1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28616
(51) H02M 7/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0832.1
(22) 21.06.2013
(45) 16.06.2014, бюл. №6
(72) Бакенов Кайрат Асангалиевич; Ноянбаев
Нурым Канатулы; Айткулов Нурсултан
Сейткалиулы
(73) Некоммерческое акционерное общество
"Алматинский университет энергетики и связи"
(56) http://induction.ru/library/book_001/glava2/2-
23.html, Трансформаторы для вентильных
преобразователей, 2010
(54) ТРАНСФОРМАТОРНО-ВЕНТИЛЬНЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)
(57) Изобретение относится к области
электротехники, а именно, к электрическим
преобразователям, которые используются в
источниках питания с изменяющимся напряжением
и мощности, таких как автономные источники
питания, где необходимо поддержание или
регулирование значения напряжения, при разной
частоте вращения ротора.
По первому варианту трансформаторно-
вентильный преобразователь, состоящий из двух
обмоточного трансформатора, вторичная обмотка,
которого имеет несколько параллельных ветвей,
также трансформатор имеет обмотку регулирования,
подключенную к источнику напряжения через
управляемые полупроводники, а параллельные
ветви вторичной обмотки подключены к
выпрямителям, образуя вентильные блоки, между
собой вентильные блоки включены
последовательно; вентильные блоки подключены к
сети постоянного тока через полупроводниковые
элементы, включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к сети непосредственно, а между
положительными выходами предыдущих блоков и
отрицательными выходами последующих блоков
включены коммутирующие элементы.
По второму варианту, трансформаторно-
вентильный преобразователь, состоящий из двух
обмоточного трансформатора, вторичная обмотка,
которого имеет несколько параллельных ветвей,
которые подключены к управляемым
выпрямителям, образуя вентильные блоки, а между
собой вентильные блоки включены
последовательно; вентильные блоки подключены к
сети постоянного тока через полупроводниковые
элементы, включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к сети непосредственно, а между
положительными выходами предыдущих блоков и
отрицательными выходами последующих блоков
включены коммутирующие элементы.
По третьему варианту, трансформаторно-
вентильный преобразователь, состоящий из двух
обмоточного трансформатора, каждая фаза
вторичной обмотки подключена к управляемому
выпрямителю, а полученные вентильные блоки
подключены к сети постоянного тока через
полупроводниковые элементы, включенные в
прямом направлении, кроме внешних выходов
крайних блоков, подключенных к сети
непосредственно, а между положительными
выходами предыдущих блоков и отрицательными
выходами последующих блоков включены
коммутирующие элементы.
Таким образом, преимуществом предлагаемого
изобретения является обеспечение постоянного
напряжения на выводах преобразователя при
широком диапазоне изменений напряжения в
первичной обмотке и нагрузки без увеличения
массогабаритных показателей.
(19)KZ(13)A4(11)28616
2. 28616
2
Изобретение относится к области
электротехники, а именно, к электрическим
преобразователям, которые используются в
источниках питания с изменяющимся напряжением
и мощности, таких как автономные источники
питания, где необходимо поддержание или
регулирование значения напряжения, при разной
частоте вращения ротора.
Известен трансформаторно-вентильный
преобразователь, состоящий из двух обмоточного
трансформатора вторичная обмотка которого имеет
несколько отпаек; каждая отпайка вторичной
обмотки подключена к одному из «плеч»
полууправляемого выпрямителя. При
регулировании напряжение, подаваемое на вентили
преобразователя, изменяют путем подключения их к
различным выводам вторичной обмотки
трансформатора переключателями П1, П2, ПЗ, П4;
при этом тиристоры служат для плавного
регулирования напряжения между ступенями и
обеспечивают вентильный переход, т. е. размыкание
контактов переключателей без разрыва тока. Для
этой цели два плеча выпрямителя, собранных, по
мостовой схеме, расщепляются и снабжаются
тиристорами. (Специальные электрические машины.
А.И. Бертинов, Д.А. Бут, СР. Мизюрин и др.- М.,
1982. с.337).
Недостатком такого преобразователя является
узкий диапазон изменения мощности, в пределах
которого преобразователь поддерживает
постоянство напряжения и применение контакторов
для дискретного переключения напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению
является трансформаторно-вентильный
преобразователь, состоящий из двух обмоточного
трансформатора, вторичная обмотка, которого
имеет несколько параллельных ветвей;
параллельные ветви вторичной обмотки
подключены к полууправляемым выпрямителям,
образуя вентильные блоки; между собой
вентильные блоки включены последовательно.
Регулирование напряжения производится путем
плавного увеличения угла открывания тиристоров,
(по материалам сайта -
http://www.inducti.on.rii/librarv/book_001/glava2/2-
23.html).
Недостатком такого трансформаторно-
вентильного преобразователя является узкий
диапазон мощности, в пределах которого
преобразователь поддерживает постоянство
напряжения.
Задачей изобретения является расширение
диапазона изменения мощности, в пределах
которого трансформаторно-вентильный
преобразователь поддерживает постоянство
напряжения.
Техническим результатом является обеспечение
постоянного напряжения на выводах
преобразователя при широком диапазоне изменений
напряжения в первичной обмотке и нагрузки без
увеличения массогабаритных показателей.
Технический результат по первому варианту
достигается тем, что трансформаторно-вентильный
преобразователь, состоящий из двух обмоточного
трансформатора, вторичная обмотка, которого
имеет несколько параллельных ветвей, в
соответствии с изобретением, трансформатор имеет
обмотку регулирования, подключенную к источнику
напряжения через управляемые полупроводники, а
параллельные ветви вторичной обмотки
подключены к выпрямителям, образуя вентильные
блоки, между собой вентильные блоки включены
последовательно; вентильные блоки подключены к
сети постоянного тока через полупроводниковые
элементы, включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к сети непосредственно, а между
положительными выходами предыдущих блоков и
отрицательными выходами последующих блоков
включены коммутирующие элементы.
Во втором варианте, трансформаторно-
вентильный преобразователь, состоящий из двух
обмоточного трансформатора, вторичная обмотка,
которого имеет несколько параллельных ветвей, в
соответствии с изобретением, параллельные ветви
вторичной обмотки подключены к управляемым
выпрямителям, образуя вентильные блоки, а между
собой вентильные блоки включены
последовательно; вентильные блоки подключены к
сети постоянного тока через полупроводниковые
элементы, включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к сети непосредственно, а между
положительными выходами предыдущих блоков и
отрицательными выходами последующих блоков
включены коммутирующие элементы.
В третьем варианте, трансформаторно-
вентильный преобразователь, состоящий из двух
обмоточного трансформатора, в соответствии с
изобретением, каждая фаза вторичной обмотки
подключена к управляемому выпрямителю, а
полученные вентильные блоки подключены к сети
постоянного тока через полупроводниковые
элементы, включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к cети непосредственно, а между
положительными выходами предыдущих блоков и
отрицательными выходами последующих блоков
включены коммутирующие элементы.
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг.1 - схема первого варианта
трансформаторно-вентильного преобразователя, на
фиг.2 -схема второго варианта трансформаторно-
вентильного преобразователя, на фиг.3 - схема
третьего варианта трансформаторно-вентильного
преобразователя.
На фиг.1 - двигатель Д, приводящий во вращение
синхронный генератор СГ и схема второго варианта
трансформаторно-вентильного преобразователя,
который содержит двухобмоточный трансформатор
TP с первичной обмоткой 1, обмоткой управления
УО, которая подключена к синхронному генератору
через управляемые полупроводниковые элементы
VD3-VD5; вторичной обмотки, состоящей из
нескольких «n» параллельных ветвей 2, 3, в частном
случае n=2. Параллельные ветви соединены, в
3. 28616
3
частном случае, "звездой" и подключены к
выпрямителям 6, 7 и образуют вентильные блоки А,
В; вентильные блоки подключены параллельно к
общей сети постоянного тока, через
полупроводниковые элементы VD1-VD2 между
выходами выпрямителей 3 и 4 включен
коммутирующий элемент К1, обеспечивающий
параллельное, последовательное включение блоков
к сети.
На фиг.2 - двигатель Д, приводящий во вращение
синхронный генератор СГ и схема первого варианта
трансформаторно-вентильного преобразователя,
который содержит двухобмоточный трансформатор
TP с первичной обмоткой 1, вторичной обмотки,
состоящей из нескольких «n» параллельных ветвей
2, 3, в частном случае n=2. Параллельные ветви
соединены, в частном случае, "звездой" и
подключены к выпрямителям 4, 5 и образуют
вентильные блоки А, В; вентильные блоки
подключены параллельно к общей сети постоянного
тока, через полупроводниковые элементы VD1-VD2
между выходами выпрямителей 3 и 4 включен
коммутирующий элемент К1, обеспечивающий
параллельное, последовательное включение блоков
к сети.
На фиг.3 - двигатель Д, приводящий во вращение
синхронный генератор СГ и схема третьего
варианта трансформаторно-вентильного
преобразователя который содержит
двухобмоточный трансформатор TP с первичной
обмоткой 1, вторичной обмотки 2, 3, 6; каждая фаза
вторичной обмотки подключена к управляемому
выпрямителю 4, 5, 7, а полученные вентильные
блоки А, В, С подключены к сети постоянного тока
через полупроводниковые элементы VD1-VD2 и
VD6-VD7 включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к сети (аккумуляторным батареям
АК) непосредственно, а между положительными
выходами предыдущих блоков и отрицательными
выходами последующих блоков включены
коммутирующие элементы K1, К2.
Трансформаторно-вентильный преобразователь
по первому варианту (фиг.1) работает следующим
образом: при высокой частоте вращения Д и
напряжения синхронного генератора СГ,
следовательно и напряжение в первичной обмотке 1,
элемент К1 разомкнут, выпрямительные блоки А и
В подключены к аккумуляторным батареям АК
параллельно, при незначительном снижении
оборотов двигателя Д, напряжение синхронного
генератора СГ тоже снижается, снижая напряжение
в первичной обмотке 1 трансформатора TP; для
поддержания напряжения изменяется угол
открывания полупроводниковых элементов VD3-
VD5; при значительном снижении оборотов
двигателя, когда полупроводниковые элементы
VD3-VD5 полностью открыты, то для поддержания
напряжения при дальнейшем снижении оборотов,
замыкается элемент К1, включая блоки А и В
последовательно, т.е. выходные значения
напряжении блоков суммируются, при повышении
частоты вращения генератор работает в обратном
порядке.
В данном трансформаторно-вентильном
преобразователе большой диапазон изменения
напряжения и высокая плавность на первичной
обмотке напряжения и нагрузки, при котором
поддерживается постоянство напряжения.
Трансформаторно-вентильный преобразователь
по второму варианту (фиг.2) работает следующим
образом: при высокой частоте вращения Д и
напряжения синхронного генератора СГ,
следовательно и напряжение в первичной обмотке 1,
элемент К1 разомкнут, выпрямительные блоки А и
В подключены к аккумуляторным батареям АК
параллельно, при незначительном снижении
оборотов двигателя Д, напряжение синхронного
генератора СГ тоже снижается, снижая напряжение
в первичной обмотке 1 трансформатора TP; для
поддержания напряжения регулируется угол
открывания управляемых выпрямителей, когда
полупроводниковые элементы VD3-VD5 полностью
открыты, то для поддержания напряжения при
дальнейшем снижении оборотов, замыкаются
элементы К1, включая блоки А и В
последовательно, т.е. выходные значения
напряжении блоков суммируются, при повышении
частоты вращения генератор работает в обратном
порядке.
Преимуществом этого трансформаторно-
вентильного преобразователя по сравнению с
трансформаторно-вентильным преобразователем
(фиг.1), является обеспечение плавности
поддержания напряжения без использования
дополнительной обмотки управления.
Трансформаторно-вентильный преобразователь
по третьему варианту, схема которого приведена на
фиг.3, работает аналогично схеме приведенной на
фиг.2.
В данном трансформаторно-вентильном
преобразователе, используется обычный двух
обмоточный трансформатор, а при использовании
нескольких параллельных ветвей расширяется
диапазон изменения напряжения в первичной
обмотке, при котором обеспечивается поддержание
напряжения.
Предлагаемые трансформаторно-вентильные
преобразователи могут быть использованы в
автомобильных и других источниках питания, где
необходимо поддержание или регулирование
значения напряжения, при разной частоте вращения
ротора, при этом выдавать максимальное значение
мощности, а выбор схемы трансформаторно-
вентильного преобразователя определяется
конкретными техническими требованиями.
Таким образом, преимуществом предлагаемого
изобретения является обеспечение постоянного
напряжения на выводах преобразователя при
широком диапазоне изменении напряжения в
первичной обмотке и нагрузки без увеличения
массогабаритных показателей.
4. 28616
4
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Трансформаторно - вентильный
преобразователь, состоящий из двух обмоточного
трансформатора, вторичная обмотка, которого
имеет несколько параллельных ветвей,
отличающийся тем, что трансформатор имеет
обмотку регулирования напряжения, подключенную
к источнику напряжения через управляемые
полупроводники и параллельные ветви вторичной
обмотки, подключенные к управляемым
выпрямителям, образуя вентильные блоки, а между
собой вентильные блоки включены
последовательно; вентильные блоки подключены к
сети постоянного тока через полупроводниковые
элементы, включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к сети непосредственно, а между
положительными выходами предыдущих блоков и
отрицательными выходами последующих блоков
включены коммутирующие элементы.
2. Трансформаторно - вентильный
преобразователь, состоящий из двух обмоточного
трансформатора, вторичная обмотка, которого
имеет несколько параллельных ветвей,
отличающийся тем, что параллельные ветви
вторичной обмотки подключены к управляемым
выпрямителям, образуя вентильные блоки, а между
собой вентильные блоки включены
последовательно; вентильные блоки подключены к
сети постоянного тока через полупроводниковые
элементы, включенные в прямом направлении,
кроме внешних выходов крайних блоков,
подключенных к сети непосредственно, а между
положительными выходами предыдущих блоков и
отрицательными выходами последующих блоков
включены коммутирующие элементы.
3. Трансформаторно - вентильный
преобразователь, состоящий из двух обмоточного
трансформатора, отличающийся тем, что каждая
фаза вторичной обмотки подключена к
управляемому выпрямителю, а полученные
вентильные блоки подключены к сети постоянного
тока через полупроводниковые элементы,
включенные в прямом направлении, кроме внешних
выходов крайних блоков, подключенных к сети
непосредственно, а между положительными
выходами предыдущих блоков и отрицательными
выходами последующих блоков включены
коммутирующие элементы.
