ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при создании трансформаторно-выпрямительных устройств для систем электроснабжения летательных аппаратов, и других автономно-транспортных систем переменного тока стабильной частоты с подсистемой постоянного тока низкого напряжения.
Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное (аналоги), содержащие m-фазный трансформатор, первичные обмотки которого присоединены к фазным выводам источника переменного напряжения, а вторичные - по схеме звезда и треугольника к входным выводам 2m-фазного выпрямителя, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки. (Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. В двух томах / под редакцией С.А.Грузкова. - М.,.: Издательство МЭИ, Том 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. - 2005 г. - 568 с., стр.426, рис.12.45). В таких преобразователях за счет двух групп трехфазных обмоток m-фазного трансформатора и 2m-фазности выпрямителя обеспечивается снижение пульсаций выпрямленного напряжения и соответствующее снижение массы требуемого выходного фильтра.
Недостатком известных преобразователей является низкий коэффициент потребляемой мощности из-за реактивных токов, определяемых суммарной индуктивностью рассеяния обмоток трансформатора и балластных дросселей, необходимых для ограничения тока в случае ее малых значений.
Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, (прототип), содержащий m-фазный трансформатор, последовательно-соединенные балластный и вспомогательный дроссели, m-фазный выпрямитель и конденсаторы, соединенные в звезду, причем величина реактивного сопротивления каждого вспомогательного дросселя равна сумме величин реактивных сопротивлений рассеяния первичной обмотки трансформатора и балластного дросселя, что составляет от одного до двух значений реактивного сопротивления соответствующего конденсатора (Патент на полезную модель №99667. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, авторы Коняхин С.Ф., Бочаров В.В., Резников С.Б., Бюлл. №32 от 20.11.2010). Указанный преобразователь, в отличие от вышеописанных, имеет высокий коэффициент потребляемой мощности.
Недостатком этого преобразователя переменного напряжения в постоянное является его пониженная надежность из-за относительно большой электроемкости конденсаторов и, соответственно, большой их реактивной мощности, приводящей к их перегреву и выходу из строя.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является последний из перечисленных преобразователей переменного напряжения в постоянный.
Техническим результатом предложения является повышение надежности устройства.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый m-фазный трансформатор, первичные обмотки которого присоединены соответственно к фазным выводам источника переменного напряжения через балластные дроссели, а также вспомогательные дроссели и конденсаторы, вторичные обмотки трансформатора подключены к входным выводам выпрямителя, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, введен второй m-фазный трансформатор, первичные обмотки которого присоединены соответственно к фазным выводам источника переменного напряжения через последовательно соединенные вспомогательные дроссели и конденсаторы, а вторичные обмотки вспомогательного трансформатора подключены к входным выводам выпрямителя, который выполнен 2m-фазным, при этом величина реактивного сопротивления каждого вспомогательного дросселя равна величине реактивного сопротивления балластного дросселя и в сумме с входным реактивным сопротивлением второго трансформатора составляет половину реактивного сопротивления конденсатора.
Дополнительным техническим результатом предложения является снижение величины пульсаций выпрямленного напряжения, позволяющее уменьшить массу, габариты и стоимость выходного сглаживающего фильтра для нагрузок с повышенным качеством потребляемой электроэнергии.
Проведенные лабораторные испытания предлагаемого устройства показали его работоспособность и целесообразность широкого промышленного применения.
На фиг. представлена принципиальная схема предлагаемого преобразователя переменного напряжения в постоянное.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержит первый m-фазный трансформатор 1, первичные обмотки 2 которого присоединены соответственно к фазным выводам источника 3 переменного напряжения через балластные дроссели 4, а также вспомогательные дроссели 5 и конденсаторы 6. Вторичные обмотки 7 трансформатора подключены к входным выводам выпрямителя 8, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки. Устройство содержит также второй трансформатор 9, аналогичный первому. Первичные обмотки 10 второго трансформатора присоединены соответственно к тем же фазным выводам источника переменного напряжения через последовательно соединенные вспомогательные дроссели и конденсаторы. Вторичные обмотки 11 вспомогательного трансформатора подключены к входным выводам выпрямителя, который выполнен 2m-фазным. Величина реактивного сопротивления каждого вспомогательного дросселя равна величине реактивного сопротивления балластного дросселя и в сумме с входным реактивным сопротивлением второго трансформатора составляет половину реактивного сопротивления конденсатора.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом.
По первичным обмоткам 2 и 10 первого 1 и второго 9 трансформаторов, соответственно, протекают переменные токи, наводя переменные ЭДС в их вторичных обмотках 7 и 11. При этом на выходе выпрямителя 8 возникает пульсирующее однополярное напряжение, подаваемое к выводам нагрузок (возможно - через сглаживающий индуктивно-емкостный фильтр).
Ток, протекающий в цепях первого трансформатора 1, имеет индуктивный (запаздывающий) характер, определяемый суммарным реактивным сопротивлением балластных дросселей 4 и входным сопротивлением рассеяния первого трансформатора 1:
Ток, протекающий в цепях второго трансформатора 9, имеет емкостной (опережающий) характер, определяемый разностью реактивного сопротивления конденсаторов 1/ωС и суммарным реактивным сопротивлением вспомогательных дросселей 5 и входным сопротивлением рассеяния второго трансформатора 9:
5
9
Так как величина (ωL+ωL) составляет половину величины 1/ωС и равна величине
1
2
1
2
то величины реактивных сопротивлений X и Х, имеющих индуктивный и емкостной характер, равны между собой (X=Х). При этом входное эквивалентное сопротивление выпрямителя для основной гармоники тока, как правило, имеет активный характер. Поэтому реактивные составляющие токов в каналах двух трансформаторов взаимно компенсируются на входе устройства, что приближает величину коэффициента потребляемой мощности к 1 (так же, как и в прототипе).
Однако величина реактивного сопротивления конденсаторов 1/ϖС в предлагаемом устройстве в 2 раза больше, чем в прототипе, а, следовательно, величина электроемкости С конденсаторов в раза меньше, чем в прототипе. Кроме того, так как величина конденсаторного тока в предлагаемом устройстве составляет половину всего потребляемого тока и ниже величины конденсаторного тока прототипа, то и реактивная мощность конденсаторов в предлагаемом устройстве существенно меньше, чем в прототипе. Благодаря этому снижаются тепловые потери в изоляции конденсаторов, повышается срок их службы и уменьшается вероятность пробоев. Таким образом достигается технический эффект: повышение надежности устройства.
Помимо основного технического результата в предлагаемом устройстве благодаря фазовому сдвигу между токами двух трансформаторов достигается дополнительный технический результат: снижение величины пульсаций выпрямленного напряжения, позволяющее уменьшить массу, габариты и стоимость выходного сглаживающего фильтра для нагрузок с повышенным качеством потребляемой электроэнергии