RU29189U1 - Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации - Google Patents

Description

ИСТОЧНИК постоянного НАПРЯЖЕНИЯ с 24-х КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИИ

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания электродвигателей постоянного тока, не допускающих больших пульсаций выпрямленного напряжения или при питании от сети переменного напряжения критичной к влиянию на неё преобразователей.

Известен источник постоянного напряжения с п - кратной частотой пульсации, содержащий В п вентилей и два источника переменных ЭДС с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально по отношению друг к другу и формирующихся на обмотках двух однофазных трансформаторов. Это устройство обладает определенной общностью, позволяя получить ряд частных схемных реализаций с соответствующей частотной кратностью пульсаций 1.

Недостатком данного устройства являются большое количество отдельных частей вторичных обмоток и большое число их витков, что обуславливает значительные массогабаритные показатели и высокую установленн)то мощность устройства. Кроме того, реализация этого источника постоянного напряжения требует выполнения большого количества непосредственных гальванических соединений всех отводов между собой в эквипотенциальных точках, что также приводит к значительному усложнению конструкции источника и технологии его изготовления.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с п - кратной (здесь рассматривается только п 24) частотой пульсации, содержащей В 24 вентилей и два источника исходных переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждый из двух частей, точки соединения которых образуют

. М. Кл. Н 02 М 7/08

средние точки и являются выходными выводами устройства. При чётных значениях п 4, 8, 12, 16, 20, 24... каждая из этих частей выполнена с одинаковым числом отводов, которое равно v п/4, к каждому из попарно взятых отводов одного источника фазосдвинутой ЭДС одноименными электродами подключены п вентилей, каждая четвёрка которых образует закрытые мостики. Эти мостики своими входами соединены с парами отводов, упомянутых частей другого источника фазосдвинутой ЭДС, а все их вентили имеют одинаковое направление включения относительно отводов данной фазосдвинутой ЭДС. При этом амплитудно-фазовая симметрия токообразующих ЭДС Sfj, ( ц 1...п) обеспечивается выполнением всех отводов на топологическом расстоянии от средних точек, равном sin (2К - 1) 0 относительно амплитуды выходного напряжения в режиме холостого хода. В этом случае суммарное витковое число , равное 4 cosO, составляет, например, при п 24, 3,97 2.

Педостатком этого устройства являются большие массогабаритные показатели и установленная мощность вторичных обмоток, которые имеют высокое суммарное витковое число W WB 3,97, показывающее отношение общего числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков WE - принятому равным числу витков с амплитудой напряжения на них равной амплитуде Udo выходного напряжения в режиме холостого хода устройства.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации, обладающего меньшими массогабаритными показателями и меньшей установленной мощностью за счёт снижения общего количества витков вторичных обмоток трансформаторных источников фазосдвинутой ЭДС и лучшего их использования в выпрямительном процессе.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации содержит два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двадцать четыре вентиля, каждый источник фазосдвинутой ЭДС имеет пять вторичных обмоток, четыре из которых со средними точками, три обмотки из этих четырех, в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, соединены с двумя собственными цепочками, состоящими каждая из трёх последовательно включенных и однонаправленных вентилей, при этом, выводы одной обмотки подключены к началу вентильных цепочек, которые имеют одинаковое направление включения вентилей по отношению к обмоткам, но разное для каждого источника фазосдвинутой ЭДС, две других обмотки, в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, подключены своими выводами к указанным вентильным цепочкам в местах последовательного соединения вентилей, таким образом, что если выводы одной обмотки подключены через один вентиль, то выводы другой обмотки - через два вентиля от начала вентильных цепочек, образуя при этом шаг подключения через один вентиль, причём, подключение выводов этих двух обмоток является противоположным по отношению к вентильным цепочкам, последние вентили указанных цепочек, в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, соединены вместе и образуют в одном источнике фазосдвинутой ЭДС катодное, а в другом - анодное соединение, которое является одним выходным выводом устройства, оставшиеся по две разнотипных обмотки, со средней точкой и без нее, в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, соединены с общим для них трёхплечим мостом, образованном тремя цепочками из последовательно соединенных трёх вентилей, которые имеют одинаковое направление включения для всего моста, крайние электроды вентилей моста соединены вместе и образуют анодный и катодный его выходы, причём, катодный выход моста является одновременно другим выходным выводом устройства, к выходным выводам устройства подключена нагрузка, к анодным выводу устройства и выходу трёхплечего моста подключены средние точки обмоток, выводы которых соединены с началами собственных вентильных цепочек, причём, средняя точка обмотки, связанной своими выводами с анодами вентилей, имеет соединение с выводом устройства, а средняя точка другой обмотки - с выходом трёхплечего моста, анодный выход трёхплечего моста соединён последовательно с образованным катодным соединением вентильных цепочек, упомянутые разнотипные обмотки в обоих источниках фазосдвинутой ЭДС подключены своими выводами к плечам моста в местах последовательного соединения вентилей, причём, выводы обмоток, имеющих средние точки, своими началами подключены к крайнему плечу моста, а концами присоединены - одна обмотка к среднему плечу, а другая к противоположному крайнему плечу моста, при этом, выводы одной обмотки подключены через один вентиль, а выводы другой - через два вентиля, считая от анодного выхода моста, выводы обмоток без средних точек, образованные их началами, присоединены также к плечам моста, причём, к такому плечу моста, к которому подключены концы уже указанных разнотипных обмоток для того же источника фазосдвинутой ЭДС и с шагом подключения через один вентиль, средние точки, указанных обмоток, соединены с концами обмоток, не имеющих их, но соединяемые обмотки должны принадлежать разным источникам фазосдвинутой ЭДС, кроме того, выбранные парами в разных обмотках выводы, образованные от их начала и конца из указанных разнотипных обмоток, имеющих средние точки, соединены вентилями, направление включения которых к началам этих обмоток совпадает с направлением подключения первых вентилей в вентильных цепочках к началам обмоток в этом же источнике ЭДС, между начальными выводами двух обмоток без средних точек, также включён вентиль, направление включения которого является обратным по отношению включения указанных вентилей к началам разнотипных обмоток со

средними точками в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, средние точки обмоток, подключённых к собственным вентильным цепочкам в точках последовательного соединения вентилей, соединены между собой, причём, соединяемые обмотки должны находиться в разных источниках фазосдвинутой ЭДС, а точки подключения их выводов должны иметь равное удаление с шагом через один вентиль в одном источнике фазосдвинутой ЭДС от начала, а в другом - от конца вентильных цепочек.

Источник постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит два исходных трансформаторных источника переменной ЭДС 1 и 2 (первичные обмотки трансформаторов на схеме не показаны), сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двадцать четыре вентиля 3...26, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по пять вторичных обмоток, соответственно, 27...31 и 32...36, по четыре из которых со средними точками 37...40 и 41...44, три обмотки из этих четырёх, в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, 27,28,29 и 32,33,34 соединены с двумя собственными цепочками, состоящими каждая из трёх последовательно включенных и однонаправленных вентилей , и , , при этом выводы одной обмотки 28 в первом и 33 во втором источниках фазосдвинутых ЭДС подключены к началу указанных вентильных цепочек, которые имеют одинаковое направление включения вентилей по отношению к обмоткам, но разное для каждого источника ФС ЭДС 1 и 2, две другие обмотки 27, 29 и 32, 34, в каждом источнике ФС ЭДС, подключены своими выводами к этим же вентильным цепочкам в местах их последовательного соединения таким образом, что выводы обмотки 27 присоединены между 3, 4 и 6, 7, а обмотки 29- между 4, 5 и 7,8 вентилями в первом источнике ФС ЭДС и соответственно, выводы обмоток 41 и 43 подключены между вентилями 9,10; 12,13 и 10,11; 13,14 во втором источнике фазосдвинутой ЭДС, причем, подключение выводов этих двух обмоток в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС является противоположным по отношению к собственным вентильным цепочкам, а точки подключения выводов этих обмоток имеют одинаковый шаг через один вентиль, последние вентили 5,6 и 11,14, указанных цепочек в 1-ом и 2-ом источниках фазосдвинутой ЭДС соединены вместе и образуют катодное 45 и анодное 46 соединения вентилей, соответственно и 1-ом и 2-ом источниках фазосдвинутой ЭДС, анодное соединение 46 является одним из выходных выводов устройства. Оставшиеся по две разнотипных обмотки, со средними точками и без них, 30,31 и 35,36 в каждом источнике ФС ЭДС соединены с общим для них трёхплечим мостом, образованным тремя цепочками из трёх последовательно соединенных вентилей 15,18,21; 16,19,22 и 17,20,23, которые имеют одинаковое направление включения для всего моста, крайние электроды вентилей моста 15,16,17 и 21,22,23, соединенные вместе и образуют, соответственно, анодный 47 и катодный 48 его выходы, причем, катодный выход моста 48 является одновременно другим выходным выводом устройства, к выходным выводам устройства 46 и 48 подключена нагрузка 49, к выходу 47 трёхплечего моста и к выводу устройства 46 подключены соответственно средние точки 42 и 38 обмоток 33 и 28, в свою очередь, анодный выход 47 трёхплечего моста соединён последовательно с катодным соединением 45 вентильных цепочек. Упомянутые выше разнотипные обмотки 30, 35 со средними точками и 31, 36 - без них, в каждом источнике ФС ЭДС 1 и 2, подключены своими выводами к плечам моста в местах последовательного соединения вентилей, причём, выводы обмоток 30 и 35 своими началами подключены к крайнему плечу, соответственно между вентилями 15, 18и 18,21,а концами присоединены - обмотка 30 к среднему плечу моста между вентилями 16, 19 и обмотка 35 к другому крайнему плечу моста между вентилями 20, 23, выводы обмоток 31 и 36, без средних точек, своими началами присоединены к среднему и крайнему плечам моста, соответственно между вентилями 19, 22 и 17, 20, средние точки 40 и 44 обмоток 30 и 35 соединены соответственно с концами обмоток 36 и 31, находящихся в разных источниках ФС ЭДС. Выбранные парами выводы от начала обмотки 30 и от конца обмотки 35, а также от конца обмотки 30 и от начала - 35 соединены соответственно вентилями 25 и 26, направление включения которых к началам этих обмоток совпадает с направлением подключения вентилей 3 и 9 к соответствующим началам обмоток 28 и 33 в собственном для них источнике ФС ЭДС, в свою очередь, между начальными выводами обмоток 31 и 36 также включён вентиль 24, направление включения которого, к началам обмоток 31 и 36 является обратным по отнощению включения вентилей 25 и 26 к началам обмоток 30 и 35 для каждого источника ФС ЭДС. Средние точки 37 и 39 обмоток 27 и 29 1-ого источника ФС ЭДС соединены соответственно со средними точками 43 и 41 обмоток 34 и 32 2-ого источника ФС ЭДС.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми диаграммами (Фиг.2) и векторными диаграммами (Фиг.З) для активной нагрузки. Волновые диаграммы показывают принцип формирования напряжений на вторичных обмотках трансформаторных источников фазосдвинутых ЭДС за четверть периода выпрямительного процесса. На Фиг.4 представлены алгоритм работы всех полуобмоток источников фазосдвинутой ЭДС и алгоритм включения вентилей за каждый интервал времени, соответствующий 15 эл. град, и равный одной пульсности выпрямленного напряжения.

Из представленного алгоритма работы (Фиг.4) видно, что обмотки 27, 30, 31 в первом источнике фазосдвинутой ЭДС и обмотки 32, 35, 36 во втором - участвуют в преобразовательном процессе каждая 240 эл. град. за период выпрямления Т, а обмотки 28, 33 и 29, 34 этих источников ФС ЭДС нагружены, соответственно 150 и 120 эл. град, каждая. Если принять относительное число витков каждой обмотки 31 и 36 равным 1,0 а для каждой из полуобмоток 27 а,б и 32 а,б; 28 а,б и 33 а,б; 29 а,б и 34 а,б; 30 а,б и 35 а,б соответственно равными 0.496; 0,633; 0,303; 0.577, то суммарное

число витков будет равно W 10,036. Тогда можно определить среднюю условную продолжительность (эл.град.) работы соответствующих обмоток и поделенной на суммарное витковое число всех обмоток в данном источнике фазосдвинутой ЭДС. Для рассматриваемого устройства средняя условная продолжительность нагрузки на одну обмотку составляет 202,8 эл. град., что характеризует достаточно высокую степень использования вторичных обмоток источников фазосдвинутой ЭДС. На основании приведенного алгоритма работы вентилей, можно определить среднюю условную продолжительность проводящего состояния вентиля за один цикл выпрямления, которая для данного устройства составляет 90 эл. град. Для принятого ранее относительного числа витков, можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток у„г , показывающее как и в

прототипе, отношение общего суммарного числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков WE, которое равно числу витков с амплитудой напряжения на них равной амплитуде Uj о выходного напряжения в режиме холостого хода устройства. Базовое число витков для данного устройства можно определить на основании волновых диаграмм (Фиг.2) и алгоритма работы обмоток (Фиг.4), которое составляет WE 4.403, соответственно суммарное витковое число будет равно В2 2.279, а для сравниваемого прототипа, как было отмечено ранее, В2 3.97, что в 1,74 раза больше, чем для рассматриваемого устройства.

Таким образом, значительно меньшее число витков вторичных обмоток источников фазосдвинутой ЭДС и эффективное их использование, позволяют снизить массогабаритные показатели и установленную мощность источника постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.А.С.СССР №434546, Преобразователь двухфазного напряжения в многофазное / Г,И. Шапкайц, В.Н. Оранский - 1322713/24 - 7; Заявл. 07.04.69; Опубл. 30.06.74; Бюл.Хо24.

2.А.С.СССР .№1086524. Источник постоянного напряжения с п-кратной частотой пульсации / А.М.Репин - 3440785/24 - 07; Заявл. 21.05.82; Опубл. 15.04.84; Бюл. .№14.

Проректор НГТУ по научной работе Д.Т.Н., профессор

А.Г.Вострецов

Claims (1)

1. Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации, содержащий два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двадцать четыре вентиля, отличающийся тем, что каждый источник фазосдвинутой ЭДС имеет пять вторичных обмоток, четыре из которых со средними точками, три обмотки из этих четырех в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС соединены с двумя собственными цепочками, состоящими каждая из трех последовательно включенных и однонаправленных вентилей, при этом выводы одной обмотки подключены к началу вентильных цепочек, которые имеют одинаковое направление включения вентилей по отношению к обмоткам, но разное для каждого источника фазосдвинутой ЭДС, две другие обмотки в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС подключены своими выводами к указанным вентильным цепочкам в местах последовательного соединения вентилей таким образом, что если выводы одной обмотки подключены через один вентиль, то выводы другой обмотки - через два вентиля от начала вентильных цепочек, образуя при этом шаг подключения через один вентиль, причем подключение выводов этих двух обмоток является противоположным по отношению к вентильным цепочкам, последние два вентиля указанных цепочек в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС соединены вместе и образуют в одном источнике фазосдвинутой ЭДС катодное, а в другом анодное соединения, последнее является одним из выходных выводов устройства, оставшиеся две разнотипные обмотки, одна со средней точкой и другая без нее, в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС соединены с общим для них трехплечим мостом, образованным тремя цепочками из последовательно соединенных трех вентилей, которые имеют одинаковое направление включения для всего моста, крайние электроды вентилей моста соединены вместе и образуют его катодный и анодный выходы, причем катодный выход моста является одновременно другим выходным выводом устройства, к выходным выводам устройства подключена нагрузка, а к анодным выводу устройства и выходу трехплечего моста подключены средние точки обмоток, выводы которых соединены с началами собственных вентильных цепочек, причем средняя точка обмотки, связанной своими выводами с анодами вентилей, имеет соединение с выводом устройства, а средняя точка другой обмотки - с выходом трехплечего моста, анодный выход трехплечего моста соединен последовательно с образованным катодным соединением вентильных цепочек, упомянутые разнотипные обмотки в обоих источниках фазосдвинутой ЭДС подключены своими выводами к плечам моста в местах последовательного соединения вентилей, причем выводы обмоток, имеющих средние точки, своими началами подключены к крайнему плечу моста, а концами присоединены одна обмотка к среднему плечу, а другая к противоположному крайнему плечу моста, при этом выводы одной обмотки подключены через один вентиль, а выводы другой через два вентиля, считая от анодного выхода моста, выводы обмоток без средних точек, образованные их началами, присоединены также к плечам моста, причем к такому плечу моста, к которому подключены концы уже указанных разнотипных обмоток для того же источника фазосдвинутой ЭДС и с шагом подключения через один вентиль, средние точки указанных обмоток соединены с концами обмоток, не имеющих их, но соединяемые обмотки должны принадлежать разным источникам фазосдвинутой ЭДС, кроме того, выбранные парами в разных обмотках выводы, образованные от их начала и конца из указанных разнотипных обмоток, имеющих средние точки, соединены вентилями, направление включения которых к началам этих обмоток совпадает с направлением подключения первых вентилей в вентильных цепочках к началам обмоток в этом же источнике фазосдвинутой ЭДС, между начальными выводами двух обмоток без средних точек, также включен вентиль, направление включения которого является обратным по отношению включения указанных вентилей к началам разнотипных обмоток со средними точками в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, средние точки обмоток, подключенных к собственным вентильным цепочкам в точках последовательного соединения вентилей, соединены между собой, причем соединяемые обмотки должны находиться в разных источниках фазосдвинутой ЭДС, а точки подключения их выводов должны иметь равное удаление с шагом через один вентиль в одном источнике фазосдвинутой ЭДС от начала, а в другом - от конца вентильных цепочек.