Преобразователь с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное
Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и может быть использована в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное высоковольтное напряжение для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и получения высоких напряжений для линий электропередачи постоянного тока. Преобразователь с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное, содержит два трехфазных трансформаторных источника, первичные обмотки которых соединены в «неравноплечий зигзаг» создающие фазовый сдвиг 15 эл. градусов между трансформаторами, а вторичные обмотки каждого трансформатора имеющие два значения числа витков соединены в звезду и треугольник, отличающееся тем, что вторичные обмотки каждого трансформатора подключены к двум вентильным схемам выпрямления, которые соединены в шестифазные кольцевые схемы выпрямления, причем шестифазные кольцевые схемы выпрямления обоих трансформаторов соединены между собой парой разнополярных выводов постоянного тока последовательно, и свободные разнополярные выводы кольцевых схем выпрямления образуют выходные выводы устройства. Предложенный преобразователь имеет более высокий КПД.
Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и может быть использована в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное высоковольтное напряжение для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и получения высоких напряжений для линий электропередачи постоянного тока.
Известен преобразователь с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду или треугольник, а вторичные обмотки имеющих четыре значения чисел витков создают четыре трехфазных источника, которые присоединены к четырем последовательно соединенным трехфазным выпрямительным мостам (А.с. СССР 
1638779, МПК H02M 7/12, опубл. 30.03.1991, Бюл. 12).
Недостатком данного преобразователя является недостаточно высокий КПД из-за потерь мощности в вентилях, последовательно обтекаемых током нагрузки.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является преобразователь с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное,
содержащий два трехфазных трансформаторных источника, первичные обмотки которых соединены в «неравноплечий зигзаг» создающие фазовый сдвиг 15 эл. градусов между трансформаторами, а вторичные обмотки каждою трансформатора, имеющие два значения числа витков соединены в звезду и треугольник, линейные напряжения которых от соответствующих трансформаторов прикладываются к четырем последовательно соединенным трехфазным выпрямительным мостам (Пат. РФ 91486, МПК H02M 7/08 2006/01 опубл. 10.02.2010).
Недостатком данного преобразователя является недостаточно высокий КПД из-за потерь мощности в вентилях, последовательно обтекаемых током нагрузки.
Задача полезной модели - создание преобразователя с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное, имеющего более высокий КПД.
Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве преобразователя с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное, заключающееся в том, что он содержит два трехфазных трансформаторных источника, первичные обмотки которых соединены в «неравноплечий зигзаг» создающие фазовый сдвиг 15 эл. градусов между трансформаторами, а вторичные обмотки каждого трансформатора имеющие два значения числа витков соединены в звезду и треугольник, отличающееся тем, что вторичные обмотки каждого трансформатора подключены к двум вентильным схемам выпрямления, которые соединены в шестифазные кольцевые схемы выпрямления, причем шестифазные кольцевые схемы выпрямления обоих трансформаторов соединены между собой парой разнополярных выводов постоянного тока последовательно, и свободные разнополярные выводы кольцевых схем выпрямления образуют выходные выводы устройства.
На Фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное.
На Фиг. 2 приведены амплитудно-фазовые портреты напряжений вторичных фазных обмоток, формирующих результирующие напряжения.
Преобразователь с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное (Фиг. 1) содержит два трехфазных трансформатора 1 и 2 формирующих две шестифазные системы ЭДС, сдвинутые между собой по фазе на пятнадцать электрических градусов и представленные выводами источников a, b, c; x, y, z и a1 b1, c1; x1 , y1, z1 а также двадцать четыре вентиля 3
26, из которых сформированы две шестифазные кольцевые схемы выпрямления, вентили 314 составляют первую кольцевую схему выпрямления, а вентили 1526 составляют вторую кольцевую схему выпрямления, вентили одной кольцевой схемы выпрямления 3, 4, 5 соединены между собой анодами образуя анодную группу, а катодами соединены с выводами источника a, b, c, вентили 12, 13, 14 соединены между собой катодами образуя катодную группу, а анодами соединены с выводами источника x, y, z, вентили 611 образуют кольцевую группу вентилей которые анодами попарно 6 и 9, 7 и 10, 8 и 11 соединены с выводами источника a, b, c соответственно, а их катоды попарно 7 и 11, 8 и 9, 6 и 10 соединены с выводами источника x, y, z соответственно, вентили другой кольцевой схемы выпрямления 15, 16, 17 соединены между собой анодами образуя анодную группу, а катодами соединены с выводами источника a 1, b1, c1 вентили 24, 25, 26 соединены между собой катодами образуя катодную группу, а анодами соединены с выводами источника x1, y1, z1 вентили 1823 образуют кольцевую группу вентилей которые анодами попарно 18 и 21, 19 и 22, 20 и 23 соединены с выводами источника a 1, в1, c1 соответственно, а их катоды попарно 19 и 23, 20 и 21, 18 и 22 соединены с выводами источника x1, y1, z1 соответственно, последовательное соединение выпрямительных схем обеспечивается соединением в общий узел катодной группы вентилей первой кольцевой схемы и анодная группы вентилей второй кольцевой схемы выпрямления. Общие точки 27 и 29 соединения вентилей анодной и катодной групп соответственно первой и второй кольцевых схем выпрямления образуют выходные выводы преобразователя, к которым подключена нагрузка 28.
Принцип работы преобразователя (Фиг. 1) основан на двухкаскадной последовательно соединенной схеме, каждый каскад содержит трансформаторный источник и вентильную схему выпрямления. Источники трансформаторные 1; 2, создают две шестифазные симметричные системы ЭДС первичные обмотки которых состоят из двух частей сетевой и фазосдвигающей с соотношением чисел витков 1: 
соответственно, их соединение между собой по схеме «неравноплечий зигзаг» создает фазовый сдвиг 15 эл. градусов между шестифазными симметричными системами, формируемыми вторичными обмотками трансформаторов, которые размещены по две на каждом стержне трансформатора с отношением чисел витков равно 
, соединение между собой трех обмоток имеющих большее число витков в треугольник, а трех обмоток имеющих меньшее число витков в звезду создает равенство величин линейных напряжений складываемых из фазных напряжений и равный фазовый сдвиг 30 эл. градусов. Иллюстрация работы преобразователя отображена векторными диаграммами напряжений, представленными в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток, составляющих две шестифазные системы напряжений групп вторичных обмоток, и развернутыми на фазовой плоскости векторными диаграммами, поясняющими принцип формирования результирующих напряжений, представленных векторами S1S24 (Фиг. 2).
Векторные диаграммы (Фиг. 2) показывают амплитудно-фазовые характеристики каждой из применяемых шестифазных систем ЭДС. Соотношения чисел витков вторичных фазных обмоток равных 
и фазовый сдвиг напряжений 15 эл. градусов между шестифазными симметричными системами обеспечивает динамичное формирование результирующих напряжений, модули векторов которых равны и сдвинуты друг относительно друга на фазовой плоскости на 15 эл. град. Условно зафиксировав векторную диаграмму напряжений одной системы и перемещая вокруг нее векторную диаграмму напряжений другой системы, за период сетевого напряжения получим 24 вектора результирующих напряжений (Фиг. 2). В каждом положении систем на фазовой плоскости определяются элементы вентильных связей, порядок работы вторичных обмоток и вентилей, которые сведены в таблицу.
| Таблица | ||
| Пульсация | Индексы линейных напряжений | Номера вентилей |
| S1 | -ca z -c1a1z1 | 5, 6, 14, 17, 18, 26 |
| S2 | -caz-c1a1y1 | 5, 6, 14, 17, 21, 25 |
| S3 | -cay-c1a1z1 | 5, 9, 13, 17, 18, 26 |
| S4 | -cay-c1a1y1 | 5, 9, 13, 17, 21, 25 |
| S5 | -cbx-c1b1x1 | 5, 7, 12, 17, 19, 24 |
| S6 | -cbx-c1b1z1 | 5, 7, 12, 17, 22, 26 |
| S7 | -cbz-c1b1x1 | 5, 10, 14, 17, 19, 24 |
| S8 | -cbz-c1b1z1 | 5, 10, 14, 17, 22, 26 |
| S9 | -bcy-b1c1y1 | 4, 8, 13, 16, 20, 25 |
| S10 | -bcy-b1c1x1 | 4, 8, 13, 16, 23, 24 |
| S11 | -bcx-b1c1y1 | 4, 11, 12, 16, 20, |
 | | 25 |
| S12 | -bcx-b1c1x1 | 4, 11, 12, 16, 23, 24 |
| S13 | -baz-b1a1z1 | 4, 6, 14, 16, 18, 26 |
| S14 | -baz-b1a1y1 | 4, 6, 14, 16, 21, 25 |
| S15 | -bay-b1a1z1 | 4, 9, 13, 16, 18, 26 |
| S16 | -bay-b1a1y1 | 4, 9, 13, 16, 21, 25 |
| S17 | -abx-a1b1x1 | 3, 7, 12, 15, 19, 24 |
| S18 | -abx-a1b1z1 | 3, 7, 12, 15, 22, 26 |
| S19 | -abz-a1b1xi | 3, 10, 14, 15, 19, 24 |
| S20 | -abz-a1b1z1 | 3, 10, 14, 15, 22, 26 |
| S21 | -acy-a1C1y1 | 3, 8, 13, 15, 20, 25 |
| S22 | -acy-a1C1x1 | 3, 8, 13, 15, 23, 24 |
| S23 | -acx-a1C1y1 | 3, 8, 12, 15, 20, 25 |
| S24 | -acx-a1C1x1 | 3, 8, 12, 15, 23, 24 |
Исследование состояний систем напряжений во времени по векторным диаграммам (Фиг. 2) позволяет определить порядок чередования рабочих интервалов шестифазных симметричных систем напряжений, подключенных к вентильной конструкции. Например, при формировании результирующего напряжения первой пульсации S1 указанного в первом столбце таблицы наибольшую величину векторов линейных напряжений складываемых из векторов фазных напряжений имеют ca2 и c1a1z1 подключенных к первой и второй кольцевым схемам выпрямления соответственно. Индексы линейных напряжений указаны во втором столбце таблицы, а в третьем столбце приведены номера вентилей, включенных при действии данных напряжений вентили 5, 6, 14, первой и вентили 14, 18 26 второй кольцевых схем выпрямления. Далее нумерация вентилей в таблице соответствует порядку их включения в преобразовательный процесс. Исходя из алгоритма включения вентилей, приведенного в таблице, при идеальной коммутации в любой момент времени в цепи протекания тока нагрузки последовательно включено только шесть вентилей.
У прототипа вентильная схема выпрямления представляет собой четыре трехфазных моста последовательно типа, где в любой момент времени в цепи протекания тока восемь вентилей последовательно обтекаются током нагрузки. По сравнению с прототипом схемно-топологические связи в предлагаемой схеме, обеспечивают сокращение числа вентилей, последовательно обтекаемых током нагрузки с восьми вентилей до шести. Что является техническим результатом, который для потребителей может оказаться оптимальным решением, так как при высоких классах вентилей потери мощности в вентильной конструкции можно снизить на 25%, увеличив тем самым КПД преобразователя в целом, как показали расчеты, не менее, чем на 0,25%.
Таким образом, предлагаемый преобразователь с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное, имеет по сравнению с прототипом, более высокий КПД, за счет уменьшения потерь мощности связанного с сокращением числа вентилей с восьми вентилей до шести последовательно обтекаемых током нагрузки.
Преобразователь с 24-кратной частотой пульсации переменного напряжения в постоянное, содержащий два трехфазных трансформаторных источника, первичные обмотки которых соединены в "неравноплечий зигзаг", создающие фазовый сдвиг 15 эл. градусов между трансформаторами, а вторичные обмотки каждого трансформатора, имеющие два значения числа витков, соединены в звезду и треугольник, отличающийся тем, что вторичные обмотки каждого трансформатора подключены к двум вентильным схемам выпрямления, которые соединены в шестифазные кольцевые схемы выпрямления, причем шестифазные кольцевые схемы выпрямления обоих трансформаторов соединены между собой парой разнополярных выводов постоянного тока последовательно, и свободные разнополярные выводы кольцевых схем выпрямления образуют выходные выводы устройства.
