СОРОКАВОСЬМИПУЛЬСНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к области полупроводниковой преобразовательной техники (силовой электроники), и может быть использована при питании от трехфазной сети как для получения трех выпрямленных напряжений одинаковой пульсности и с одинаковыми средними значениями для питания четырехуровневого автономного инвертора, так и для получения сорокавосьмипульсного выпрямленного напряжения. Для питания различных потребителей энергии постоянного тока, таким образом, может быть предоставлено трехуровневое выпрямленное напряжение.
Известен выпрямитель трехфазного тока с 16-кратной частотой пульсаций, содержащий два источника ортогональных ЭДС и шестнадцать вентилей, каждый источник ЭДС имеет по четыре вторичные обмотки со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике соединены с двумя собственными цепочками, состоящими из четырех последовательно и согласно включенных вентилей (Патент на полезную модель РФ №34042. Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации. / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В. - заявл. 07.07.03; опубл. Бюл. №32, 2003).
Недостатками этого устройства являются большое количество обмоток трансформаторов (секций), т.е. отдельных частей источников исходных переменных ЭДС, и возможность получения на выходе только одного уровня выпрямленного напряжения, причем невысокой пульсности.
Кроме того, известен выпрямитель трехфазного тока с 16-кратной частотой пульсаций (Патент на полезную модель РФ №40119. Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации. / Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Евдокимов С.А., Малоземов Б.В. - заявл. 19.06.02; опубл. Бюл. №4, 2003), взятый за прототип, содержащий два входных трансформатора и
последовательно соединенные по выходу четыре группы однофазных выпрямительных мостов, каждая из которых образована параллельным соединением двух мостов по выходу, причем входные трансформаторы выполнены однофазными по схеме трансформаторного преобразователя трехфазной системы напряжений в двухфазную систему (по схеме Скотта) и имеют по четыре вторичные обмотки с определенным соотношением витковых чисел, вторичные обмотки первого трансформатора подсоединены к входам первых выпрямительных мостов первой, второй, третьей и четвертой групп однофазных выпрямительных мостов, а вторичные обмотки второго трансформатора - к входам вторых выпрямительных мостов первой, второй, третьей и четвертой групп однофазных выпрямительных мостов.
Однако указанный выпрямитель обеспечивает возможность получения на выходе только одного уровня выпрямленного напряжения, причем невысокой пульсности, кроме того, он содержит в своем составе нестандартные однофазные трансформаторы, что усложняет процесс его изготовления.
Задачей полезной модели является создание выпрямителя трехфазного тока с утроенной, 48-кратной, частотой пульсаций, с числом уровней выпрямленного напряжения, равным трем, с одинаковым средним значением и одинаковым качеством напряжения на всех уровнях, на базе стандартных трехфазных трансформаторов, что упрощает процесс его изготовления.
Это достигается тем, что в выпрямитель трехфазного тока, содержащий два входных трансформатора и последовательно соединенные по выходу четыре группы однофазных выпрямительных мостов, каждая из которых образована параллельным соединением двух мостов по выходу, дополнительно введены восемь последовательно соединенных по выходу аналогичных групп мостов, а входные трансформаторы выполнены трехфазными и подсоединены параллельно друг другу по входу, причем первичные обмотки первого трансформатора соединены по схеме звезда, а первичные обмотки второго трансформатора - по схеме треугольник, трансформаторы имеют по четыре вторичные обмотки на каждую фазу, при этом трансформаторы выполнены
таким образом, что коэффициенты трансформации для первой, второй, третьей и четвертой вторичных обмоток каждой фазы каждого трансформатора соотносятся между собой как 1:(1/0.848):(1/0.566):(1/0.199)=0.199:(0.199/0.848):(0.199/0.566):1, а коэффициенты трансформации первого и второго трансформаторов для первых (как и для вторых, третьих и четвертых) вторичных обмоток каждой фазы - как , первые вторичные обмотки первого трансформатора подсоединены, соответственно порядку следования фаз, к входам первых мостов первой, пятой и девятой из следующих друг за другом по порядку последовательно соединенных по выходу групп однофазных выпрямительных мостов, соответствующие вторые вторичные обмотки подсоединены, соответственно, к входам первых мостов второй, шестой и десятой групп мостов, третьи вторичные обмотки подсоединены, соответственно, к входам первых мостов третьей, седьмой и одиннадцатой групп мостов, и четвертые вторичные обмотки подсоединены, соответственно, к входам первых мостов четвертой, восьмой и двенадцатой групп мостов, первые вторичные обмотки второго трансформатора подсоединены, соответственно порядку следования фаз, к входам вторых мостов двенадцатой, четвертой и восьмой групп мостов, соответствующие вторые вторичные обмотки подсоединены, соответственно, к входам вторых мостов одиннадцатой, третьей и седьмой групп мостов, третьи вторичные обмотки подсоединены, соответственно, к входам вторых мостов десятой, второй и шестой групп мостов, и четвертые вторичные обмотки подсоединены, соответственно, к входам вторых мостов девятой, первой и пятой групп мостов.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого сорокавосьмипульсного выпрямителя трехфазного тока, на фиг.2 - диаграммы, поясняющие принцип его работы.
Предлагаемый сорокавосьмипульсный выпрямитель трехфазного тока (фиг.1) содержит два входных трансформатора Т1 и Т2 и три выпрямительных ячейки ВЯ3-ВЯ5, каждая из которых состоит из четырех последовательно соединенных по выходу групп однофазных выпрямительных мостов, например,
на диодах (для ВЯ3 - 6, 7; 8, 9; 10, 11; 12, 13; для ВЯ4 - 14, 15; 16, 17; 18, 19; 20, 21; для ВЯ5 - 22, 23; 24, 25; 26, 27; 28, 29).
Входные трансформаторы Т1 и Т2 выполнены трехфазными стандартной конструкции и имеют по три первичные обмотки (трансформатор Т1 - обмотки 30-32 и трансформатор Т2 - обмотки 33-35) и по четыре соответствующие каждой из них вторичные обмотки (трансформатор Т1 - 36-39, 40-43 и 44-47 и трансформатор Т2 - 48-51, 52-55 и 56-59).
Трансформаторы подсоединены параллельно друг другу по входу питающей сети, причем первичные обмотки трансформатора Т1 соединены по схеме звезда, а первичные обмотки трансформатора Т2 - по схеме треугольник. При этом трансформаторы Т1 и Т2 выполнены таким образом, что коэффициенты трансформации для первой, второй, третьей и четвертой вторичных обмоток каждой фазы каждого трансформатора, например, для обмоток 36, 37, 38 и 39 трансформатора Т1 (то же для обмоток 40, 41, 42 и 43; 44, 45, 46 и 47 трансформатора Т1 и для обмоток 48, 49, 50 и 51; 52, 53, 54 и 55; 56, 57, 58 и 59 трансформатора Т2) соотносятся между собой как 1:(1/0.848):(1/0.566):(1/0.199)=0.199:(0.199/0.848):(0.199/0.566):1, а коэффициенты трансформации трансформаторов Т1 и Т2 для соответствующих порядковому номеру (первых, вторых, третьих и четвертых) вторичных обмоток любой фазы (для обмоток 36, 40 или 44 и для обмоток 51, 55 или 59; для обмоток 37, 41 или 45 и для обмоток 50, 54 или 58; для обмоток 38, 42 или 46 и для обмоток 49, 53 или 57; для обмоток 39, 43 или 47 и для обмоток 48, 52 или 56) - как . Под коэффициентом трансформации вторичной обмотки понимается отношение ЭДС первичной и соответствующей вторичной обмоток.
Выпрямительные ячейки ВЯ3-ВЯ5 соединены по выходу последовательно, то есть второй выходной (отрицательный) вывод ячейки ВЯ3 соединен с первым выходным (положительным) выводом ячейки ВЯ4, второй выходной (отрицательный) вывод ячейки ВЯ4 соединен с первым выходным (положительным) выводом ячейки ВЯ5.
Места соединения выходных выводов выпрямительных ячеек служат выходными зажимами для трех различных уровней шестнадцатипульсного выпрямленного напряжения. Суммарное выпрямленное напряжение снимается с первого выходного (положительного) вывода ячейки ВЯ3 относительно второго выходного (отрицательного) вывода ячейки ВЯ3.
Вторичные обмотки трансформаторов непосредственно друг с другом не связаны. Выводы обмоток 36-59 соединены, соответственно, с входами однофазных выпрямительных мостов 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27 и 29.
21m
22m
23m
24m
21m
22m
23m
24m
Предлагаемый сорокавосьмипульсный выпрямитель трехфазного тока (фиг.1) работает следующим образом. В каждой из первых вторичных обмоток (36, 40, 44 и 51, 55, 59) трансформаторов Т1 и Т2 наводятся ЭДС одинаковой амплитуды E, в каждой из вторых вторичных обмоток (37, 41, 45 и 50, 54, 58) - амплитуды Е,  в каждой из третьих вторичных обмоток (38, 42, 46 и 49, 53, 57) - амплитуды Е, а в каждой из четвертых вторичных обмоток (39, 43, 47 и 48, 52, 56) - амплитуды Е. Благодаря указанным выше соотношениям для коэффициентов трансформации, E:E:Е:Е=1:0.848:0.566:0.199.
При этом указанные ЭДС образуют системы двухфазных ортогональных ЭДС, т.е. сдвинутых друг относительно друга по фазе на девяносто электрических градусов - ЭДС обмоток 36-39 и 48-51; 40-43 и 52-55; 44-47 и 56-59. Данные системы ЭДС выпрямляются последовательно соединенными по выходу группами однофазных выпрямительных мостов, образуя выходные напряжения выпрямительных ячеек ВЯ3-ВЯ5, которые в результате полученного соотношения амплитуд и ортогональности ЭДС имеют 16-кратную частоту пульсаций (Патент на полезную модель РФ №40119. Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации. / Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Евдокимов С.А., Малоземов Б.В. - заявл. 19.06.02; опубл. Бюл. №4, 2003).
Благодаря фазовому сдвигу в сто двадцать электрических градусов между соответствующими парами ЭДС каждого из трансформаторов Т1 и Т2, суммарное выпрямленное напряжение всех трех ячеек имеет утроенную, т.е. сорокавосьмикратную частоту пульсаций.
d
x
x
x
б
б
21m
*
На фиг.2 для одного периода сетевого напряжения показаны выходные напряжения выпрямительных ячеек ВЯ3-ВЯ5 (выходные напряжения трех уровней) и суммарное выпрямленное напряжение всех трех ячеек u, снимаемое с первого выходного (положительного) вывода ячейки ВЯ3 относительно второго выходного (отрицательного) вывода ячейки ВЯ5. Все напряжения u показаны на эпюрах в относительных единицах: u =u/u, где u=E.
Для улучшения качества постоянного напряжения на выходе каждого из уровней выпрямленного напряжения может быть установлен сглаживающий емкостный или индуктивно-емкостный фильтр, который, как правило, требуется при питании инвертора напряжения от выпрямителя.
Одинаковость всех ячеек, посредством которых формируются отдельные уровни выходного напряжения предлагаемого выпрямителя трехфазного тока, гарантирует их одинаковость по среднему значению и по качеству выпрямленного напряжения. Использование двух стандартных трансформаторов трехфазного тока не требует изготовления шести специальных однофазных трансформаторов, необходимых в схеме Скотта. Это упрощает изготовление выпрямителя.
Таким образом, предлагаемый сорокавосьмипульсный выпрямитель трехфазного тока по сравнению с прототипом обладает возможностью получения трех уровней выпрямленного напряжения с одинаковым средним значением и одинаковым качеством напряжения на всех уровнях, также выпрямитель выполняется на стандартных трехфазных трансформаторах, что упрощает процесс его изготовления.