Трехфазный полупроводниковый выпрямитель напряжения с корректором входного коэффициента мощности

Полезная модель относится к области энергетики и силовой электроники, может быть использована при построении систем преобразования и передачи электрической энергии. Трехфазный полупроводниковый выпрямитель напряжения с корректором входного коэффициента мощности, содержащий шесть диодов и три двунаправленных ключа первые выводы которых подсоединены к каждой фазе источника питания, а вторые выводы объединены между собой и образуют общую точку, в звене постоянного тока введены три двунаправленных ключа первые выводы которых подсоединены к общей точке, а вторые выводы соединены к средним точкам каждой пары последовательно включенных четырех конденсаторов. Предложенное устройство позволяет формировать фазные токи выпрямителя без содержания пятой гармоники и повышать входной коэффициент мощности выпрямителя.

Полезная модель относится к области энергетики и силовой электроники, может быть использована при построении систем преобразования и передачи электрической энергии.

Известен трехфазный полупроводниковый выпрямитель напряжения с корректором входного коэффициента мощности («Полупроводниковые выпрямители», / Беркович Е.И., Ковалев В.Н., Ковалев Ф.И. и др.; Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. - 2-е, изд., переработ. М.: «Энергия», 1978 - 448), который формирует постоянное напряжение на выходе. Однако данный выпрямитель имеет прямоугольные фазные токи и, как следствие, низкий входной коэффициент мощности.

Кроме того, известен трехфазный полупроводниковый выпрямитель напряжения с корректором входного коэффициента мощности (J.А.О. Marafao, J.A. Pomilio, G. Spiazzi "Improved Three-Phase High-Qualitry Rectifier With Line-Commutated Switches" IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 19, No. 3, PP. 640-648, May 2004.), являющийся прототипом предлагаемой полезной модели и содержит шесть диодов и три двунаправленных ключа первые выводы которых подсоединены к каждой фазе источника питания, а вторые выводы объединены между собой и образуют общую точку.

Однако указанное устройство формирует фазные токи выпрямителя с содержанием пятой гармоники, что снижает входной коэффициент мощности выпрямителя.

Задачей предлагаемой полезной модели является формирование фазных токов выпрямителя без содержания пятой гармоники и повышение входного коэффициента мощности выпрямителя. Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем шесть диодов и три двунаправленных ключа первые выводы которых подсоединены к каждой фазе источника питания, а вторые выводы объединены между собой и образуют общую точку, а в звене постоянного тока введены три двунаправленных ключа первые выводы которых подсоединены к общей точке, а вторые выводы соединены к средним точкам каждой пары последовательно включенных четырех конденсаторов.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит трехфазную питающую сеть синусоидальных напряжений 1, 2, 3. Первая фаза питающей сети подключена к входу фазного дросселя 4, вторая и третья фазы питающей сети подключены к входам фазных дросселей 5 и 6 соответственно. Выходы фазных дросселей соединены с входами 7, 8 и 9 трехфазного мостового выпрямителя 10, образующие входные фазы выпрямителя. Входные фазы выпрямителя подсоединены к первым выводам двунаправленных ключей 11, 12, 13, а вторые выводы подключены к общей точке 14. Общая точка 14 соединена к первым выводам двунаправленных ключей 15, 16, 17, вторые выводы которых подсоединены к средним точкам 18, 19, 20 конденсаторов 21-24. Управляющие входы всех двунаправленных ключей подключены к выходам генераторов импульсов 25-30, а входы генераторов импульсов подключены к фазе 1, для синхронизации с питающей сетью.

Устройство работает следующим образом. В генераторах импульсов 25, 26, 27 формируют импульсы управления u₂₅, u₂₆, u₂₇ длительностью - (фиг. 2). Полученные импульсы с генераторов 25-27 поступают на управляющие входы двунаправленных ключей 11-13. В генераторе импульсов 28 формируют импульсы управления u ₂₈ (фиг. 2) длительностью , где . Полученные импульсы поступают на управляющий вход двунаправленного ключа 15. В генераторах импульсов 29, 30 формируют импульсы управления u₂₉, u₂₀ длительностью . Полученные импульсы поступают на управляющие входы двунаправленных ключей 16, 17 соответственно. Двунаправленные ключи переключают согласно импульсам управления и формируют на входах 7, 8, 9 относительно средней точки 19 напряжения: u_7-19, u_8-19 , u_9-19 (Фиг. 2). На входах 7, 8 и 9 относительно нуля питающей сети формируют напряжения u_7-0, u _8-0, u_9-0 согласно выражениям:

На фиг. 2 показано только напряжение u_7-0.

При получают напряжения u_7-0, u_8-0, u_9-0, не содержащие пятой гармоники.

Таким образом, отсутствие пятой гармоники в напряжениях u _7-0, u_8-0, u_9-0 является условием, обеспечивающим формирование фазных токов выпрямителя без содержания пятой гармоники и повышение входного коэффициента мощности выпрямителя.

Покажем это, проанализировав электромагнитные процессы во входной фазе выпрямителя 10.

Согласно преобразованию Фурье, мгновенное значение напряжения u_7-0 (фиг. 2) запишется как:

Пятая гармоника в напряжении u _7-0 исключается при условии .

Ток в первой входной фазе выпрямителя формируется под действием разницы эдс e₁ и напряжения u_7-0. Отсутствие в напряжении u_7-0 пятой гармоники является условием отсутствия пятой гармоники в фазном токе выпрямителя.

Таким образом, техническим результатом предложенного устройства является формирование фазных токов выпрямителя без содержания пятой гармоники и повышение входного коэффициента мощности выпрямителя.

Трехфазный полупроводниковый выпрямитель напряжения с корректором входного коэффициента мощности, содержащий шесть диодов и три двунаправленных ключа, первые выводы которых подсоединены к каждой фазе источника питания, а вторые выводы объединены между собой и образуют общую точку, отличающийся тем, что в звене постоянного тока введены три двунаправленных ключа, первые выводы которых подсоединены к общей точке, а вторые выводы подсоединены к средним точкам каждой пары последовательно включенных четырех конденсаторов.