ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ
AC/DC CONVERTER

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием.
Известны преобразователи переменного тока в постоянный, в которых для лучшего использования трансформаторов многофазные системы образованы путем сочетания трехфазных звезд и зигзагов с уравнительным реактором (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. М.: Искусство. 1960).
Недостатком данных преобразователей является необходимость введения уравнительного реактора.
Известен преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого и две вторичных соединены в звезду, причем общая точка одной вторичной обмотки подключена к первому выходному выводу, и шесть вентилей, соединенных последовательно так, что у них попарно объединены одноименные электроды (а.с. SU №265254, МПК Н02М 7/12, опубл. 14.02.1966).
Данный преобразователь обеспечивает только шестипульсное выпрямление.
1
6
Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного тока в постоянный (а.с. SU №803089, МПК Н02М 7/06, опубл. 07.02.1981), обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямление и содержащий два трехфазных трансформатора с первичными обмотками, соединенными в одном трансформаторе в звезду, во втором в треугольник, и со вторичными обмотками, выполненными в каждом трансформаторе по схеме звезда и обратная звезда, соединенными нулевыми точками, и двенадцать вентилей, образующих двенадцативентильное кольцевое построение, содержащее парные соединения одноименных электродов вентилей, причем каждая фаза вторичных обмоток первого трансформатора подключена к объединенным одноименным силовым электродам двух вентилей, через которые она соединена с двумя фазами вторичных обмоток второго трансформатора, имеющими относительный фазовый сдвиг (1±/)π эл. град. относительно первой, причем общие точки соединения вторичных обмоток в каждом трансформаторе образуют два выходных вывода.
Недостатком данного преобразователя являются большие массогабаритные показатели, обусловленные большой мощностью вторичных обмоток и применением двух трансформаторов.
Задача изобретения - создание преобразователя переменного тока в постоянный, имеющего меньшие массогабаритные показатели.
Указанная задача достигается тем, что преобразователь переменною тока в постоянный содержит трехфазный трансформатор и две группы вторичных обмоток, каждая из которых содержит обмотку, выполненную по схеме звезда, и обмотку, выполненную по схеме обратная звезда, соединенные нулевыми точками, образующими в каждой из групп вторичных обмоток один из выходных выводов устройства, и двенадцать вентилей, причем отношение одинакового для обмоток звезд числа витков к одинаковому для обмоток обратных звезд числу витков равно , при этом шесть вентилей соединены в шестивентильное кольцо так, что попарно объединены одноименные электроды вентилей, каждая пара вентилей соединяет фазный вывод обмотки звезды, размещенной на одном из стержней трансформатора, с двумя фазными выводами обмоток другой звезды, размещенных на других стержнях трансформатора, а к каждой точке соединения одноименных электродов пар вентилей, к которой подключен вывод обмотки звезды, размещенной на одном из стержней трансформатора и принадлежащей одной из групп вторичных обмоток, подключен электрод такого же наименования незадействованного вентиля, второй электрод которого соединен с выводом обмотки обратной звезды другой группы вторичных обмоток, размещенной на том же стержне трансформатора.
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 двумя группами вторичных обмоток, каждая из которых содержит обмотку, выполненную по схеме звезда, и обмотку, выполненную по схеме обратная звезда. Вторичные обмотки в каждой группе соединены нулевыми точками, О - в одной группе и О' - в другой, образующими выходные выводы устройства, и двенадцать вентилей 2…14. Числа витков обмоток, составляющих звезды, и числа витков обмоток, составляющих обратные звезды, находятся в соотношении . Шесть вентилей 3, 5, 7, 9, 11, 13 соединены в шестивентильное кольцо так, что попарно соединены одноименные электроды вентилей: аноды пар вентилей 3, 13; 5, 7; 9, 11 и катоды пар вентилей 3, 5; 7, 9; 11, 13.
Фазные выводы а, в, с обмоток звезды одной группы вторичных обмоток соединены соответственно вентилями 13, 5, 9 с фазными выводами b', с', а', а вентилями 3, 7, 11 с фазными выводами с', а', в' обмоток звезды другой группы вторичных обмоток.
К точкам соединения анодов пар вентилей 5, 7; 9, 11; 3, 13 подключены соответственно фазные выводы в, с, а обмоток звезды одной группы вторичных обмоток и аноды вентилей 6, 10, 2, катоды которых соответственно подключены к фазным выводам y', z', x' обмоток обратной звезды другой группы вторичных обмоток. К точкам соединения катодов пар вентилей 3, 5; 7, 9; 11, 13 подключены соответственно фазные выводы с', а', b' обмоток звезды другой группы вторичных обмоток и катоды вентилей 4, 8, 12, аноды которых соответственно подключены к фазным выводам z, х, у обмоток обратной звезды первой группы вторичных обмоток.
К нулевым точкам О и О' подключена нагрузка 14.
Принцип работы преобразователя (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 развернутой на фазовой плоскости совмещенной векторной диаграмме, показывающей принцип формирования результирующих напряжений, представленных векторами S1-S12 (Фиг.2). В каждой группе вторичных обмоток, гальванически связанных между собой, отношение чисел витков фазных обмоток, составляющих звезды к числам витков фазных обмоток, составляющих обратные звезды, равно . При таком соотношении чисел витков обеспечивается равенство результирующих напряжений и требуемый фазовый сдвиг между ними 30 эл. град.
Формирование 12-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 результирующею напряжения S1 является суммой коллинеарных векторов фазных напряжений вторичных фазных обмоток о - а и х'-о' трансформатора. Вектор S2 является вектором линейного напряжения, полученного из фазных напряжений обмоток о-а и с'-о'. За период формируется двенадцать одинаковых результирующих напряжений, образующих симметричную 12-фазную систему.
Схема работы обмоток и вентилей (Фиг.3), полученная из анализа диаграмм на Фиг.2, позволяет определить, что все обмотки, образующие звезды, работают 90 эл. град., а обмотки, образующие обратные звезды, работают 30 эл. град. за период. Все вентили имеют угол проводимости 30 эл. град. Ток нагрузки в интервале пульсации обтекает один вентиль. Порядок вступления вентилей 2…13 в работу отражен в их нумерации на схеме (Фиг.1).
do
Исходя из геометрического построения диаграмм формирования векторов результирующих напряжений (Фиг.2) определено максимальное значение выпрямленного напряжения при идеальной коммутации и соответственно его среднее значение. Приняв за относительную единицу (о.е.) амплитуду напряжения на вторичной фазной обмотке, имеющей наибольшее число витков, в соответствии с векторными диаграммами на Фиг.2 получено среднее значение выпрямленного напряжения U=1,712 о.е.
d
d
По результатам анализа работы вторичных обмоток (Фиг.3) определена мощность вторичных обмоток, составившая 1,762 P. Коэффициент установленной мощности трансформатора предлагаемого преобразователя равен 1,387. Аналогичные показатели у прототипа больше, так как мощность вторичных обмоток трансформаторов прототипа составляет 1,814 P и в прототипе использовано два трансформатора.
Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного тока в постоянный, по сравнению с прототипом, имеет меньшие массогабаритные показатели, так как уменьшена мощность вторичных обмоток и преобразователь содержит один трансформатор.