Ключевые элементы 7 и 8 замыкаютс  одновременно с частотой, равной удвоенной частоте сетевого напр жени , и наход тс  в замкнутом состо нии в течение строго определенных временных интервалов, измен   тем самым коэффициенты трансформации трансформаторов 3 и 6. Отпайки вторичных обмоток трансформаторов и сами трансформаторы выполнены таким образом, что обеспечиваетс  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 осуществл етс  таким образом, чтобы свести к минимуму амплитуды низкочастотных гармонических составл ющих спектра выходного напр жени  Ug выпр мител  9. Это достигаетс  при выполнении трех условий: 1) выборе длительности временного интервала замкнутого состо ни  ключевых элементов 7 и 8, равной 0,25ТП (Тп - период повторени  сетевого напр жени ); 2) середина временного интервала замкнутого состо ни  ключевых элементов должна совпадать с максимальным за период значением напр жени , получаемого в результате суммировани  мгновенных значений выходных напр жений выпр мителей 1 и 4; 3) дл  обоих трансформаторов отношение коэффициента трансформации при замкнутом ключевом элементе к коэффициенту трансформации при разомкнутом ключевом элементе должно составл ть 0,6. Из 1) и 2) следует, что ключевые элементы 7 и 8 должны быть замкнуты в интервале 0,42 л ...0,92 л рад. каждого полупериода дл  одного линейного напр жени  сети, поступающего на вход выпр мител , и в интервале 0,08 л ...0,58 л рад. дл  другого линейного напр жени  сети , поступающего на вход другого выпр мител  (где л - длительность полупериода одного из линейных напр жений сети). На фиг. 2 представлена временна  диаграмма напр жени  Uynp, подаваемого на управл ющие входы ключевых элементов 7 и 8. В течение действи  импульсов управлени 

ключевые элементы замкнуты, чем и достигаетс  уменьшение коэффициентов трансформации обоих трансформаторов. Таким образом, на выходе выпр мител  9 формируетс  напр жение Ug с пониженным содержанием гармонических составл ющих. Далее это напр жение сглаживаетс  до необходимого в фильтре 10 и поступает в нагрузку 11. При необходимости блок 12 управлени  может быть выполнен обеспечивающим стабилизацию выходного напр жени  на нагрузке по методу широтно-импульсной модул ции. Примен   три таких преобразовател  одинаковой мощности, каждый из которых подключен к соответствующим линейным напр жени м трехфазной сети, можно обеспечить режим

симметричной нагрузки каждой фазы сети уменьшив при этом полную мощность, потребл емую из сети. Примен   дополнительные , соединенные соответствующим 5 образом вторичные обмотки трансформаторов , можно получать на одном преобразователе различные номиналы выходных напр жений.

10 (56) 1, Авторское свидетельство СССР № 1568177, кл. Н 02 М 5/257, 1990.

2,Бас А.А. и др. Источники вторичного электропитани  с бестрансформаторным входом. М.: Радио и св зь, 1987, с. 57, рис,

15 2.28а.

3.Авторское свидетельство СССР № 1197028, кл. Н 02 М 7/06, 1985.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ , содержащий первый и второй входные выпр мители, канал преобразовани , состо щий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты, соединенного своим силовым входом с выходом первого входного выпр мител , и силового трансформатора, высокочастотный выпр митель, сглаживающий фильтр, подключенный своим выходом к выходным выводам преобразовател  дл  подключени  нагрузки, а входом - к выходу высокр- частотного выпр мител , блок управлени , отличающийс  тем, что входные выпр мители выполнены в виде двухфазных мостовых выпр мителей, входные выводы которых подключены к входным выводам преобразовател , на которые поступают два разных линейных напр жени  трехфазной сети, введен дополнительный канал преобразовани , состо щий из последовательно соединенных дополнительного инвертора повышенной частоты, подключенного своим силовым входом к выходу второго входного выпр мител , и дополнительного силового трансформатора , вторичные обмотки трансформаторов выполнены с отпайками, соединены по

   20

   основным своим выводам согласно последовательно и подключены к входу высокочастотного выпр мител , между отпайкой вторичной обмотки каждого трансформато25 рэ и выводом обмотки, соединенным с соответствующим входным выводом высокочастотного выпр мител , включены введенные ключевые элементы с двусторонней проводимостью, блок управлени 

   30 выполнен обеспечивающим синхронизацию с напр жени ми сети, поступающими на вход преобразовател , и осуществл ющим управление введенными ключевыми элементами так, что оба введенных ключе35 вых элемента1 замыкаютс  с удвоенной частотой сетевого напр жени  в течение временных интервалов, длительность кото- рых в четыре раза меньше периода повто40 рени  сетевого напр жени , причем середины указанных временных интервалов совпадают с максимальными значени ми напр жени , получаемого в результате суммировани  выходных напр жений

   45 входных выпр мителей, а отпайки вторичных обмоток обоих трансформаторов выполнены так, что при замыкании введенных ключевых элементов достигаетс  уменьшение коэффициентов транс50 формации обоих трансформаторов в 1,6 раза.

   Че

   L-/J

   . f