RU2387070C1

RU2387070C1 - Multi-phase bridge ac/dc converter

Info

Publication number: RU2387070C1
Application number: RU2009108877/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Евдокимов (RU); Сергей Александрович Евдокимов
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-04-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: multi-phase bridge ac/dc converter is intended for power supply to consumers with high requirements for quality of rectified voltage and electromagnetic compatibility. The proposed multi-phase bridge ac/dc converter includes n converter structures, each of which includes six-phase valve bridge and three-phase transformer, the secondary phase windings of which are connected as per the scheme forming the source of non-symmetrical six-phase system of voltages, the two values of which alternate as per the value from phase to phase through an angle of 60 electrical degrees, and phase outputs of the source are connected to ac inputs of six-phase valve bridge; at that, secondary phase windings of transformers are connected as per similar schemes, and for all the structures there established is ratio between values of voltages of adjacent phases, which alternate in non-symmetrical six-phase systems, which is determined relative to base topological sizes of phase windings (beams) of equivalent non-symmetrical six-phase starts, from ratio

where

electrical degrees, and n=2, 3, 4, 5, …, - total number of converter structures; at that, primary windings of transformers are made as per the schemes providing subsequently increasing (decreasing) phase shift (by Δφ=^π/_3n electrical degrees) of non-symmetrical six-phase systems of voltages relative to the first system, and n six-phase valve bridges are connected in series to each other with opposite poles; at that, extreme opposite poles of the first and the last bridges form output pins of the device.

EFFECT: proposed multi-phase bridge ac/dc converter has higher conversion quality.

5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного тока в постоянный для питания потребителей с повышенными требованиями к качеству выпрямленного напряжения и электромагнитной совместимости.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 rectified voltage and electromagnetic compatibility.

Известен многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трансформаторный источник шестифазной системы напряжений, сформированный вторичными фазными обмотками, соединенными в правильный шестиугольник (Шляпошников Б.М. Игнитронные выпрямители. - М.: Трансжелдориздат. 1947. - 735 с.), а также известны преобразователи с источниками шестифазных симметричных систем напряжений, формируемыми вторичными обмотками разомкнутого и комбинированного типов (Палванов В.Г. Шестифазные мостовые преобразователи. // Электричество. - 1974. - №6. - С.79-81). При n последовательно соединенных по постоянному току таких преобразователей, первичные обмотки трансформаторов которых обеспечивают фазовые сдвиги

эл. град. между шестифазными системами вторичных напряжений, происходит увеличение фазности преобразования до значения 6n. Так, в 6n-фазном преобразователе для обеспечения р=12-пульсного (n=2, р=12) выпрямления потребуется два трансформатора, формирующих две шестифазные системы напряжений, и два шестифазных вентильных моста; для 24-пульсного выпрямления, соответственно, четыре трансформатора и четыре шестифазных вентильных моста; для 36-пульсного выпрямления шесть трансформаторов и шесть шестифазных вентильных мостов.Known multiphase bridge AC-DC converter containing a transformer source of a six-phase voltage system formed by secondary phase windings connected to a regular hexagon (Shlyaposhnikov BM Ignitron rectifiers. - M .: Transzheldorizdat. 1947. - 735 p.), And known converters with sources of six-phase symmetrical voltage systems formed by the secondary windings of open and combined types (Palvanov V.G. Six-phase bridge converters. // Electric estate. - 1974. - No. 6. - S.79-81). With n series-connected DC transformers, the primary transformer windings of which provide phase shifts

email hail. between six-phase systems of secondary voltages, there is an increase in the phase conversion to a value of 6n. So, in a 6n-phase converter, to ensure p = 12-pulse (n = 2, p = 12) rectification, two transformers forming two six-phase voltage systems and two six-phase valve bridges will be required; for 24-pulse rectification, respectively, four transformers and four six-phase valve bridges; for 36-pulse rectification, six transformers and six six-phase valve bridges.

Недостатком известных преобразователей является низкая кратность частоты пульсаций выпрямленного напряжения, большие массогабаритные показатели и необходимость применения для увеличения кратности частоты пульсаций выпрямленного напряжения большого количества трансформаторов и вентильных мостов.A disadvantage of the known converters is the low frequency multiplicity of the ripple voltage of the rectified voltage, large weight and size indicators and the need to use to increase the frequency multiplicity of the ripple voltage of the rectified voltage of a large number of transformers and valve bridges.

Известен многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трансформаторный источник двенадцатифазной симметричной системы вторичных напряжений, выполненный на вторичных фазных обмотках, соединенных в правильный шестиугольник, от двух промежуточных отпаек каждой из которых сделано по два фазных вывода, и два параллельно включенных шестифазных вентильных моста, соединенных с выводами от отпаек обмоток. Между совмещенными полюсами мостов формируется 12-пульсное выпрямленное напряжение (1. Шляпошников Б.М. Игнитронные выпрямители. - М.: Трансжелдориздат. 1947. - 735 с.2. А.с. 1035755 СССР. Мостовой преобразователь переменных напряжений в постоянное / A.M.Репин. Бюл. №30, 1983).Known multiphase bridge AC-DC converter, containing a transformer source of a twelve-phase symmetric system of secondary voltages, made on the secondary phase windings connected in a regular hexagon, from two intermediate solders of each of which two phase leads are made, and two six-phase valve bridges are connected in parallel, connected to the leads from the tap of the windings. A 12-pulse rectified voltage is formed between the combined poles of the bridges (1. Shlyaposhnikov BM, Ignitron rectifiers. - M .: Transzheldorizdat. 1947. - 735 p. 2. A.S. 1035755 USSR. Bridge AC / DC converter / AM Repin, Bull. No. 30, 1983).

Недостатком данного преобразователя является необходимость применения вентильных плеч мостов в количестве, превышающем кратность частоты пульсаций выпрямленного напряжения в два раза.The disadvantage of this converter is the need to use valve shoulders of bridges in an amount exceeding the multiplicity of the frequency of the ripple of the rectified voltage by two times.

Известен многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный с 24-фазным режимом преобразования, содержащий два трансформаторных источника, каждый из которых обеспечивает получение шестифазной веерной системы напряжений, формируемой вторичными фазными обмотками, соединенными в полуправильный шестиугольник. Вершины каждого из двух шестиугольников имеют фазные выводы, подключенные к входам переменного тока двух трехфазных вентильных мостов, соединенных одноименными полюсами параллельно через два уравнительных реактора (по одному на каждую пару одноименных полюсов), причем к входам любого из мостов подключены те вершины шестиугольника, которые принадлежат фазам одной из симметричных трехфазных систем ЭДС, составляющих шестифазную веерную систему, при этом пары вентильных мостов разнополярными средними точками обмоток уравнительных реакторов соединены между собой согласно и последовательно с нагрузкой (Баудиш К. Передача энергии постоянным током высокого напряжения. - М. - Л.: Госэнергоиздат. 1958. - 368 с.).Known multiphase bridge AC-DC converter with a 24-phase conversion mode, containing two transformer sources, each of which provides a six-phase fan voltage system formed by the secondary phase windings connected in a semi-regular hexagon. The vertices of each of the two hexagons have phase outputs connected to the AC inputs of two three-phase valve bridges connected by the same poles in parallel through two equalization reactors (one for each pair of the same poles), and the vertices of the hexagon that belong to the inputs of any of the bridges the phases of one of the symmetric three-phase EMF systems that make up the six-phase fan system, while the pairs of valve bridges with opposite polar midpoints of the windings of equalizing reactors Hur interconnected according to and in series with the load (Baudisch K. Energy transfer high-voltage direct current -. M - L .: Gosenergoizdat 1958. -. 368 pp.).

Недостатком данного преобразователя является необходимость применения четырех уравнительных реакторов, что ведет к снижению КПД и увеличению массогабаритных показателей.The disadvantage of this converter is the need to use four equalization reactors, which leads to a decrease in efficiency and an increase in overall dimensions.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий преобразовательную структуру, включающую шестифазный вентильный мост и трехфазный трансформатор, вторичные фазные обмотки которого образуют источник шестифазной несимметричной системы напряжений, причем эти напряжения при выборе в качестве базовой схемы построения обмоток фигуры шестифазной несимметричной звезды смещены по фазе на 60 эл. град. и чередуются по амплитудам в соотношении 1:0,732, а фазные выводы источника подключены к шестифазному вентильному мосту, на выходе которого формируется каноническое 12-пульсное выпрямленное напряжение (а.с. 540334 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / А.Г.Аслан-заде, Р.Э.Мамедов. Бюл. №47, 1976). При выполнении на его основе 12n-фазного преобразователя для 12-пульсного выпрямления потребуется один исходный трансформатор с источником несимметричной шестифазной системы напряжений и один исходный шестифазный вентильный мост; для 24-пульсного выпрямления - два трансформатора и два моста; для 36-пульсного выпрямления - три трансформатора и три моста, а требуемые фазовые сдвиги между системами равны

Closest to the invention, adopted as a prototype, is a multiphase bridge AC-DC converter containing a converter structure including a six-phase valve bridge and a three-phase transformer, the secondary phase windings of which form the source of a six-phase asymmetric voltage system, and these voltages when selected as the basic circuit the construction of the windings of the figure of a six-phase asymmetric star is phase shifted by 60 el hail. and alternate in amplitudes in a ratio of 1: 0.732, and the phase outputs of the source are connected to a six-phase valve bridge, at the output of which a canonical 12-pulse rectified voltage is generated (AS 540334 of the USSR. AC to DC converter / A.G. Aslan- Zade, R.E. Mammadov, Bull. No. 47, 1976). When performing on its basis a 12n-phase converter for 12-pulse rectification, one source transformer with a source of an asymmetric six-phase voltage system and one initial six-phase valve bridge will be required; for 24-pulse rectification - two transformers and two bridges; for 36-pulse rectification - three transformers and three bridges, and the required phase shifts between systems are equal

Относительным недостатком данного преобразователя является то, что при агрегировании на его основе преобразователей, имеющих большее число выходных фаз, для изготовления вторичных обмоток применяется только одно фиксированное соотношение чисел витков вторичных фазных обмоток, используемое для всего диапазона мощностей и(или) выпрямленных напряжений. Так, например, для обмоток, собранных в одинаковые полуправильные шестиугольники с фазными выводами от средних точек сторон, это соотношение всегда равно 1:0,366, а для обмоток, собранных в шестифазную несимметричную звезду, - 1:0,732. Ограниченность выбора соотношений сужает диапазон применения (особенно при больших мощностях и(или) при относительно невысоких выпрямленных напряжениях) из-за снижения качества преобразования, обусловленного возрастанием влияния конструктивной несимметрии вторичных обмоток. Преобразователь с полуправильными шестиугольниками как преобразователь с лучшими показателями по типовой мощности трансформаторов и отсутствием вынужденных потоков намагничивания (в отличие от преобразователя с шестифазными звездами) имеет собственный недостаток, связанный с достаточно большим различием в числах витков вторичных фазных обмоток, что усложняет обеспечение равенства электромагнитных условий при их размещении на стержне магнитопровода.The relative disadvantage of this converter is that when aggregating on its basis converters having a larger number of output phases, for the manufacture of secondary windings, only one fixed ratio of the number of turns of the secondary phase windings is used, which is used for the entire range of powers and (or) rectified voltages. So, for example, for windings assembled in identical semi-regular hexagons with phase leads from the midpoints of the sides, this ratio is always 1: 0.366, and for windings assembled in a six-phase asymmetric star, 1: 0.732. The limited choice of ratios narrows the application range (especially at high capacities and (or) at relatively low rectified voltages) due to a decrease in the conversion quality due to an increase in the influence of structural asymmetry of the secondary windings. A converter with semi-regular hexagons as a converter with the best performance in terms of the typical power of transformers and the absence of forced magnetization fluxes (unlike a converter with six-phase stars) has its own drawback associated with a sufficiently large difference in the number of turns of the secondary phase windings, which complicates the provision of equality of electromagnetic conditions at their placement on the core of the magnetic circuit.

В соответствии с этим данный преобразователь имеет качество преобразования, присущее преобразователям с данной фазностью, а повышение фазности преобразования методом агрегирования нескольких подобных преобразователей зачастую сопряжено со снижением ожидаемого уровня качества преобразования из-за влияния конструктивной несимметрии вторичных фазных обмоток в определенных поддиапазонах значений мощностей и(или) выпрямленных напряжений.In accordance with this, this converter has the conversion quality inherent in converters with a given phase, and an increase in the phase of the conversion by aggregating several such converters is often associated with a decrease in the expected level of conversion quality due to the influence of the structural asymmetry of the secondary phase windings in certain sub-ranges of power values and (or ) rectified stresses.

Задача изобретения: создание многофазного мостового преобразователя переменного тока в постоянный с более высоким качеством преобразования.The objective of the invention: the creation of a multiphase bridge AC to DC converter with higher conversion quality.

Указанная задача достигается тем, что многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный содержит преобразовательную структуру, включающую шестифазный вентильный мост и трехфазный трансформатор, вторичные фазные обмотки которого соединены по схеме, образующей источник несимметричной шестифазной системы напряжений, два значения которых чередуются по величине от фазы к фазе через угол 60 эл. град., а фазные выводы источника подключены к входам переменного тока шестифазного вентильного моста, причем преобразователь снабжен дополнительными преобразовательными структурами, при этом образовано n преобразовательных структур, вторичные фазные обмотки трансформаторов которых соединены по одинаковым схемам и для всех структур установлено отношение между величинами чередующихся в несимметричных шестифазных системах напряжений смежных фаз, определяемое, относительно базовых топологических размеров фазных обмоток (лучей) эквивалентных несимметричных шестифазных звезд, из соотношенияThis problem is achieved in that the multiphase bridge AC-DC converter contains a converter structure including a six-phase valve bridge and a three-phase transformer, the secondary phase windings of which are connected according to a circuit forming a source of an asymmetric six-phase voltage system, two values of which alternate in magnitude from phase to phase through an angle of 60 el. deg., and the phase outputs of the source are connected to the AC inputs of a six-phase valve bridge, and the converter is equipped with additional converter structures, n converter structures are formed, the secondary phase windings of the transformers of which are connected according to the same schemes and for all structures the relationship between the values alternating in asymmetric six-phase voltage systems of adjacent phases, determined, relative to the basic topological dimensions of phase windings (rays) equivalent alent asymmetric six-phase stars, from the relation

где

эл. град., а n=2, 3, 4, 5, …, - общее число преобразовательных структур, при этом первичные обмотки трансформаторов выполнены по схемам, обеспечивающим последовательно нарастающий (убывающий) на

эл. град. фазовый сдвиг несимметричных шестифазных систем напряжений относительно первой системы, а n шестифазных вентильных мостов соединены последовательно между собой разноименными полюсами, причем разноименные крайние полюса первого и последнего мостов образуют выходные выводы устройства.Where

email hail., and n = 2, 3, 4, 5, ..., is the total number of converter structures, while the primary windings of the transformers are made according to schemes that provide successively increasing (decreasing) by

email hail. the phase shift of asymmetric six-phase voltage systems relative to the first system, and n six-phase valve bridges are connected in series with each other with opposite poles, and the opposite extreme poles of the first and last bridges form the output terminals of the device.

На фиг.1 приведена общая структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 приведена схемная реализация предлагаемого преобразователя при n=3; на фиг.3 приведены векторные диаграммы напряжений для преобразователя с параметром n=3, представленные в виде перемещаемых относительно друг друга амплитудно-фазовых портретов напряжений вторичных обмоток и векторов результирующих выпрямляемых напряжений, образующих пульсации s_i выпрямленного напряжения; на фиг.4 приведены зависимости углов топологии от числа n; на фиг.5 приведены зависимости полной мощности всех вторичных обмоток от фазности преобразования (от числа преобразовательных структур n).Figure 1 shows the General structural diagram of the proposed Converter; figure 2 shows a schematic implementation of the proposed Converter with n = 3; figure 3 shows the vector voltage diagrams for the Converter with the parameter n = 3, presented in the form of amplitude-phase portraits of the voltage of the secondary windings and the resulting rectified voltage vectors relative to each other, which form the ripple voltage s _{i of the} rectified voltage; figure 4 shows the dependence of the angles of the topology on the number n; figure 5 shows the dependence of the total power of all secondary windings on the phase of the conversion (on the number of converter structures n).

Многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный (фиг.1) содержит n трехфазных трансформаторов 1 с первичными обмотками, схемы выполнения которых обеспечивают фазовый сдвиг

между смежными несимметричными шестифазными системами вторичных напряжений источников, образованных вторичными обмотками трансформаторов, и n шестифазных вентильных мостов 2. Каждые шесть фазных выводов от источников вторичных напряжений соединены с шестью входами переменного тока одного из n шестифазных вентильных мостов 2, соединенных последовательно. Свободные разнополярные полюса крайних мостов соединены с нагрузкой 3.A multiphase bridge AC-DC converter (Fig. 1) contains n three-phase transformers 1 with primary windings, the execution schemes of which provide a phase shift

between adjacent asymmetric six-phase systems of secondary voltage of the sources formed by the secondary windings of transformers, and n six-phase valve bridges 2. Each six phase outputs from the sources of secondary voltage are connected to six AC inputs of one of the n six-phase valve bridges 2 connected in series. Free bipolar poles of the extreme bridges are connected to the load 3.

Многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный при n=3 (фиг.2) содержит три трехфазных трансформатора 1, первичные обмотки которых, соединенные соответственно в скользящий треугольник, треугольник (или звезду) и скользящий треугольник с транспозицией соединения к фазам сети по сравнению с первым скользящим треугольником, обеспечивают фазовый сдвиг

эл. град. между несимметричными шестифазными системами напряжений соответствующих вторичных обмоток трансформаторов, выполненных по схемам полуправильных шестиугольников, и три шестифазных вентильных моста 2. Каждые шесть фазных выводов от средних точек сторон полуправильных шестиугольников соединены с входами переменного тока соответствующих шестифазных вентильных мостов 2, соединенных последовательно. Свободные разнополярные полюса крайних мостов соединены с нагрузкой 3.A multiphase bridge AC-DC converter for n = 3 (Fig. 2) contains three three-phase transformers 1, the primary windings of which are connected respectively to a sliding triangle, triangle (or star) and a sliding triangle with transposition of the connection to the network phases compared to the first sliding triangle provide phase shift

email hail. between asymmetric six-phase voltage systems of the corresponding secondary windings of transformers made according to the schemes of semi-regular hexagons, and three six-phase valve bridges 2. Every six phase terminals from the midpoints of the sides of the semi-regular hexagons are connected to the AC inputs of the corresponding six-phase valve bridges 2, connected in series. Free bipolar poles of the extreme bridges are connected to the load 3.

Принцип работы устройства (фиг.1) рассмотрим при n=3 (фиг.2). Работа преобразователя иллюстрируется векторными диаграммами напряжений источников ЭДС, представленных в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений вторичных обмоток (фиг.3) и развернутыми векторными диаграммами, поясняющими принцип формирования векторов результирующих выпрямляемых напряжений (фиг.3). В любой фазе цикла преобразования пульсации выпрямленного напряжения s_i образуются в результате сложения максимальных на данный момент линейных ЭДС шестифазных систем, формируемых между средними точками вторичных фазных обмоток (сторон) полуправильных шестиугольников. В соответствии с полярностью линейных ЭДС в открытое состояние в каждом шестифазном мосту переходит та пара вентилей, которая подключена к выводам от фаз, между которыми в данный момент линейная ЭДС максимальна. Особенностью преобразователя является то, что смежные максимальные линейные ЭДС между фазными выводами полуправильных шестиугольников отличаются по амплитуде. В результате этого на выходе каждого из шестифазных вентильных мостов формируются неканонические по форме 12-пульсные выпрямленные напряжения. Так как эти напряжения сдвинуты по фазе относительно друг друга на 20 эл. град., в результате сложения их мгновенных значений на нагрузке формируется напряжение с канонической формой кривой, имеющей 36 пульсаций за период сетевого напряжения.The principle of operation of the device (figure 1) we consider when n = 3 (figure 2). The operation of the Converter is illustrated by vector diagrams of voltage sources EMF, presented in the form of amplitude-phase portraits of the voltage of the secondary windings (figure 3) and detailed vector diagrams explaining the principle of formation of the vectors of the resulting rectified voltages (figure 3). 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 of six-phase systems formed between the midpoints of the secondary phase windings (sides) of the semi-regular hexagons. In accordance with the polarity of the linear EMF, the pair of valves that connects to the terminals from the phases between which the linear EMF is currently maximum is switched to the open state in each six-phase bridge. A feature of the converter is that adjacent maximum linear EMFs between phase outputs of semi-regular hexagons differ in amplitude. As a result of this, at the output of each of the six-phase valve bridges, non-canonical 12-pulse rectified voltages are formed. Since these voltages are phase shifted relative to each other by 20 e. grad., as a result of adding their instantaneous values to the load, a voltage is formed with a canonical curve shape, having 36 ripples over a period of mains voltage.

Углы проводимости вентилей шестифазных мостов зависят от топологической реализации (n, ε). Вентили любого из мостов (фиг.1, фиг.2), подключенные к фазам (эквивалентным лучам шестифазной звезды), имеющим меньшие напряжения (или к средним точкам больших вторичных фазных обмоток шестиугольников), имеют меньший угол проводимости, чем вентили, подключенные к фазам источников (лучей) с большим напряжением (или к средним точкам малых вторичных фазных обмоток шестиугольников). При этом если отношение меньшей стороны шестиугольника к большей стороне

(отношение величины малого луча звезды к величине большого луча - больше или равно

то вентили, подключенные к средней точке малой стороны (большему лучу), имеют угол проводимости

а вентили, подключенные к средней точке большей стороны (меньшему лучу), имеют угол проводимости

The conduction angles of six-phase bridge valves depend on the topological implementation (n, ε). The gates of any of the bridges (Fig. 1, Fig. 2) connected to phases (equivalent to the rays of a six-phase star) having lower voltages (or to the midpoints of large secondary phase windings of hexagons) have a smaller conduction angle than valves connected to the phases sources (rays) with high voltage (or to the midpoints of small secondary phase windings of hexagons). Moreover, if the ratio of the smaller side of the hexagon to the larger side

(the ratio of the magnitude of the small ray of a star to the magnitude of a large ray is greater than or equal to

then the valves connected to the midpoint of the small side (the larger beam) have a conduction angle

and valves connected to the midpoint of the larger side (smaller beam) have a conduction angle

Если ϖ≤0,366 (для звезды: отношение величины малого луча звезды к величине большого луча меньше или равно 0,732), то вентили, подключенные к средней точке малой стороны (большему лучу), имеют угол проводимости

If ϖ≤0.366 (for a star: the ratio of the magnitude of the small ray of the star to the magnitude of the large ray is less than or equal to 0.732), then the gates connected to the midpoint of the small side (the larger ray) have a conduction angle

Вторичные обмотки трансформаторов преобразователей, выполненные в виде полуправильных шестиугольников, проводят ток весь период сетевого напряжения, причем в отдельные части периода этот ток составляет половину, одну треть или две трети тока нагрузки. Допуская, что ток нагрузки практически сглажен (i_d=I_d=1,0 о.е.), в соответствии с топологическими построениями развернутых векторных диаграмм получен ряд общих формул для расчета действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора многофазного мостового преобразователя с числом фаз, равным 12n. При

The secondary windings of the transformers of the transformers, made in the form of semi-regular hexagons, conduct current for the entire period of the mains voltage, and in separate parts of the period this current is half, one third or two thirds of the load current. Assuming that the load current is almost smoothed (i _d = I _d = 1.0 pu), in accordance with the topological constructions of the detailed vector diagrams, a number of general formulas are obtained for calculating the effective value of the secondary current of the transformer of a multiphase bridge converter with the number of phases, equal to 12n. At

При ϖ≤0,366With ϖ≤0.366

По векторным диаграммам определены модули векторов результирующих выпрямляемых напряжений (здесь амплитудные значения U_S относительно величин амплитуд напряжений больших сторон шестиугольников). Для преобразователей с

при n=2, 3, 4, ….From the vector diagrams, the modules of the vectors of the resulting rectified stresses are determined (here the amplitude values of U _S relative to the magnitudes of the amplitudes of the stresses of the large sides of the hexagons). For converters with

with n = 2, 3, 4, ....

для преобразователей с ϖ≤0,366for transducers with ϖ≤0.366

гдеWhere

В последнем соотношении для первой пары чисел n (2 и 3) используется только первое слагаемое в квадратных скобках; для второй пары (4 и 5) только первое и второе слагаемые; для третьей пары (6 и 7) - первое, второе и третье слагаемые, и так далее. При параметре n=1 (точка смены топологических размеров - фиг.4), относящемся к прототипу, можно использовать формулу для определения U_S" (или U_S') без применения множителя V.In the last relation, for the first pair of numbers n (2 and 3), only the first term in square brackets is used; for the second pair (4 and 5) only the first and second terms; for the third pair (6 and 7) - the first, second and third terms, and so on. With the parameter n = 1 (the point of change of topological dimensions - figure 4) related to the prototype, you can use the formula to determine U _{S "} (or U _{S '} ) without using the factor V.

Используя формулы, по которым определяются токи в обмотках, а также размеры обмоток (величины напряжений обмоток) и величины векторов результирующих выпрямляемых напряжений, получены соотношения, определяющие полные мощности вторичных обмоток трансформаторов преобразователя.Using the formulas by which the currents in the windings are determined, as well as the sizes of the windings (magnitude of the voltage of the windings) and the magnitude of the vectors of the resulting rectified voltages, the relationships are obtained that determine the total power of the secondary windings of the transformers of the converter.

При

относительная (от мощности нагрузки постоянного тока P_d) полная мощность вторичных обмотокAt

relative (from DC load power P _d ) apparent power of the secondary windings

При ϖ≤0,366With ϖ≤0.366

В приведенной ниже таблице даны параметры для предложенного преобразователя с n=2, …, 6 при выполнении вторичных обмоток в виде полуправильных шестиугольников. Параметр n=1 относится к прототипу.The table below shows the parameters for the proposed converter with n = 2, ..., 6 when performing secondary windings in the form of semi-regular hexagons. The parameter n = 1 relates to the prototype.

Зависимости полной мощности вторичных обмоток от фазности преобразования (от числа каскадов n), приведенные на фиг.5, показывают, что при

эл. град.) с увеличением n мощность вторичных обмоток (зависимость 1) уменьшается и в пределе при n→∞ стремится к величине 1,047 от мощности нагрузки Р_d.The dependences of the total power of the secondary windings on the phasing of the conversion (on the number of cascades n) shown in Fig. 5 show that for

email deg.) with increasing n, the power of the secondary windings (dependence 1) decreases and in the limit as n → ∞ tends to a value of 1.047 of the load power P _d .

При n=3 (фазность преобразования 36) полная мощность вторичных обмоток предлагаемого преобразователя равна мощности вторичных обмоток (зависимость 2, показанная пунктиром) однотрансформаторного мостового 24-фазного преобразователя с четырьмя последовательно соединенными трехфазными вентильными мостами, а затем асимптотически уменьшается.At n = 3 (phase conversion 36), the total power of the secondary windings of the proposed converter is equal to the power of the secondary windings (dependence 2 shown by a dotted line) of a single-transformer bridge 24-phase converter with four three-phase valve bridges connected in series, and then decreases asymptotically.

При

эл. град.) полная мощность вторичных обмоток с увеличением n возрастает (зависимость 3) от уровня мощности вторичных обмоток трансформатора преобразователя с одной преобразовательной структурой (n=1, ϖ=0,366, ε=30 эл. град.), но не более чем на 3% в пределах реально выполнимого числа преобразовательных структур (каскадов), например n=6, стремясь при этом к значению 1,283 от мощности нагрузки Р_d. Качество преобразования при такой топологии преобразователя менее зависимо от величины конструктивной несимметрии, возникающей при изготовлении вторичных фазных обмоток.At

email deg.) the total power of the secondary windings increases with increasing n (dependence 3) on the power level of the secondary windings of the transformer of the converter with one converter structure (n = 1, ϖ = 0.366, ε = 30 electric degrees), but by no more than 3 % within the realizable number of converter structures (cascades), for example n = 6, while striving for a value of 1.283 of the load power P _d . The conversion quality with such a converter topology is less dependent on the magnitude of the structural asymmetry that occurs in the manufacture of secondary phase windings.

В отличие от преобразователей, агрегированных из преобразовательных структур прототипа, соотношения топологических размеров вторичных фазных обмоток трансформаторов которых равны при любой фазности, в предлагаемом преобразователе, каждой фазности преобразования соответствуют два соотношения топологических размеров обмоток, причем одинаковые только для n составных структур конкретной реализации преобразователя, что расширяет область применения. Расширение диапазона выбора наиболее оптимального варианта соотношений чисел витков вторичных фазных обмоток (включая, в том числе, соотношения для преобразователей на основе прототипа) для различных мощностей и уровней выпрямленного напряжения, способствует повышению качества преобразования, реализуемого при более высоких значениях кратности частоты пульсаций выпрямленного напряжения.In contrast to converters aggregated from the converter structures of the prototype, the ratios of the topological sizes of the secondary phase windings of the transformers are equal for any phase, in the proposed converter, each phase of the conversion corresponds to two ratios of the topological sizes of the windings, the same only for n composite structures of a particular implementation of the converter, which expands the scope. Expanding the selection range of the most optimal variant of the ratios of the number of turns of the secondary phase windings (including, inter alia, the ratios for the converters based on the prototype) for various capacities and levels of rectified voltage, improves the quality of the conversion realized at higher values of the frequency multiplicity of the ripple voltage of the rectified voltage.

Преобразователь при любой топологической реализации сохраняет хорошее качество преобразования, даже имея относительно большую конструктивную несимметрию напряжений вторичных фазных обмоток. Особенно это проявляется при меньших величинах параметров ε в каждой паре данных параметров (см. таблицу) для конкретной реализации преобразователя с заданным параметром n.In any topological implementation, the converter maintains a good conversion quality, even having a relatively large structural asymmetry of the voltage of the secondary phase windings. This is especially evident for smaller values of the parameters ε in each pair of these parameters (see table) for a specific implementation of the converter with a given parameter n.

Кроме того, ряд топологических реализаций преобразователя позволяет обеспечить снижение типовой мощности трансформаторов относительно типовой мощности трансформатора прототипа (см. таблицу).In addition, a number of topological implementations of the converter allows to reduce the typical power of transformers relative to the typical power of the prototype transformer (see table).

Таким образом, предлагаемый многофазный мостовой преобразователь переменного тока в постоянный имеет по сравнению с прототипом более высокое качество преобразования.Thus, the proposed multiphase bridge AC-DC converter has a higher conversion quality than the prototype.

Claims

A multiphase bridge AC-DC converter containing a converter structure including a six-phase gate bridge and a three-phase transformer, the secondary phase windings of which are connected according to a circuit forming a source of an asymmetric six-phase voltage system, two values of which alternate in magnitude from phase to phase through an angle of 60 e. hail, and the phase outputs of the source are connected to the AC inputs of a six-phase valve bridge, characterized in that it is equipped with additional converter structures, n converter structures are formed, the secondary phase windings of the transformers of which are connected according to the same schemes, and the ratio between the values is established for all structures alternating in asymmetric six-phase systems of voltages of adjacent phases, determined, relative to the basic topological dimensions of the phase windings (rays) of equi alentnyh asymmetrical six-phase star, from relation

Where

email hail, and n = 2, 3, 4, 5, ... is the total number of converter structures, while the primary windings of the transformers are made according to schemes that provide successively increasing (decreasing) by Δφ = ^π / _3n el. deg phase shift of asymmetric six-phase voltage systems relative to the first system, and n six-phase valve bridges are connected in series with each other with opposite poles, and the opposite extreme poles of the first and last bridges form the output terminals of the device.