ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при создании трансформаторно-выпрямительных устройств, применяемых например, в транспортных системах электроснабжения.
Известны преобразовательные устройства, содержащие m-фазный выпрямитель, подсоединенный к источнику переменного напряжения через трансформатор (1). Недостатком известного решения является нестабильность выходного напряжения и сильное влияние устройства на форму напряжения питающей сети.
Наиболее близким к полезной модели является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий m-фазный выпрямитель, входные выводы которого присоединены к вторичным обмотка m-фазного трансформатора, а выходные - к нагрузке. Для стабилизации выходного напряжения устройства введен канал обратной связи, связывающий выход выпрямителя с обмоткой регулирования тока подмагничивания дросселей насыщения, которые включены в цепь первичных обмоток трансформатора (2).
Недостатком известного решения (2) является малая энергоэффективность (из-за низких коэффициентов мощности и КПД), а также недостаточная надежность работы (из-за наличия канала обратной связи).
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение энергоэффективности устройства и надежности его работы.
Технический результат достигается за счет того, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем m-фазный трансформатор, первичные обмотки которого присоединены соответственно к фазным выводам источника переменного напряжения через последовательно-соединенные балластный и вспомогательный дроссели, вторичные обмотки m-фазного трансформатора подключены к входным выводам m-фазного выпрямителя, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, общие точки балластных и вспомогательных дросселей присоединены к первым выводам соответствующих конденсаторов, вторые выводы которых соединены между собой, при этом 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.
На чертеже представлена электрическая схема устройства.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит m-фазный трансформатор 1, первичные обмотки 2 которого присоединены к фазным выводам источника переменного напряжения 3 через последовательно-соединенные балластные 4 и вспомогательные дроссели 5. Общие точки дросселей 4 и 5 соединены с первыми выводами соответствующих конденсаторов 6, вторые выводы которых соединены между собой непосредственно либо подключены к нулевому выводу устройства. Вторичные обмотки 7 m-фазного трансформатора 1 подсоединены к входным выводам m-фазного выпрямителя 8, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки.
вд
S
бд
Величина индуктивного сопротивления (ωL) каждого вспомогательного дросселя 5 (при циклической частоте питания ω) равна сумме величин реактивных сопротивлений рассеяния (ωL) первичной обмотки трансформатора 1 и балластного дросселя 4 (ωL), что составляет от одной до двух величин емкостного сопротивления (1/ωС) соответствующего конденсатора 6, т.е.
вд
S
бд
вд
ωL=ω(L+L) и 1/ωС<ωL≤2/ωС
Устройство работает следующим образом.
Обычно в качестве нагрузки трансформаторно-выпрямительных устройств используются аккумуляторные батареи или емкостные фильтры с шунтирующей активной цепью резистивного, электродвигательного или электронно-преобразовательного типа. При подобных нагрузках для основной гармонической составляющей переменного тока входная цепь выпрямителя 8 с достаточной точностью эквивалентна переменной m-фазной синусоидальной противо - ЭДС, синхронизированной с током (с Cosφ≈1) на входных выводах выпрямителя, а при малых отклонениях амплитуды входного тока выпрямителя она эквивалентна активным сопротивлениям, соединенным в «звезду» или «многоугольник».
вд
Рассмотрим два граничных случая для соотношения реактивных сопротивлений вспомогательных дросселей (ωL) и конденсаторов (1/ωС).
вд
1. ωL≈1/ωС:
В режиме, соответствующем резонансному, коэффициент мощности на входе устройства для первой гармонической составляющей тока питания равен единице (Cosφ=1) и не зависит от величины напряжения на нагрузке. При этом ток нагрузки и токи обмоток трансформатора 2 также не зависят от напряжения на нагрузке, при этом устройство имеет наибольший КПД при емкостном характере нагрузки (заряде аккумуляторных батарей или емкостных накопителей электроэнергии). Благодаря максимальному значению коэффициента мощности устройства в его входной цепи минимизируются значения реактивных токов и тепловых потерь в сетевых проводах и в цепях сетевого источника питания, что приводит к повышению КПД и энергоэффективности.
вд
2. ωL=2/ωС:
В этом режиме при постоянной амплитуде входного переменного напряжения сети выходное напряжение устройства стремится к постоянной величине вне зависимости от параметров нагрузки. Ток нагрузки и коэффициент мощности на входе устройства будут изменяться в соответствии с изменениями параметров нагрузки, что соответствует режиму стабилизации выходного напряжения.
Балластные и вспомогательные дроссели, конденсаторы и индуктивности рассеяния трансформаторных обмоток (при соблюдении заданного соотношения между величинами их реактивных сопротивлений) представляют собой узел, осуществляющий параметрическую стабилизацию выходного напряжения устройства, которая не требует канала обратной связи, что повышает надежность работы устройства.
Кроме того, дроссели и конденсаторы выполняют дополнительную функцию - фильтра низкой частоты, задерживающего высшие гармоники напряжения, генерируемые выпрямителем, что предотвращает проникновение несимметричных помех в сеть и дополнительно повышает надежность работы устройства и его энергопотребление.
Таким образом, введение новых элементов с определенными параметрами позволило реализовать другой режим стабилизации выходного напряжения устройства, что привело к снижению тепловых потерь и исключению влияния устройства на форму напряжения источника переменного напряжения (сети), следствием чего явилось повышение надежности работы, КПД и энергоэффективности.
Благодаря высоким показателям по надежности и энергоэффективности полезная модель может быть рекомендована при создании трансформаторно-выпрямительных устройств для транспортных систем электроснабжения.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
«Электрооборудование летательных аппаратов» под ред С.А.Гузкова, М., МЭИ, 2005 г., с.426.
Д.Э.Брускин и др. «Электроснабжение летательных аппаратов» М., Высшая школа. 1988 г., с.95.