преобразователь переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации, содержащий девять вентилей и трехфазный трансформатор с группой вторичных обмоток, соединенных между собой по схеме шестифазной звезды с нулевой точкой, и второй группой вторичных обмоток, соединенных по схеме обратной звезды, отличающийся тем, что снабжен шестью дополнительными вентилями и дополнительной группой вторичных обмоток, соединенных по схеме звезды и образующих со второй группой обмоток вторую шестифазную звезду с нулевой точкой, при этом числа витков обмоток, соединенных по схеме звезды, и числа витков обмоток, соединенных по схеме обратной звезды, в обеих шестифазных звездах, находятся в соотношении , а числа витков обмоток, образующих первую шестифазную звезду, находятся в соотношении с числами витков соответствующих обмоток второй шестифазной звезды, причем каждый фазный вывод обмоток звезды, принадлежащей второй шестифазной звезде, соединен вентилем с фазным выводом обмотки обратной звезды, расположенной на том же стержне трансформатора и принадлежащей первой шестифазной звезде, а каждый фазный вывод обмотки обратной звезды, принадлежащей второй шестифазной звезде, соединен вентилем с фазным выводом обмотки звезды, расположенной на том же стержне трансформатора и принадлежащей первой шестифазной звезде, при этом из девяти вентилей устройства сформированы шестивентильная и трехвентильная звезды, общие точки в каждой из этих звезд образованы одноименными электродами вентилей, свободные электроды вентилей шестивентильной звезды соединены с фазными выводами обмоток второй шестифазной звезды, свободные электроды вентилей трехвентильной звезды соединены с фазными выводами обмоток звезды, принадлежащей первой шестифазной звезде, все вентили преобразователя включены однонаправлено, а общие точки вентильных звезд образуют выходные выводы преобразователя.

Описание изобретения к патенту

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

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации (а.с. SU № 1056398, Н02М 7/12, опубл. 23.11.1983; а.с. SU № 1319198, 4 Н02М 7/12, опубл. 23.06.1987).

Недостатками данных преобразователей являются большие значения типовых мощностей трансформаторов, что связано с однонаправленной работой вторичных обмоток.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации (Репин A.M. Новые базовые технические решения и классификация вентильных преобразователей энергии // Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, 1985. - Вып.6. - С.65-83).

Недостатком данного преобразователя является относительно большое значение типовой мощности трансформатора.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации (пат. RU № 2286644, МПК Н02М 7/08, опубл. 27.10.2006), содержащий трехфазный трансформатор с первичной и двумя группами вторичных обмоток, соединенных между собой по схеме шестифазной звезды с нулевой точкой, и девять вентильных элементов, три из которых подключены к фазам вторичных обмоток одной из двух упомянутых групп по нулевой схеме, при этом преобразователь снабжен дополнительной группой вторичных обмоток, также соединенных по схеме звезда, причем каждая фазная обмотка другой группы вторичных обмоток через соответствующий не задействованный ранее вентильный элемент соединена с разноименными фазами вторичных обмоток дополнительной группы, а между нулевой точкой двух групп вторичных обмоток и нулевой точкой дополнительной группы вторичных обмоток включена нагрузка.

Недостатком данного преобразователя являются большие массогабаритные показатели.

Задача изобретения - создание преобразователя переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие массогабаритные показатели.

Указанная задача достигается тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации, содержащий девять вентилей и трехфазный трансформатор с группой вторичных обмоток, соединенных между собой по схеме шестифазной звезды с нулевой точкой, и второй группой вторичных обмоток, соединенных но схеме обратной звезды, снабжен шестью дополнительными вентилями и дополнительной группой вторичных обмоток, соединенных по схеме звезды и образующих со второй группой обмоток вторую шестифазную звезду с нулевой точкой, при этом числа витков обмоток, соединенных по схеме звезды, и числа витков обмоток, соединенных по схеме обратной звезды, в обеих шестифазных звездах находятся в соотношении , а числа витков обмоток, образующих первую шестифазную звезду находятся в соотношении с числами витков соответствующих обмоток второй шестифазной звезды, причем каждый фазный вывод обмоток звезды, принадлежащей второй шестифазной звезде, соединен вентилем с фазным выводом обмотки обратной звезды, расположенной на том же стержне трансформатора и принадлежащей первой шестифазной звезде, а каждый фазный вывод обмотки обратной звезды, принадлежащей второй шестифазной звезде, соединен вентилем с фазным выводом обмотки звезды, расположенной на том же стержне трансформатора и принадлежащей первой шестифазной звезде, при этом из девяти вентилей устройства сформированы шестивентильная и трехвентильная звезды, общие точки в каждой из этих звезд образованы одноименными электродами вентилей, свободные электроды вентилей шестивентильной звезды соединены с фазными выводами обмоток второй шестифазной звезды, свободные электроды вентилей трехвентильной звезды соединены с фазными выводами обмоток звезды, принадлежащей первой шестифазной звезде, все вентили преобразователя включены однонаправлено, а общие точки вентильных звезд образуют выходные выводы преобразователя.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на Фиг.2 - векторные диаграммы напряжений, представленные в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток, и развернутые векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования векторов результирующих напряжений; на Фиг.3 - схема работы обмоток и вентилей преобразователя.

Преобразователь содержит трехфазный трансформатор 1 с группой вторичных обмоток 2, соединенных по схеме, образующей первую шестифазную звезду, и группой вторичных обмоток 3, соединенных но схеме, образующей вторую шестифазную звезду, и пятнадцать вентилей 4...18. Фазные выводы а, в, с группы обмоток 3, принадлежащие звезде второй шестифазной звезды, соединены тремя однонаправленно включенными вентилями 5, 11, 16, соответственно, с фазными выводами x', y', z' группы обмоток 2, принадлежащими обратной звезде первой шестифазной звезды, а фазные выводы x, y, z обратной звезды, принадлежащей второй шестифазной звезде, соединены тремя однонаправлено включенными вентилями 13, 18, 8, соответственно, с фазными выводами а', в', с' звезды, принадлежащей первой шестифазной звезде. Из вентилей устройства 12, 15, 17, 4, 7, 10 сформирована шестивентильная анодная звезда, а из вентилей 14, 6, 9 - трехвентильная катодная звезда, свободные электроды вентилей 12, 17, 7, 4, 10, 15 соединены, соответственно, с фазными выводами а, в, с, x, y, z второй шестифазной звезды, свободные электроды вентилей 6, 9, 14 трехвентильной звезды соединены, соответственно, с фазными выводами а', в', с' прямой звезды, принадлежащей первой шестифазной звезде. Все вентили устройства включены однонаправленно, а общие точки 19 и 20, соответственно, шести- и трехвентильных звезд образуют выходные выводы преобразователя, к которым подключена нагрузка 21.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными диаграммами напряжений, представленными в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток, составляющих две несимметричные шестифазные системы напряжений групп вторичных обмоток, и развернутыми на фазовой плоскости векторными диаграммами, показывающими принцип формирования результирующих напряжений, представленных векторами S1-S9 (Фиг.2). В каждой группе вторичных обмоток, гальванически связанных между собой, отношение чисел витков фазных обмоток, составляющих прямые звезды, к числам витков фазных обмоток, составляющих обратные звезды, равно . Соотношение между числами витков соответствующих обмоток группы 2 и группы 3 равно . При таких соотношениях обеспечивается равенство результирующих напряжений и требуемый фазовый сдвиг между ними 40 эл. град.

Формирование 9-пульсного выпрямленного напряжения на нагрузке происходит в соответствии с векторными диаграммами, которые на Фиг.2 совмещены с текущими композициями фазовых портретов напряжений вторичных обмоток. Так, первый вектор результирующего напряжения S1 является суммой векторов фазных напряжений вторичных обмоток с фазными выводами х, а, х' а', расположенных на одном стержне трансформатора. Вектор S2 является вектором линейного напряжения, получаемого из напряжений обмоток с фазными выводами с, z, с', а', размещенных на двух стержнях трансформатора. Трансформатор формирует двенадцать одинаковых результирующих напряжений, образующих несимметричную 12-фазную систему, но используется только 9 результирующих напряжений, образующих симметричную 9-фазную систему напряжений на нагрузке. На диаграммах Фиг.2 видно, что не используются векторы, расположенные между парами векторов S2-S3, S3-S6, S8-S9.

Это осуществлено использованием обмоток фаз с фазными выводами x', y', z' в однонаправленном режиме работы (исключением вентильных связей данных фаз с катодным выводом преобразователя). Остальные вторичные обмотки трансформатора работают в двунаправленном режиме.

Схема работы обмоток и вентилей (Фиг.3), полученная из анализа диаграмм на Фиг.2, позволяет определить, что все обмотки второй шестифазной звезды (группа обмоток 3 на Фиг.1) работают по 120 эл. град., обмотки звезды (фазные выводы а', в', с') работают 200 эл. град., обмотки обратной звезды (фазные выводы x', y', z') - 40 эл. град. Вентили катодной вентильной группы 6, 9, 14 имеют угол проводимости 120 эл. град.; вентили 7, 8, 12, 13, 17, 18 имеют угол проводимости 80 эл. град.; вентили 4, 5, 10, 11, 15, 16 включены 40 эл. град. за период сетевого напряжения. Порядок вступления вентилей 4...18 в работу отражен в их нумерации на схеме Фиг.1.

Исходя из геометрического построения диаграмм формирования векторов результирующих напряжений (Фиг.2) определено максимальное значение выпрямленного напряжения при идеальной коммутации и, соответственно, среднее его значение. Приняв за относительную единицу (о.е.) амплитуду напряжения на вторичной фазной обмотке, имеющей наибольшее число витков, получено среднее значение выпрямленного напряжения U_do=2,481 о.е.

По результатам анализа работы обмоток определена мощность вторичных обмоток, составившая 1,257 Р_d . Коэффициент установленной мощности трансформатора предлагаемого преобразователя равен 1,139, а у прототипа он больше - 1,5. Несмотря на увеличения числа вентилей значительное различие типовых мощностей трансформаторов позволяет утверждать о снижении массогабаритных показателей предлагаемого преобразователя.

Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного напряжения в постоянное с 9-кратной частотой пульсации имеет меньшие массогабаритные показатели.