преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты (варианты)

Формула изобретения

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты, содержащий трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого размещены на однофазном магнитопроводе, причем первичная обмотка подключена через управляемые вентильные элементы к трехфазной четырехпроводной сети, а к вторичной обмотке для получения постоянного напряжения включен диодный мост, отличающийся тем, что управляемые вентильные элементы соединены по мостовой схеме, к выходу которой включены параллельно две цепочки, каждая из которых состоит из первичной обмотки, соединенной последовательно с управляемым вентильным элементом.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что мостовая схема выполнена восьмиплечей, вход которой подключен к фазам сети и нулевому проводу, а отношение числа витков первичных обмоток равно .

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что мостовая схема выполнена шестиплечей, вход которой подключен только к фазам сети, а числа витков первичных обмоток равны между собою.

4. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты, содержащий трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого размещены на однофазном магнитопроводе, причем первичная обмотка подключена к трехфазной сети через вентильные элементы, соединенные по шестиплечей мостовой схеме, к выходу которой включены параллельно две цепочки, каждая из которых состоит из первичной обмотки, соединенной последовательно с управляемым вентильным элементом, отличающийся тем, что вентильные элементы шестиплечий мостовой схемы выполнены неуправляемыми.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей как переменного, так и постоянного тока.

Известно устройство преобразования трехфазного переменного напряжения и частоты, содержащее трансформатор с первичной обмоткой, выполненный в виде трех фаз, расположенных на одном стержне, каждая из которых включена последовательно с парой встречно-параллельно соединенных вентильных элементов, и эта цепочка включена либо на линейное напряжение (см. GB 2047485 A, 20.04.79), либо между одной из фаз питающей сети и нулевым проводом.

Недостатком такого устройства является невозможность увеличения частоты напряжения вторичной обмотки более чем в 3 раза.

Технический эффект заключается в возможности получения как 3-кратной, так и 6-кратной частоты напряжения на вторичной обмотке при двух первичных обмотках.

Сущность заключается в том, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения в постоянное с промежуточным умножением частоты, содержащем трансформатор, обмотки которого размещены на однофазном магнитопроводе и подключены через управляемые вентильные элементы к трехфазной четырехпроводной сети, вентильные элементы соединены по мостовой схеме, к выходу которой включены параллельно две цепочки, каждая из которых состоит их первичной обмотки, соединенной последовательно с управляемым вентильным элементом. При этом для получения 6-кратного значения частоты напряжения на обмотках мостовая схема выполнена восьмиплечей, переменный вход которой подключен к фазам сети и нулевому проводу, а отношение числа витков первичных обмоток равно . Для получения 3-кратного значения частоты напряжения на обмотках мостовая схема выполнена шестиплечей, вход которой подключен только к фазам сети, а число витков первичных обмоток равны между собой. Вентильные элементы шестиплечей мостовой схемы могут быть выполнены и неуправляемыми.

На фиг. 1a показана схема устройства в варианте получения 6-кратного значения частоты напряжения на обмотках; на фиг. 1б - однофазный мост, подключаемый к выходу вторичной обмотки трансформатора; на фиг. 2 - векторная диаграмма линейных и фазных напряжений, иллюстрирующая принцип работы схемы фиг. 1а; на фиг. 3 приведена схема устройства в варианте получения 3-кратного значения частоты напряжения обмоток, причем вентильные элементы схемы могут быть как управляемыми, так и не управляемыми; на фиг. 4 - векторная диаграмма линейных напряжений, поясняющая принцип работы схемы фиг. 3.

Устройство (фиг. 1а) содержит трансформатор 1, на неразветвленном магнитопроводе 2 которого нанесены две первичные обмотки 3 и 4. Обмотка 3 соединена последовательно с управляемым вентильным элементом 5, а обмотка 4 - с управляемым вентильным элементом 6. Каждая из этих цепочек подключена к выходу восьмиплечевого моста, в катодную группу которого включены управляемые вентильные элементы 7-10, а в анодную - 11-14. К входу мостовой схемы подключена трехфазная четырехпроводная сеть (A, B, C, О) . Следует отметить, что число витков обмотки 3 в раз больше числа витков обмотки 4, и обмотки 3 и 4 соединены между собой разноименными зажимами. К вторичной обмотке 15 трансформатора для получения постоянного напряжения подключается диодный мост 16 (фиг. 1б), на выходе которого переменная составляющая имеет 12-кратную частоту пульсаций.

В качестве управляемых вентильных элементов могут быть применены, например, запираемые тиристоры (фиг. 1а) либо мощные транзисторы.

Работа схемы фиг. 1а происходит в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 2), на которой показаны векторы линейных напряжений - U_AB, U_AC, U_BC, U_BA, U_CA, U_CB, следующие друг за другом через 60 эл.град., и векторы фазных напряжений - U_A, U_Z, U_B, U_X, U_C, U_Y - также следующие друг за другом через 60 эл.град. Между системами линейных и фазных напряжений существует известный сдвиг в 30 эл.град., а величина линейного напряжения в раз больше фазного. В связи с этим число витков обмоток 3 и 4 также отличаются в раз.

Формирование переменного напряжения на вторичной обмотке 15 (фиг. 1а, б) согласно векторной диаграмме (фиг. 2) происходит следующим образом.

Под действием линейного напряжения U_AB, после подачи управляющих сигналов на вентильные элементы, ток будет протекать от фазы А через вентильный элемент 7, обмотку 3, вентильные элементы 5 и 12 в фазу В, перемагничивая магнитопровод 2 в направлении, противоположном предыдущему. Через 30 эл. град. вентильные элементы 5 и 12 выключаются, и с некоторой минимальной задержкой включаются элементы 6 и 14, после чего под действием напряжения U_A ток будет протекать от фазы А через продолжающий работу вентильный элемент 7, обмотку 4, вентильные элементы 6 и 14, нулевой провод. При этом магнитопровод 2 перемагничивается в противоположном направлении до максимального значения магнитной индукции. Еще через 30 эл.град вентильные элементы 6 и 14 выключаются, а 5 и 13 включаются. Тогда под действием линейного напряжения U_AC ток будет протекать от фазы А сети, через продолжающий работать вентильный элемент 7, обмотку 3, вентильные элементы 5 и 13 к фазе С сети. Дальнейшая работа вентильных элементов осуществляется в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 2) от действия соответствующих напряжений в следующем порядке:

U_Z - 10-6-13; U_BC - 8-5-13; U_B - 8-6-14;

U_BA - 8-5-11; U_X - 10-6-11; U_CA - 9-5-11;

U_c - 9-6-14; U_CB - 9-5-12; U_Y - 10-6-12.

Поскольку за период напряжения питающей сети направление перемагничивания магнитопровода 2 меняется 12 раз, на вторичной обмотке 15 трансформатора 1 формируется переменное напряжение 6-кратной частоты. Если к обмотке 15 подключить однофазную мостовую схему 16, то на ее выходе будет выпрямленное напряжение с 12-кратной частотой пульсаций. Таким образом, устройство (фиг. 1а) позволяет сравнительно простым путем получить 6-кратное увеличение частоты переменного напряжения и 12-кратную частоту пульсаций - постоянного напряжения.

При необходимости получения 3-кратного значения частоты напряжения на обмотках схема (фиг. 1а) упрощается и будет иметь вид, изображенный на фиг. 3. В ней управляемые вентильные элементы 7-12 соединены по шестиплечей мостовой схеме, к выходу которой также подключены две цепочки - одна из них состоит из обмотки 3 и управляемого вентильного элемента 5, а вторая - из обмотки 4 и управляемого вентильного элемента 6. Число витков обмоток 3 и 4 равно между собой. К вторичной обмотке 15 может быть подключена мостовая схема выпрямления (фиг. 1б).

Работа схемы (фиг. 3) аналогична работе схемы, изображенной на фиг. 1а, и происходит в соответствии с векторной диаграммой фиг. 4. Под действием линейного напряжения U_AB сети ток будет протекать от фазы А через вентильный элемент 7, обмотку 3, вентильные элементы 5 и 11 на фазу В. Через 60 эл. град. вентильные элементы 5 и 11 запираются, а включаются вентильные элементы 6 и 12, и под действием линейного напряжения U_AC ток будет протекать через продолжающий работу вентильный элемент 7 и элементы 6 и 12. Дальнейшая работа схемы осуществляется в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4) следующим образом:

U_BC - 8-5-12; U_BA - 8-6-10;

U_CA - 9-5-10; U_CB - 9-6-11.

За период вентильные элементы 7 - 12 работают в течение 120 эл. град каждый, а вентильные элементы 5 и 6 - в течение 180 эл. град.

Если вентили шестиплечей мостовой схемы 7 - 12 выполнены неуправляемыми, то управление в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4) осуществляется только с помощью управляемых вентильных элементов 5 и 6. При этом длительность проводимости всех вентильных элементов и порядок их работы будет такой же, как указано выше.

Следует отметить, что каждая из обмоток подключается соответствующими вентильными элементами на линейное напряжение, причем при вступлении в действие очередного линейного напряжения по диаграмме фиг. 4 происходит перемагничивание магнитопровода, при этом на вторичной обмотке 15 формируется напряжение утроенной частоты, а на выходе мостовой схемы (фиг. 1б) - выпрямленное напряжение с шестикратной частотой пульсаций.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет снизить массогабаритные показатели преобразователей.