Патент на изобретение №2392728

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для бестрансформаторного преобразования трехфазного переменного напряжения в 12-пульсное напряжение, а также трансформаторного преобразования в 12-пульсное или трехфазное переменное напряжение с качественным гармоническим составом. Техническим результатом является упрощение и повышение качества преобразования. По первому варианту преобразователь содержит нулевой и фазные входные выводы, трехфазный управляемый вентильный мост, два дополнительных вентиля. Каждый полюс упомянутого моста соединен с крайним выводом обмотки соответствующего уравнительного реактора, другой крайний вывод которой соединен с электродом соответствующего дополнительного вентиля. Дополнительные вентили и вентили упомянутого моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами. Между общей точкой свободных электродов дополнительных вентилей и нулевым входным выводом образована короткозамкнутая соединительная цепь. Промежуточные выводы обмоток уравнительных реакторов образуют выходные выводы упомянутого моста. Обмотки дополнительного трехфазного трансформатора соединены в звезду и подключены общей точкой одноименных выводов к нулевому входному выводу; их свободные выводы и фазные входные выводы соединены с входными выводами упомянутого моста, а промежуточный вывод обмотки каждого уравнительного реактора делит ее число витков на части в отношении, равном 1:3, меньшая из которых отсчитывается от упомянутых дополнительных вентилей, которые при включении на выходе сглаживающего реактора могут быть выполнены неуправляемыми. По второму варианту преобразователь содержит трансформатор, вершины соединенной в треугольник обмотки которого подключены к трехфазной нагрузке, диодному мосту или трехфазному источнику питания. Другие его фазные обмотки подключены первой группой одноименных выводов к входным выводам управляемого вентильного моста, а второй – к трехфазному источнику питания или нулевому входному выводу. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для бестрансформаторного преобразования трехфазного переменного напряжения в 12-пульсное напряжение, а также трансформаторного преобразования в 12-пульсное или трехфазное переменное напряжение с качественным гармоническим составом.

Все нижеприведенные аналоги являются аналогами для всех вариантов предлагаемого преобразователя.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два m-фазных вентильных блока, анодные напряжения которых сдвинуты по фазе на угол , включенных параллельно через реактор, снабженный двумя отводами, которые через присоединенные к ним два вентиля, включенных однонаправленно с вентилями указанных блоков, образуют один выходной вывод, а общая точка соединения вентильных блоков – другой выходной вывод, при этом отводы реактора выполнены от части витков, отсчитываемых от крайних выводов (см. авт. св. 1101992, кл. Н02М 7/08 от 27.07.79 г.).

Недостатком этого преобразователя является то, что 8-вентильное 12-пульсное выпрямление может быть реализовано только по однополупериодной схеме (см. фиг.3 описания изобретения), не допускающей возможности исключения из нее силового трансформатора, имеющего к тому же характерную для однополупериодных схем повышенную расчетную мощность. Управление преобразователем во всем диапазоне регулирования достигается подачей управляющих импульсов на все 8 вентилей. Поэтому два дополнительных вентиля не могут выполнять шунтирующую функцию, которая при наличии на выходе сглаживающего реактора позволила бы добиться дополнительного сглаживания выпрямленного напряжения (см. Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. Ч 3. 1956 г., стр.19 (выпрямление тока при наличии шунтирующего вентиля). Кроме того, преобразователь не может преобразовывать трехфазное переменное напряжение в трехфазное переменное.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что для получения 12-пульсного выпрямленного напряжения необходим 3-обмоточный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены по схеме шестифазного выпрямителя.

По дополнительному авт.св. 860238, кл. Н02М 7/12 от 02.08.79 г. к основному авт.св. 752681, кл. Н02М 7/06, от 04.02.76 г. известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий основной трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого совместно с последовательно соединенными с ними парами встречно-параллельно включенных управляемых вентилей образуют звезду, связанную с фазными входными выводами, а вторичные обмотки соединены в звезду и подключены к выпрямительному мосту, при этом дополнительно введен комплект вторичных обмоток, выпрямительный мост и управляемые вентили, причем первичные обмотки через дополнительные встречно-параллельно включенные вентили соединены с нулевым входным выводом, а дополнительный комплект вторичных обмоток и дополнительный выпрямительный мост вместе с основными вторичными обмотками и основным выпрямительным мостом соединены по схеме двенадцатипульсного выпрямителя, межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительно введенном трехфазном трансформаторе, первичные обмотки которого соединены в звезду, общая точка которой соединена с нулевым входным выводом, а группа других одноименных выводов подключена к фазным входным выводам.

Недостатком этого преобразователя является сложность, заключающаяся в необходимости основного 3-обмоточного трансформатора и 20-ти вентилей. При этом межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительно введенном трансформаторе, может быть включен только таким образом, при котором его функциональные возможности, обеспечивающие защиту питающей сети от вредного воздействия тока нулевой последовательности, не могут влиять на энергетические показатели основного трехфазного трансформатора. Кроме того, преобразователь не может преобразовывать трехфазное переменное напряжение в трехфазное переменное.

Необходимо также отметить и низкое качество преобразования, заключающееся в том, что с увеличением угла отпирания тиристоров увеличиваются и амплитуды канонических высших гармоник на стороне как постоянного, так и переменного тока. Несимметрия сети и преобразовательного тракта приводит к появлению в форме выпрямленного напряжения неканонической гармоники с частотой напряжения питающей сети. Неравные углы коммутации – причина того, что с увеличением нагрузки смежные по фазе пульсации выпрямленного напряжения становятся неравными по амплитуде и, тем самым, создают возрастающую по амплитуде неканоническую гармонику с частотой 300 Гц.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что конфигурация схемы преобразователя предназначена только для обычного преобразования (с низкими энергетическими показателями) трехфазного переменного напряжения в постоянное, 12-пульсное, с управлением по первичной стороне и возможностью компенсации вредного воздействия на сеть тока нулевой последовательности. Кроме того, для получения 12-пульсного выпрямленного напряжения необходим 3-обмоточный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены по схеме 12-пульсного выпрямителя на 12-ти диодах, а используемое соединение вторичных обмоток 3-обмоточного трансформатора не предусматривает возможности преобразования трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное.

Известен трехфазный однотактный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого, каждая, соединены в звезду, группу вентилей, соединенных в звезду и подключенных к вторичной обмотке, и дополнительную трехфазную обмотку, соединенную в разомкнутый треугольник, один конец которой подключен к общей точке звезды вторичной обмотки, а другой – к одному из выходных выводов, причем выходной вывод образован общей точкой вентильной группы, витки каждой фазы указанной дополнительной обмотки расположены на соответствующем стержне указанного трансформатора встречно виткам вторичной обмотки, причем число витков дополнительной обмотки в каждой фазе относится к числу витков вторичной обмотки этой же фазы как 1:3 (см. А.С. 797023, кл. Н02М 7/12, 1978).

Недостатком этого преобразователя, в котором разомкнутый треугольник используется для компенсации потока вынужденного намагничивания, является низкое качество преобразования, заключающееся в том, что с увеличением угла отпирания тиристоров увеличиваются и амплитуды канонических высших гармоник. Несимметрия сети и преобразовательного тракта приводит к появлению в форме выпрямленного напряжения неканонической гармоники с частотой напряжения питающей сети.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что схема преобразователя, в которой один из выводов разомкнутого треугольника подключен к выходному выводу, образованному общей точкой вентильной группы, предназначена только для компенсации потока вынужденного намагничивания, т.к. компенсационная обмотка проводит ток 3-й гармоники в цепи, проводящей токи и других гармоник, и поэтому не может нести иных функций.

Наиболее близким (прототип) к предлагаемому техническому решению является преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий нулевой входной вывод, трехфазный управляемый вентильный мост, каждый полюс которого соединен с крайним выводом обмотки соответствующего уравнительного реактора, другой крайний вывод которой – с одноименным электродом, вентиля, между общей точкой свободных электродов которых и нулевым входным выводом образована первичная соединительная: цепь, включающая первичную обмотку дополнительного однофазного трансформатора, а между промежуточными выводами обмоток уравнительных реакторов включен сглаживающий реактор, трехфазный трансформатор, первичные фазные обмотки которого подключены соответствующими выводами к входным выводам этого моста, а другими – к фазным входным выводам, вторичная обмотка соединена в звезду с нулевым выводом и подключена фазными выводами к входным выводам вторичного вентильного моста со свободным входным выводом, полюсами которого образованы его выходные выводы, а между упомянутыми свободным входным и нулевым выводами образована вторичная соединительная цепь, включающая вторичную обмотку упомянутого однофазного трансформатора (см. А.С. 1014109, кл. Н02М 7/17, 1981).

Недостатком этого преобразователя, позволяющего использовать схожую по внешним признакам с предлагаемым схему соединения элементов, два уравнительных реактора с промежуточными выводами на первичной стороне, является сложность: 8 тиристоров и 2 трансформатора. Кроме того, конфигурация схемы преобразователя не предусматривает возможности преобразования трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное и не обеспечивает подавления неканонических гармоник.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что промежуточный вывод обмотки каждого уравнительного реактора делит ее на две равные части, а на вторичной стороне трансформатора используется нулевой провод, нет средств подавления неканонических гармоник.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в упрощении (сокращение общего количества вентилей до 8-ми и возможность работы преобразователя непосредственно от питающей сети в первом и в частном случае второго вариантов, сокращение диодов на вторичной стороне до 6-и во втором варианте). Кроме того, задача заключается в реализации возможности преобразования трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение несинусоидальной формы (во втором варианте), а также повышении качества преобразования. Основной задачей, общей для всех вариантов предлагаемого, является упрощение.

Эта задача в первом варианте предлагаемого решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения, содержащем нулевой и фазные входные выводы, трехфазный управляемый вентильный мост, два дополнительных вентиля, каждый полюс упомянутого моста соединен с крайним выводом обмотки соответствующего уравнительного реактора, другой крайний вывод которой соединен с электродом соответствующего дополнительного вентиля, при этом дополнительные вентили и вентили упомянутого моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, между общей точкой свободных электродов дополнительных вентилей и нулевым входным выводом образована соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток уравнительных реакторов образуют выходные выводы упомянутого моста, межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трехфазном трансформаторе, обмотки которого соединены в звезду и подключены общей точкой одноименных выводов к нулевому входному выводу, свободные выводы обмоток упомянутого распределителя и фазные входные выводы соединены с входными выводами упомянутого моста, соединительная цепь выполнена короткозамкнутой, а промежуточный вывод обмотки каждого уравнительного реактора делит ее число витков на части в отношении, равном 1:3, меньшая из которых отсчитывается от упомянутых дополнительных вентилей.

Кроме того, при включении между выходными выводами управляемого вентильного моста последовательно с нагрузкой сглаживающего реактора упомянутые дополнительные вентили могут быть выполнены неуправляемыми.

Во втором варианте предлагаемого эта задача решается тем, что в преобразователе трехфазного переменного напряжения, содержащем нулевой входной вывод, трехфазный управляемый вентильный мост, два дополнительных вентиля, каждый полюс упомянутого моста соединен с крайним выводом обмотки соответствующего уравнительного реактора, другой крайний вывод которой соединен с электродом соответствующего дополнительного вентиля, при этом дополнительные вентили и вентили упомянутого моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, между общей точкой свободных электродов дополнительных вентилей и нулевым входным выводом образована соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток уравнительных реакторов образуют выходные выводы упомянутого моста, кроме того, преобразователь содержит трехфазный трансформатор с первой группой фазных обмоток, одна группа одноименных выводов которых подключена к входным выводам упомянутого моста, а другая выполнена с возможностью подключения к трехфазному источнику питания, со второй группой фазных обмоток, вторая группа фазных обмоток трехфазного трансформатора соединена в треугольник, вершины которого подключены к дополнительной группе выходных выводов, а промежуточный вывод обмотки каждого уравнительного реактора делит ее число витков на части в отношении, равном 1:3, меньшая из которых отсчитывается от упомянутых дополнительных вентилей.

Дополнительная группа выходных выводов может быть подключена к трехфазной нагрузке.

Дополнительная группа выходных выводов может быть подключена к входным выводам трехфазного диодного моста.

Соединительная цепь может быть выполнена короткозамкнутой.

Соединительная цепь может быть выполнена в виде дополнительной обмотки трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, число витков которой меньше числа витков его первичной обмотки.

Преобразователь может содержать межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трехфазном трансформаторе, обмотки которого соединены в звезду и подключены к упомянутому трехфазному источнику питания, а общая точка одноименных выводов этих обмоток подключена к нулевому входному выводу.

Другая группа одноименных выводов и дополнительная группа выходных выводов преобразователя могут быть подключены соответственно к нулевому входному выводу и к упомянутому трехфазному источнику питания, при этом упомянутая соединительная цепь выполнена короткозамкнутой.

Технический результат, достигаемый в первом варианте предлагаемого, заключается в упрощении за счет сокращения общего количества вентилей до 8-ми и возможности работы двухполупериодного 8-вентильного преобразователя непосредственно от питающей сети. Дополнительно к этому обеспечивается возможность использования дополнительных вентилей в качестве неуправляемых шунтирующих в пределах, ограниченных величиной индуктивности сглаживающего реактора, для более интенсивного сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Фактическое изменение схемы подключения межфазного распределителя тока, когда в контуре его токов отсутствует первичная обмотка преобразовательного трансформатора, не препятствует защите питающей сети от вредного воздействия тока нулевой последовательности преобразователя. При этом на трансформатор питающей сети ложится меньшая нагрузка за счет устранения в токах его обмоток высших гармоник с порядковым номером, кратным трем, генерируемых преобразователем.

Технический результат, достигаемый во втором варианте предлагаемого, заключается в упрощении за счет сокращения общего количества вентилей до 8-ми и возможности работы двухполупериодного 8-вентильного преобразователя непосредственно от питающей сети в частном случае соединения, по крайней мере, первичной (третичной) обмотки питающего трансформатора в треугольник или за счет сокращения диодов на вторичной стороне с 8-ми до шести. Последнее позволяет получить равномерное распределение выпрямляемого тока между диодами на вторичной стороне, увеличить их угол проводимости до 180 эл. град. Кроме того, реализована возможность преобразования трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение несинусоидальной формы. Возможность образования – соединительной цепи путем включения в нее обмотки трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, обеспечивает обратную зависимость амплитуд высших гармоник напряжений и токов от угла отпирания тиристоров, а также отсутствие неканонических гармоник с частотой 300 Гц и 50 Гц. Аналогично первому варианту, в случае включения управляемого вентильного моста на вторичной стороне трансформатора, обеспечивается возможность использования дополнительных вентилей в качестве неуправляемых шунтирующих, в пределах, ограниченных величиной индуктивности сглаживающего реактора, для более интенсивного сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

На фиг.1 приведена принципиальная схема первого варианта преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное, 12-пульсное, с межфазным распределителем тока (МРТ); на фиг.2 – векторная диаграмма напряжений преобразователя, где на примере первого квадранта, U_ab и U_0b, U_a0 – соответственно вектора линейного и фазных напряжений вторичной обмотки трехфазного трансформатора питающей сети, U_c02, U_a02, U_0b2 и U_c01, U_a01, U_0b1 – соответственно вектора уравнительных напряжений и их меньших частей, пропорциональных участкам с меньшим числом витков обмоток уравнительных реакторов, Ur – вектор выпрямляемого напряжения; на фиг.3 – временные диаграммы токов, где I₁, I₁₁, I₁₂ – соответственно токи тиристора и в участках обмоток уравнительного реактора 9 с указанной нумерацией, – ток в фазной обмотке трансформатора МРТ, I_w – фазный ток вторичной и приведенной первичной обмотки трехфазного трансформатора питающей сети, при включении МРТ и условии нагрузки трансформатора только на предлагаемый преобразователь, а также ток фазы трехфазной нагрузки, 1/2 периода которого – ток диода диодного моста; на фиг.4 – принципиальная схема второго варианта преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное, 12-пульсное без МРТ; на фиг.5 – принципиальная схема второго варианта преобразователя трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение несинусоидальной формы; на фиг.6 – принципиальная схема второго варианта преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное, 12-пульсное; на фиг.7 – временные диаграммы выпрямленного напряжения Ud, при угле отпирания вентилей 40 эл. град. и различных значениях индуктивности Ld сглаживающего реактора и числа витков W обмотки трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник (верхняя позиция относится к схемам фиг.1 и фиг.4 при Ld=0 и фиг.6 при W=0, средняя позиция – к схемам фиг.1 и фиг.4 при Ld0, нижняя позиция – к схеме по фиг.6 при W0 и независимо от Ld).

Преобразователь (фиг.1) содержит трехфазный управляемый мост на тиристорах 1-8, уравнительный реактор 9 (10) с обмотками 11, 12 (13, 14), общие точки разноименных выводов которых соединены с выходными выводами 15 (16) упомянутого моста, между которыми включены сглаживающий реактор 17 и нагрузка 18. Начало обмотки 11 (13) соединено с катодами (анодами) тиристоров 1, 3, 5 (2, 4, 6), конец обмотки 12 (14) соединен с катодом (анодом) тиристора 7 (8), причем число витков обмотки 12 (14) в 3 раз меньше числа витков обмотки 11 (13). Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 подключены к фазным входным выводам А, В, С. Дополнительный трансформатор 19 МРТ, обмотка которого соединена в звезду и подключена группой одноименных выводов к входным выводам вентильного моста, а общей точкой других выводов – к нулевому входному выводу 0, соединенному с общей точкой тиристоров 7, 8.

Работа преобразователя на активную нагрузку характеризуется режимом непрерывных и прерывистых токов в диапазоне изменения угла отпирания тиристоров соответственно 075° и 75°105°. Для работы в первом из упомянутых режимов вместо тиристоров 7 и 8 могут быть включены диоды, при этом для управления преобразователем достаточно подавать на тиристоры 1-6 одиночные импульсы, сдвинутые друг относительно друга на 60 эл. град, а для работы во втором режиме тиристоры 7 и 8 также должны быть управляемыми. Однако последнее справедливо для случая, когда нет сторонних причин, препятствующих выключению тиристоров 7, 8, таких, например, как размещение в контуре с тиристорами 7, 8 сглаживающего реактора 17, индуктивность которого достаточна не только для обеспечения дополнительного сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, но и для поддержания тока в этом контуре даже при очень больших углах управления. Такой реактор делает возможным использование диодов вместо тиристоров 7, 8 во всем диапазоне регулирования.

Получение при некоторой величине нагрузки, достаточной для нормальной работы уравнительных реакторов, на входных выводах вентильного моста 12-ти равных по амплитуде и сдвинутых друг относительно друга по фазе на 30 эл. град. выпрямляемых напряжений достигается соотношением 1:3 чисел витков обмоток уравнительного реактора 9 или 10. Это показано на векторной диаграмме (фиг.2), где каждый вектор выпрямляемого напряжения Ur – это результат суммирования на одном из уравнительных реакторов смежных и сдвинутых по фазе относительно друг друга на 30 эл.град. линейного и фазного напряжений сети. При этом величина выпрямляемого напряжения, определяемая из косоугольных треугольников, равна:

Ur=1,2247·U_ф·k_ТР,

где U_ф – фазное напряжение сети, k_TP – коэффициент трансформации.

В каждом интервале дискретности один из уравнительных реакторов формирует выпрямляемое напряжение Ur, под действием которого выпрямляемый ток разветвляется, с учетом баланса ампер-витков, на две его обмотки, а также протекает по цепи, включающей обмотку с большим числом витков другого уравнительного реактора, выполняющего функцию катодной индуктивности. В любой момент времени ступени токов катодной и анодной групп тиристоров соответственно 1, 3, 5 и 2, 4, 6 попеременно отличаются друг от друга по величине в (3+1) раз. Разность этих токов, в 3 раз превышающая минимальную амплитуду ступени тока, через тиристор ответвляется в нулевой провод через тиристор (диод) 7 или 8, делится на три равные части в обмотке трансформатора 19 (см. на фиг.3) МРТ и замыкается через питающую сеть, например обмотки питающего генератора переменного напряжения или вторичные фазные обмотки трансформатора питающей сети. Вследствие протекания тока нулевой последовательности через обмотки трансформатора МРТ геометрическая сумма фазных токов трехфазного источника переменного напряжения в любой момент времени равна нулю. Это свидетельствует об отсутствии в фазном токе каждой обмотки питающего трансформатора высших гармоник с порядковым номером, кратным трем, генерируемых преобразователем, т.е. лучшем использовании обмоток по току благодаря предлагаемой схеме включения межфазного распределителя тока (см. I_w на фиг.3). Качество гармонического состава токов питающего трансформатора определяется также отсутствием в них 5-й и 7-й высших гармоник. Это справедливо при отсутствии иных потребителей с некачественным гармоническим составом токов, подключенных к той же сети. Принципиальное отличие предлагаемой схемы подключения межфазного распределителя тока заключается в том, что его благоприятному воздействию подвержены обмотки преобразовательного трансформатора, функции которого в представленном случае (см. фиг.1) выполняет трансформатор питающей сети. В обмотках этого трансформатора отсутствуют кратные трем высшие гармоники токов, генерируемых преобразователем. Поэтому соединение первичной или дополнительной обмотки преобразовательного трансформатора в треугольник не требуется, т.е. первичная обмотка этого трансформатора может быть соединена в звезду.

Допустим, что открыты тиристоры 1, 7 и 4 в диапазоне 075°. Уравнительный реактор 9 формирует выпрямляемое напряжение Ur, а уравнительный реактор 10 для поддержания в своих обмотках баланса ампер-витков формирует ток подпитки, замыкающийся через тиристоры 7, 8, препятствуя их запиранию, и выходные выводы 15, 16, между которыми включены сглаживающий реактор 17 и нагрузка 18. Форма тока подпитки в каждом интервале дискретности представляет собой кривую с возрастающими ординатами мгновенных значений (см. I₁₂ на фиг.3). Моменты переключения участков синусоид, формирующих на выходных выводах результирующее напряжение, задаются в ее положительном и отрицательном полупериоде системой управления, а точки свободного перехода через ноль – образуются строго симметрично относительно пульсаций, соседних с этими точками, вследствие взаимной индуктивности обмоток уравнительных реакторов, обеспечивающих фазовый сдвиг 60 эл. град. между переключениями тиристоров 7 и 8. Это обеспечивает управляемость преобразователя с периодичностью, равной 12-и, несмотря на препятствие со стороны тока подпитки выключению тиристоров 7, 8. Однако в диапазоне 75°105°, т.е. в режиме прерывистых токов (нагрузка чисто активная) ток подпитки также периодически прерывается, тиристоры 7, 8 соответственно периодически выключаются и для их повторного включения требуются управляющие импульсы. Вместе с тем, наличие контура, содержащего тиристоры 7, 8 и сглаживающий реактор 17, может сужать диапазон прерывистых токов на величину, прямо зависящую от индуктивности сглаживающего реактора вплоть до полного исключения этого режима работы, позволяющего использовать диоды в качестве тиристоров 7 и 8 во всем диапазоне регулирования. Высокое качество 12-пульсного выпрямления достигается благодаря уравнительным реакторам 9 и 10, которые, попеременно обеспечивая одновременное преобразование линейных и фазных напряжений, устраняют исходное неравенство коммутационных сопротивлений смежных пульсаций путем их усреднения, т.е. препятствуют формированию разных углов коммутации, а именно образованию неканонической гармоники с частотой 300 Гц.

Преобразователь по фиг.4 отличается от преобразователя по фиг.1 наличием преобразовательного трансформатора 20 и отсутствием МРТ, при этом первичная обмотка трансформатора 20 соединена в треугольник, а вторичная – в звезду с выведенным нулем. Эти обмотки подключены соответственно к трехфазному источнику питания (здесь и далее к его фазным входным выводам А, В, С) и к входным выводам моста на тиристорах 1-8. Соединение первичной обмотки трансформатора 20 в треугольник защищает его от вредного воздействия магнитного потока тройной частоты.

Преобразователь по фиг.4 работает аналогично преобразователю по фиг.1, но ток нулевой последовательности протекает непосредственно между нулевым входным выводом 0 и нейтралью вторичной обмотки питающего трансформатора, снижая его использование по току.

Преобразователь (фиг.5) содержит трехфазный мост на тиристорах 1-6 и диодах 7, 8, уравнительный реактор 9 (10) о обмотками 11, 12 (13, 14), общие точки разноименных выводов которых соединены с замкнутыми накоротко выходными выводами 15 (16) упомянутого моста. Начало обмотки 11 (13) соединено с катодами (анодами) тиристоров 1, 3, 5 (2, 4, 6), конец обмотки 12 (14) соединен с катодом (анодом) диода 7 (8), причем число витков обмотки 12 (14) в 3 раз меньше числа витков обмотки 11 (13). Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 подключены к началам первичных фазных обмоток трансформатора 20, концы которых подключены к фазным входным выводам А, В, С. Вторичная обмотка трансформатора 20 соединена в треугольник, вершины которого подключены к дополнительной группе выводов а, b, с, к которым подключена трехфазная нагрузка 21, 22, 23. Общая точка разноименных электродов диодов 7, 8 подключена к концу дополнительной обмотки трансформатора 20, соединенной в разомкнутый треугольник, начало которой подключено к нулевому входному выводу 0. Между нулевым входным выводом 0 и фазными входными выводами включен МРТ.

Управляющая часть преобразователя по фиг.5 работает аналогично преобразователю до фиг.1. Отличие вносят вторичная и дополнительная обмотки трансформатора 20, соединенные соответственно в замкнутый и разомкнутый треугольники. Последняя, с числом витков, выбираемым в пределах до 25% от числа витков его первичной обмотки, служит для подавления пульсаций выпрямленного напряжения до такого уровня, при котором во всем диапазоне регулирования наблюдается отсутствие режима прерывистых токов. Величина 25% – это величина в относительных единицах максимальной разности значения ординаты переменной составляющей выпрямленного напряжения и его среднего значения при некотором угле отпирания тиристоров. Происходит это за счет того, что под действием неравных по величине и противофазных суммируемых э.д.с. смежных фаз (третья фаза в это время выполняет функцию дополнительной анодной индуктивности) в указанной дополнительной обмотке трансформатора 20 наводится регулируемая тиристорами результирующая разностная э.д.с. тройной частоты. Эта э.д.с. направлена встречно переменной составляющей выпрямляемого напряжения, имеет с ней одинаковую форму меньшей амплитуды и увеличивает амплитуду тока подпитки, препятствующего обесточиванию диодов 7, 8. Поэтому диоды 7, 8 во всем диапазоне регулирования проводят ток и при отсутствии сглаживающего реактора между выводами 15, 16, т.е. при замыкании этих выводов накоротко. Форма тока подпитки в каждом интервале дискретности представляет собой кривую с возрастающими ординатами мгновенных значений (см. I₁₂ на фиг.3), в отличие от ниспадающей формы исходной кривой основного выпрямляемого тока.

Результирующая форма тока на всех остальных элементах схемы преобразователя с увеличением числа витков обмотки 29 и независимо от угла отпирания тиристоров приближается к прямоугольно-ступенчатой. Фазные токи соединенной в треугольник вторичной обмотки трансформатора 20 повторяют форму токов его первичных фазных обмоток (см. I₁ на фиг.3 – положительный полупериод этого тока) и содержат высшие гармоники, кратные трем. МРТ в данном случае служит только для защиты питающей сети от этих гармоник. В линейных токах, протекающих через фазы трехфазной нагрузки 21, 22, 23, эти гармоники отсутствуют. Вследствие эквивалентной 12-фазности преобразователя отсутствуют во всех токах и 5-я, 7-я гармоники. Тем самым обеспечивается высокое качество трехфазного переменного напряжения, которое, благодаря разомкнутому треугольнику, сохраняет постоянство своей формы во всем диапазоне регулирования. Замена в данной схеме разомкнутого треугольника на короткозамкнутую цепь – фактор упрощения, но вместе с тем и изменения этой формы в сторону обычного ключевого регулирования. Включение сглаживающего реактора между выводами 15 и 16 не оказывает влияния на форму токов и: напряжений преобразователя. Энергия индуктивности реактора расходуется на поддержание тока контура, содержащего диоды 7 и 8, функции которых при достаточно большой величине индуктивности могут не перекладываться на тиристоры и при замкнутой накоротко соединительной цепи.

Преобразователь (фиг.6) содержит трехфазный мост на тиристорах 1-8, уравнительный реактор 9 (10) с обмотками 11, 12 (13, 14), общие точки разноименных выводов которых соединены с выходными выводами 15 (16) упомянутого моста, между которыми включен сглаживающий реактор 17. Начало обмотки 11 (13) соединено с катодами (анодами) тиристоров 1, 3, 5 (2, 4, 6), конец обмотки 12 (14) соединен с катодом (анодом) тиристора 7 (8), причем число витков обмотки 12 (14) в 3 раз меньше числа витков обмотки 11 (13). Общие точки разноименных электродов тиристоров 1-6 подключены к началам первичных фазных обмоток трансформатора 20, концы которых подключены к фазным входным выводам А, В, С. Вторичная обмотка трансформатора 20 соединена в треугольник, вершины которого подключены к дополнительной группе выводов а, b, с, которые соединены с входными выводами трехфазного моста на диодах 24-29. Между выходными выводами 30, 31 диодного моста включена нагрузка 18. Общая точка разноименных электродов тиристоров 7, 8 подключена к нулевому входному выводу 0. Между нулевым входным выводом 0 и фазными входными выводами включен МРТ.

Преобразователь по фиг.6 работает аналогично преобразователю по фиг.5, с тем же результатом замены разомкнутого треугольника на короткозамкнутую цепь. При наличии разомкнутого треугольника форма выпрямленного напряжения неизменна во всем диапазоне его регулирования, т.е. не содержит канонических провалов, свойственных отличным от нуля углам отпирания тиристоров. Отсутствуют и неканонические провалы, обычно периодически повторяющиеся в форме выпрямленного напряжения с частотой 300 Гц и 50 Гц, Подавление неканонических гармоник, помимо вышеуказанной корректировки, вносимой уравнительными реакторами, существенно усиливается напряжением тройной частоты обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник, т.к. уменьшается размах пульсаций выходного напряжения. Проявлению неканонических гармоник препятствуют пропорциональные изменения амплитуды токов подпитки, симметрирующих работу уравнительных реакторов относительно тока нулевой последовательности. При этом функции тиристоров 7 и 8 могут быть возложены на диоды и при отсутствии сглаживающего реактора 17, что исключает целесообразность включения последнего, т.е. выходные выводы 15 и 16 можно замкнуть накоротко. МРТ в данном случае, также как и в преобразователе по фиг.5, служит только для защиты питающей сети от тока нулевой последовательности.

Через диоды 24-29 протекают с соответствующим фазовым сдвигом 1/2 периода линейных токов вторичной обмотки (см. I_W на фиг.3), которые идентичны по форме и длительности, и поэтому равномерно нагружают диодный мост, согласно векторной диаграмме напряжений, в следующей очередности: 24-29-27, 24-29-27, 24-29-26, 24-29-26, 25-29-26, 25-29-26, 25-28-26, 25-28-26, 25-28-27, 25-28-27, 24-28-27, 24-28-27.

Формула изобретения

1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий нулевой и фазные входные выводы, трехфазный управляемый вентильный мост, два дополнительных вентиля, каждый полюс упомянутого моста соединен с крайним выводом обмотки соответствующего уравнительного реактора, другой крайний вывод которой соединен с электродом соответствующего дополнительного вентиля, при этом дополнительные вентили и вентили упомянутого моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, между общей точкой свободных электродов дополнительных вентилей и нулевым входным выводом образована соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток уравнительных реакторов образуют выходные выводы упомянутого моста, межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трехфазном трансформаторе, обмотки которого соединены в звезду и подключены общей точкой одноименных выводов к нулевому входному выводу, отличающийся тем, что свободные выводы обмоток упомянутого распределителя и фазные входные выводы соединены с входными выводами упомянутого моста, соединительная цепь выполнена короткозамкнутой, а промежуточный вывод обмотки каждого уравнительного реактора делит ее число витков на части в отношении, равном 1:3, меньшая из которых отсчитывается от упомянутых дополнительных вентилей.

2. Преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий нулевой входной вывод, трехфазный управляемый вентильный мост, два дополнительных вентиля, каждый полюс упомянутого моста соединен с крайним выводом обмотки соответствующего уравнительного реактора, другой крайний вывод которой соединен с электродом соответствующего дополнительного вентиля, при этом дополнительные вентили и вентили упомянутого моста соединены с крайними выводами обмотки одного и того же уравнительного реактора одноименными электродами, между общей точкой свободных электродов дополнительных вентилей и нулевым входным выводом образована соединительная цепь, а промежуточные выводы обмоток уравнительных реакторов образуют выходные выводы упомянутого моста, кроме того, преобразователь содержит трехфазный трансформатор с первой группой фазных обмоток, одна группа одноименных выводов которых подключена к входным выводам упомянутого моста, а другая выполнена с возможностью подключения к трехфазному источнику питания, со второй группой фазных обмоток, отличающийся тем, что вторая группа фазных обмоток трехфазного трансформатора соединена в треугольник, вершины которого подключены к дополнительной группе выходных выводов, а промежуточный вывод обмотки каждого уравнительного реактора делит ее число витков на части в отношении, равном 1:3, меньшая из которых отсчитывается от упомянутых дополнительных вентилей.

3. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что упомянутая дополнительная группа выходных выводов подключена к трехфазной нагрузке.

4. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что упомянутая дополнительная группа выходных выводов подключена к входным выводам трехфазного диодного моста.

5. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что упомянутая соединительная цепь выполнена короткозамкнутой.

6. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что упомянутая соединительная цепь выполнена в виде дополнительной обмотки трехфазного трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, число витков которой меньше числа витков его первичной обмотки, а упомянутые дополнительные вентили выполнены неуправляемыми.

7. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что содержит межфазный распределитель тока, выполненный на дополнительном трехфазном трансформаторе, обмотки которого соединены в звезду и подключены к упомянутому трехфазному источнику питания, а общая точка одноименных выводов этих обмоток подключена к нулевому входному выводу.

8. Преобразователь по п.5, отличающийся тем, что упомянутые другая группа одноименных выводов и дополнительная группа выходных выводов подключены соответственно к нулевому входному выводу и к упомянутому трехфазному источнику питания.

РИСУНКИ