RU2373628C1 - Variable-to-constant voltage converter - Google Patents
Variable-to-constant voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373628C1 RU2373628C1 RU2008138782/09A RU2008138782A RU2373628C1 RU 2373628 C1 RU2373628 C1 RU 2373628C1 RU 2008138782/09 A RU2008138782/09 A RU 2008138782/09A RU 2008138782 A RU2008138782 A RU 2008138782A RU 2373628 C1 RU2373628 C1 RU 2373628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- star
- transformer
- valve
- valves
- 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 потребителей с повышенными требованиями к качеству выпрямленного напряжения, электромагнитной совместимости и массогабаритным показателям.The invention relates to electrical engineering and power converting equipment and can be used as an AC to DC converter for supplying consumers with increased requirements for the quality of the rectified voltage, electromagnetic compatibility and overall dimensions.
Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное с повышенной фазностью преобразования, построенные на основе трехфазных вентильных мостов, которые запитаны от автономных симметричных трехфазных систем ЭДС, сдвинутых относительно друг друга на угол где m - фазность преобразования (Яценко А.А. Применение схемы «скользящего треугольника» в многофазных преобразователях. // Электричество. - 1982. - №7. - С.17-24).Known AC to DC converters with increased phase conversion, built on the basis of three-phase valve bridges, which are powered from autonomous symmetric three-phase EMF systems, angled relative to each other where m is the phase transformation (Yatsenko A.A. Application of the "moving triangle" circuit in multiphase converters. // Electricity. - 1982. - No. 7. - P.17-24).
Независимо от схем построения данных преобразователей, основным их недостатком является снижение качества преобразования при несимметрии напряжений питающей сети, конструктивной и параметрической несимметриях трансформаторов, что ухудшает электромагнитную совместимость и даже, порой, ограничивает возможность применения многофазных преобразователей.Regardless of the construction schemes of these converters, their main drawback is the reduction in conversion quality with asymmetry of the supply voltage, constructive and parametric asymmetries of the transformers, which impairs electromagnetic compatibility and even, sometimes, limits the possibility of using multiphase converters.
Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, обеспечивающий двадцатичетырехкратную частоту пульсации выпрямленного напряжения (Пат. РФ №2219647, МКИ Н02М 7/08, опубл. 20.12.2003), содержащий два трехфазных трансформатора, вторичные фазные обмотки каждого трансформатора соединены в треугольник, причем каждая вторичная фазная обмотка снабжена двумя внутренними отводами, которые подключены к диагоналям переменного тока двух мостовых выпрямителей, включенных по входу параллельно, при этом указанные отводы от фазных обмоток выполнены от частей, находящихся в соотношении , считается от одноименного зажима каждой обмотки, причем первичные обмотки одного трансформатора соединены в звезду, а второго в треугольник, а выходы всех выпрямителей включены параллельно.A known converter of alternating voltage to DC, providing twenty-four times the frequency of the ripple of the rectified voltage (US Pat. RF No. 2219647, MKI N02M 7/08, publ. 12/20/2003), containing two three-phase transformers, the secondary phase windings of each transformer are connected in a triangle, each secondary the phase winding is equipped with two internal taps that are connected to the diagonals of the alternating current of two bridge rectifiers connected in parallel in the input, while these taps from the phase windings are made parts from the ratio , is counted from the same clamp of each winding, with the primary windings of one transformer 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 трансформаторов и применение вторичных обмоток, выполняемых с использованием трех значений чисел витков. При малых числах витков, что характерно, например, при изготовлении мощных и сверхмощных трансформаторов, это ограничивает возможность обеспечить требуемые расчетные соотношения между этими числами и тем самым снижает эффективность преобразования электрической энергии.The disadvantages of this converter are the large overall dimensions of the transformers and the use of secondary windings performed using three values of the number of turns. With small numbers of turns, which is typical, for example, in the manufacture of high-power and heavy-duty transformers, this limits the ability to provide the required design ratios between these numbers and thereby reduces the efficiency of electric energy conversion.
Известен также преобразователь переменного напряжения в постоянное (А.с. СССР №817923, МКИ Н02М 7/06, опубл. 30.03.1981), обеспечивающий двадцатичетырехкратную частоту пульсации выпрямленного напряжения, содержащий два шестифазных вентильных моста, включенных последовательно, и трехфазный трансформатор с четырьмя вторичными обмотками (n=4), соединенными в звезды при соотношении чисел витков вторичных обмоток, определяемых функцией , причем k-я и (n+1-k)-я пара обмоток (k=1, 2, 3, 4) образуют одну шестилучевую звезду, а оставшаяся пара другую, при этом фазы одной шестилучевой звезды подключены к входам переменного тока одного моста, фазы второй к входам другого моста, а крайние анодная и катодная группы мостов образуют выходные выводы устройства.Also known is an AC to DC converter (AS USSR No. 817923, MKI N02M 7/06, published March 30, 1981), which provides twenty-four times the frequency of the rectified voltage ripple, containing two six-phase valve bridges connected in series, and a three-phase transformer with four secondary windings (n = 4) connected to stars with the ratio of the number of turns of the secondary windings determined by the function and the kth and (n + 1-k) -th pair of windings (k = 1, 2, 3, 4) form one six-pointed star, and the remaining pair is another, while the phases of one six-pointed star are connected to the AC inputs of one bridge, the second phase to the inputs of another bridge, and the extreme anode and cathode groups of bridges form the output terminals of the device.
Недостатками данного преобразователя являются относительно большая типовая мощность трансформатора (ST=1,165 Pd, где Рd - мощность нагрузки) при исполнении на одном трансформаторе; необходимость применения четырех значений чисел витков для выполнения вторичных обмоток, что усложняет технологию изготовления и затрудняет ограничение конструктивной несимметрии на допустимом уровне; наличие потоков вынужденного подмагничивания в стержнях трансформатора, что, в совокупности, снижает качество преобразования.The disadvantages of this converter are the relatively large typical power of the transformer (S T = 1,165 P d , where P d is the load power) when executed on a single transformer; the need to use four values of the number of turns for the secondary windings, which complicates the manufacturing technology and complicates the limitation of structural asymmetry at an acceptable level; the presence of forced magnetization flows in the transformer rods, which, in aggregate, reduces the quality of the conversion.
Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного напряжения в постоянное (RU №2321149, ПМК Н02М 7/08, опубл. 27.03.2008), содержащий двадцать четыре вентиля, соединенных в двенадцать вентильных ячеек с двумя вентилями в каждой ячейке, соединенными разноименными электродами, из которых сформированы две группы вентилей, по шесть вентильных ячеек в каждой, причем свободные электроды одного наименования половины вентилей в каждой из групп соединены, и в одной группе вентилей при этом образована анодная шестивентильная звезда, а в другой группе катодная шестивентильная звезда, и два трехстержневых трехфазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены по схеме «скользящих треугольников», отношение частей обмоток, составляющих треугольники в которых, к частям обмоток, составляющих продолженные стороны, равно 1:, 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, имеющих по две вторичные фазные обмотки на каждом стержне магнитопроводов трансформаторов, 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.Closest to the invention adopted as a prototype is an AC to DC converter (RU No. 2321149, PMK Н02М 7/08, published March 27, 2008), containing twenty-four valves connected to twelve valve cells with two valves in each cell, connected by opposite electrodes, of which two groups of valves are formed, six valve cells each, and free electrodes of one name of half the valves in each of the groups are connected, and an anode gear is formed in one group of valves yl star, while in the other group cathodic shestiventilnaya star and two trehsterzhnevyh three-phase transformer, the primary windings are connected in a "sliding triangles" winding ratio of parts constituting the triangles in which the parts of the windings constituting extensions of sides is 1: 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 from the parts of the secondary windings having two secondary phase windings on each core of the transformer magnetic circuits, a source is formed in each transformer a six-phase EMF system formed by a star and a reciprocal star connected by zero points, and parts of the windings of the star and parts of the windings of the reverse star are 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 this 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 conclusions 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.
Качество преобразования переменного напряжения в постоянное этим преобразователем существенно снижается при несимметрии питающих напряжений, конструктивной несимметрии фазных напряжений вторичных обмоток и параметрической несимметрии трансформаторов. Типовая мощность трансформаторов относительно большая.The quality of converting AC voltage to DC by this converter is significantly reduced with asymmetry of the supply voltage, structural asymmetry of the phase voltages of the secondary windings and parametric asymmetry of the transformers. Typical power transformers are relatively large.
Задача изобретения - создание преобразователя переменного напряжения в постоянное с лучшим качеством преобразования при несимметрии питающих напряжений, конструктивной несимметрии фазных напряжений вторичных обмоток и параметрической несимметрии трансформаторов, имеющего меньшую типовую мощность трансформаторов.The objective of the invention is the creation of an AC to DC converter with the best conversion quality with asymmetry of the supply voltage, structural asymmetry of the phase voltages of the secondary windings and parametric asymmetry of the transformers having a lower typical power transformers.
Указанная задача достигается тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит два трехфазных трансформатора, на каждом из стержней магнитопроводов которых размещены одна первичная и две вторичные фазные обмотки, а также двенадцать вентильных ячеек с двумя вентилями в каждой ячейке, соединенными разноименными электродами, из вентильных ячеек сформированы две группы вентилей, по шесть вентильных ячеек в каждой, причем свободные электроды одного наименования половины вентилей в каждой из групп соединены, и в одной группе вентилей при этом образована анодная шестивентильная звезда, а в другой группе образована катодная шестивентильная звезда, первичные фазные обмотки в одном трансформаторе соединены в звезду, а во втором в треугольник, отношение чисел витков первичных фазных обмоток, соединенных в звезду, к числам витков первичных фазных обмоток, соединенных в треугольник, равно , отношение чисел витков вторичных фазных обмоток в парах обмоток, размещенных на каждом из стержней, равноThis problem is achieved by the fact that the AC to DC converter contains two three-phase transformers, on each of the magnetic core rods of which there are one primary and two secondary phase windings, as well as twelve valve cells with two valves in each cell connected by unlike electrodes from valve cells two valve groups are formed, six valve cells in each, and free electrodes of one name of half of the valves in each group are connected, and in one g in this case, an anode six-star star is formed in the valve group, and in the other group a cathode six-star star is formed, the primary phase windings in one transformer are connected to a star, and in the second to a triangle, the ratio of the numbers of turns of the primary phase windings connected to the star to the numbers of turns of the primary phase windings connected in a triangle equals , the ratio of the number of turns of the secondary phase windings in pairs of windings placed on each of the rods is
где ∀ µ=∈ [6,∞],where ∀ µ = ∈ [6, ∞],
а соответствующие по относительным размерам вторичные фазные обмотки выполнены с одинаковыми числами витков, при этом шесть вторичных фазных обмоток в каждом трансформаторе соединены между собой встречно-последовательно, топологически образуя полуправильный шестиугольник, причем от средней точки каждой вторичной фазной обмотки выполнен отвод, при этом каждый из отводов от средних точек вторичных фазных обмоток одного трансформатора соединен с незадействованной точкой соединения разноименных электродов вентилей в вентильных ячейках одной группы вентилей, а каждый из отводов от средних точек вторичных фазных обмоток второго трансформатора соединен с незадействованной точкой соединения разноименных электродов вентилей в вентильных ячейках второй группы вентилей, причем свободные одноименные электроды второй половины вентилей в каждой из групп вентилей соединены, и в одной группе вентилей при этом образована катодная шестивентильная звезда, а в другой группе образована анодная шестивентильная звезда, а из групп вентилей, соответственно, сформированы два шестифазных вентильных моста с выводами постоянного тока от общих точек соединения вентилей в шестивентильных звездах, причем шестифазные вентильные мосты соединены парой разнополярных выводов постоянного тока последовательно и свободные разнополярные выводы мостов образуют выходные выводы устройства.and the secondary phase windings corresponding in relative sizes are made with the same number of turns, while six secondary phase windings in each transformer are interconnected in series, topologically forming a semi-regular hexagon, and a tap is made from the midpoint of each secondary phase winding, with each of of taps from the midpoints of the secondary phase windings of one transformer is connected to an unused point of connection of unlike valve electrodes in the valve cells ah of one group of gates, and each of the taps from the midpoints of the secondary phase windings of the second transformer is connected to an unused point of connection of dissimilar electrode electrodes in the valve cells of the second group of valves, with the same free electrodes of the second half of the valves in each of the groups of valves connected, and in one group at the same time, a cathode six-star star is formed in the valves, and in the other group an anode six-star star is formed, and from the valve groups, respectively, two hex valve gates with direct current leads from common points of connection of gates in six-star stars; moreover, six-phase gate bridges are connected in series with unipolar DC leads in series and free bipolar leads of the bridges form the output terminals of the device.
На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя с последовательным соединением шестифазных вентильных мостов и с первичными обмотками, соединенными в одном трансформаторе в звезду, а во втором в треугольник; на Фиг.2 для преобразователей с различными параметрами µ приведены векторные диаграммы напряжений, представленные в виде перемещаемых относительно друг друга амплитудно-фазовых портретов напряжений вторичных обмоток и векторов результирующих выпрямляемых напряжений, образующих пульсации si; на Фиг.3 приведены развернутые векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования векторов результирующих напряжений на примере преобразователя с параметром µ=8; на Фиг.4 приведены временные диаграммы выходных напряжений шестифазных вентильных мостов (а) и кривая выпрямленного напряжения преобразователя при µ=24 (б); на Фиг.5 даны примеры топологической реализации систем ЭДС вторичных обмоток трансформаторов преобразователя; на Фиг.6 приведена зависимость рассогласования амплитуд смежных векторов результирующих выпрямляемых напряжений преобразователя от числа µ в процентах; на Фиг.7 приведены временные диаграммы анодных токов и обратных напряжений вентилей мостов преобразователя с параметром µ=24; на Фиг.8 приведена временная диаграмма выпрямленного напряжения преобразователя с параметром µ=24 при конструктивной несимметрии фазных напряжений вторичных обмоток КH=10%; на Фиг.9 показаны переменные составляющие выпрямленных напряжений предлагаемого преобразователя при µ=24 (а) и прототипа, системы ЭДС вторичных обмоток трансформаторов которого сдвинуты относительно друг друга на 15 эл. град. (б) при КH=10%; показаны также переменные составляющие выпрямленных напряжений предлагаемого преобразователя (в) и прототипа (г) при несимметрии напряжений сети αU=2%; на Фиг.10 - приведена кривая сетевого тока фазы А, потребляемого преобразователем с µ=24.Figure 1 shows a circuit diagram of the proposed Converter with a serial connection of six-phase valve bridges and with primary windings connected in one transformer to a star, and in the second to a triangle; figure 2 for converters with different parameters µ shows the vector voltage diagrams presented in the form of amplitude-phase portraits of the voltage of the secondary windings and the resulting rectified voltage vectors that form ripples s i relative to each other; figure 3 shows the expanded vector diagrams explaining the principle of formation of the vectors of the resulting stresses on the example of the Converter with parameter µ = 8; figure 4 shows the timing diagram of the output voltages of six-phase valve bridges (a) and the curve of the rectified voltage of the Converter with µ = 24 (b); figure 5 gives examples of the topological implementation of the EMF systems of the secondary windings of the transformers of the Converter; figure 6 shows the dependence of the mismatch of the amplitudes of adjacent vectors of the resulting rectified voltage of the Converter from the number µ in percent; figure 7 shows the timing diagrams of the anode currents and reverse voltages of the gate valves of the Converter with the parameter µ = 24; Fig. 8 shows a time diagram of the rectified voltage of the converter with the parameter μ = 24 with structural asymmetry of the phase voltages of the secondary windings K H = 10%; figure 9 shows the alternating components of the rectified voltages of the proposed Converter with µ = 24 (a) and a prototype, the EMF system of the secondary windings of the transformers which are shifted relative to each other by 15 el. hail. (b) at K H = 10%; Also shown are the alternating components of the rectified voltages of the proposed converter (c) and the prototype (d) with asymmetry of the network voltage αU = 2%; figure 10 - shows the curve of the mains phase A current consumed by the Converter with µ = 24.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное (Фиг.1) содержит два трехфазных трансформатора: трансформатор 1 с первичными обмотками, соединенными в звезду, и трансформатор 2 с первичными обмотками, соединенными в треугольник. Соответствующие вторичные обмотки трансформаторов выполнены в виде полуправильных шестиугольников 3 и 4, а соответствующие фазные отводы от средних точек a, z, b, х, с, у сторон полуправильного шестиугольника 3 и отводы от средних точек a′, z′ b′, х′, с′, у′ сторон шестиугольника 4 соединены с входами переменного тока шестифазных вентильных мостов 5 и 6, соединенных последовательно. Общая точка 7 анодной группы вентилей моста 5 и общая точка 8 катодной группы вентилей моста 6 соединены с нагрузкой 9.The AC to DC Converter (Figure 1) contains two three-phase transformers: a
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными диаграммами напряжений источников ЭДС, представленных в виде перемещаемых относительно друг друга амплитудно-фазовых портретов напряжений вторичных обмоток при различных значениях параметра µ (Фиг.2), и развернутыми векторными диаграммами, поясняющими принцип формирования векторов результирующих выпрямляемых напряжений (Фиг.3) на примере преобразователя с параметром µ=8. В любой фазе цикла преобразования пульсации выпрямленного напряжения si образуются в результате сложения максимальных на данный момент линейных ЭДС в каждой из шестифазных систем ЭДС, формируемых между средними точками вторичных фазных обмоток (сторон) шестиугольников. В соответствии с полярностью линейных ЭДС в открытое состояние в каждом шестифазном мосту переходит та пара вентилей, которая подключена к отводам от фаз, между которыми в данный момент линейная ЭДС максимальна. Особенностью преобразователя является то, что смежные линейные ЭДС между фазными отводами в шестиугольниках отличаются по амплитуде (за исключением случая, когда µ=12). В результате этого на выходе каждого из шестифазных вентильных мостов формируются неканонические по форме 12-пульсные выпрямленные напряжения ud(5) и ud(6) (Фиг.4, а). Так как эти напряжения сдвинуты по фазе относительно друг друга на 30 эл. град., в результате сложения их мгновенных значений на нагрузке формируется напряжение ud (б) с канонической формой кривой, имеющей 24 пульсации за период сетевого напряжения. На Фиг.4 приведены кривые напряжений для преобразователя с µ=24 при близком к идеальному соотношении чисел витков малых и больших вторичных фазных обмоток трансформаторов.The principle of operation of the device (Figure 1) is illustrated by vector diagrams of the voltage of EMF sources, presented in the form of amplitude-phase portraits of the voltage of the secondary windings moved relative to each other at various values of the parameter μ (Figure 2), and by detailed vector diagrams explaining the principle of formation of the resulting vectors rectified voltages (Figure 3) on the example of a Converter with parameter µ = 8. In any phase of the conversion cycle, the rectified voltage ripples s i are formed as a result of the addition of the maximum linear EMF at the moment in each of the six-phase EMF systems formed between the midpoints of the secondary phase windings (sides) of the hexagons. In accordance with the polarity of the linear EMF, the pair of valves that connects to the branches from the phases between which the linear EMF is currently maximum is open in each six-phase bridge. A feature of the converter is that adjacent linear EMFs between phase taps in hexagons differ in amplitude (except when µ = 12). As a result of this, at the output of each of the six-phase valve bridges, non-canonical 12-pulse rectified voltages u d (5) and u d (6) are formed in shape (Figure 4, a). Since these voltages are phase shifted relative to each other by 30 el. hail., as a result of adding their instantaneous values to the load, a voltage u d (b) is formed with a canonical curve shape having 24 ripples over a period of mains voltage. Figure 4 shows the voltage curves for the Converter with µ = 24 when close to the ideal ratio of the number of turns of small and large secondary phase windings of transformers.
В приведенной ниже таблице даны относительные топологические размеры малых вторичных фазных обмоток (при размерах больших, принятых за 1,0), рассчитанные для различных значений µ и углового топологического параметра ε.The table below shows the relative topological dimensions of small secondary phase windings (for large sizes taken as 1.0), calculated for different values of µ and the angular topological parameter ε.
Каноническая 24-пульсная форма выпрямленного напряжения (при неканонических формах фазность преобразования в таблице выделена курсивом) обеспечивается только при топологических параметрах µ=8 и µ=24. При µ=6 получен треугольник. При двух сдвинутых относительно друг друга на 30 эл. град. амплитудно-фазовых портретах такого вида обеспечивается 12-фазный режим преобразования. При µ → ∞ получена симметричная шестифазная система ЭДС (правильный шестиугольник). При двух сдвинутых на 30 эл. град. амплитудно-фазовых портретах такого вида также обеспечивается только 12-фазный режим преобразования. Последние топологии являются известными.The canonical 24-pulse form of the rectified voltage (for non-canonical forms, the phase of the conversion in the table is shown in italics) is provided only with topological parameters µ = 8 and µ = 24. For µ = 6, a triangle is obtained. With two shifted relative to each other by 30 e. hail. amplitude-phase portraits of this type provides a 12-phase conversion mode. As μ → ∞, a symmetric six-phase EMF system (regular hexagon) is obtained. With two shifted by 30 el. hail. amplitude-phase portraits of this type also provides only a 12-phase conversion mode. Recent topologies are well known.
Топологические размеры, приведенные таблице, можно преобразовать в топологические размеры шестифазных звезд (выражение длины малого луча звезды lM через длину большого луча lБ) по формулеThe topological dimensions given in the table can be converted into the topological dimensions of six-phase stars (the expression of the length of a small ray of a star l M in terms of the length of a large ray l B ) by the formula
(Фиг.5, а). Здесь использован угловой топологический параметр ε, значения которого приведены в таблице.(Figure 5, a). Here we used the angular topological parameter ε, the values of which are given in the table.
Топология преобразователя с µ=12 позволяет получить каноническое 24-фазное преобразование только на основе двух систем ЭДС, сдвинутых относительно друг друга на Δφ=15 эл. град., т.е. по известной схеме с недостатками, присущими прототипу. При сдвиге же Δφ=30 эл. град. рассогласование амплитуд смежных векторов результирующих напряжений KS в предлагаемом варианте преобразователя с µ=12 превышает 3% (Фиг.6).The converter topology with μ = 12 allows one to obtain a canonical 24-phase conversion only on the basis of two EMF systems shifted relative to each other by Δφ = 15 e. city., i.e. according to the known scheme with the disadvantages inherent in the prototype. With a shift of Δφ = 30 e. hail. the mismatch of the amplitudes of adjacent vectors of the resulting stresses K S in the proposed version of the Converter with µ = 12 exceeds 3% (Fig.6).
Углы проводимости вентилей шестифазных мостов зависят от топологической реализации (µ). При этом вентили любого из двух мостов (Фиг.1), подключенные к средним точкам больших вторичных фазных обмоток, имеют меньший угол проводимости, чем вентили, подключенные к средним точкам малых вторичных фазных обмоток. Так, при µ=24 все вентили в мостах, подключенные к большим вторичным фазным обмоткам проводят ток 45 эл. град., а вентили, подключенные к малым вторичным фазным обмоткам - 75 эл. град. (Фиг.7). В случае реализации преобразователя при µ=8 углы проводимости вентилей равны, соответственно, 15 эл. град. и 105 эл. град. Максимальные обратные напряжения (Фиг.7), прикладываемые к вентилям шестифазных мостов, во всех случаях равны UОБР МАКС=0,512 Ud0 (Ud0 - среднее значение выпрямленного напряжения на холостом ходу).The conduction angles of six-phase bridge valves depend on the topological implementation (µ). In this case, the valves of either of the two bridges (Fig. 1) connected to the midpoints of the large secondary phase windings have a smaller conduction angle than the valves connected to the midpoints of the small secondary phase windings. So, with µ = 24, all the valves in the bridges connected to the large secondary phase windings conduct a current of 45 el. hail., and valves connected to small secondary phase windings - 75 el. hail. (Fig.7). In the case of the implementation of the Converter with µ = 8, the angles of conductivity of the valves are equal, respectively, 15 el. hail. and 105 email hail. The maximum reverse voltages (Fig. 7) applied to the valves of six-phase bridges are in all cases equal to U OBR MAX = 0.512 U d0 (U d0 is the average value of the rectified voltage at idle).
Среднее значение выпрямленного напряжения преобразователя (Фиг.1) на холостом ходу при сдвиге между шестифазными системами Δφ=30 эл. град. определяется по формулам (за о.е. принято действующее значение напряжения половины большой вторичной фазной обмотки):The average value of the rectified voltage of the Converter (Figure 1) at idle when shifting between six-phase systems Δφ = 30 e. hail. is determined by the formulas (for pu, the effective voltage value of half of the large secondary phase winding is taken):
для преобразователей с µ ∈ [6, 12] - U* d0=1,664·ϖ+2,678;for converters with µ ∈ [6, 12] - U * d0 = 1,664 · ϖ + 2,678;
для преобразователей с µ больше 12-ти - U* d0=2,143·ϖ+2,495, гдеfor converters with µ more than 12 - U * d0 = 2,143 · ϖ + 2,495, where
Отличие приведенных формул связано со сменой позиций взаимного расположения амплитудно-фазовых портретов вторичных обмоток при переходе параметра µ через значение µ=12, что показано на примере значений µ=48 и µ=9 на Фиг.2, а; г.The difference of the above formulas is associated with a change in the positions of the mutual arrangement of the amplitude-phase portraits of the secondary windings when the parameter µ passes through the value µ = 12, which is shown by the example of the values µ = 48 and µ = 9 in FIG. 2, a; g.
Преобразователь сохраняет относительно хорошее качество преобразования даже при большой конструктивной несимметрии фазных напряжений вторичных обмоток, особенно при параметре µ=24. На Фиг.8 показана кривая выпрямленного напряжения преобразователя с µ=24 при конструктивной несимметрии вторичных обмоток КH=10%. Характерным является то, что конструктивная несимметрия не приводит к появлению шестой гармоники в кривой выпрямленного напряжения. График, приведенный на Фиг.6, показывает зависимость (в процентах) амплитудной асимметрии смежных векторов (пульсации si-1,si; si,si+1; si+1,si+2 и т.д.) результирующих выпрямляемых напряжений в преобразователе при различных числах µ. При µ=8 или µ=24 смежные векторы имеют одинаковую длину, т.е. выпрямленное напряжение каноническое. Однако более стабилен преобразователь, построенный по топологии µ=24, так как наклон кривой зависимости в точке µ=24 существенно меньше, чем в точке µ=8, т.е. влияние конструктивной несимметрии минимально. Поэтому в окрестности точки µ=24 (Фиг.6), можно выбирать те топологические размеры вторичных обмоток трансформаторов преобразователя, при которых не будет превышен заданный уровень конструктивной несимметрии (заметим, что рассогласование длин смежных векторов результирующих выпрямляемых напряжений (KS) даже при значительной конструктивной несимметрии существенно меньше последней в процентном выражении).The converter maintains a relatively good conversion quality even with large structural asymmetry of the phase voltages of the secondary windings, especially with the parameter μ = 24. On Fig shows a curve of the rectified voltage of the Converter with µ = 24 with structural asymmetry of the secondary windings To H = 10%. It is characteristic that structural asymmetry does not lead to the appearance of the sixth harmonic in the rectified voltage curve. The graph shown in Fig.6 shows the dependence (in percent) of the amplitude asymmetry of adjacent vectors (ripple s i-1 , s i ; s i , s i + 1 ; s i + 1 , s i + 2 , etc. ) resulting rectified voltages in the converter for various numbers µ. For µ = 8 or µ = 24, adjacent vectors have the same length, i.e. the rectified voltage is canonical. However, the converter constructed according to the topology µ = 24 is more stable, since the slope of the dependence curve at the point µ = 24 is much smaller than at the point µ = 8, i.e. the effect of structural asymmetry is minimal. Therefore, in the vicinity of the point µ = 24 (FIG. 6), it is possible to choose those topological sizes of the secondary windings of the transformers of the converter for which the specified level of structural asymmetry will not be exceeded (note that the mismatch in the lengths of adjacent vectors of the resulting rectified voltages (K S ) even with a significant constructive asymmetry is significantly less than the last in percentage terms).
На Фиг.9 (а) и (б) дано сравнение переменных составляющих выпрямленного напряжения предлагаемого преобразователя с µ=24 и прототипа, шестифазные системы которого сдвинуты относительно друг друга на угол Δφ=15 эл. град. Рассогласование длин векторов результирующих напряжений предлагаемого преобразователя составило всего KS=0,77% при конструктивной несимметрии фазных напряжений вторичных обмоток КH=10%, в то время как у прототипа такая несимметрия практически приводит к шестипульсному выпрямлению. При этом амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения у прототипа в 2,25 раза больше соответствующего искажения у предлагаемого преобразователя.Figures 9 (a) and (b) compare the alternating components of the rectified voltage of the proposed converter with μ = 24 and the prototype, the six-phase systems of which are shifted relative to each other by an angle Δφ = 15 e. hail. The mismatch of the lengths of the vectors of the resulting voltages of the proposed converter amounted to only K S = 0.77% with structural asymmetry of the phase voltages of the secondary windings K H = 10%, while in the prototype such asymmetry practically leads to six-pulse rectification. In this case, the amplitude of the variable component of the rectified voltage of the prototype is 2.25 times greater than the corresponding distortion of the proposed converter.
Подобный эффект проявляется и при несимметрии питающих напряжений. При несимметрии питающих напряжений αU=2% переменная составляющая выпрямленного напряжения предлагаемого преобразователя не содержит шестой и кратных ей гармоник. На Фиг.9 сравниваются искажения выпрямленных напряжений в предлагаемом преобразователе (б) и искажения в прототипе (г).A similar effect is manifested with asymmetry of supply voltages. When the asymmetry of the supply voltage αU = 2%, the alternating component of the rectified voltage of the proposed Converter does not contain the sixth and multiple harmonics to it. Figure 9 compares the distortion of the rectified voltage in the proposed Converter (b) and distortion in the prototype (d).
Указанные эффекты объясняются нестандартным способом формирования кривой выпрямленного напряжения. Выходное напряжение каждой из выпрямительных секций не является каноническим 12-пульсным (Фиг.4). Оно как бы промодулировано шестой гармоникой, причем характер модуляции не меняется при увеличении конструктивной несимметрии, так как системы питания шестифазные и угол сдвига между условными фазами (лучами шестифазной звезды, вписанной в шестиугольник (Фиг.5,а)) равен 60 эл. град., т.е. периоду шестой гармоники. Вместе с тем, выходные напряжения выпрямительных секций предлагаемого преобразователя сдвинуты относительно друг друга на угол Δφ=30 эл. град. (половину периода шестой гармоники), а не угол Δφ=15 эл. град. (применяемый в прототипе и известных схемах с четырьмя трехфазными выпрямительными секциями). Поэтому шестые гармоники смежных секций взаимно компенсируются при любых причинах, их порождающих, в том числе при параметрической несимметрии цепей тока в фазах трансформаторов при формировании результирующих выпрямляемых напряжений и различиях углов коммутации. Что касается прототипа, то, даже при небольшой конструктивной несимметрии, в его выпрямленном напряжении появляется шестая гармоника, а при несимметрии питающих напряжений 2, 4, 6,… гармоники.These effects are explained by a non-standard way of forming a rectified voltage curve. The output voltage of each of the rectifier sections is not canonical 12-pulse (Figure 4). It is as if modulated by the sixth harmonic, and the nature of the modulation does not change with an increase in structural asymmetry, since the power systems are six-phase and the angle of shift between the conditional phases (rays of a six-phase star inscribed in the hexagon (Figure 5, a)) is 60 e. city., i.e. period of the sixth harmonic. However, the output voltage of the rectifier sections of the proposed Converter is shifted relative to each other by an angle Δφ = 30 el. hail. (half the period of the sixth harmonic), and not the angle Δφ = 15 e. hail. (used in the prototype and known circuits with four three-phase rectifier sections). Therefore, the sixth harmonics of adjacent sections are mutually compensated for any reasons that give rise to them, including parametric asymmetry of current circuits in the phases of transformers during the formation of resulting rectified voltages and differences in switching angles. As for the prototype, then, even with a small structural asymmetry, the sixth harmonic appears in its rectified voltage, and with an asymmetry of the
Из формы кривой на диаграмме (Фиг.10) видно, что состав высших гармоник в токе, потребляемом предлагаемым преобразователем (на примере сетевого тока фазы А), невысок. Это обеспечивает высокий уровень электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью и ее потребителями.From the shape of the curve in the diagram (Figure 10) it is seen that the composition of the higher harmonics in the current consumed by the proposed Converter (for example, the network current of phase A) is low. This ensures a high level of electromagnetic compatibility of the converter with the mains and its consumers.
Немаловажно то, что части вторичных фазных обмоток трансформаторов преобразователя симметричны относительно средних точек (фазных отводов), а провода всех частей обмоток имеют одинаковое сечение. Так как при изготовлении обмоток по схемам полуправильных шестиугольников на каждую фазу трансформатора приходится по две обмотки с отводами от средних точек, упрощается технология изготовления. При необходимости вторичные обмотки трансформаторов преобразователя могут быть выполнены по другим схемам, например, приведенным на Фиг.5, а первичные обмотки по схемам скользящих треугольников. Применение первичных обмоток, соединенных по схемам скользящих треугольников или неравносторонних зигзагов, обеспечивающих фазовый сдвиг между вторичными системами Δφ=30 эл. град., способствует унификации оборудования преобразователя, но при определенном увеличении типовой мощности трансформаторов.It is important that the parts of the secondary phase windings of the transformers of the converter are symmetrical with respect to the midpoints (phase taps), and the wires of all parts of the windings have the same cross section. Since in the manufacture of windings according to the schemes of semi-regular hexagons for each phase of the transformer, there are two windings with taps from midpoints, the manufacturing technology is simplified. If necessary, the secondary windings of the transformers of the Converter can be made according to other schemes, for example, shown in Figure 5, and the primary windings according to the schemes of sliding triangles. The use of primary windings, connected according to the schemes of moving triangles or non-equilateral zigzags, providing a phase shift between secondary systems Δφ = 30 e. hail., contributes to the unification of the converter equipment, but with a certain increase in the typical power of transformers.
При параллельном соединении шестифазных мостов обязательным условием является применение уравнительного реактора. На нагрузке, подключенной к средней точке обмотки уравнительного реактора, относительно другого выходного вывода преобразователя выделяется полусумма мгновенных значений фазосдвинутых напряжений, формируемых на выходах вентильных мостов. Без применения уравнительного реактора режим преобразования в результате наложения кривых ud(5) и ud(6) (Фиг.4) будет только 12-фазным.With the parallel connection of six-phase bridges, the use of a surge reactor is a prerequisite. At the load connected to the midpoint of the surge reactor winding, relative to the other output terminal of the converter, a half-sum of instantaneous values of phase-shifted voltages generated at the outputs of the valve bridges is allocated. Without the use of a surge reactor, the conversion mode as a result of superposition of the curves u d (5) and u d (6) (Figure 4) will be only 12-phase.
В трансформаторах преобразователя (Фиг.1) отсутствуют потоки вынужденного подмагничивания и типовая мощность трансформаторного оборудования преобразователя при µ=24 равна ST=1,1394·Рd, а при µ=8 равна ST=1,078·Рd. Эти показатели лучше показателя прототипа, типовая мощность трансформаторов которого ST=1,217·Рd.In the transformers of the converter (Figure 1) there are no flows of forced magnetization and the typical power of the transformer equipment of the converter at µ = 24 is S T = 1,1394 · P d , and at µ = 8 it is equal to S T = 1,078 · P d . These indicators are better than the prototype, a typical transformer power of which S T = 1,217 · R d .
Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного напряжения в постоянное имеет, по сравнению с прототипом, более высокое качество преобразования при несимметрии питающих напряжений, конструктивной несимметрии фазных напряжений вторичных обмоток и параметрической несимметрии трансформаторов и меньшую типовую мощность трансформаторов.Thus, the proposed AC to DC converter has, in comparison with the prototype, a higher conversion quality with asymmetry of the supply voltage, structural asymmetry of the phase voltages of the secondary windings and parametric asymmetry of the transformers and lower typical power of the transformers.
Claims (1)
где
а соответствующие по относительным размерам вторичные фазные обмотки выполнены с одинаковыми числами витков, при этом шесть вторичных фазных обмоток в каждом трансформаторе соединены между собой встречно-последовательно, топологически образуя полуправильный шестиугольник, причем от средней точки каждой вторичной фазной обмотки выполнен отвод, при этом каждый из отводов от средних точек вторичных фазных обмоток одного трансформатора соединен с незадействованной точкой соединения разноименных электродов вентилей в вентильных ячейках одной группы вентилей, а каждый из отводов от средних точек вторичных фазных обмоток второго трансформатора соединен с незадействованной точкой соединения разноименных электродов вентилей в вентильных ячейках второй группы вентилей, причем свободные одноименные электроды второй половины вентилей в каждой из групп вентилей соединены, и в одной группе вентилей при этом образована катодная шестивентильная звезда, а в другой группе образована анодная шестивентильная звезда, а из групп вентилей соответственно сформированы два шестифазных вентильных моста с выводами постоянного тока от общих точек соединения вентилей в шестивентильных звездах, причем шестифазные вентильные мосты соединены парой разнополярных выводов постоянного тока последовательно, и свободные разнополярные выводы мостов образуют выходные выводы устройства. An AC to DC converter containing two three-phase transformers, on each of the six terminals of the magnetic cores of which one primary and two secondary phase windings are located, as well as twelve valve cells with two valves in each cell connected by unlike electrodes, two groups of valves are formed from valve cells , six valve cells in each, and the free electrodes of the same name half of the valves in each of the groups are connected, and in one group of valves the image An anode six-valve star is delineated, and a cathode six-star star is formed in another group, characterized in that the primary phase windings in one transformer are connected to a star, and in the second to a triangle, the ratio of the number of turns of the primary phase windings connected to the star to the numbers of turns of the primary phase windings connected in a triangle is , the ratio of the number of turns of the secondary phase windings in pairs of windings placed on each of the rods is
Where
and the secondary phase windings corresponding in relative sizes are made with the same number of turns, while six secondary phase windings in each transformer are interconnected in series, topologically forming a semi-regular hexagon, and a tap is made from the midpoint of each secondary phase winding, with each of of taps from the midpoints of the secondary phase windings of one transformer is connected to an unused point of connection of unlike valve electrodes in the valve cells ah of one group of valves, and each of the taps from the midpoints of the secondary phase windings of the second transformer is connected to an unused point of connection of dissimilar electrode electrodes in the valve cells of the second group of valves, with the same free electrodes of the second half of the valves in each of the valve groups connected, and in one group at the same time, a cathode six-star star is formed in the valves, and in the other group an anode six-star star is formed, and two hexes are respectively formed from the valve groups valve bridges with DC leads from common points of connection of gates in six-star stars, moreover, six-phase valve bridges are connected in series by bipolar DC leads, and free bipolar leads of the bridges form the output terminals of the device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008138782/09A RU2373628C1 (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Variable-to-constant voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008138782/09A RU2373628C1 (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Variable-to-constant voltage converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2373628C1 true RU2373628C1 (en) | 2009-11-20 |
Family
ID=41478024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008138782/09A RU2373628C1 (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Variable-to-constant voltage converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2373628C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453974C1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Suchkov's multiphase converter |
RU2456738C1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | 24-phase converter designed by suchkov |
-
2008
- 2008-09-29 RU RU2008138782/09A patent/RU2373628C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453974C1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Suchkov's multiphase converter |
RU2456738C1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | 24-phase converter designed by suchkov |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9496805B2 (en) | Single-phase power converter, three-phase two-phase power converter, and three-phase power converter | |
RU2673250C1 (en) | Semiconductor rectifier | |
Sugimoto et al. | Bidirectional Isolated Ripple Cancel Dual Active Bridge Modular Multile vel DC-DC Converter | |
RU2373628C1 (en) | Variable-to-constant voltage converter | |
RU2297707C2 (en) | Three-phase current rectifier | |
RU2387070C1 (en) | Multi-phase bridge ac/dc converter | |
RU46890U1 (en) | DC VOLTAGE SOURCE WITH 8X PULSATION FREQUENCY | |
RU151148U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
RU2362262C1 (en) | Ac/dc converter | |
RU144509U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
JP3696855B2 (en) | Rectifier | |
RU2469457C1 (en) | Converter of three-phase ac voltage into dc voltage (versions) | |
RU142753U1 (en) | TWENTY-FOUR-PULSE CONSTANT VOLTAGE CONVERTER | |
RU2488213C1 (en) | Multipulse rectifier and autotransformer | |
RU2340072C1 (en) | Ac-to-dc voltage transducer | |
RU2373627C1 (en) | Ac-to-dc converter | |
RU176682U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
RU2321149C1 (en) | Transformer of alternating voltage to constant voltage with 24-multiple pulsation frequency | |
RU91486U1 (en) | MULTI-PHASE CONVERTER | |
RU184790U1 (en) | MULTI-PULSE RECTIFIER | |
RU2389126C1 (en) | Three-phase ac voltage converter | |
RU2604829C1 (en) | Three-phase alternating voltage converter into direct voltage (versions) | |
RU2383986C1 (en) | Ac/dc converter with eight-fold ripple frequency | |
RU2292626C1 (en) | Three-phase ac-to-dc voltage converter | |
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: 20110930 |