Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<»i 748735

Союз Советски к

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.02.78 (21) 2580932/24 — 07 с присоединением заявки Ж (51) М. Кл.

Н 02 М 7/12

)Ъоударотвенный квинтет

СССР (28) Приоритет

No делам нэобретеннй н отнрытнй (53) УДК621.314..632 (088.8) Опубликовано 15.07.80. Бюллетень,% 26

Дата опубликования описания 15.07.80 (72) Авторы изобретения A. А. Мазунов, А. В. Кобзев и В. П. Обрусник (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электропитания мощных низко- и инфранизкочастотных импульсных устройств в электроустановок с технологически — и эксплуатационно-неизбежными токовыми перегрузками (зарядных, raJtbванических, электрохимических, электротермических и т.д.).

Известны выпрямительные устройства, унравляемые дросселями насыщения, включенными последовательно с первичными нли вторичными обмотками силового трансформатора и последовательно с вентилями выпрямительного моста (1).

Из выпрямительных устройств этого типа лучшими технико-экономическими показателями

15 обладают устройства, регулируемые дросселями насыщения с совмещенными обмотками (ДНС).

Одними из основных недостатков устройств на базе ДНС являются низкий КПД (не бо20 лее 15 — 30%) и относительно большие мощность, габариты и масса регулируемого в широких пределах источника подмагничивания. дросселей, поскольку ток подмагйичивания приблизительно равен выпрямленному току нагрузки и в мощных устройствах достигает нескольких сотен, тысяч ампер, а напряжение источника в силу малого сопротивления обмоток дросселей не превышает долей, единиц вольт.

Известны также выпрямительные устройства, у которых дроссели насыщения с совмещенными обмотками управляются пофазно импульсным способом (2) и (3).

В выпрямительных устройствах, работающих в режиме частых технологических перегрузо)с (вплоть до коротких замыканий в нагрузке), зашита от статических токов перегрузки и короткого замыкания в нагрузке осуществляется дросселями насыщения, которые при неизменном токе управления обеспечивают выпрямительному устройству свойства источника тока. Ограничение динамических бросков тока через силовые элементы схемы осуществляется линейными дросселями, включенными последовательно с блокирующими вентилями источников подмагничивания. Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения произ3 водится линейным дросселем, включенным в цепь нагрузки.

Ток короткого замыкания выпрямительного устройства может в десятки раз превышать номинальный рабочий ток, и для его ограничения требуется увеличение габаритной мощности ДНС, что, естественно, связано с увеличением их массы и габаритов. Это явление объясняется тем, что при сопротивлении нагрузки близком к нулю двух-трехвентильный режим работы выпрямительного устройства переходит в режим поочередного двух-трехфазного короткого замыкания, поскольку ненасыщенные ДНС фаз в контуре коммутации оказываются зашунтированнымй насыщенными

ДНС через цель управления. Ток нагрузки при этом увеличивается, несмотря на то, что ток управления остается неизменным. Далее при сопротивлении нагрузки равном нулю наступает режим трехфазного короткого замыкания, ток которого ограничивается только ,активными и реактивными сопротивлениями обмоток ДНС и трансформатора.

Наличие трех линейных дросселей в цепях управления ДНС и линейного дросселя в цепи нагрузки также значительно увеличивают массу и габариты вы трямительного устройства, При этом габаритная мощность лине1гного дросс ля г в цепи нагрузки и технологичность его изготовления в сильной мере зависят от мощности выпрямителя, величины выпрямленного напряжения и тока нагрузки. В высоковольтном выпрямит. льном устройстве (в несколько единиц, десятков кВ) габаритная мощность дросселя фильтра по сравнению с низковольтным выпрямителем увеличивается на 20 — 40% из-за увеличения межслоевой изоляции обмот- ки и,изоляционных промежутков ее от магнитопровода. В выпрямителях на большие токи (в несколько десятков, сотен ампер) габариты дросселя фильтра также увеличиваются на 15 — 397o за счет худшей укладки провода большого сечения в окне магнитопровода.

Наиболее близким техническим решением из известных, является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, линейный дроссель, выпрямительный мост, подключенный к трехфазной вторичной обмотке трансформатора, в каждой фазе которой в разрыв нейтрали звезды включены два импульсно-управляемых дросселя насыщения с совмещенными обмотками, выполненными в виде двух равных по числу" витков секций, соединенных в каждой паре дросселей в параллельную цепь иэ двух ветвей, образованных перекрестным согласно-последовательным соединением двух секций, принадлежащих разным дросселям этой пары, причем, к точкам перекрестного

48735 4

10 15

55 соединения секций обмоток цросселей насыщения каждой фазы подключены импульсный источник управляющего сигнала (3).

Однако, такое устройство имеет значительные динамические броски тока через силовые элементы схемы устройства и низкие масса-габаритные показатели.

Цель изобретения — демпфирование тока нагрузки и токов управления дросселей насыщения при импульсном изменении параметров нагрузки и улучшения масс-габаритных показателей.

Указанная цель достигается тем, что секции обмоток дросселей насьпцения четных по очередности работы за период питающего напряжения соединены в одну нулевую точку, а секции нечетных дросселей — в другую нуле.,вую точку и между этими точками включен линейный дроссель.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предложенного выпрямительного устройства, на фиг. 2 — внешняя характеристика преобразователя Од - f (le).

Выпрямительное устройство состоит из импульсно-управляемых дросселей 1 — 6 насыщения с совмещенными обмотками, образующими две трехлучевые звезды, между нулевыми точками которых включен линейный дроссель 7, трехфазного трансформатора 8, выпрямительного моста 9, нагрузки 10, блокирующих вентилей 11 — 13, и импульсных источников

14 — 16 подмагничивания.

Дроссели 1 — 6 насыщения могут быть также включены в разрыв нейтрали первичных обмоток трансформатора 8.

Характеристика по фиг. 2 соответствует режиму вынужденному намагничиванию ДНС.

На фиг. 2 обозначены:Ug 11с1 — выпрямленное напряжение в режиме холостого хода и под нагРУзкой; Тс1, I„ток нагРУзки и ток короткого замыкания.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом.

При включении напряжения сети и подаче управляющих импульсов напряжения с источников подмагничивания 14 — 16 в обмотках ДНС

1 — 6 устанавливается среднее значение тока подмагничивания, равное одной третьей суммарного тока управления . (фиг. 1), протекаюv щего в цепи линейного дросселя 7. При токе нагрузки 1d меньшем тока цепи управления I „, ДНС регулирующего действия не оказывают. Этому режиму работы выпрямительного устройства соответствует участок внешней характеристики, обозначенный на фиг. 2 точками а-б. При токе нагрузки 1д приблизительно равном току цепи управления Т у начинается процесс регулирования напряжения, что сопровождается резким изменением градиента

5 внешней характеристики в точке б по фиг. 2.

11ри дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки вплоть до рсжима короткого замыкания ток нагрузки 1 1 остается неизменным и равным приблизительно току цепи управления 1„. При этом, градиент крутопадающего участка внешней характеристики б-к по фиг. 2 тем выше, чем выше градиент вольт амперной характеристики ДНС в ненасыщенной области. В данном . преобразователе увеличение тока нагрузки при коротком замыкании не происходит, так как он ограничивается линейным дросселем 7 в цепи управления, т постоянная времени которого г = — ) „-„ где L Р, — индуктивность и сойротивление

/ дросселя 7, Т вЂ” период питающего напряжения, гд -- число фаз выпрямления.

Аналогично протекают процессы и в схеме выпрямительного устройства, в котором ДНС

1 — 6, включены в разрыв нейтрали первичных обмоток трансформатора 8. Однако здесь изменяется количественное соотношение между током нагрузки Т„1 и током цепи управления l . Процесс регулирования напряжения происходит при 1д = К,, 1 у где К. — —. ко. / /4

С И2 эффнциент трансформации, И,1 и йэ — числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 8, — т.е. ток цепи управления меньше тока нагрузки в число раз, равное приблизительно коэффициенту трансформации.

Очередность работы ДНС 1 — 6 за период напряжения первичного источника электроэнергии в управляемом режиме соответствует очередности работы вентилей выпрямительиого моста 9. При этом форма кривой тока цепи управления I> и форма кривой тока нагрузки Ъо1 всегДа иДентичны и опРецелЯютсЯ величиной индуктивности линейного дросселя 7.

При достаточно большой индуктивности этого дросселя создается режим вынужденного намагничивания ДНС 1 — 6 и шестая гармоника отсутствует как в токе нагрузки, так и в токе управления, т.е. осуществляется фильтрация высших гармонических этих токов.

Кроме того, включение линейного дросселя 7 в общую цепь управления ДНС 1 — 6 является наиболее эффективным средством демпфирования тока нагрузки в переходных режимах, 748735 - 6 вызванных скачкообразным изменением параметров нагрузки. Это объясняется тем, что напряжение, выделяемое на этом дросссле прикладывается к последовательно соединенным

ДНС фазы, принимающей нагрузку, и ускоряет процесс перемагничивания дросселя, вступающего в работу.

Формула изобретения

10 Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, линейный дроссель, выпрямительный мост, подключенный к трехфазной вторичной обмотке трансформатора, в каждой фазе кото1ч рой в разрыв нейтрали звезды включены два импульсно-управляемых дросселя насыщения с совмещенными обмотками, выполненными в виде двух paBHbIx по числу витков сскций, соединенных в каждой парс дросселей в параллельную цепь из двух ветвей, образованных перекрестным согласно-послсдоватсльным соединением двух секций, принадлежащих разным.дросселям этой пары, причем, к точ- кам перекрестного соединения секций обмоток д дросселей насыщения каждой фазы подключен импульсный источник управляющего сигнала, отличающийся тем, что, с целью демпфирования тока нагрузки и токов управления дросселей насыщения при импульсном изменении параметров нагрузки и улучшения масс-габаритных показателей, секции обмоток дросселей насыщения четных по очередности работы за период питающего напряжения соединены в одну нулевую точку, а секции не35 четных дросселей — в другую нулевую точку и между этими точками включен линейный дроссель.

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

1. Толстов Ю. Г. и др. Силовые полупроводниковые выпрямители, управляемые -дросселями насыщения. "Наука", 1968, с. 138 — 144.

2. Авторское свидетельство СССР N 245842, кл. Н 03 F9/00,,1969.

3. Обрусник В. П. и др. Статический преобразователь напряжения мощностью 150 кВт.

Информационный листок N 30 — 72, Томский

ЦНТИ, 1972.