ОДНОФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.
Известен однофазный преобразователь переменного ток в постоянный (Плакс А.В. Системы управления электрическим подвижным составом. Учебник для вузов ж.-д.транспорта. - М.: Маршрут, 2005, с. 140), содержащий однофазный трансформатор с вторичной фазной обмоткой, имеющей две отпайки, делящие обмотку на три секции с соотношением чисел витков секций 1:1:2, и четырехфазный вентильный мост с управляемыми вентилями, входы переменного тока которого подключены к отводам от начала и конца вторичной обмотки и отводам от отпаек, а выходы постоянного тока подключены к нагрузке. Преобразователь обеспечивает четырехзонное плавное регулирование напряжения.
Недостатком преобразователя является относительно низкий коэффициент мощности, обусловленный необходимостью осуществлять раздельную коммутацию токов по большому и малому контурам в начальной стадии формирования каждой пульсации, что приводит к дополнительному сдвигу начала формирования пульсаций выпрямленного напряжения относительно «нулевых» фаз питающего напряжения более чем на 20 эл. град., а, следовательно, к искажению сетевого тока.
Кроме того известен однофазный преобразователь переменного тока в постоянный (патент RU 148770, Однофазный преобразователь переменного тока в постоянный, Щуров Н.И., Мятеж СВ., Джаборов М.М.), являющийся прототипом предлагаемой полезной модели. Он содержит однофазный трансформатор с первичной обмоткой и группой вторичных обмоток, состоящей из двух частей, каждая из которых имеет отпайку от средней точки, и числа витков обеих частей группы вторичных обмоток равны, из двух тиристоров, двух транзисторов и двух диодов сформированы две, обратные друг другу трехвентильные звезды, общие точки соединения вентилей которых образуют выходные выводы устройства, первая звезда образована двумя тиристорами, свободные электроды которых соединены с началом и концом первой части группы вторичных обмоток и одним диодом, свободный электрод которого соединен со средней точкой первой части группы вторичных обмоток, а вторая звезда образована двумя транзисторами, свободные электроды которых соединены с началом и концом второй части группы вторичных обмоток и одним диодом, свободный электрод которого соединен со средней точкой второй части группы вторичных обмоток, при этом один дополнительный тиристор соединяет начало первой части группы вторичных обмоток с концом второй части группы вторичных обмоток, а другой дополнительный тиристор соединяет конец первой части группы вторичных обмоток с началом второй части группы вторичных обмоток, кроме того, один дополнительный диод соединяет средние точки частей первой и второй групп вторичных обмоток, причем дополнительный диод и оба дополнительных тиристора включены согласно с тиристорами, транзисторами и диодами трехвентильных звезд.
Недостатком такого преобразователя является низкий коэффициент мощности.
Задачей (технический результат) предлагаемой полезной модели является создание однофазного преобразователя переменного тока в постоянный с более высоким коэффициентом мощности.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве однофазного преобразователя переменного тока в постоянный, содержащем однофазный трансформатор с первичной обмоткой и группой вторичных обмоток, состоящей из двух частей, каждая из которых имеет отпайку от средней точки, причем числа витков обеих частей группы вторичных обмоток равны, сформированы две, обратные друг другу трехвентильные звезды, общие точки соединения вентилей которых образуют выходные выводы устройства. Причем вторая звезда образована двумя тиристорами, свободные электроды которых соединены с началом и концом второй части группы вторичных обмоток и одним диодом, свободный электрод которого соединен со средней точкой второй части группы вторичных обмоток. Кроме того, два транзистора соединяют начало и конец первой группы вторичных обмоток со средней точкой второй группы вторичных обмоток, причем оба транзистора и оба дополнительных тиристора включены согласно тиристорам и диодам трехвентильных звезд.
На Фиг. 1 показан предлагаемый однофазный преобразователь переменного тока в постоянный.
На фиг. 2 приведены диаграмма питающего напряжения, диаграммы сигналов управления транзисторами 13 и 14, и диаграмма первой гармоники сетевого тока.
Однофазный преобразователь переменного тока в постоянный (Фиг. 1) содержит однофазный трансформатор, имеющий первичную обмотку и две вторичные секционированные обмотки, первая с секциями 1 и 2, вторая с секциями 3 и 4, вентильную часть, состоящую из управляемых вентилей 5, 6, 7, 8, 9, 10, 13, 14 и неуправляемых вентилей 11, 12, вентили 5, 6, 11 и вентили 9, 10, 12 образуют обратные друг другу трехвентильные звезды, общие точки соединения вентилей в которых образуют соответственно выходные выводы устройства - анодный 15 и катодный 16, к которым подключена нагрузка 17. При этом тиристор 7 соединяет начало первой части группы вторичных обмоток с концом второй части группы вторичных обмоток, а тиристор 8 соединяет конец первой части группы вторичных обмоток с началом второй части группы вторичных обмоток. Коллектор транзистора 14 соединен с началом первой группы вторичных обмоток, а эмиттер со средней точной второй группы вторичных обмоток, коллектор транзистор 13 соединен с концом первой группы вторичных обмоток, а эмиттер со средней точной второй группы вторичных обмоток.
Устройство работаем следующим образом:
При положительной полуволне напряжения, тяговый электродвигатель постоянного тока получает напряжение с вторичной обмотки трансформатора 2, при этом путь протекания тока будет осуществляться по цепи: вторичная обмотка трансформатора 2 - транзистор 13 - диод 12 - ТЭД 15 - диод 11 - вторичная обмотка трансформатора 2. При отрицательной полуволне напряжения, тяговый электродвигатель постоянного тока получает напряжение с вторичной обмотки трансформатора 1, при этом путь протекания тока будет осуществляться по цепи: вторичная обмотка трансформатора 1 - транзистор 14 - диод 12 - ТЭД 15 - диод 11 - вторичная обмотка трансформатора 1. Управление тяговым электродвигателем на первой зоне будет осуществляться, таким образом, чтобы не возникало сдвига по фазе φ основной гармоники сетевого тока.
На второй зоне регулирования, при положительной полуволне, напряжение секций 1 и 4 вторичной обмотки трансформатора через диод 11, затем через открытый транзистор 14 и тиристор 10 поступает в цепь нагрузки. При отрицательной полуволне, напряжение секций 2 и 3 вторичной обмотки трансформатора через диод 11, затем через открытый транзистор 11 и тиристор 9 поступает в цепь нагрузки.
На третьей зоне регулирования, при положительной полуволне, напряжение секций 1, 3 и 4 вторичной обмотки трансформатора через диод 11, через тиристор 7 и тиристор 10 поступает в цепь нагрузки. При отрицательной полуволне, напряжение секций 2, 3 и 4 вторичной обмотки трансформатора через диод 11, через тиристор 8 и тиристор 9 поступает в цепь нагрузки.
На четвертой зоне регулирования, при положительной полуволне, напряжение секций 1, 2, 3 и 4 вторичной обмотки трансформатора через тиристоры 6 и 7 и тиристор 10 поступает в цепь нагрузки. При отрицательной полуволне, напряжение секций 1, 2, 3 и 4 вторичной обмотки трансформатора через тиристоры 5 и 8 и тиристор 9 поступает в цепь нагрузки.
Структура построения однофазного преобразователя остается «лестничной», как в варианте прототипа, что обеспечивает проведение раздельной коммутации тиристоров, «рассовмещенной» на большие и малые контуры коммутации. В предлагаемой схеме допускается одновременное амплитудное регулирование, которое осуществляется подачей отпирающих импульсов на тиристоры и широтно-импульсное регулирование, которое осуществляется подачей серии импульсов различной ширины на транзисторы. Использование транзисторов позволяет улучшить форму выпрямленного напряжения, ликвидировать сдвиг между основной гармоникой сетевого тока и напряжения, снизить процентный состав высших гармоник в потребляемом сетевом токе - а значит, в целом повысить коэффициент мощности преобразователя. По сравнению с прототипом в предлагаемой схеме на первой зоне регулирования в процессе выпрямления тока участвует один управляемый вентиль, что в результате снижает потери в вентилях, что так же способствует повышению коэффициент мощности преобразователя.
Подобный преобразователь может быть установлен на электровоз переменного тока.