Выпрямитель трехфазной сети

Трехфазный мостовой выпрямитель — принцип работы и схемы

Если для маломощных схем постоянного тока применяют однотактные или мостовые однофазные выпрямители, то для питания более мощных нагрузок необходимы порой выпрямители трехфазные.

Трехфазные выпрямители позволяют получать большие величины постоянных токов с малыми уровнями пульсаций выходного напряжения, что сказывается на снижении требований к характеристикам сглаживающего выходного фильтра. Итак, для начала рассмотрим однотактный трехфазный выпрямитель, изображенный на рисунке ниже:

В приведенной на рисунке однотактной схеме к выводам вторичных обмоток трехфазного трансформатора подключены всего три выпрямительных диода. Нагрузка присоединена к цепи между общей точкой, в которой сходятся катоды диодов, и общим выводом трех вторичных обмоток трансформатора.

Давайте теперь рассмотрим временные диаграммы токов и напряжений, имеющих место во вторичных обмотках трансформатора и на одном из диодов трехфазного однотактного выпрямителя:

Некоторым устройствам постоянного тока требуется большее напряжение питания, чем может дать однотактная схема, приведенная выше. Поэтому в некоторых случаях больше подходит схема трехфазного двухтактного выпрямителя. Принципиальная его схема приведена на рисунке ниже. Как мы уже отмечали, требования к фильтру снижаются, вы сможете увидеть это по диаграммам. Данная схема известна как трехфазный мостовой выпрямитель Ларионова:

Взгляните теперь на диаграммы и сравните их с однотактной схемой. Выходное напряжение в мостовой схеме легко представляется в виде суммы напряжений как бы двух однотактных выпрямителей, работающих в противоположных фазах. Напряжение Ud = Ud1+Ud2. Количество фаз на выходе очевидно больше и частота пульсаций сети больше.

В данном конкретном случае — шесть фаз постоянного напряжения вместо трех, которые были в однотактной схеме. Вот почему требования к сглаживающему фильтру снижаются, и в некоторых случаях без него можно полностью обойтись.

Три фазы обмоток вкупе с двумя полупериодами выпрямления дают основную частоту пульсаций равную шестикратной частоте сети (6*50 = 300). Это видно по диаграммам напряжений и токов.

Мостовое включение можно рассмотреть как объединение двух однотактных трехфазных схем с нулевой точкой, причем диоды 1, 3 и 5 — это катодная группа диодов, а диоды 2, 4 и 6 — анодная группа. Два трансформатора будто бы объединены в один. В каждый момент прохождения тока через диоды — в процессе участвуют одновременно два диода — по одному из каждой группы.

Открывается катодный диод, к которому приложен более высокий потенциал относительно анодов противоположной группы диодов, и в анодной группе открывается именно тот из диодов, потенциал к которому приложен более низкий по отношению к катодам диодов катодной группы.

Переход рабочих промежутков времени между диодами происходит в моменты естественной коммутации, диоды работают по порядку. В итоге потенциал общих катодов и общих анодов может быть измерен по верхней и нижней огибающим графиков фазных напряжений (см. диаграммы).

Мгновенные значения выпрямленных напряжений равны разности потенциалов катодной и анодной групп диодов, то есть сумме ординат на диаграмме между огибающими. Выпрямленный ток вторичных обмоток показан на диаграмме для активной нагрузки.

Таким же образом можно получить от трехфазного трансформатора более шести фаз постоянного напряжения: девять, двенадцать, восемнадцать и даже больше. Чем больше фаз (чем больше пар диодов) в выпрямителе, тем меньше уровень выходных пульсаций напряжения. Вот, взгляните на схему с 12 диодами:

Здесь трехфазный трансформатор содержит две трехфазные вторичные обмотки, причем одна из групп объединена в схему «треугольник», вторая — в «звезду». Количества витков в обмотках групп отличаются в 1,73 раза, что позволяет получить со «звезды» и с «треугольника» одинаковые величины напряжения.

В данном случае сдвиг фаз напряжений в этих двух группах вторичных обмоток относительно друг друга получается равен 30°. Поскольку выпрямители включены последовательно, то выходное напряжение суммируется, и на нагрузке частота пульсаций оказывается теперь в 12 раз большей по отношению к сетевой частоте, при этом уровень пульсаций получается меньшим.

Виенна-выпрямитель — трехфазный корректор коэффициента мощности

Евгений Чаплыгин
Во Минь Тьинь
Нгуен Хоанг Ан

В статье приводится анализ электромагнитных процессов в Виенна-выпрямителе и сравнение этого типа устройств с активным выпрямителем.

Принятые в последнее десятилетие стандарты жестко ограничивают эмиссию в сеть высших гармонических составляющих тока, создаваемую статическими преобразователями. В первую очередь это вызвало замену чрезвычайно распространенных выпрямителей с С-фильтром, обладающих весьма низким коэффициентом мощности, схемами с активными корректорами коэффициента мощности (ККМ). В трехфазных сетевых преобразователях отсутствует эмиссия в сеть гармонических составляющих, кратных трем, поэтому коэффициент мощности выше, чем в однофазных схемах: коэффициент мощности трехфазного шестипульсного выпрямителя с L или LC-фильтром достигает 0,955, а пятая и седьмая гармоники сетевого тока составляют соответственно 20 и 14%. Однако такой гармонический состав сетевого тока во многих случаях не может считаться удовлетворительным, велики массогабаритные и стоимостные показатели фильтра в цепи постоянного тока. Это обстоятельство стимулирует интерес к трехфазным выпрямителям с активной коррекцией коэффициента мощности. Среди них находит применение устройство на базе трехфазного инвертора напряжения, работающего в обратимом режиме (так называемый активный выпрямитель) [1].

Существует и альтернативное схемное решение трехфазного выпрямителя с активной коррекцией коэффициента мощности — Виенна-выпрямитель [2]. Однако в научной литературе не содержится подробного анализа электромагнитных процессов в этой схеме, и сравнение Виенна-выпрямителя с активным выпрямителем носит лишь предварительный характер. Задачей данной статьи является восполнение этого пробела.

Принцип действия

Существует несколько вариантов построения схемы Виенна-выпрямителя, и материал статьи можно распространить на все разновидности устройства, однако представляет интерес решение, приведенное на рис. 1,а [2]. Нулевой провод сети может отсутствовать. Реализация двухпроводящего ключа показана на рис. 1,б.

Функционирование Виенна-выпрямителя напоминает работу однофазного корректора коэффициента мощности на базе повышающего регулятора постоянного напряжения. При подключении устройства к сети конденсаторы C 1 = Си C2 = С на стороне постоянного тока заряжаются до напряжения, большего амплитуды фазного напряжения: , причем . При , где θ = 2πfсетиt, и замкнутом ключе S1 к дросселю LA приложено напряжение uA— u > 0 и ток iA нарастает. Напряжение между средними точками сети и конденсаторов обозначено u. При отключении S1 ток дросселя замыкается через диод V1, и к дросселю приложено u Au uC1 30 содержит обширную область частот (от n = 1 до n = A — 7), свободную от гармоник. Результаты модельного эксперимента позволили установить, что амплитуда высших гармоник Сn с номерами n = A- i, где i = 1,3, 5… практически не зависит от частоты коммутации и коэффициента регулирования kр. При увеличении коэффициента kUвысшие гармонические составляющие увеличиваются.

Спектр содержит ряд близко расположенных гармонических составляющих вблизи частоты коммутации, которые при расчетах могут быть заменены одной эквивалентной гармоникой с действующим значением

и частотойAxfсети. Коэффициент гармоник определяется выражением

В таблице 1 приведены значения k г в различных режимах.

Действующее значение высших гармоник тока i определяется в решающей степени составляющими спектра , расположенными около частоты коммутации:

Действующее значение сетевого тока:

Коэффициент мощности равен коэффициенту искажения тока сети v :

Учитывая, что k р 0 напряжение на ключах S1-S3 такое же, как в однофазном ККМ на базе повышающего регулятора напряжения, и вдвое меньше, чем в схеме активного выпрямителя на базе инвертора напряжения.

Параметры токов определены при спектральном моделировании Виенна-выпрямителя. В процессе моделирования установлено, что при A > 30 параметры токов не зависят от выбора частоты коммутации и коэффициента регулирования k р , а определяются напряжением на нагрузке (коэффициент kU). В таблице 1 приведены параметры токов, отнесенные к действующему значению фазного сетевого тока I. Для ключа параметры токов определены только для одной проводящей пары «диод — транзистор», например, для тока, протекающего на периоде сети через ST+ и SD (рис. 1б). Из табличных данных видно, что токи диодов при росте kU уменьшаются, а токи транзиcторов — увеличиваются. Поэтому диоды следует выбирать при минимальном kU, когда напряжение сети максимально, а выбор транзисторов следует производить при минимальном напряжении сети.

Как и в схеме ККМ на базе повышающего регулятора напряжения, во время коммутации тока с диода на транзистор в течение времени рассасывания заряда в диоде образуется контур, включающий конденсатор C 1 (или С2), диод и транзистор, что приводит к повышению потерь на коммутацию. Выбираемые приборы должны быть рассчитаны на этот режим, а диоды должны иметь минимальное время восстановления запирающих свойств. Можно использовать и схемотехнические способы ограничения ударного тока.

Расчет выходного фильтра

В трехфазном преобразователе возможны несимметричные режимы, обусловленные, в первую очередь, асимметрией напряжений сети переменного тока и отклонением индуктивнос-тей фазовых дросселей схемы от номинальных значений. Анализ показал, что асимметрия сети влияет на процессы в преобразователе существенно сильнее, чем асимметрия дросселей [4].

Фильтр на стороне постоянного тока выполняется с выводом нулевой точки последовательного включения конденсаторов С1 и С2. Пренебрежем ответвлением высших гармоник тока в нагрузку, тогда в силу односторонней проводимости ключей неуправляемого выпрямителя в конденсатор С 1 поступает ток i01, который является суммой анодных токов диодов, соединенных катодами, а в конденсатор С2 — ток i02 (сумма анодных токов диодов, соединенных анодами). Каждый из указанных токов в симметричном режиме имеет пульсацию с частотой 3fсети, в асимметричных же режимах появляются пульсации на первой и второй гармониках сети.

Вторая гармоника тока замыкается через нагрузку и определяет пульсации напряжения на нагрузке в зависимости от выбора конденсатора, емкость которого определяется последовательным соединением С1 и С2. Первая и третья гармоники тока замыкаются через внутренний контур преобразователя, минуя нагрузку. При конечной емкости конденсаторов С1 и С2 эти токи вызывают противофазные пульсации напряжения на конденсаторах C 1 и С2, причем третья гармоника пульсаций присутствует и в симметричной схеме при симметрии напряжений сети и практически не зависит от параметров несимметрии.

Величина пульсации на каждой из гармоник определяется коэффициентом пульсации, равным отношению амплитуды i-й гармоники пульсации тока i01 (или i02) к постоянной оставляющей тока нагрузки:

Поскольку колебания разных частот суммируются, в наихудшем случае суммарная амплитуда пульсации равна сумме амплитуд пульсации всех гармоник. Введем суммарный коэффициент пульсации k. Чем выше частота пульсации, тем меньше вызываемое ею напряжение на конденсаторе, поэтому при расчете суммарного коэффициента пульсации введены весовые коэффициенты, причем за базовую частоту пульсации принята вторая гармоника сети:

Коэффициенты пульсации являются вероятностными величинами, которые зависят не только от амплитуд обратной и нулевой последовательностей токов, но и от случайных фазовых соотношений. Нами построена расчетная схема, позволяющая выявлять максимальные значения коэффициентов пульсации. В таблице 2 приведены максимальные коэффициенты пульсации тока i01 (или i02) при предельной асимметрии сети, допускаемой ГОСТ 13109-97 (коэффициенты обратной и нулевой последовательности Коб = 4%, К = 4%), в трех различных режимах задания токов Виенна-выпрямителя:

  • режим 1 — величина сетевого тока фазы пропорциональна величине фазного напряжения;
  • режим 2 — величины всех сетевых токов одинаковы;
  • режим 3 — величина сетевого тока фазы обратно пропорциональна величине фазного напряжения.

Пульсации напряжения в нагрузке определяет только вторая гармоника тока. При заданном коэффициенте пульсации на нагрузке kп.н. величина конденсатора С определяется по формуле

(4)

Здесь R — сопротивление нагрузки выпрямителя. Амплитуда пульсации напряжения на нагрузке равна Δ Un = kUUфkп.н.

Тогда в симметричном режиме амплитуда пульсации напряжения на конденсаторе C 1 (или C2) частотой 3fсети равна

Выпрямители: Трехфазный однополупериодный выпрямитель

Схемы выпрямителей, работающих от трехфазной сети переменного тока, строятся по тем же принципам, что и однофазные выпрямители. Для получения схемы трехфазного однополупериодного выпрямления необходимо использовать три однополупериодных выпрямителя, питающих единую нагрузку, но запитываемых от трех фаз источника входного напряжения со средней точкой (рис. 3.4-11). При таком включении для каждого из трех источников напряжения характерно то, что ток из него поступает в нагрузку только во время одного из двух полупериодов колебаний напряжения (точнее в течение части времени этого полупериода). Три диода выпрямителя открываются по очереди в течение одной трети периода колебаний входного напряжения каждый.

Рис. 3.4-11. Трехфазный однополупериодный выпрямитель

При рассмотрении схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя для расчета среднего напряжения нагрузки использовалась формула:

Не трудно показать, что если в общем случае за период колебания входного напряжения \(T\) будут последовательно (но не одновременно) проводить ток \(n\) диодов, то:

При этом первой из присутствующих на выходе гармоник переменного напряжения будет гармоника с номером \(n\), т.е. основная частота пульсаций на выходе выпрямителя будет в \(n\) раз выше частоты колебаний входного напряжения.

Используя приведенную формулу и проведя разложение выходного напряжения выпрямителя в ряд Фурье, можно получить обобщенные выражения для среднего значения выходного напряжения (\(U_<н ср>\)), амплитуды первой из присутствующих гармоник (\(U_\)) и коэффициента пульсаций выпрямителя (\(K_п\)).

В случае трехфазного однополупериодного выпрямителя \(n = 3\) и согласно приведенных формул:

Здесь \(U_<вх ф max>\) — амплитуда фазного напряжения на входе выпрямителя. Основная частота пульсаций выходного напряжения равна утроенной частоте входного сигнала.

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения на входе выпрямителя, т.е.:

К недостаткам данной схемы следует отнести плохое использование трансформатора, который работает с подмагничиванием постоянным током (это явление описывалось при рассмотрении однофазного однополупериодного выпрямителя), и повышенное обратное напряжение на диодах.

Трехфазные выпрямители

Главная > Курсовая работа >Промышленность, производство

1. Трехфазные выпрямители

Схемы выпрямителей трехфазного питания применяются в основном для питания потребителей средней и большой мощности. Первичная обмотка трансформаторов таких выпрямителей состоит из трех фаз и соединяется либо в звезду, либо в треугольник. Вторичные обмотки трансформатора (их может быть несколько) также трехфазные. С помощью специальных схем соединения вторичных обмоток и всего выпрямителя можно получить выпрямление напряжение с числом пульсаций за период , кратным трем. С увеличением числа пульсаций в выпрямленном напряжении значительно сокращаются габаритные размеры сглаживающих электрических фильтров либо вообще отпадает необходимость в них.

Выпрямители трехфазного питания равномерно нагружают сеть трехфазного тока и отличаются высоким коэффициентом использования трансформатора.

Схемы выпрямителей трехфазного питания используются для питания статических нагрузок активного и активно-индуктивного характера, статических нагрузок с противо-э.д.с., а также динамических нагрузок в виде электродвигателей постоянного тока. Последний вид нагрузки следует рассматривать как противо-э.д.с. с индуктивностью.

2. Схема с нулевым выводом (схема Миткевича)

Составным элементом сложных схем выпрямителей трехфазного питания является простая трехфазная схема с нулевым выводом, предложенная Миткевичем (рис. 1). Работа схемы описывается далее.

3. Основные особенности импульсного метода регулирования

Регулирование напряжения потребителя посредством импульсных преобразователей (ИП) называют импульсным регулированием.

С помощью импульсного преобразователя источник постоянного или переменного напряжения периодически подключается к нагрузке.

Преобразователи, позволяющие осуществлять широтно-импульсное регулирование напряжения на нагрузке, называют широтно-импульсными преобразователями (ШИП).

ШИП находят широкое применение для регулирования и стабилизации напряжения различных потребителей (электротранспорт, электропривод металлообрабатывающих станков, в бортовых системах и т.д.), что объясняется рядом их преимуществ:

высокий к.п.д., так как потери мощности на регулирующем элементе преобразователя незначительны по сравнению с потерями мощности в случае непрерывного регулирования;

малая чувствительность к изменениям температуры окружающей среды, поскольку регулирующим фактором является время проводимости ключа, а не величина внутреннего сопротивления регулирующего элемента, что имеет место при непрерывном регулировании;

малые габариты и масса;

постоянная готовность к работе.

Вместе с тем широтно-импульсным преобразователям присущи и недостатки:

импульсный режим работы регулирующего элемента приводит к необходимости устанавливать выходные фильтры, что вызывает инерционность процесса регулирования в замкнутых системах;

высокие скорости включения и выключения тока в силовой цепи ШИП приводит к возникновению радиопомех.

Несмотря на указанные недостатки, применение импульсных преобразователей перспективно в тех случаях, когда на первое место выдвигаются требования высокой экономичности, надежности, малых габаритов, малой чувствительности к колебаниям температуры, высокой гибкости и точности регулирования.

Выходные каскады ШИП наиболее просто выполнять на полностью управляемых вентилях — транзисторах и двухоперационных тиристорах, отпирание и запирание которых производится по базовым цепям.

4. Описание работы схемы

Электрические параметры определяются в общем виде для многофазного выпрямителя с числом пульсаций выпрямленного напряжения за период , для схемы Миткевича .

При активно-индуктивной нагрузке (; ; ) схема может работать в двух режимах. Прерывистость тока в цепи нагрузки зависит не только от диапазона изменения угла регулирования , но и от соотношения параметров нагрузки и . Так же, как и в однофазных схемах, кривая выпрямленного напряжения может иметь отрицательные значения, что объясняется возможностью вентиля пропускать ток при отрицательном напряжении на обмотке данной фазы за счет накопленной энергии в магнитном поле дросселя . При непрерывный режим тока имеет место при любых соотношениях и и ничем не отличается от случая активной нагрузки при . При дальнейшем увеличении угла управления непрерывный режим тока сохраняется только при значительном преобладании индуктивности . Для без больших погрешностей можно считать ток нагрузки идеально сглаженным (рис. 2).

При учете индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора так же, как и в однофазном выпрямителе, имеются интервалы, соответствующие работе одного и двух вентилей.

Рассмотрим режим, соответствующий двум интервалам периода — интервалу одиночной работы вентиля, когда ток в вентиле равен току нагрузки , и интервалу одновременной работы двух смежных по фазе вентилей, называемому интервалом коммутации. В течении интервала коммутации ток в одном вентиле уменьшается от значения до нуля, в другом увеличивается от нуля до значения .

В период коммутации анализ схемы удобно производить методом наложения действий источников синусоидальных э.д.с. вторичных обмоток трансформатора и источника постоянного тока , действующего за счет энергии, накопленной в магнитном поле сглаживающего дросселя к началу коммутации.

Временные диаграммы токов и напряжений в трехфазном управляемом выпрямителе с нулевым выводом при активно-индуктивной нагрузке (; ; ) приведены на рис. 2.

5. По структурной схеме

На входе схемы стоит трансформатор для понижения сетевого напряжения. Напряжение с трансформатора подается на управляемые вентили, где выпрямляется и фильтруется фильтром, а затем выпрямленное поступает к нагрузке. Стабилизация происходит за счет регулирования угла отпирания вентилей. Сигналы для отпирания тиристоров приходят с системы управления (СУ), для нашего случая можно использовать оптотиристоры или трансформатор для гальванической развязки СУ и силовой части. Система синхронизации согласована с частотой сети.

6. Расчет силовой части

Расчет основных соотношений:

Определяем , , , , :

В;

В;

В;

В.

Определяем коэффициенты изменения питающего напряжения:

.

Зададимся падением напряжения на элементах схемы:

на активном сопротивлении трансформатора: ;

на вентилях: В;

на активном сопротивлении дросселя: .

Определим максимальное и минимальное требуемое выпрямленное напряжение , , учитывая нестабильность и диапазон регулирования выходного напряжения, а также потери в элементах схемы:

В,

В.

Уравнение нагрузочной характеристики имеет вид:

.

При минимальном напряжении сети и максимальном напряжении на нагрузке будет справедливо:

, .

Зададимся минимальным углом управления . Исходя из этого определим необходимое минимальное напряжение на фазной обмотке:

В.

Определим номинальное и максимальное значения напряжений на фазной обмотке:

В;

В.

Зная максимальное напряжение на фазной обмотке, определим максимальный угол управления:

.

Определим номинальный угол управления:

.

Из полученных значений для углов регулирования следует, что возможна робота нулевого диода.

Способ регулирования напряжения и устройство трехфазного выпрямителя

Владельцы патента RU 2367082:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано на тяговых трансформаторных подстанциях железных дорог, городского электрического транспорта, для электропередачи постоянного тока в электроэнергетических системах, для питания плазматронов, электролизеров, гальванических установок, в устройствах мягкого пуска электроустановок и для питания других потребителей электрической энергии. Предложенным способом регулирования напряжения и устройством трехфазного выпрямителя коэффициент мощности повышается, а нелинейные искажения тока в питающей сети снижаются за счет преобразования переменного напряжения первой секции вторичных обмоток трехфазного трансформатора, первичные и вторичные обмотки которого соединены по схеме звезда, трехфазным мостовым выпрямителем. Нерегулируемая составляющая выпрямленного напряжения прикладывается к накопителю электрической энергии большой емкости, а через дополнительные диод и реактор — к шинам сети постоянного тока. Для достижения технического результата — расширения функциональных возможностей выпрямителя — трехфазный мостовой выпрямитель, соединенный с первой секцией вторичных обмоток трансформатора, выполняется управляемым. Управляемые трехфазные мостовые выпрямители соединяются по входу с другими отпайками последовательно соединенных секций вторичных обмоток трансформатора, а по выходу — последовательно друг с другом. К выходу каждого выпрямителя подключены накопители энергии большой емкости, которые через дополнительные диоды соединены с выводом реактора. Регулируемая составляющая выпрямленного напряжения суммируется с нерегулируемой составляющей и изменяется за счет угла регулирования тиристоров выпрямителя в зоне регулирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано на тяговых трансформаторных подстанциях железных дорог, городского электрического транспорта, для электропередачи постоянного тока в электроэнергетических системах, для питания плазматронов, электролизеров, гальванических установок, в устройствах мягкого пуска электроустановок и для питания других потребителей электрической энергии.

Известны трехфазные шестипульсовые управляемые выпрямители для преобразования электрической энергии трехфазного переменного тока в энергию постоянного тока, собранные по мостовой схеме на тиристорах с изменением выпрямленного напряжения за счет изменения угла регулирования тиристоров. Однако такие выпрямители имеют низкий коэффициент мощности, они загружают питающие сети нелинейным током, имеют высокий коэффициент пульсаций выпрямленного тока [Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. — М.: Транспорт, 1999. — 464 с.].

Известен двенадцатифазный выпрямитель [Патент РФ №2104610, кл. Н02М 7/155, 1998], содержащий два трансформатора, первичные обмотки которых соединены последовательно. Вторичные обмотки трансформаторов разомкнуты. К каждой фазе вторичных обмоток подключен однофазный мост, содержащий два неуправляемых и два управляемых вентиля. Известны способы регулирования постоянного напряжения выпрямителя [Патент DE №9618402, кл. G05F 1/10,1998; Патент DE №98105418, кл. G05F 1/575, 2000; Патент DE №2214674, кл. Н02М 7/162, Н02Р 7/42, 2003]. Выпрямитель выполнен в виде четырехквадрантного регулирующего органа с управляющим вентилем в каждом вентильном плече с возможностью отвода постоянного напряжения. Способы регулирования постоянного напряжения реализуются формированием управляющего напряжения на управляемые вентили каждого вентильного плеча от регуляторов тока.

Недостатками данных способов регулирования постоянного напряжения и устройств выпрямителей являются низкий коэффициент мощности выпрямителей из-за коммутации всего выпрямленного тока управляемыми вентилями, нелинейные искажения тока в питающей сети переменного тока, большое количество элементов выпрямителя.

Известен двенадцатифазный выпрямитель [Патент РФ №2297707, кл. Н02М 7/155, 2007], содержащий два трансформатора, первичные обмотки которых соединены параллельно, у одного трансформатора по схеме звезда, а у другого по схеме треугольник. Вторичные обмотки трансформаторов разомкнуты. К каждой фазе вторичных обмоток подключен однофазный мост на диодах и шесть выпрямительных ячеек, соединенных по выходу последовательно.

Недостатками выпрямителя являются ступенчатое регулирование выпрямленного напряжения, большое количество элементов выпрямителя и формирование в обмотках трансформатора, соединенных по схеме треугольник, циркулирующего тока третьей гармоники и токов гармоник, кратных трем.

Известен также выпрямитель трехфазного тока (прототип) [Патент РФ №2005121360, кл. Н02М 1/00, 2007]. Выпрямитель состоит из двух параллельно работающих трехфазных трансформаторов, первичные обмотки одного трансформатора соединены по схеме звезда, а другого — по схеме треугольник. Шесть однофазных выпрямительных ячеек на полностью управляемых вентилях включены встречно-параллельно мостовым выпрямительным ячейкам на диодах и через фильтровые реакторы соединены с фазными вторичными обмотками трансформаторов. Параллельно каждому из шести выходов однофазных мостовых выпрямительных ячеек на диодах соединены сглаживающие конденсаторы.

Недостатками выпрямителя и известного способа регулирования напряжения выпрямителя являются низкий коэффициент мощности выпрямителя, нелинейные искажения тока и напряжения в трехфазной сети переменного тока, большое количество элементов выпрямителя и формирование в обмотках трансформатора, соединенных по схеме треугольник, циркулирующего тока третьей гармоники и токов гармоник, кратных трем.

Целью изобретения является повышение коэффициента мощности выпрямителя, повышение электромагнитной совместимости выпрямителя с трехфазными сетями переменного тока и с приемниками электрической энергии постоянного тока, сокращение элементов выпрямителя, снижение стоимости и повышение КПД выпрямителя, расширение функциональных возможностей выпрямителя.

Цель достигается тем, что от источника энергии трехфазного переменного тока нерегулируемая часть электрической энергии поступает через неуправляемые в зоне регулирования трехфазные мостовые выпрямители в сеть постоянного тока. Регулируемая часть электрической энергии поступает в сеть постоянного тока через управляемые в зоне регулирования трехфазные мостовые выпрямители. Трехфазный выпрямитель содержит трехфазный трансформатор с первичными и секционированными вторичными обмотками, соединенными по схеме звезда. Секционированные вторичные обмотки трансформатора соединены между собой последовательно, к отпайкам секционированной обмотки подключены входы трехфазных мостовых выпрямителей, а с выходами трехфазных мостовых выпрямителей соединены накопители энергии большой емкости. Накопители энергии и трехфазные мостовые выпрямители по выходу соединены между собой последовательно. Плюсовые выводы накопителей энергии, подключенные к катодам силовых полупроводниковых приборов выпрямителей, через дополнительные диоды и реактор соединены с плюсовой шиной электрической сети постоянного тока. Минусовой вывод выпрямителя на диодах и первого накопителя энергии соединен с минусовой шиной электрической сети постоянного тока.

Таким образом, заявляемый способ регулирования напряжения и устройство трехфазного выпрямителя соответствуют критерию изобретения «новизна».

Известные способы регулирования и устройство многофазных выпрямителей характеризуются низким коэффициентом мощности, нелинейными искажениями тока в питающей трехфазной сети, большим количеством элементов выпрямителя. Предложенным способом регулирования напряжения и устройством трехфазного выпрямителя коэффициент мощности повышается, а нелинейные искажения тока в питающей сети снижаются за счет выпрямления переменного напряжения, которое с секций вторичных обмоток трансформатора подается на вход трехфазных неуправляемых в зоне регулирования мостовых выпрямителей. Регулируемая составляющая выпрямленного напряжения формируется за счет переменных напряжений других секций вторичных обмоток трансформатора, которые выпрямляются и изменяются по величине трехфазными управляемыми мостовыми выпрямителями в зоне регулирования. Регулируемая составляющая выпрямленного напряжения суммируется с нерегулируемой составляющей и прикладывается к шинам сети постоянного тока. Плавное регулирование выпрямленного напряжения в пределах одной зоны выполняется за счет изменения углов регулирования тиристоров катодной группы трехфазных мостовых выпрямителей с фазовым способом управления. Анодная группа выпрямителей собрана на диодах. При переходе в другую зону регулирования напряжения тиристоры выпрямителя, изменяющего напряжение в предыдущей зоне, работают с нулевым углом регулирования при повышении напряжения, и выпрямитель работает так же, как выпрямитель на диодах, а при снижении выпрямленного напряжения — переводятся в непроводящее состояние. Бесконтактным переключением секций вторичных обмоток трансформатора с помощью трехфазных управляемых выпрямителей изменяется коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора и этим обеспечивается изменение нерегулируемой составляющей постоянного напряжения на выходе выпрямителя. Для расширения функциональных возможностей выпрямителя, трехфазный мостовой выпрямитель, соединенный с отпайками первой секции вторичных обмоток выполняется управляемым, обеспечивающим мягкий пуск электроустановок.

Таким образом, заявляемый способ регулирования мощности и устройство трехфазного выпрямителя соответствуют критерию изобретения «существенные отличия».

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже дана принципиальная электрическая схема трехфазного выпрямителя, реализующего предложенный способ регулирования напряжения для одной зоны регулирования, улучшающего коэффициент мощности и электромагнитную совместимость выпрямителя, позволяющий уменьшить количество элементов устройства, повысить КПД выпрямителя и расширить функциональные возможности выпрямителя.

Выводы а, в, с первой секции секционированной последовательно соединенной вторичной обмотки трехфазного трансформатора TV, собранной по схеме звезда, соединены с анодами и катодами диодов трехфазного мостового выпрямителя 1. К выходу выпрямителя 1 подключены накопители электрической энергии 5 (например, ионисторы), напряжение с которых через дополнительный диод 3 и реактор 4 подается в сеть постоянного тока. Выводы a1, в1, c1 второй секции вторичных обмоток соединены с анодами тиристоров и катодами диодов трехфазного управляемого мостового выпрямителя 2, который соединен последовательно с выпрямителем 1. К выходу выпрямителя 2 подключены накопители энергии 6. Для увеличения нерегулируемой составляющей мощности выпрямителя количество трехфазных мостовых выпрямителей можно увеличивать и соединять их последовательно и параллельно с выпрямителем 1. Для расширения диапазона регулирования напряжения, для снижения емкости промежуточных накопителей электрической энергии 6 и коэффициента пульсации выпрямленного тока количество секций вторичной обмотки трансформатора, трехфазных управляемых мостовых выпрямителей, накопителей энергии и дополнительных диодов можно увеличивать и соединять их так, как показано на чертеже.

Принцип регулирования напряжения выпрямителя заключается в том, что с помощью трехфазного напряжения первой секции вторичных обмоток трансформатора, выпрямителя 1, накопителей энергии 5 обеспечивается, например, номинальное напряжение в сети постоянного тока. В случае отклонения напряжения в сети постоянного тока от выбранного уровня напряжения с помощью трехфазного напряжения второй секции вторичных обмоток трансформатора, управляемого выпрямителя 2 и накопителей энергии 6 формируется регулируемая составляющая постоянного напряжения (обычно не превышающая 15% от номинального напряжения в сети постоянного тока), которая суммируется с нерегулируемой составляющей постоянного напряжения выпрямителя. Плавное регулирование напряжения на выходе выпрямителя 2 можно выполнять фазовым способом с подачей постоянного напряжения управления на тиристоры в течение одного полупериода переменного напряжения сети для предотвращения возможного запирания тиристоров. При уменьшении угла регулирования тиристоров выпрямителя 2 до нуля изменяется коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора, на вход трехфазных мостовых выпрямителей прикладывается напряжение с двух секций вторичных обмоток, из которого формируется напряжение в сети постоянного тока. Для расширения функциональных возможностей выпрямителя трехфазный мостовой выпрямитель 1 выполняется управляемым и устройством обеспечивается мягкий пуск электроустановок, например электродвигателей.

Предлагаемый способ регулирования напряжения и устройство трехфазного выпрямителя по сравнению с известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

1) повышается коэффициент мощности выпрямителя;

2) снижаются нелинейные искажения тока и напряжения в питающей сети во время работы выпрямителя;

3) сокращается количество элементов выпрямителя и его стоимость не менее чем в 2 раза;

4) повышается КПД выпрямителя;

5) расширяются функциональные возможности выпрямителя.

1. Способ регулирования напряжения трехфазного выпрямителя обеспечивает плавное регулирование выпрямленного напряжения в каждой зоне регулирования за счет изменения угла регулирования тиристоров трехфазных управляемых мостовых выпрямителей в зоне регулирования, отличающийся, тем, что регулируемые составляющие выпрямленного напряжения трехфазных мостовых выпрямителей суммируются с нерегулируемой составляющей выпрямленного напряжения, для этого плавное регулирование выпрямленного напряжения в пределах одной зоны выполняется за счет изменения углов регулирования тиристоров катодной группы управляемых трехфазных мостовых выпрямителей фазовым способом, при переходе в другую зону регулирования напряжения тиристоры выпрямителя, изменяющего напряжение в предыдущей зоне, работают с нулевым углом регулирования при повышении напряжения, а при снижении напряжения переводятся в непроводящее состояние.

2. Устройство трехфазного выпрямителя состоит из трехфазного преобразовательного трансформатора, первичные и вторичные обмотки которого соединены по схеме звезда, причем вторичные обмотки выполнены секционированными с последовательным соединением секций и трехфазных мостовых выпрямителей, отличающееся, тем, что к отпайкам первой секции вторичных обмоток присоединен трехфазный мостовой выпрямитель на диодах, а к отпайкам других секций вторичных обмоток — трехфазные управляемые мостовые выпрямители, трехфазные мостовые выпрямители по выходу соединены последовательно, параллельно каждым выходам выпрямителей подключены накопители энергии большой емкости, катоды силовых полупроводниковых приборов выпрямителей и плюсовые выводы накопителей энергии через дополнительные диоды и реактор соединены с плюсовой шиной сети постоянного тока, а аноды выпрямителя на диодах и минусовой вывод первого накопителя энергии соединены с минусовой шиной сети постоянного тока.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для расширения функциональных возможностей выпрямителя трехфазный мостовой выпрямитель, соединенный с первой секцией вторичных обмоток трансформатора, выполняется на управляемых полупроводниковых приборах.

Похожие статьи:

  • Белый и черный провода где плюс какого цвета провод плюс и минус? в зарядном устройстве 2 провода черный и белый . где плюс где минус? какого цвета провод плюс и минус? в зарядном устройстве 2 провода черный и белый . где плюс где минус? можно определить с помощью […]
  • Заземление гру Заземление гру п. 2.2.19 ПБ 12-529-03: 2.2.19. Надземные газопроводы при пересечении высоковольтных линий электропередачи, должны иметь защитные устройства, предотвращающее падение на газопровод электропроводов в случае их обрыва. […]
  • Отличие провода пунп от ввг Чем отличается ВВГ от ПУНП? Чем отличается ВВГ от ПУНП? Вроде сечение одинаковое, изоляция двойная. Можно ли проводку делать ПУНПом, если она заштукатуривается? Сырьём для ПВХ, методикой испытаний. Этот кабель выпускается по ГОСТ, а […]
  • Можно ли подключить узо без заземления Подключение УЗО без заземления Специальные устройства защитного отключения (УЗО) рекомендуют устанавливать там, где существует высокая вероятность поражения током. Задачей устройства является оперативное отключение всего электрического […]
  • Резисторы на 220 вольт Резистор металлокерамический 30W/R50K (0.5 OM) (9) INMIG150, 180 WESTER Самовывоз (8) Рязань г, Яблочкова проезд д.6, пункт выдачи «220 Вольт», оплата при получении Рязань г, Яблочкова проезд д.6, пункт выдачи «220 Вольт», по […]
  • Помещение с 380 вольт Офис склад в Находке Заметка к объявлению Собственность 380 вольт городской телефон интернет в помещение имеется три отдельных входа парковка назначение производственное высота потолка в складе 3метра расмотривается аренда Объявление […]
Смотрите так же:  Провода на стеклоподъемники приора