RU41209U1

RU41209U1 - DC VOLTAGE SOURCE WITH 12X PULSATION FREQUENCY

Info

Publication number: RU41209U1
Application number: RU2004114133/22U
Authority: RU
Inventors: С.А. Евдокимов; Г.Н. Ворфоломеев; Н.И. Щуров
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2004-10-10

Abstract

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное в бортовых источниках питания и для питания электротехнологических установок на постоянном токе. Содержит трансформаторные источники ортогональных ЭДС 1 и 2, двенадцать вентилей 3...14, источники 1 и 2 имеют вторичные обмотки 15, 16 и 17, 18 со средними точками 19, 20 и 21, 22, соответственно. Обмотки 15, 16 соединены с двумя цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно соединенных вентилей 3, 5, 7 и 4, 6, 8, а обмотки 17, 18 соединены с цепочками вентилей 9, 11, 13 и 10, 12, 14. Выводы обмотки 15 подключены в точках соединения вентилей 3, 5 и 4, 6; выводы обмотки 16 подключены в точках соединения вентилей 5, 7 и 6, 8 противофазно подключению к вентилям 5, 6 выводов обмотки 15. С соблюдением правила противофазности выводы обмотки 17 подключены к точкам соединения вентилей 9, 11 и 10, 12, а выводы обмотки 18 к точкам соединения вентилей 11, 13 и 12, 14. Вентили 3, 4 одной и 13, 14 другой пары цепочек соединены одноименными крайними электродами попарно и образуют катодный 23 и анодный 24 выходы устройства, к которым подключена нагрузка 25. Вентили 7, 8 одной и 9, 10 другой пары цепочек соединены одноименными крайними электродами, соответственно, со средней точкой 22 обмотки 18 и со средней точкой 19 обмотки 15, а средние точки 20, 21 обмоток 16 и 17, соединены между собой. Предложенный источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации имеет меньшие массогабаритные данные, при этом числа витков его вторичных обмоток равны.A constant voltage source with a 12-fold ripple frequency is designed to convert alternating voltage to constant in on-board power sources and to supply direct current electrotechnological installations. It contains transformer sources of orthogonal EMF 1 and 2, twelve valves 3 ... 14, sources 1 and 2 have secondary windings 15, 16 and 17, 18 with midpoints 19, 20 and 21, 22, respectively. The windings 15, 16 are connected to two chains consisting of three in series and according to the connected valves 3, 5, 7 and 4, 6, 8, and the windings 17, 18 are connected to the chains of valves 9, 11, 13 and 10, 12, 14. The findings of the winding 15 are connected at the connection points of the valves 3, 5 and 4, 6; the conclusions of the winding 16 are connected at the points of connection of the valves 5, 7 and 6, 8 out of phase connection to the valves 5, 6 of the terminals of the winding 15. In compliance with the rule of antiphase, the conclusions of the winding 17 are connected to the points of connection of the valves 9, 11 and 10, 12, and the terminals of the winding 18 to the connection points of gates 11, 13 and 12, 14. Gates 3, 4 of one and 13, 14 of another pair of chains are connected by the same end electrodes in pairs and form the cathode 23 and anode 24 outputs of the device to which the load 25 is connected. Gates 7, 8 of one and 9, 10 of another pair of chains are connected by the same extreme electrodes, respectively, with the midpoint 22 of the winding 18 and the midpoint 19 of the winding 15, and the midpoints 20, 21 of the windings 16 and 17 are interconnected. The proposed constant voltage source with a 12-fold ripple frequency has smaller mass and dimension data, while the number of turns of its secondary windings is equal.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное в бортовых источниках питания и питания электротехнологических установок на постоянном токе.The utility model relates to electrical engineering and power converting technology and is intended to convert alternating voltage to constant in on-board power supplies and power supply of electrotechnological installations with direct current.

Известен источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий В=12 вентилей и два источника исходных переменных ЭДС, каждый из двух частей с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и формирующихся на обмотках двух однофазных трансформаторов, выходные выводы которого выполнены от средних точек, связанных между собой обмоток вышеуказанных частей [1].A known source of constant voltage with a 12-fold ripple frequency, containing B = 12 gates and two sources of initial variable EMF, each of two parts with taps, phase-shifted orthogonally to each other and formed on the windings of two single-phase transformers, the output terminals of which are made from midpoints, interconnected windings of the above parts [1].

Недостатком этого устройства является большое количество отдельных, гальванически соединенных между собой, вторичных обмоток трансформаторов и большое число их витков, что обуславливает значительную величину установленной мощности, плохие массогабаритные показатели и, как следствие, возможность применять устройство для питания только маломощных и низковольтных потребителей.The disadvantage of this device is the large number of separate, galvanically interconnected, secondary windings of transformers and a large number of their turns, which leads to a significant amount of installed power, poor weight and size indicators and, as a result, the ability to use the device to power only low-power and low-voltage consumers.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать вентилей, при этом каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по две вторичных обмотки со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике соединены с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно включенных вентилей, при этом каждая пара выводов каждой обмотки соединена с Closest to the utility model adopted for the prototype is a constant voltage source with a 12-fold ripple frequency, containing two source transformer sources of variable EMF shifted in phase orthogonal to each other, and twelve valves, each source of phase-shifted EMF has two secondary windings with midpoints, and the leads of the windings in each source are connected to two own unidirectional chains consisting of three in series and according to the valves turned on, while zhdaya pair of terminals connected to each winding

парой точек последовательного соединения вентилей, равноудаленных от концов цепочек, таким образом, что к разноименным электродам средних вентилей цепочек подключены противофазные выводы обмоток, при этом крайние одноименные электроды крайних вентилей в каждой паре цепочек соединены и в одной паре цепочек одна точка соединения одноименных электродов образует один из выходных выводов устройства, а в другой паре цепочек точка соединения электродов противоположного наименования образует второй выходной вывод устройства, причем каждая незадействованная точка соединения крайних электродов вентилей цепочек соединена со средней точкой обмотки, противоположной данным цепочкам и соединенной своими выводами с вентилями собственных цепочек, электроды которых образуют выходные выводы устройства, а незадействованные средние точки двух других обмоток соединены между собой [2].a pair of series connection points of valves equidistant from the ends of the chains, so that the opposite phases of the windings are connected to the opposite electrodes of the middle valves of the chains, while the extreme electrodes of the same valves in each pair of chains are connected and in one pair of chains one connection point of the same electrodes forms one from the output terminals of the device, and in another pair of chains, the connection point of the electrodes of the opposite name forms the second output terminal of the device, each the unused point of connection of the extreme electrodes of the gate valves is connected to the midpoint of the winding, opposite the given chains and connected to its own terminals with the valves of their own chains, the electrodes of which form the output terminals of the device, and the unused middle points of the other two windings are interconnected [2].

Недостатком этого устройства является относительно большие массогабаритные показатели.The disadvantage of this device is the relatively large overall dimensions.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие массогабаритные показатели.The objective of the utility model is to create a constant voltage source with a 12-fold ripple frequency, which has lower overall dimensions.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации содержит два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать В=12 вентилей, каждый источник фазосдвинутых (ФС) ЭДС имеет две вторичные обмотки со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике ФС ЭДС соединены с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно включенных вентилей, при этом каждая пара выводов каждой обмотки соединена с парой точек последовательного соединения вентилей, равноудаленных от концов цепочек таким образом, что к разноименным электродам средних вентилей цепочек подключены This problem is achieved in that the DC voltage source with a 12-fold ripple frequency contains two source transformer sources of variable EMF, phase-shifted orthogonally to each other, and twelve V = 12 valves, each source of phase-shifted (FS) EMF has two secondary windings with midpoints, and the leads of the windings in each source of the FS EMF are connected to two own unidirectional chains consisting of three in series and according to the valves turned on, with each pair of leads of each rpm heel is connected to a pair of serial connection points of the valves, equidistant from the ends of the chains so that the chains secondary valves connected to the electrodes heteronymic

противофазные выводы обмоток, при этом крайние одноименные электроды крайних вентилей в каждой паре цепочек соединены и в одной паре цепочек одна точка соединения одноименных электродов образует один из выходных выводов устройства, а в другой паре цепочек точка соединения электродов противоположного наименования образует второй выходной вывод устройства, причем незадействованные точки соединения крайних электродов каждой пары цепочек соединены взаимоперекрестно со средними точками обмоток противоположных цепочкам источников ФС ЭДС, соединенных своими выводами с вентилями собственных цепочек, электроды которых образуют выходные выводы устройства, незадействованные средние точки двух других обмоток соединены между собой, при этом вторичные обмотки трансформаторов выполнены с равным числом витков.antiphase leads of the windings, while the extreme electrodes of the same name of the extreme valves in each pair of chains are connected and in one pair of chains one connection point of the same electrodes forms one of the output terminals of the device, and in the other pair of chains the connection point of the electrodes of the opposite name forms the second output terminal of the device, unused connection points of the extreme electrodes of each pair of chains are interconnected with the midpoints of the windings of the opposing chains of PS sources DC connected by their terminals with the valves of their own circuits, the electrodes of which form the output terminals of the device, the idle midpoints of the other two windings are interconnected, while the secondary windings of the transformers are made with an equal number of turns.

На Фиг.1 приведена принципиальная схема модели; на Фиг.2 -волновые диаграммы; на Фиг.3 - векторная диаграмма; на Фиг.4 -эквивалентные схемы модели; на Фиг.5 - алгоритмы работы вторичных обмоток трансформаторов модели и алгоритмы включения вентилей.Figure 1 shows a schematic diagram of a model; figure 2 -wave diagrams; figure 3 is a vector diagram; figure 4 - equivalent circuit model; figure 5 - algorithms of the secondary windings of the transformers of the model and the algorithms for switching valves.

Источник постоянного напряжения с 12-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 двенадцать вентилей 3...14, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по две вторичные обмотки 15, 16 и 17, 18, соответственно, со средними точками 19, 20 и 21, 22, причем в одном источнике ФС ЭДС обмотки 15, 16 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно соединенных вентилей 3, 5, 7 и 4, 6, 8, а в другом источнике ФС ЭДС обмотки 17, 18 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно соединенных вентилей 9, 11, 13 и 10, 12, 14. Выводы обмотки 15 подключены в точках A constant voltage source with a 12-fold ripple frequency (Figure 1) contains two source transformer sources of variable EMF 1 and 2 (the primary windings of the transformers are not shown in the diagram), phase-shifted orthogonally to each other, and twelve valves 3 ... 14 , both sources of phase-shifted EMFs have two secondary windings 15, 16 and 17, 18, respectively, with midpoints 19, 20 and 21, 22, and in one source of the EMF voltage, the windings 15, 16 are connected by their terminals with two own unidirectional chains, consisting of three sequences about and according to the connected valves 3, 5, 7 and 4, 6, 8, and in another source of the FS EMF, the windings 17, 18 are connected by their terminals to two own unidirectional chains consisting of three in series and according to the connected valves 9, 11, 13 and 10, 12, 14. The findings of the winding 15 are connected at points

последовательного соединения вентилей 3 и 5 - один вывод, 4 и 6 - второй вывод; выводы обмотки 16 подключены в точках последовательного соединения вентилей 5 и 7 - один вывод, 6 и 8 - второй вывод, противофазно подключению к вентилям 5 и 6 выводов обмотки 15. С соблюдением этого правила противофазности выводы обмотки 17 подключены к точкам последовательного соединения вентилей 9 и 11, 10 и 12, а выводы обмотки 18 подключены к точкам последовательного соединения вентилей 11 и 13, 12 и 14. Крайние вентили 3 и 4 одной пары цепочек вентилей и крайние вентили 13 и 14 другой пары цепочек вентилей соединены одноименными крайними электродами попарно и образуют два выходных вывода устройства, катодный 23 и анодный 24, к которым подключена нагрузка 25. Крайние вентили одной пары цепочек 7, 8 и крайние вентили другой пары цепочек 9, 10 соединены одноименными крайними электродами и точки этих соединений связаны, соответственно, со средней точкой 22 обмотки 18 и со средней точкой 19 обмотки 15, а средние точки 20, 21 обмоток 16 и 17 соединены между собой.serial connection of valves 3 and 5 - one terminal, 4 and 6 - the second terminal; the conclusions of the winding 16 are connected at the points of the serial connection of the valves 5 and 7 - one terminal, 6 and 8 - the second terminal, out of phase connection to the valves 5 and 6 of the terminals of the winding 15. In compliance with this antiphase rule, the conclusions of the winding 17 are connected to the points of the serial connection of valves 9 and 11, 10 and 12, and the conclusions of the winding 18 are connected to the serial connection points of valves 11 and 13, 12 and 14. The extreme valves 3 and 4 of one pair of valve chains and the extreme valves 13 and 14 of another pair of valve chains are connected by the same extreme electrodes in pairs but they also form two output terminals of the device, cathode 23 and anode 24, to which the load 25 is connected. The extreme valves of one pair of chains 7, 8 and the extreme valves of another pair of chains 9, 10 are connected by the same extreme electrodes and the points of these connections are connected, respectively, with the midpoint 22 of the winding 18 and the midpoint 19 of the winding 15, and the midpoints 20, 21 of the windings 16 and 17 are interconnected.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2), векторными (Фиг.3) диаграммами и эквивалентными схемами вторичных цепей (Фиг.4) для интервалов времени, определенных периодом смены фаз ортогональных ЭДС, то есть 90 эл. градусов. Волновые диаграммы и эквивалентные схемы иллюстрируют принцип формирования напряжений на вторичных обмотках трансформаторных источников ФС ЭДС и форму кривой выпрямленного напряжения при активной нагрузке за четверть периода переменного напряжения источников ФС ЭДС. На Фиг.5 представлены алгоритм работы полуобмоток источников ФС ЭДС и алгоритм включения вентилей за каждый интервал времени, соответствующий одной пульсности выпрямленного напряжения.The principle of operation of the device (Fig. 1) is illustrated by wave (Fig. 2), vector (Fig. 3) diagrams and equivalent secondary circuits (Fig. 4) for time intervals determined by the phase change period of orthogonal EMF, i.e. 90 el. degrees. Wave diagrams and equivalent circuits illustrate the principle of formation of voltages on the secondary windings of transformer sources of EMF and the curve of the rectified voltage at active load over a quarter of the period of the alternating voltage of the sources of FS EMF. Figure 5 presents the algorithm of operation of the semi-windings of the sources of the EMF emf and the algorithm for turning on the valves for each time interval corresponding to one pulse of the rectified voltage.

Из алгоритмов работы (Фиг.5) видно, что обмотка 15 в первом и обмотка 18 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 306,87 эл. град. за период, а обмотка 16 в From the operation algorithms (Figure 5) it can be seen that the winding 15 in the first and winding 18 in the second sources of the FS EMF are involved in the conversion process 306.87 el. hail. for the period, and the winding 16 in

первом и обмотка 17 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 180 эл. градусов за период.the first and winding 17 in the second sources of the FS EMF are involved in the conversion process of 180 el. degrees per period.

Относительные числа витков каждой из полуобмоток равны 1,0. Общая сумма относительных чисел витков равна W_Σ=8,0.The relative number of turns of each of the semi-windings is 1.0. The total sum of the relative numbers of turns is W _Σ = 8.0.

Базовое число витков определено на основании волновых диаграмм (Фиг.2) и алгоритма работы обмоток (Фиг.5), и равно W_Б=4,242. Суммарное витковое число вторичных обмоток равно W_В2=W_Σ/W_Б=1,886 (у прототипа- 1,95). Это позволяет, при учете величин действующих токов обмоток, снизить массу вторичных обмоток на 2,45%. Коэффициент установленной мощности устройства равен 1,0653, а прототипа - 1,065, то есть они практически равны. За счет одинаковых значений относительных чисел витков полуобмоток (1,0) улучшены условия электромагнитных связей, причем в каждом источнике ФС ЭДС имеется две пары полуобмоток, рациональное размещение которых позволяет минимизировать магнитные поля рассеяния (у прототипа в каждом источнике ФС ЭДС две полуобмотки имеют относительные числа витков 0,816, а две 1,0).The base number of turns is determined based on the wave diagrams (Figure 2) and the algorithm of the windings (Figure 5), and is equal to W _B = 4,242. The total round number of secondary windings is equal to W _B2 = W _Σ / W _B = 1,886 (prototype 1.95). This allows, taking into account the values of the current winding currents, to reduce the mass of the secondary windings by 2.45%. The installed power factor of the device is 1.0653, and the prototype is 1.065, that is, they are almost equal. Due to the same values of the relative numbers of turns of the half-windings (1,0), the conditions of electromagnetic bonds are improved, and in each source of the EMF emitter there are two pairs of half-windings, the rational placement of which minimizes the magnetic fields of scattering (in the prototype in each source of the EMF two half-windings have relative numbers turns 0.816, and two 1.0).

Таким образом, модель позволяет уменьшить массогабаритные показатели источника за счет снижения массы вторичных обмоток трансформаторов.Thus, the model allows to reduce the weight and size characteristics of the source by reducing the mass of the secondary windings of the transformers.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account during the examination:

1. А.С. СССР №1157633. Система электропитания А.М.Репина /А.М.Репин-3587102/24-07; Заявл. 29.04.83; Опубл. 23.05.85; Бюл. №19.1. A.S. USSR No. 1157633. Power supply system of A.M. Repin / A.M. Repin-3587102/24-07; Claim 04/29/83; Publ. 05/23/85; Bull. No. 19.

2. Патент РФ №34041. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В. - Заяв. №2003119757/20; Заявл.01.07.03; Опубл. 20.11.03; Бюл. №32.2. RF patent No. 34041. DC voltage source with a 12-fold ripple frequency / Evdokimov S.A., Vorfolomeev G.N., Schurov N.I., Myatezh S.V. - Application. No. 2003119757/20; Declared 01.07.03; Publ. 11/20/03; Bull. Number 32.

Claims

A DC voltage source with a 12-fold ripple frequency, containing two source transformer sources of variable EMF, phase-shifted orthogonally to each other, and twelve valves, each source of phase-shifted EMF has two secondary windings with midpoints, and the conclusions of the windings in each the source is connected to two own unidirectional chains consisting of three in series and according to the valves turned on, with each pair of terminals of each winding connected to a pair of points of connecting the valves equidistant from the ends of the chains in such a way that the opposite-phase leads of the windings are connected to the opposite electrodes of the middle valves of the chains, while the extreme electrodes of the same valves in each pair of chains are connected and in one pair of chains one connection point of the same electrodes forms one of the output terminals devices, and in another pair of chains the connection point of the electrodes of the opposite name forms the second output terminal of the device, each unused then the connection point of the extreme electrodes of the gate valves is connected to the midpoint of the winding opposite to these chains and connected to its own terminals with the valves of their own chains, the electrodes of which form the output terminals of the device, and the idle midpoints of the other two windings are interconnected, characterized in that the secondary windings of the transformers are made with an equal number of turns.