SU748732A1 - Трехфазный преобразователь переменного напр жени в посто нное повышенной величины - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к эпектротахнике и преимущественно может бьггь использовано в автономных система.х электроснабжени , в которых в качестве основ- ных источников электрической энергии, используютс  трехфазные источники переме ного напр жени , линейное номинальное напр жение которых по величине меньше требуемого номинального выпр мленного напр жени  на нагрузке. Известен преобразователь переменного напр жени  в посто нное повышенной величины , содержащий трехфазный источник переменного тока и выпр митель из пос ледовательно соединенных трахфазных каскадов вентильно-конденсаторного.типа, подключенный к нагрузке ll . Один каскад (центральный) содержит только вентили и подключен к фазам трахфазного источника. Вентили всах каскадов . соединены так, что они образуют три параллельные по itocTonHHotv току вентиль ные ветви, концы которых подключены к . выходным клеммам выпр мител , Конденсаторы всах каскадов образуют три колонны конденсаторов. Вентили каждой из трех вентильных, ветвей подключены от каскада к каскадупо6чёр ВД ° ®Но1вВ §пьноК каждой из трах колонн конденсаторов по закону циклической перестановки фаз пр мой и обратной последовательности, Такой преобразователь обеспечивает сравнительно малую величину пульсаций выпр мле ного напр жени . Его недостаток - очень больщое коли- , i ebtBO вентилей и конденсаторов, причем кажда  фаза выпр мител  содержит шесть последовательно соединенных вентилей, что в значительной степени увеличивает пот&ри электрической энергии, рассеиваемой на их омическом сопротивлении. Это приводит к низкому КПД преобразовател . Наличие большого количества вентилей выпр мител  требует громоздкой системы охлаждени  (18 радиаторов), что приводит к значительному увеличению массы и габаритов выпр мител , а следовательно И к невысоким удельным 3HfepreTH4ecKHM показател м преобразовател  в цепом. Известно другое устройство дл  пpeoб разовани  переменного напр жени  в пост  нное с удвоением напр жени  J - Такое устройство имеет крутопадающую вольтамперную характеристику, такж большое Количество элементов {вентилей и конденсаторов), что обеспечивает низкий КПД, болып ю массу и габариты и, как следствие, сравнительно низкие удель ные энергетические показатели устройства в целом. Кроме того, устройство позвол ет осуществл ть питание нагрузки вьтр мленным током в сравнительно небольшом диапазоне изменени  величины выпр мйтельного напр жени , максималь HofcpefiHee значение кбторот не превышает 0,98 от амплитудного значени  Пикейного напр жени  источника. Известен также преобразователь переменного напр жени  в посто нное с удвоенным напр жением, содержащий трехфазный источник переменного тока и вен тидьно-конденсаторный выпр митель, Ес лй Бе11ТйЛИ выпр мител  выпапнены управ л емыми, то преобразователь снабжен блоком управлени  тиристорами SJ , Недостатком указанного преобразовате л   вл етс  то, что если номинальное вы примиенное напр жение на нагрузке превы шает удвоенное номинагьное линейное нап р жение трахфазного источника переменно го тока, то дл  обеспечени  нормальной работы потребителей электрической энергии (нагрузки) необходимо в преобразователь вводить дополнительный повышающий трехфазный трансформатор или приме н ть другой трехфазный источник перемен ного тока с большим значением линейного номинального напр жени , а следовательно , большей массой и габаритами (большей типовой мошностью), что приводит к уменьшению удельных энергетичеСКИ .Х показателей всего преобразовател  в целом. Кроме. того, такой преобразователь обладает сравнительно небольшим диапазоном регулировани  напр жени  на нагрузке, максимальное значение которог не превышает удвоенного значени  амплитуды линейного напр жени  трехфазного источника, что обеспечивает сравнительно узкие функциональные вoз дoжнocти этого преобразовател . Известен трехфазный выпр митель-умножИтель напр жени , в котором точки со единени  каждой пары последовательно согласно включенньк вентилей выпр мител  через соответствующее емкостное токо ограничивающее сопротивление, преимущест- венно конденсатор, подключены к фазам трахфазного источника 4 . Однако такое устройство имеет завышенное количество полупроводниковых элементов (дев ть вентилей), каждый из которых имеет систему охлаждени , напри- мер радиатор, что увеличивает массу и габариты устройства, потери электрической энергии на омическом сопротивлении вентилей , что всвою очередь снижает КПД устройства. Кроме того, устройство имеет , завышенное количествоконденсаторов (п ть), что такжеотрицательно сказьюаетс  на массо-габаритных показател х у1зтройства. То есть, такое устройство .в целом обладает сравнительно низкими Удельными энергетическими показател ми, И наконец, при достаточно большом количестве вентилей и конденсаторов оно имеет довольно узкий диапазон регулировани  напр жени  на нагрузке, максимальное значение которого равно всего лишь утроенному- амплитудному значению фазн1 го напр жени  трехфазного источника, что ограничивает функциональные возможности этого устройства. Ограничение в использовании этого устройства в различных системах электропитани  обусловлено еще и тем, что примен тьс  этот выпр мительумножитель может лишь с трехфазными источниками, обмотки которых об зательно должны быть соединены между собой в звезду с вьшеденной нейтралью, что у трехфазных источников не всегда имеет место, или же нейтраль Находитс  в труднодоступном месте. Все это в совокупности обеспечивает низкие удельные энерготехнические показатели устройства при ог раниченных его функциональных возможност х по диапазону регулировани  напр жени  на нагрузке. Наиболее близким из предлагаемых устройств  вл етс  трехфазный преобразователь переменного напр жени  в цосто нное повьщ1енной величины, содержащий цепочку .из четырех соединенных согласнопоследоватрльно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным выводом, а.катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре конденсатора, причем обща  точка соединени  первого и второго вентилей через первый конденсатор подключена к первом}- входному выводу, обща  точка соединешш второго и третьего вентилей ко второму входному вью оду, а обща  точка соединени  третьего и четвертого ьентилей через второй конденсатор - к третьему входному вьшоду . В этом преобразователе завышены масса и габариты устройства за счет увеличенного количества полупроводниковых эле ментов (семь ) с И.Х системой о.хлаждени  (оемь радиаторов), что приводит дополнительно к увеличению потерь электрической энергии на омическом сопротивлении этих вентилей, что снижает КПД устройства. Все это приводит к сравнительно невысоким удельным энергетическим показател м устройства. Кроме того, это устройство обладает ограниченными функциональными возможност ми по его применению в систе мах электропитани  из-за узкого диапазона регулировани  напр жени  на нагрузке, максимальное значение которого равно все го лишь утроенному амплитудному значению линейного напр жени  трехфазного источниКа переменного тока. Цель изобретени  - улучшение удельны энергетических показателей преобразовател  и расширение его функциональных возможностей путем увеличени  диапазона регулировани  напр жени  на нагрузке. Эта цель достигаетс  тем, что в трах- фазном преобразователе переменного напр жени  в посто нное повышенной величины , содерж.аш,ем цепочку из четырех . сое/щненных согласно-последовательно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным выводом, а катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре, конденсатора причем обша  точка- соединени  первого и второго вентилей через первый ковденса- тор подключена к первому входному вьшоду , обща  точка соединени  второго и третьего вентилей - ко второму входному вьЬ воду, а обща  точка соединени  третьего и четвертого вентилей через второй конденсатор - к третьему входному вьшоду,первый и четвертый из указанных вентилей выполнены управл емыми, а параллельно выходным вьшодам включена цепочка, образованна  последовательно соединенными третьим и четвертым конденсаторами, причем их обща  точка соединена со вторым входным выводом. На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема предложенного трехфазного преобразовател  переменного тока в посто нный. Он содержит трехфазный источник 1 переменного тока с согласующим трахфазньш трансформатором 2 или без него, по лууправл емый в.ентильно-конденсаторный 74 26 вьтр митель 3 с трек-ю входными вьшода ми 4,5,6 и двум  выходными - положительным 7 и отрицательным 8, которые подключены к нагрузке 9 и,блок 10 контрол  напр жени  и управлени  тиристорами . Выпр митель 3 выполнен на двух соединенных последовательно согласно вентил х 11, 12, двух управл емых вентил х (тиристорах) 13, 14 и двух соединенных последовательно конденсаторах 15, 16, точка соединени  которых св зана непосредственно с точкой соедине{ш  ве№тилей 11,12 и подключена ко второму входному 5. Катод первого тиристора 13 совместно с крайней обкладкой ковденсатора 15 образуют положительный 7, а анид второго тиристора 14 совмесрно с крайней обкладкой конденсатора 16 образуют отрицательный 8 выходные вы воды. Катод вент1ш  11 совместно с 13 анодом тиристора 1о подключен через конденсатор 17 к входному вьшоду 4, а анод вентил  12 совместно с катодом тиристора 14 подключен через конденсатор 18 к входному вьшоду 6. Блок 10 осуществл ет контроль напр жени  на нагрузке 9 и управление тиристорами 13, 14 за счет изменени  угла и.х открыти , осуществл емого подачей импульсов управлени  на управл ющие электроды этих тиристоров , таким образом регулиру  среднее значение выпр мленного тока и напр жени . Работает трехфазньц преобразователь переменного напр жени  в посто нное по вьшденной величины при отключенной наг-, рузке 9, т. е. в режиме холостого хода, при котором имеет место .максимальное значение напр жени  на выходе выпр мител , следующим образом. Пусть система напр жений  вл етс  симметричной трахфазной , тогда линейные напр жени  Uчд , и 46 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 электрических градусов и канодое из низ измен етс  по синусоидальному закону. В этом случае в одни полупериоды изменени  линейного напр жени  1145 РИ которых потенциал вывода 5 Выше потегщиала вьшода 4, конденсатор 17 зар жаетс  до амплитуды и 5 линейного напр жени  О цепи: вывод 5, вентиль 11, конденсатор 17, вьшод 4. В следующие полупериоды изменени  линейного напр жени  U с , при котором потенциал вьшода 4 вь.ше потениала вьшода 5, в Предположетши, что тиристор 13 посто нно огкрыг, будет осуествл тьс  зар д конденсатора 15 по епи: вьшод 4, конденсатор 17, тиристор

13, Конденсатор 15, вьюод 5. Анапогич ным образом происходит зар д конденсйтора 16, В одни полупериоды изменени  линейнЬ1Ч5 напр жени  и jitpH которых потёНЕЦиал вьтода 6 выше потенциала вы- s вода 5, осущестШй етс  зарйд т Йк6ограничивающего конденсатора 18 до айплйтудного значени  и5 л, линейного напр жени  и Си по цепи: вывбд 6, конденсатор 18, вэнтш1ь 12, вывод 5, а в следующие по- Ю лупериоды изменени  линейного напр жени  и 5, прикоторых потенциал вьюода 5 стРановитс  выше потенциала вьшода 6, конденсатор 18 разр жавтс ,осущёбтёл   зар д конденсатора 16 по цепи: вьшод 5, 15 конденсатор 16, тиристор 14, конденса тор 18, вывод 6. Максимальное напр жеНне которое может быть приложено к конденсатору 15 складываетс  из амплитудного значени  U линейного напрдже- 20 ки  Уде- и напр жени  на конденсаторе 17 также равного 45 а максимальное напр жение , которое может быть приложено. к конденсатору 16 складываетс  из суммарного значени  амплитуды и 5, линей- 25 напр жени  UCA и напр жени  на

Конденсаторе 18 также равного U 56,. Поскольку амплитуды напр жений все.х

трех фаз равны между собой, то каждый

из конденсаторов зар жаетс  таким об- 30 разбМ, До уд военного амплйтуДно гоШачени  линейного напр /кени , а миним хьное значение выпр мленного напр жени5Э

(напр жение на выкодных выводах 7,8) в , четыре раза больше амплитуды линейнбго 35

напр жени 

При подключении нагрузки 9, номинальноё напр жение, на которой более чем в дв р аза Кревь1шает амплитудное значение о линейного напр Жёни , ре жим зар да конг-. денсаторов 15-18 и Цепи зар да эти.х конденсаторов не измен ютс  а питание нагрузки будет Чюуществл тьс  следующим образом, В пспупериод изменени  напр - 45 жени  и при koTOjpoM потенциал вывода 5 вьпде потенциала вьюода 6, составл ю- Ша  точкаисточника,  вл юща с  тбКом : .нагрузХй; течетпо цепи: вьюод 5, разр жающийс  конденсатор 15, нагрузка 9, тиристор 14, разр жающийс  конденсатор 18, вьюод 6. В псйупериод изменени  напр жени  Р котором потенциал вывода 4 выше потенциала вьшода 5, составп ющ .а  тока источника,  вл юща с . токбм нагрузки, протекает по цепи: вывод 4, разр жающийс  конденсатор 17, тиристор 13, нагрука 9, разр жающийс  конденсатор 16, вьшод 5,

йажг- г-,-. ---

.

Таким образом, данный трехфазный преобразоватепь переменного напр жени  в посто нное повьщ1енной величины позвол ет уменьшить массу и габариты (установленную мощность) тре,хфазного источника переменного тока при одинаковом номинальном напр жении на нагрузке в предложенном преобразователе и в преобразователе - прототипе и, таким образом, y iyчшить удельные энергетические показатели . Кроме того, предпоженньй трехфазный преобразователь обеспечивает увеличение в два раза по сравнению с прототипом диапазона регулировани  напр жени  на нагрузке и, как следствие, расширение функциональных возможностей этого пр образоватеп .

Claims (1)

1. Формула изобре.тени 

   Трехфазный преобразователь переменного напр жени  в посто нное повышенной величины, содержащий цепочку из четырех соединенных согласно-последовательно вентилей, анод первого из которых соединен с отрицательным выходным вьшодом, а катод четвертого - с положительным выходным выводом и четыре конденсатора причем обща  точка соединени  первого и второго вентилей через первый конденсатор подключена к первому входному выводу , обща  точка соединени  второго и третьего вентилей - ко второму входному ВЫВОДУ , а обща  точка соединени  третьего и четвертого вентилей через второй кр денсатор - к третьему входному выводу, от.личающийс  теМ| что, с улучшени  удельных энергетических показателей и расширени  функциональных .возможностей, первьй и четвертый из указанных вентилей выполнены управл емыми а Параллельно вьвседньйу вьюодам включена цепочка, образованна  последовательно .соединенными третьим и четвертым конденсаторами , причем И.Х обща  точка соединена со вторым BxouHbiM выводом,

   .Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1с Авторское свидетепьство СССР №474086, кл, Н 02 М 7/18, 1976,

   2,Авторское свидетельство СССР № 506103, кп, Н 02 М 7/19, 1976.

   3,Авторское свидетельство СССР № 201518, кл, Н 02 М 7/10, 1968,

   4,Патент США N 3764886,

   кл, 321-15, 1973,

   5i Авторское свидетельство СССР № 575748, кл, Н 02 М 7/10, 1977, :

   Р/-го.™Ц|

   kf

   I v