RU2443049C1 - Twelve-phase suchkov's converter - Google Patents
Twelve-phase suchkov's converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443049C1 RU2443049C1 RU2011107640/07A RU2011107640A RU2443049C1 RU 2443049 C1 RU2443049 C1 RU 2443049C1 RU 2011107640/07 A RU2011107640/07 A RU 2011107640/07A RU 2011107640 A RU2011107640 A RU 2011107640A RU 2443049 C1 RU2443049 C1 RU 2443049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- transformer
- beginning
- secondary coil
- windings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока.The present invention relates to a conversion technique and can be used to create adjustable DC electric drives for machines to increase their speed, as well as in converter substations for powering electrified railways, in the electrometallurgical and chemical industries to reduce the ripple of the rectified voltage and to reduce the content of higher harmonic components in the ac curve.
Наиболее близким решением из уровня техники к предлагаемому является преобразователь, используемый как элемент более сложного двадцатичетырехфазного преобразователя, состоящего из трехфазного трехобмоточного трансформатора и двух трехфазных вентильных мостов. Трансформатор имеет сетевую (первичную) обмотку и две одинаковые по мощности вентильные (вторичные) обмотки, одна из которых соединена по схеме «треугольник», а вторая - по схеме «звезда». Линейные напряжения и токи вентильных обмоток одинаковые, но схемы разные. Поэтому параметры обмоток разные - разное число витков и разное сечение провода обмоток. Каждый трехфазный вентильный мост состоит из шести вентилей, из которых в каждом мосту одновременно работают два вентиля: один из анодной и другой из катодной группы. Оба моста работают одновременно. Поэтому одновременно работают четыре вентиля. Вентильные мосты преобразователя соединяются между собой либо последовательно, либо параллельно. Но при параллельном соединении мостов требуется еще и реактор (индуктивность) со средней точкой. Так как у предлагаемого преобразователя реактора не требуется, то вариант прототипа с реактором из дальнейшего рассмотрения исключается (патент РФ №2119711, Н02М 7/12, 1998).The closest solution from the prior art to the proposed one is a converter used as an element of a more complex twenty-four-phase converter, consisting of a three-phase three-winding transformer and two three-phase valve bridges. The transformer has a network (primary) winding and two valve (secondary) windings of the same power, one of which is connected according to the "triangle" scheme, and the second - according to the "star" scheme. The linear voltages and currents of the valve windings are the same, but the circuits are different. Therefore, the parameters of the windings are different - a different number of turns and a different section of the wire of the windings. Each three-phase valve bridge consists of six valves, of which two valves simultaneously operate in each bridge: one from the anode and the other from the cathode group. Both bridges work simultaneously. Therefore, four valves work simultaneously. Converter converter bridges are connected to each other either in series or in parallel. But with a parallel connection of the bridges, a reactor (inductance) with a midpoint is also required. Since the proposed reactor converter is not required, the prototype version with the reactor is excluded from further consideration (RF patent No. 21119711, Н02М 7/12, 1998).
Недостатками известного преобразователя являются сложность конструкции трансформатора и большие затраты на его производство.The disadvantages of the known Converter are the design complexity of the transformer and the high cost of its production.
Технической задачей заявленного решения является обеспечение уменьшения прямого тока вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить его габариты, вес и стоимость.The technical objective of the claimed solution is to reduce the direct current of the valves during operation of the converter, which ultimately allows to increase the efficiency of the converter, as well as reduce its dimensions, weight and cost.
Поставленная задача решается посредством того, что в двенадцатифазном преобразователе, содержащем трехфазный трансформатор с двойным комплектом вторичных обмоток и вентили, согласно изобретению вторичные обмотки всех фаз трансформатора соединены в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между вершинами «шестиугольника» образуют шестифазную систему напряжений, а вентили соединены в две группы - анодную и катодную, при этом в анодной группе вентилей аноды соединены в один узел, представляющий собой один полюс на стороне постоянного тока, а в катодной группе вентилей катоды соединены в один узел, представляющий другой полюс на стороне постоянного тока, причем каждый вентиль катодной группы своим анодом подсоединен, к средней точке одной из вторичных обмоток трансформатора, а каждый вентиль анодной группы своим катодом подсоединен к одной из вершин «шестиугольника» вторичных обмоток трансформатора.The problem is solved by the fact that in a twelve-phase converter containing a three-phase transformer with a double set of secondary windings and valves, according to the invention, the secondary windings of all phases of the transformer are connected in one circuit in the form of a "hexagon" so that the voltage between the vertices of the "hexagon" form a six-phase voltage system, and the valves are connected in two groups - the anode and cathode, while in the anode group of valves the anodes are connected into one node, which is one pole on the DC side, and in the cathode group of valves, the cathodes are connected to one node, representing another pole on the DC side, with each valve of the cathode group connected by its anode to the midpoint of one of the secondary windings of the transformer, and each valve of the anode group by its cathode connected to one of the vertices of the "hexagon" of the secondary windings of the transformer.
Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где:The invention is illustrated by graphic materials, where:
- на фиг.1 представлена схема многофазного преобразователя напряжения;- figure 1 presents a diagram of a multiphase voltage converter;
- на фиг.2 - векторная диаграмма потенциалов на вентилях.- figure 2 is a vector diagram of the potentials on the valves.
Двенадцатифазный преобразователь Сучкова состоит из трехфазного трансформатора, имеющего три катушки 1, 2, 3 первичной обмотки, соединенных по схеме «звезда» и подключаемых к фазам сети 1, 2, 3 и соединенных между собой шести катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток и соединенных с вентилями преобразователя. Одноименные зажимы (начала) всех катушек помечены знаком «звездочка» (*). При этом начало катушки 4 вторичной обмотки соединено с началом катушки 9 вторичной обмотки, конец катушки 9 вторичной обмотки - с концом катушки 6 вторичной обмотки, начало катушки 6 вторичной обмотки - с началом катушки 5 вторичной обмотки, конец катушки 5 вторичной обмотки - с концом катушки 8 вторичной обмотки, начало катушки 8 вторичной обмотки - с началом катушки 7 вторичной обмотки, конец катушки 7 вторичной обмотки - с концом катушки 4 вторичной обмотки, замыкая контур катушек вторичных обмоток. Каждая катушка вторичных обмоток трансформатора является стороной «шестиугольника».Suchkov’s twelve-phase converter consists of a three-phase transformer having three primary coils 1, 2, 3, connected by a star circuit and connected to the phases of the network 1, 2, 3 and interconnected six coils 4, 5, 6, 7, 8 , 9 secondary windings and connected to the converter valves. The same clamps (beginning) of all coils are marked with an asterisk (*). The beginning of the secondary coil 4 is connected to the beginning of the secondary coil 9, the end of the secondary coil 9 to the end of the secondary coil 6, the beginning of the secondary coil 6 to the beginning of the secondary coil 5, the end of secondary coil 5 to the end of the coil 8 of the secondary winding, the beginning of the coil 8 of the secondary winding - with the beginning of the coil 7 of the secondary winding, the end of the coil 7 of the secondary winding - with the end of the coil 4 of the secondary winding, closing the loop circuit of the secondary windings. Each transformer secondary coil is a hexagon side.
Вентили 10, 11, 12, 13, 14, 15 анодной группы - своими катодами подсоединены к узлам, связывающим катушки вторичных обмоток трансформатора. Вентили 16, 17, 18, 19, 20, 21 катодной группы преобразователя - своими анодами подсоединены к отпайкам от половины витков катушек вторичных обмоток трансформатора.Valves 10, 11, 12, 13, 14, 15 of the anode group are connected by their cathodes to the nodes connecting the coils of the secondary windings of the transformer. Gates 16, 17, 18, 19, 20, 21 of the cathode group of the converter — their anodes are connected to the tap from half of the turns of the coils of the secondary windings of the transformer.
На векторной диаграмме представлены векторы потенциалов на анодах вентилей катодной группы и на катодах вентилей анодной группы относительно центра «шестиугольника» - точки О, потенциал которой принят равным нулю.The vector diagram shows the potential vectors on the anodes of the valves of the cathode group and on the cathodes of the valves of the anode group relative to the center of the "hexagon" - point O, whose potential is taken equal to zero.
Двенадцатифазный преобразователь работает следующим образом.The twelve-phase Converter operates as follows.
Двенадцатифазный преобразователь может работать в двух режимах: в режиме выпрямителя и в режиме инвертора. Работа в режиме неуправляемого выпрямителя при использовании в качестве вентилей полупроводниковых диодов происходит следующим образом: всегда работают два вентиля - один из шести вентилей катодной группы, потенциал на аноде которого наибольший, и один из шести вентилей анодной группы, потенциал на катоде которого наименьший. Поэтому среднее значение тока, протекающего через вентиль - Iв, равно одной шестой части среднего значения тока нагрузки - Iо: Iв=1/6Iо. Каждый вентиль за период включается один раз. Работают одновременно два вентиля - один вентиль из анодной группы, другой из катодной группы, а не четыре, как это имеет место у прототипа. Поэтому среднее значение прямого тока вентиля, а также потери напряжения и мощности при работе преобразователя меньше, чем аналогичные величины у прототипа в два раза.The twelve-phase converter can operate in two modes: in rectifier mode and in inverter mode. Operation in an uncontrolled rectifier mode when using semiconductor diodes as valves is as follows: two valves always work - one of the six valves of the cathode group, the potential at the anode of which is the largest, and one of the six valves of the anode group, the potential at the cathode of which is the smallest. Therefore, the average value of the current flowing through the valve - Iv, is equal to one sixth of the average value of the load current - Io: Iv = 1 / 6Io. Each valve for a period turns on once. Two valves work simultaneously - one valve from the anode group, the other from the cathode group, and not four, as is the case with the prototype. Therefore, the average value of the direct current of the valve, as well as the loss of voltage and power during operation of the converter, is less than two times that of the prototype.
Следует также учесть, что вентили для преобразователя выбираются по прямому току. Поэтому их габариты, вес и стоимость, определяясь меньшим в два раза током, будут меньше, чем у прототипа.It should also be noted that the valves for the converter are selected by direct current. Therefore, their dimensions, weight and cost, determined by a half current, will be less than that of the prototype.
Во времени потенциалы на вентилях изменяются по гармоническому закону, определяемому изменением проекции вектора потенциала на ось ординат при вращении векторов против часовой стрелки с угловой скоростьюIn time, the potentials on the valves change according to a harmonic law determined by the change in the projection of the potential vector on the ordinate axis when the vectors rotate counterclockwise with an angular velocity
ω=2πf1,ω = 2πf 1 ,
где f1 - частота питающего преобразователь напряжения. Векторная диаграмма потенциалов узлов преобразователя представлена для момента времени, когда вентиль 17 катодной группы меняет работавший до этого момента времени вентиль 16 катодной группы, так как его потенциал на аноде стал больше. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, определявшееся проекцией отрезка 11-16 (см. фиг.2) на ось ординат, меняется на равное ему напряжение, определяемое проекцией отрезка 11-17 и будет определяться этой проекцией до того момента, когда вентиль 11 анодной группы будет заменен другим вентилем 12 анодной группы - в тот момент времени, когда его потенциал на катоде станет меньше потенциала на аноде вентиля 11 анодной группы.where f 1 is the frequency of the supply voltage converter. A vector diagram of the potentials of the converter nodes is presented for the point in time when the
В двенадцатифазном преобразователе каждый период питающего напряжения разделяется на двенадцать интервалов времени. В каждом последующем интервале времени закон изменения напряжения на выходе повторяет закон изменения напряжения предыдущего интервала. Введем следующие обозначения: Ni - порядковый номер интервала; Ti - момент времени начала i-го интервала; Ва - работающий вентиль анодной группы; Вк - работающий вентиль катодной группы. Циклограмма работы вентилей катодной и анодной групп приведена в таблице 1.In a twelve-phase converter, each period of the supply voltage is divided into twelve time intervals. In each subsequent time interval, the law of voltage change at the output repeats the law of voltage change of the previous interval. We introduce the following notation: Ni — sequence number of the interval; Ti is the time moment of the beginning of the i-th interval; Ва - working valve of the anode group; VK is a working valve of the cathode group. The cycle diagram of the valves of the cathode and anode groups is shown in table 1.
Выразим величину среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя через амплитуду фазного напряжения на выходе шестифазного преобразователя числа фаз U6m, равную амплитуде напряжения на катушке вторичной обмотки фазы. В пределахWe express the value of the average rectified voltage at the output of the converter through the amplitude of the phase voltage at the output of the six-phase converter of the number of phases U6m, equal to the amplitude of the voltage on the coil of the secondary phase winding. Within
одного интервала времени двенадцатифазного выпрямителя его напряжение на выходе изменяется по гармоническому закону. Обозначим амплитуду выходного напряжения Uom. Ее можно представить отрезком 11-17 на векторной диаграмме как гипотенузу прямоугольного треугольника при катетах:one time interval of a twelve-phase rectifier, its output voltage varies in harmonic law. Denote the amplitude of the output voltage by Uom. It can be represented by segment 11-17 on the vector diagram as the hypotenuse of a right triangle with legs:
0,5U6m·Sin60° и U6m(1+Sin260°).0.5U 6 m · Sin60 ° and U 6 m (1 + Sin 2 60 °).
Тогда Uom=1,803U6m.Then Uom = 1.803U6m.
В пределах интервала времени - Т/24<t<Т/24, где Т - период изменения трехфазного напряжения питающей сети, напряжение на выходе преобразователя изменяется по законуWithin the time interval - T / 24 <t <T / 24, where T is the period of change of the three-phase voltage of the supply network, the voltage at the converter output changes according to the law
Uo(t)=UomCosωtUo (t) = UomCosωt
Поэтому величина среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя Uo определяется средним значением определенного интеграла от функции Uo(t) в пределах от -Т/24 до +Т/24 за одну двенадцатую часть периодаTherefore, the average rectified voltage at the output of the converter Uo is determined by the average value of a certain integral of the function Uo (t) in the range from -T / 24 to + T / 24 for one twelfth of the period
Uo=1,78U6mUo = 1.78U6m
В момент времени, когда происходит изменение структуры схемы из-за изменившихся потенциалов на вентилях, напряжение на выходе выпрямителя минимально. Определим его величину на примере перехода от первого ко второму временному интервалу, для которого построена векторная диаграмма. Величина выходного напряжения будет минимальна и будет определяться разностью проекций векторов потенциалов вентилей 11 и 17 на ось ординат, т.е. длиной отрезка D-11At the time when the structure of the circuit changes due to the changed potentials on the valves, the voltage at the rectifier output is minimal. We determine its value by the example of the transition from the first to the second time interval for which a vector diagram is constructed. The value of the output voltage will be minimal and will be determined by the difference between the projections of the potential vectors of the
Uomin=U6m(1+Sin260°)=1,75U6mUomin = U6m (1 + Sin 2 60 °) = 1.75U6m
Выпрямленное напряжение пульсирует с двенадцатикратной частотой в промежутке напряжений 1,75U6m<Uo(t)<1,803U6m при среднем значенииThe rectified voltage pulsates with a twelve-fold frequency in the voltage span of 1.75U6m <Uo (t) <1.803U6m with an average value
Uo=1,78U6mUo = 1.78U6m
с амплитудой 0,0265U6m, что составляет ниже 1,5% от среднего значения.with an amplitude of 0.0265U6m, which is below 1.5% of the average value.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить прямые токи вентилей при работе преобразователя, что в конечном итоге позволяет повысить КПД преобразователя, а также снизить его габариты, вес и стоимость.Thus, the proposed technical solution allows to reduce the direct currents of the valves during operation of the converter, which ultimately allows to increase the efficiency of the converter, as well as reduce its dimensions, weight and cost.
Анализ заявленного технического решения на соответствие требованиям условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the requirements of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art that is sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.The properties regulated in the claimed compound by individual features are well known in the art and require no further explanation.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования при создании регулируемых электроприводов постоянного тока;- the object embodying the claimed technical solution, in its implementation is intended for use in the creation of adjustable DC electric drives;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the means and methods known from the prior art on the priority date on the priority date has been confirmed;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of patentability “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011107640/07A RU2443049C1 (en) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Twelve-phase suchkov's converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011107640/07A RU2443049C1 (en) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Twelve-phase suchkov's converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2443049C1 true RU2443049C1 (en) | 2012-02-20 |
Family
ID=45854707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011107640/07A RU2443049C1 (en) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Twelve-phase suchkov's converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2443049C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1254425A (en) * | 1967-11-17 | 1971-11-24 | Nat Res Dev | Improved static rectifier systems |
| RU2119711C1 (en) * | 1996-03-11 | 1998-09-27 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" | Multiphase converter |
| GB2436647A (en) * | 2006-03-29 | 2007-10-03 | Champion Aerospace Inc | Multi-phase AC-DC aircraft power converter |
-
2011
- 2011-03-01 RU RU2011107640/07A patent/RU2443049C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1254425A (en) * | 1967-11-17 | 1971-11-24 | Nat Res Dev | Improved static rectifier systems |
| RU2119711C1 (en) * | 1996-03-11 | 1998-09-27 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения" | Multiphase converter |
| GB2436647A (en) * | 2006-03-29 | 2007-10-03 | Champion Aerospace Inc | Multi-phase AC-DC aircraft power converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8982595B2 (en) | T-connected autotransformer-based 40-pulse AC-DC converter for power quality improvement | |
| RU2673250C1 (en) | Semiconductor rectifier | |
| RU2474034C2 (en) | Twenty-four-pulse converter | |
| RU144525U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
| US20160126857A1 (en) | Autotransformer with wide range of, integer turns, phase shift, and voltage | |
| RU2566365C1 (en) | Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field | |
| RU151148U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
| RU2443049C1 (en) | Twelve-phase suchkov's converter | |
| RU176682U1 (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 | |
| RU2453974C1 (en) | Suchkov's multiphase converter | |
| RU176888U1 (en) | SEMICONDUCTOR RECTIFIER | |
| RU2604491C1 (en) | Three-phase alternating voltage cascade converter (versions) | |
| RU2469457C1 (en) | Converter of three-phase ac voltage into dc voltage (versions) | |
| RU175986U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
| RU2456738C1 (en) | 24-phase converter designed by suchkov | |
| RU142753U1 (en) | TWENTY-FOUR-PULSE CONSTANT VOLTAGE CONVERTER | |
| RU2373628C1 (en) | Variable-to-constant voltage converter | |
| RU2604829C1 (en) | Three-phase alternating voltage converter into direct voltage (versions) | |
| RU152236U1 (en) | CONTACTLESS DC GENERATION SYSTEM | |
| RU2458449C1 (en) | Eight-phase voltage converter | |
| JP2004215401A (en) | Rectifying device | |
| RU2453975C1 (en) | Suchkov's four-phase converter | |
| RU2456737C1 (en) | Four pulse converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180302 |