RU2321149C1 - Transformer of alternating voltage to constant voltage with 24-multiple pulsation frequency - Google Patents
Transformer of alternating voltage to constant voltage with 24-multiple pulsation frequency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2321149C1 RU2321149C1 RU2006135624/09A RU2006135624A RU2321149C1 RU 2321149 C1 RU2321149 C1 RU 2321149C1 RU 2006135624/09 A RU2006135624/09 A RU 2006135624/09A RU 2006135624 A RU2006135624 A RU 2006135624A RU 2321149 C1 RU2321149 C1 RU 2321149C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- star
- valve
- valves
- name
- windings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, питания электротехнологических и других установок.The invention relates to electrical engineering and power converting equipment and can be used as an AC to DC converter for supplying traction loads of electric vehicles, supplying electrotechnological and other installations.
Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное с m-кратной частотой пульсации (рассматривается m=24) последовательно-параллельного типа, содержащий 12 источников произвольных ЭДС и 24 вентиля, соединенных в два, последовательно включенных шестиячейковых вентильных моста [А.с. СССР №917280. Вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное. / А.М.Репин - Заяв. №2938434/24-07; заявл. 11.06.80; опубл. 30.03.82; Бюл. №12].Known AC to DC converter with m-fold ripple frequency (m = 24 is considered) of a serial-parallel type, containing 12 sources of arbitrary EMF and 24 valves connected to two six-cell valve bridges connected in series [A.S. USSR No. 917280. AC / DC valve converter. / A.M. Repin - Application. No. 2938434 / 24-07; declared 06/11/80; publ. 03/30/82; Bull. No. 12].
Недостатками данного источника являются большое число используемых трансформаторов, так как для сохранения параметрической симметрии цепей формирования результирующих напряжений, при применяемой конфигурации вторичных обмоток, источник должен содержать не менее четырех трехфазных трансформаторов, и соответственно, большие массогабаритные показатели, а также относительно большие потери мощности в вентилях, последовательно обтекаемых током нагрузки.The disadvantages of this source are the large number of transformers used, since in order to preserve the parametric symmetry of the resulting voltage generation circuits, with the applied configuration of the secondary windings, the source must contain at least four three-phase transformers, and accordingly, large weight and size indicators, as well as relatively large power losses in the valves sequentially streamlined by the load current.
Известен также преобразователь переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации [Пат. №2219647 РФ. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / Ю.С.Игольников - 2002105589/09; заявл. 01.03.02; опубл. 20.12.03; Бюл. №35], содержащий трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в треугольник и каждая из них снабжена двумя отводами, которые подключены к диагоналям переменного тока двух мостовых выпрямителей, включенных по входу параллельно, причем источник снабжен дополнительным таким же преобразователем, вторичные обмотки которого соединены в такой же треугольник, при этом отводы обоих трансформаторов выполнены от частей обмотки, находящихся в соотношении , считается от одноименного зажима каждой обмотки, причем первичные обмотки трансформатора одного преобразователя соединены в «звезду», а второго в «треугольник», а выходы всех выпрямителей включены параллельно.Also known is an AC to DC converter with a 24-fold ripple frequency [US Pat. No. 2219647 of the Russian Federation. AC / DC Converter / Yu.S. Igolnikov - 2002105589/09; declared 03/01/02; publ. 12/20/03; Bull. No. 35], containing a three-phase transformer, the secondary windings of which are connected in a triangle and each of them is equipped with two taps that are connected to the AC diagonals of two bridge rectifiers connected in parallel in the input, and the source is equipped with an additional same converter, the secondary windings of which are connected to the same triangle, while the bends of both transformers are made from parts of the winding, which are in the ratio , is counted from the same clamp of each winding, and the primary windings of the transformer of one converter are connected to a "star", and the second to a "triangle", and the outputs of all rectifiers are connected in parallel.
Недостатками данного преобразователя являются большие массогабаритные показатели и применение в нем вторичных обмоток, части которых имеют три значения чисел витков, что при малых числах витков (при больших мощностях и относительно невысоком выпрямленном напряжении) приводит к увеличению конструктивной несимметрии из-за ограниченной возможности обеспечить расчетное соотношение между числами витков и тем самым снижает эффективность преобразования электрической энергии.The disadvantages of this converter are the large weight and size indicators and the use of secondary windings in it, parts of which have three values of the number of turns, which at low numbers of turns (at high power and relatively low rectified voltage) leads to an increase in structural asymmetry due to the limited ability to provide the calculated ratio between the numbers of turns and thereby reduces the efficiency of conversion of electrical energy.
Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации (рассматривается двухкаскадное исполнение) [Яценко А.А. Применение схемы «скользящего треугольника» в многофазных преобразователях. // Электричество. - 1982. - №7. - С.17-24, (рис.2,a)], содержащий двадцать четыре вентиля, из которых сформированы две пары вентильных мостов, последовательно соединенных в каждой паре, и два идентичных трехфазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены по схеме «скользящих треугольников», отношение частей обмоток, составляющих треугольники в которых, к частям обмоток, составляющих продолженные стороны, равно , а два вывода первичной обмотки одного из трансформаторов присоединены к трехфазной сети с транспозицией по отношению к присоединению идентичных выводов первичной обмотки другого трансформатора, причем вторичные обмотки в каждом трансформаторе выполнены звездой и треугольником и выводы каждой из них соединены с одним из трехфазных вентильных мостов одной из пар мостов, а при соединении пар мостов параллельно обеспечивается эквивалентное 24-пульсное выпрямление.Closest to the invention adopted as a prototype is an AC to DC converter with a 24-fold ripple frequency (two-stage execution is considered) [Yatsenko A.A. Application of the "moving triangle" circuit in multiphase converters. // Electricity. - 1982. - No. 7. - P.17-24, (Fig. 2, a)], containing twenty-four valves, of which two pairs of valve bridges are connected in series in each pair, and two identical three-phase transformers, the primary windings of which are connected according to the “sliding triangles” scheme ", The ratio of the parts of the windings making up the triangles in which, to the parts of the windings making up the extended sides, is and the two terminals of the primary winding of one of the transformers are connected to a three-phase network with transposition with respect to the connection of the identical terminals of the primary winding of the other transformer, the secondary windings in each transformer made by a star and a triangle and the conclusions of each of them are connected to one of the three-phase valve bridges of one of pairs of bridges, and when connecting pairs of bridges in parallel, equivalent 24-pulse rectification is provided.
Недостатками данного преобразователя являются большие массогабаритные показатели и недостаточно высокий КПД из-за относительно больших потерь мощности в вентилях.The disadvantages of this converter are large weight and size indicators and insufficiently high efficiency due to the relatively large power losses in the valves.
Задача изобретения - создание преобразователя переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие массогабаритные показатели и более высокий КПД.The objective of the invention is the creation of an AC to DC converter with a 24-fold ripple frequency, which has lower overall dimensions and higher efficiency.
Указанная задача достигается тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации содержит двадцать четыре вентиля и два идентичных трехфазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены по схеме «скользящих треугольников», отношение частей обмоток, составляющих треугольники в которых, к частям обмоток, составляющих продолженные стороны, равно , а два вывода первичной обмотки одного из трансформаторов присоединены к трехфазной сети с транспозицией по отношению к присоединению идентичных выводов первичной обмотки другого трансформатора, при этом из частей вторичных обмоток в каждом трансформаторе сформирован источник шестифазной системы ЭДС, образованный звездой и обратной звездой, соединенными нулевыми точками, причем части обмоток звезды и части обмоток обратной звезды находятся в соотношении , а из шести вентилей сформировано вентильное кольцо, вентили которого соединены между собой только одноименными электродами, при этом каждая из трех точек соединения, образованных электродами одного наименования, подключена к одному из выводов звезды одного источника, а каждая из трех точек соединения, образованных электродами другого наименования, подключена к одному из выводов звезды другого источника, причем каждая точка соединения вентилей кольца, подключенная к выводу звезды одного из источников, подключена также к точке соединения разноименных электродов двух вентилей, образующих вентильную ячейку, один крайний электрод которой, имеющий наименование, отличное от наименования электродов вентилей кольца в точке соединения с кольцом данной ячейки, соединен с выводом обратной звезды другого источника, причем этот вывод имеет наименование, аналогичное наименованию вывода звезды источника, подключенного к данной точке кольца, а второй крайний электрод ячейки подключен к соответствующему выходному выводу устройства, при этом каждый из выводов обратных звезд, к которому присоединен электрод вентиля ячейки, соединен с электродом другого наименования незадействованного вентиля, второй электрод которого присоединен к соответствующему выходному выводу, причем выводы звезд, имеющие одинаковое наименование, подключены к диаметрально противоположным точкам соединения вентилей кольца.This problem is achieved by the fact that the AC to DC converter with a 24-fold ripple frequency contains twenty-four valves and two identical three-phase transformers, the primary windings of which are connected according to the "sliding triangles" scheme, the ratio of the parts of the windings that make up the triangles in which, to the parts of the windings constituting the extended sides equals and the two leads of the primary winding of one of the transformers are connected to a three-phase network with transposition with respect to the connection of identical leads of the primary winding of the other transformer, while a source of a six-phase EMF system formed by a star and a reverse star connected by zero points is formed from the parts of the secondary windings in each transformer moreover, parts of the windings of the star and parts of the windings of the reverse star are in the ratio and a valve ring is formed from six gates, the gates of which are interconnected by electrodes of the same name, with each of the three connection points formed by the electrodes of the same name connected to one of the terminals of the star of one source, and each of the three connection points formed by the electrodes of the other names connected to one of the star terminals of another source, and each connection point of the ring valves connected to the star terminal of one of the sources is also connected to the connection point the opposite electrodes of two valves forming a valve cell, one extreme electrode of which, having a name different from the name of the valve electrodes of the ring at the connection point with the ring of this cell, is connected to the reverse star terminal of another source, and this terminal has a name similar to the name of the star terminal a source connected to a given point of the ring, and the second extreme electrode of the cell is connected to the corresponding output terminal of the device, with each of the outputs of the reverse stars to the cat The cell valve electrode is connected to each other, connected to the electrode of another name for the idle valve, the second electrode of which is connected to the corresponding output terminal, the star terminals having the same name are connected to diametrically opposite points of connection of the ring valves.
На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на Фиг.2 - векторные диаграммы напряжений источников ЭДС и результирующих напряжений; на Фиг.3 - цепи протекания тока нагрузки в каждой из двадцати четырех фаз преобразовательного процесса.Figure 1 shows a circuit diagram of the proposed Converter; figure 2 is a vector diagram of the voltage sources of the EMF and the resulting voltage; figure 3 - circuit flow of the load current in each of the twenty-four phases of the conversion process.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит два трансформаторных источника 1 и 2, формирующих две шестифазные системы ЭДС, сдвинутые между собой по фазе на пятнадцать электрических градусов и представленные выводами источников 1а, 1в, 1с, 1а', 1в', 1с' и 2а, 2в, 2с; 2а', 2в', 2с', а также двадцать четыре вентиля 3...26, из которых сформировано шестивентильное кольцо (вентили 4, 10, 13, 18, 21, 25), вентили которого соединены одноименными электродами; точки соединения анодов пар вентилей 4, 25; 10, 13; 18, 21 соединены, соответственно, с выводами 1а, 1в, 1с источника 1 и с анодами вентилей 26, 11, 19, катоды которых соединены, соответственно, с выводами 2а', 2в', 2с' источника 2; точки соединения катодов пар вентилей 13, 18; 21, 25; 4, 10 соединены, соответственно, с выводами 2а, 2в, 2с источника 2 и с катодами вентилей 16, 24, 8, аноды которых соединены, соответственно, с выводами 1а', 1в', 1с' источника 1, причем каждый вывод источника 1 соединен с катодом одного из диодов (3, 6, 12, 14, 20, 22) шестивентильной анодной звезды, общий узел которой образует отрицательный выходной вывод 27 устройства, а каждый вывод источника 2 соединен с анодом одного из диодов (5, 7, 9, 15, 17, 23) шестивентильной катодной звезды, общий узел которой образует положительный выходной вывод 28 устройства; к выводам 27, 28 подключена нагрузка 29.The AC to DC Converter with a 24-fold ripple frequency (Figure 1) contains two transformer sources 1 and 2, forming two six-phase EMF systems, phase-shifted by fifteen electrical degrees and represented by the conclusions of sources 1a, 1c, 1s, 1a ', 1c', 1c 'and 2a, 2c, 2c; 2a ', 2c', 2c ', as well as twenty-four
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными диаграммами напряжений источников ЭДС и результирующих напряжений (Фиг.2) и последовательностью цепей протекания тока нагрузки в каждой из двадцати четырех фаз выпрямительного процесса (Фиг.3).The principle of operation of the device (Figure 1) is illustrated by vector diagrams of the voltage of the sources of EMF and the resulting voltage (Figure 2) and the sequence of circuits of the load current in each of the twenty-four phases of the rectification process (Figure 3).
Векторные диаграммы (Фиг.2,a) показывают амплитудно-фазовые характеристики каждой из применяемых шестифазных систем ЭДС. Соотношение чисел витков обмоток звезды и обратной звезды . При таком соотношении обеспечивается динамичное формирование результирующих напряжений, модули векторов которых равны и сдвинуты друг относительно друга на фазовой плоскости на 15 эл. град. Условно зафиксировав диаграмму напряжений первой системы и перемещая вокруг нее диаграмму напряжений второй системы, за период сетевого напряжения получим 24 вектора результирующих напряжений (Фиг.2,б). В каждом положении систем на фазовой плоскости определяются элементы вентильной конструкции, время работы этих элементов и вторичных обмоток. Для иллюстративности приведены три положения систем на фазовой плоскости (Фиг.2,в), при которых формируются векторы результирующих напряжений S1...S5, S23, S24. Весь цикл работы преобразователя представлен токопроводящими цепями на Фиг.3.Vector diagrams (Figure 2, a) show the amplitude-phase characteristics of each of the six-phase EMF systems used. The ratio of the number of turns of the windings of a star and a reverse star . With this ratio, the dynamic formation of the resulting stresses is provided, the vector modules of which are equal and shifted relative to each other on the phase plane by 15 el. hail. Conditionally fixing the voltage diagram of the first system and moving the voltage diagram of the second system around it, for the period of the mains voltage we get 24 vectors of the resulting voltages (Figure 2, b). In each position of the systems on the phase plane, the elements of the valve structure are determined, the operating time of these elements and secondary windings. For illustrative purposes, three positions of the systems on the phase plane are shown (Figure 2, c), at which the resulting voltage vectors S1 ... S5, S23, S24 are formed. The entire cycle of the Converter is represented by conductive circuits in Figure 3.
Исходя из анализа векторных диаграмм, обмотки трехфазных звезд, входящих в шестифазные звезды, находятся в токопроводящем состоянии 180 эл. град., а обмотки обратных звезд - 60 эл. град. Вентили анодной и катодной вентильных звезд 5, 6, 9, 14, 17, 22 работают 90 эл. град. за период; остальные вентили анодной и катодной звезд и вентили 8, 11, 16, 19, 24, 26 - 30 эл. град. Угол проводимости вентилей кольца 4, 13, 21 составляет 45 эл. град., а вентилей 10, 18, 25 - 15 эл. град.Based on the analysis of vector diagrams, the windings of three-phase stars included in six-phase stars are in a conductive state of 180 el. hail., and windings of reverse stars - 60 el. hail. The valves of the anode and cathode of the valve stars 5, 6, 9, 14, 17, 22 work 90 el. hail. over a period; other valves of the anode and cathode stars and
Схема предлагаемого устройства является двухкаскадной и преобразователь, собранный по этой схеме, обеспечивает повышенные требования потребителей к качеству выпрямленного напряжения и потребляемых переменных токов при относительно высоком уровне постоянного напряжения и большой мощности потребителя.The scheme of the proposed device is two-stage and the converter assembled according to this scheme provides increased consumer requirements for the quality of the rectified voltage and the consumed alternating currents at a relatively high level of constant voltage and high consumer power.
Применение вторичных обмоток трансформаторов только с двумя числами витков и другим соотношением между ними, по сравнению с прототипом, расширяет выбор схемных решений для изготовления вторичных обмоток с целыми числами витков, что очень существенно для мощных преобразователей, а также при относительно невысоком уровне выпрямленного напряжения, когда трудно обеспечить требуемую величину конструктивной несимметрии.The use of secondary windings of transformers with only two numbers of turns and a different ratio between them, in comparison with the prototype, expands the choice of circuit solutions for the manufacture of secondary windings with integer numbers of turns, which is very important for powerful converters, as well as at a relatively low level of rectified voltage, when it is difficult to provide the required magnitude of structural asymmetry.
Для преобразователей переменного напряжения в постоянное, которые можно, при определенных допущениях, сравнивать с предлагаемым преобразователем, он обладает относительно небольшим коэффициентом установленной мощности. Трансформаторы данного кольцевого двухкаскадного 24-пульсного преобразователя имеют меньшую установленную (типовую) мощность ST (относительно мощности нагрузки Pd) даже по сравнению с трансформатором однотрансформаторного двухкаскадного 24-пульсного мостового преобразователя без уравнительного реактора (1,217·Рd против 1,249·Рd), что связано с фазовым сдвигом между линейными напряжениями вторичных обмоток, формирующими результирующее напряжение, не в 150 эл. град., как у мостового преобразователя, а в 165 эл. град. (Фиг2,в). Установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов предлагаемого устройства в результате оптимального формирования векторов результирующих напряжений равна 1,246·Pd, тогда как установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов прототипа равна 1,481·Рd. Массогабаритные показатели трансформаторного оборудования предлагаемого устройства, таким образом, снижаются практически на 9%. В цепи протекания тока нагрузки последовательно включены только три, а не четыре вентиля, что для определенной части потребителей может оказаться оптимальным решением, так как при высоких классах вентилей потери мощности в вентильной конструкции можно снизить на 25%, увеличив тем самым КПД преобразователя в целом, как показали расчеты, не менее, чем на 0,25%.For AC-DC converters, which can, under certain assumptions, be compared with the proposed converter, it has a relatively small installed power factor. The transformers of this ring two-stage 24-pulse converter have a lower installed (typical) power S T (relative to the load power P d ) even compared to a transformer of a single-stage two-stage 24-pulse bridge converter without a surge reactor (1,217 · R d against 1,249 · R d ) , which is associated with a phase shift between the linear voltages of the secondary windings forming the resulting voltage, not 150 e. hail., like a bridge converter, and in 165 el. hail. (Figure 2, c). The installed capacity of the secondary windings of the transformers of the proposed device as a result of the optimal formation of the vectors of the resulting voltage is 1.246 · P d , while the installed power of the secondary windings of the transformers of the prototype is 1.481 · P d . The overall dimensions of the transformer equipment of the proposed device, thus, are reduced by almost 9%. In the load current flow circuit, only three, not four valves are connected in series, which for a certain part of consumers may be the optimal solution, since with high classes of valves the power loss in the valve design can be reduced by 25%, thereby increasing the efficiency of the converter as a whole, as shown by calculations, not less than 0.25%.
Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации имеет, по сравнению с прототипом, меньшие массогабаритные показатели и более высокий КПД.Thus, the proposed AC to DC converter with a 24-fold ripple frequency has, in comparison with the prototype, lower overall dimensions and higher efficiency.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135624/09A RU2321149C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Transformer of alternating voltage to constant voltage with 24-multiple pulsation frequency |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135624/09A RU2321149C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Transformer of alternating voltage to constant voltage with 24-multiple pulsation frequency |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2321149C1 true RU2321149C1 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=39366480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006135624/09A RU2321149C1 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Transformer of alternating voltage to constant voltage with 24-multiple pulsation frequency |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2321149C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633662C1 (en) * | 2016-07-07 | 2017-10-16 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of emf polyphase system |
-
2006
- 2006-10-09 RU RU2006135624/09A patent/RU2321149C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633662C1 (en) * | 2016-07-07 | 2017-10-16 | Леонид Петрович Гаврилов | Generator of emf polyphase system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3734794A1 (en) | Full direct-current boost/buck power transmission system and method | |
RU144525U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
RU2321149C1 (en) | Transformer of alternating voltage to constant voltage with 24-multiple pulsation frequency | |
RU53082U1 (en) | DC VOLTAGE SOURCE WITH 8X PULSATION FREQUENCY | |
RU2373628C1 (en) | Variable-to-constant voltage converter | |
RU151148U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
RU144509U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
RU2387070C1 (en) | Multi-phase bridge ac/dc converter | |
RU176682U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
RU176888U1 (en) | SEMICONDUCTOR RECTIFIER | |
RU2340072C1 (en) | Ac-to-dc voltage transducer | |
RU142753U1 (en) | TWENTY-FOUR-PULSE CONSTANT VOLTAGE CONVERTER | |
RU184790U1 (en) | MULTI-PULSE RECTIFIER | |
RU175986U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
RU91486U1 (en) | MULTI-PHASE CONVERTER | |
JP2004215401A (en) | Rectifying device | |
RU2368997C1 (en) | Converter of three-phase voltage into dc voltage | |
RU31074U1 (en) | DC voltage source with 12x ripple frequency | |
RU41207U1 (en) | DC VOLTAGE SOURCE WITH 12X PULSATION FREQUENCY | |
RU122213U1 (en) | AUTO TRANSFORMER-RECTIFIER DEVICE | |
RU2383986C1 (en) | Ac/dc converter with eight-fold ripple frequency | |
RU2487457C1 (en) | Converter of three-phase alternating voltage | |
RU42361U1 (en) | DC VOLTAGE SOURCE WITH 36X PULSATION FREQUENCY | |
RU33276U1 (en) | DC voltage source with 18x ripple frequency | |
RU2405238C1 (en) | Ac-to-dc bridge coverter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111010 |