RU53082U1

RU53082U1 - DC VOLTAGE SOURCE WITH 8X PULSATION FREQUENCY

Info

Publication number: RU53082U1
Application number: RU2005132895/22U
Authority: RU
Inventors: Герман Николаевич Ворфоломеев; Николай Иванович Щуров; Людмила Андреевна Нейман
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2006-04-27

Abstract

Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и электротехнологических установок на постоянном токе. Источник содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС 1 и 2, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18; оба источника имеют по две вторичные обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно; каждая вторичная обмотка 19 и 21 снабжена одним дополнительным отводом от точки 23 и 26, делящей обмотки на две части 29, 30 и 34, 35 соответственно; каждая вторичная обмотка 20 и 22 снабжена двумя дополнительными отводами от точек 24, 25 и 27, 28, делящих обмотки на три части 31, 32, 33 и 36, 37, 38, соответственно; дополнительные отводы от точек соединены парами между собой; отвод от точки 23 соединен с отводом от точки 28; отвод от точки 24 соединен с отводом от точки 26; отвод от точки 25 соединен с отводом от точки 27; к каждому выводу каждой вторичной обмотки 19, 20 и 21, 22 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 3, 4 и 5, 6; 7, 8 и 9, 10; 11, 12 и 13, 14; 15, 16 и 17, 18; которые другими своими одноименными электродами соединены попарно между собой 3, 5 и 4, 6; 7, 9 и 8, 10; 11, 13 и 12, 14; 15, 17 и 16, 18, образуя четыре четырехвентильных моста 39, 40, 41 и 42; каждый указанный мост содержит две вентильные ячейки из двух вентильных плеч в каждой из них, которые при включении имеют одну между парой объединенных анодов входную и между парой объединенных катодов выходную диагонали, образуя два выхода устройства 43 и 44, к которым подключена нагрузка 45. Предложенный источник обладает упрощенной конструкцией и технологией устройства и более высоким КПД.A constant voltage source with an 8-fold ripple frequency is designed to convert alternating voltage into constant voltage for supplying traction loads of electric vehicles and DC electrical installations. The source contains two transformer sources of variable EMF 1 and 2, phase shifted orthogonally to each other, and sixteen valves 3 ... 18; both sources have two secondary windings 19, 20 and 21, 22, respectively; each secondary winding 19 and 21 is equipped with one additional tap from the point 23 and 26, dividing the winding into two parts 29, 30 and 34, 35, respectively; each secondary winding 20 and 22 is equipped with two additional taps from points 24, 25 and 27, 28, dividing the windings into three parts 31, 32, 33 and 36, 37, 38, respectively; additional taps from the points are connected in pairs among themselves; a tap from point 23 is connected to a tap from point 28; a tap from point 24 is connected to a tap from point 26; a tap from point 25 is connected to a tap from point 27; to each output of each secondary winding 19, 20 and 21, 22 two valves 3, 4 and 5, 6 are connected one by one with opposite electrodes; 7, 8 and 9, 10; 11, 12 and 13, 14; 15, 16 and 17, 18; which with their other electrodes of the same name are connected in pairs between each other 3, 5 and 4, 6; 7, 9 and 8, 10; 11, 13 and 12, 14; 15, 17 and 16, 18, forming four four-axle bridges 39, 40, 41 and 42; each specified bridge contains two valve cells of two valve arms in each of them, which when turned on have one input diagonal between a pair of combined anodes and an output diagonal between a pair of combined cathodes, forming two outputs of the device 43 and 44, to which the load 45 is connected. The proposed source It has a simplified design and device technology and higher efficiency.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и электротехнологических установок на постоянном токе.The utility model relates to electrical engineering and power converting equipment and is intended to convert an alternating voltage into a direct voltage for supplying traction loads of electric vehicles and direct current electrotechnological installations.

Известен источник постоянного напряжения с m - кратной (рассматривается только m=8) частотой пульсации, содержащий восемь вентилей и два источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждая из которых поделена средними точками на две равные части, и каждая из этих частей снабжена одинаковым числом k_x=k'_x=ⁿ/₄ отводов, а средние точки образуют выходные выводы устройства с подключенной к ним нагрузкой, обладающий определенной общностью, позволяющей получить ряд частных схемных реализации с соответствующей частотной кратностью пульсаций [А.с. СССР №1086524. Источник постоянного напряжения с n - кратной частотой пульсации / А.М.Репин - Заяв. №3440785/24-07; Заявл. 21.05.82; Опубл. 1.04.84; Бюл. №14].A known source of constant voltage with m - multiple (considered only m = 8) ripple frequency, containing eight gates and two sources of variable EMF, phase shifted orthogonally to each other, each of which is divided by midpoints into two equal parts, and each of these parts provided with the same number _{_{^{k x = k 'x = n}}} / ₄ of taps, and the midpoints form the output terminals of the device with a load connected thereto, having a certain commonality allows to obtain a number of private circuit realization frequency corresponding to a atnostyu pulsations [A. USSR No. 1086524. DC voltage source with n - multiple ripple frequency / A.M. Repin - Application. No. 3440785 / 24-07; Claim 05/21/82; Publ. 1.04.84; Bull. No. 14].

Недостатком этого устройства являются большие массогабаритные показатели и установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов.The disadvantage of this device is the large overall dimensions and installed power of the secondary windings of the transformers.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации [Патент на полезную модель №46890. Источник переменного напряжения с 8 - кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Closest to the utility model adopted for the prototype is a constant voltage source with an 8-fold ripple frequency [Patent for utility model No. 46890. AC voltage source with an 8-fold ripple frequency / Evdokimov S.A.,

Ворфоломеев Г.Н., Нейман Л.А., Щуров Н.И., - Заяв. №2005105258; Заявл. 24.02.05; Опубл. 27.07.05; Бюл. №21.], содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу; и шестнадцать вентилей, из которых сформирован восьмиячейковый мост; при этом каждый источник фазосдвинутых (ФС) переменных ЭДС имеет по две вторичные обмотки, каждая из которых снабжена двумя отводами от точек, делящих каждую вторичную обмотку каждого источника ФС переменных ЭДС на три части, соединенные соответствующим образом между собой; при чем каждый вывод каждой вторичной обмотки обоих источников ФС переменных ЭДС соединен с вентильной ячейкой моста, выводы которого образуют два выхода устройства, к которым подключена нагрузка.Vorfolomeev G.N., Neumann L.A., Schurov N.I., - Application. No. 2005105258; Claim 02.24.05; Publ. 07/27/05; Bull. No. 21.], Containing two transformer sources of variable EMF shifted in phase orthogonally to each other; and sixteen valves, of which an eight-cell bridge is formed; in addition, each source of phase-shifted (FS) variable EMF has two secondary windings, each of which is equipped with two taps from the points dividing each secondary winding of each source of PS of variable EMF into three parts, respectively connected to each other; moreover, each terminal of each secondary winding of both PS sources of variable EMF is connected to the valve cell of the bridge, the terminals of which form two device outputs to which the load is connected.

Недостатком устройства являются наличие довольно большого числа частей вторичных обмоток (равного двенадцати) и большого числа их витков, обуславливающие усложнение конструкции и технологии изготовления устройства и относительно большие потери электрической энергии, что снижает КПД устройства.The disadvantage of this device is the presence of a fairly large number of parts of the secondary windings (equal to twelve) and a large number of their turns, which complicate the design and manufacturing technology of the device and the relatively large loss of electrical energy, which reduces the efficiency of the device.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, обладающего упрощенной конструкцией и технологией устройства и более высоким КПД.The objective of the utility model is to create a constant voltage source with an 8-fold ripple frequency, which has a simplified design and device technology and higher efficiency.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей; при этом каждый источник ФС переменных ЭДС имеет по две вторичные обмотки; причем каждая первая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС и вторая вторичная обмотка второго источника ФС переменных ЭДС снабжена одним дополнительным отводом от точки, делящей This problem is achieved by the fact that the DC voltage source with an 8-fold ripple frequency contains two transformer sources of variable EMF, phase-shifted orthogonally to each other, and sixteen valves; in addition, each source of PS of variable EMF has two secondary windings; moreover, each first secondary winding of the first source of the FS variable EMF and the second secondary winding of the second source of the FS variable EMF is equipped with one additional tap from the point dividing

каждую вторичную обмотку на две части; при этом каждая вторая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС и первая вторичная обмотка источника ФС переменных ЭДС снабжена двумя дополнительными отводами от точек, делящих каждую вторичную обмотку ФС переменных ЭДС на три части; причем отвод от первой вторичной обмотки первого источника ФС переменных ЭДС соединен с первым отводом от начала первой вторичной обмотки второго источника ФС переменных ЭДС; первый отвод от начала второй вторичной обмотки первого источника ФС переменных ЭДС соединен с отводом второй вторичной обмотки второго источника ФС переменных ЭДС; второй отвод от начала второй вторичной обмотки первого источника ФС переменных ЭДС соединен со вторым отводом от начала первой вторичной обмотки второго источника ФС переменных ЭДС; при этом к каждому выводу каждой вторичной обмотки обоих источников ФС переменных ЭДС подключено по одному разноименными электродами два вентиля, которые другими своими одноименными электродами соединены попарно между собой, образуя четыре четырехвентильных моста; причем каждый указанный мост содержит две вентильные ячейки из двух вентильных плеч в каждой из них, которые при включении имеют между парой объединенных анодов одну входную и между парой объединенных катодов выходную диагонали, образуя два выхода устройства, к которым подключена нагрузка.each secondary winding into two parts; in this case, every second secondary winding of the first PS source of variable EMF and the first secondary winding of the PS source of variable EMF is equipped with two additional taps from the points dividing each secondary winding of the FS variable EMF into three parts; moreover, the tap from the first secondary winding of the first source of the FS variable EMF is connected to the first tap from the beginning of the first secondary winding of the second source of the FS variable EMF; the first tap from the beginning of the second secondary winding of the first source of the FS of variable EMF is connected to the tap of the second secondary winding of the second source of the FS of variable EMF; the second tap from the beginning of the second secondary winding of the first source of the FS variable EMF is connected to the second tap from the beginning of the second secondary winding of the second source of the FS variable EMF; at the same time, to each terminal of each secondary winding of both PS sources of variable EMF, two valves are connected one by one with opposite electrodes, which are connected in pairs with their other electrodes of the same name, forming four four-bridge bridges; each said bridge contains two valve cells of two valve arms in each of them, which when turned on, have one input diagonal between the pair of combined anodes and an output diagonal between the pair of combined cathodes, forming two device outputs to which the load is connected.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого источника; на Фиг.2 - векторная диаграмма токообразующих ЭДС в фазовой плоскости; на Фиг.3 - Фиг.6 -эквивалентные схемы структур формирования постоянного напряжения на интервалах проводимости вентилей; на Фиг.7 - алгоритмы работы обмоток трансформаторов и включения вентилей в разные моменты периода сетевого напряжения.Figure 1 shows a circuit diagram of the proposed source; figure 2 is a vector diagram of the current-forming EMF in the phase plane; figure 3 - figure 6 is an equivalent diagram of the structures of the formation of constant voltage at intervals of the conductivity of the valves; Fig.7 - algorithms for the operation of transformer windings and the inclusion of valves at different points in the period of the mains voltage.

Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС 1 и 2, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18; при этом каждый источник ФС переменных ЭДС имеет по две вторичные обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно; причем каждая первая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС 19 и вторая вторичная обмотка второго источника ФС переменных ЭДС 21 снабжена одним дополнительным отводом от точки 23 и 26, соответственно, делящей каждую вторичную обмотку на две части 29, 30 и 34, 35, соответственно; при этом каждая вторая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС 20 и первая вторичная обмотка ФС переменных ЭДС 22 снабжена двумя дополнительными отводами от точки 24, 25 и 27, 28, соответственно, делящих каждую вторичную обмотку ФС переменных ЭДС на три части 31, 32, 33 и 36, 37, 38, соответственно; причем дополнительный отвод от точки 23 первого источника ФС переменных ЭДС соединен с дополнительным отводом от точки 28 второго источника ФС переменных ЭДС; первый дополнительный отвод от точки 24 первого источника ФС переменных ЭДС соединен с дополнительным отводом от точки 26 второго источника ФС переменных ЭДС, второй дополнительный отвод от точки 25 первого источника ФС переменных ЭДС соединен со вторым дополнительным отводом от точки 27 второго источника ФС переменных ЭДС; при этом к каждому выводу каждой вторичной обмотки обоих источников ФС переменных ЭДС подключено по одному разноименными электродами два вентиля; к каждому выводу обмотки 19 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 3, 4 и 5, 6, соответственно к началу и концу указанной обмотки; к каждому выводу обмотки 20 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 7, 8 и 9, 10, соответственно к началу и концу указанной обмотки; к каждому A constant voltage source with an 8-fold ripple frequency (FIG. 1) contains two transformer sources of variable EMF 1 and 2, phase-shifted orthogonally to each other, and sixteen valves 3 ... 18; in addition, each source of PS of variable EMF has two secondary windings 19, 20 and 21, 22, respectively; moreover, each first secondary winding of the first PS source of variable EMF 19 and the second secondary winding of the second PS source of variable EMF 21 is equipped with one additional tap from point 23 and 26, respectively, dividing each secondary winding into two parts 29, 30 and 34, 35, respectively; in this case, every second secondary winding of the first PS source of variable EMF 20 and the first secondary winding of PS variable EMF 22 is equipped with two additional taps from points 24, 25 and 27, 28, respectively, dividing each secondary winding of PS variable EMF into three parts 31, 32, 33 and 36, 37, 38, respectively; moreover, an additional tap from point 23 of the first source of the FS variable EMF is connected to an additional tap from point 28 of the second source of the FS variable EMF; the first additional tap from point 24 of the first source of the FS variable EMF is connected to the additional tap from point 26 of the second source of the FS variable EMF, the second additional tap from point 25 of the first source of FS variable EMF is connected to the second additional tap from point 27 of the second source of FS variable EMF; at the same time, to each output of each secondary winding of both PS sources of variable EMF, two valves are connected one by opposite electrodes; two valves 3, 4 and 5, 6, respectively, are connected to each terminal of the winding 19, one by opposite electrodes, respectively, to the beginning and end of the specified winding; two valves 7, 8 and 9, 10, respectively, are connected to each terminal of the winding 20, one opposite the electrodes, respectively, to the beginning and end of the specified winding; to each

выводу обмотки 21 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 11, 12 и 13, 14, соответственно к началу и концу указанной обмотки; к каждому выводу обмотки 22 подключены по одному разноименными электродами два вентиля 15, 16 и 17, 18, соответственно к началу и концу указанной обмотки; причем указанные вентили другими своими одноименными электродами соединены попарно между собой 4, 6 и 3, 5; 8, 10 и 7, 9; 11, 13 и 12, 14; 15, 17 и 16, 18, соответственно, и образуют четыре четырехвентильных моста 39, 40, 41 и 42, соответственно; при этом каждый указанный мостик содержит две вентильные ячейки из вентильных плеч в каждой из них, которые при включении имеют одну между парой объединенных анодов входную и между парой объединенных катодов выходную диагонали, образуя два выхода устройства 43 и 44, к которым подключена нагрузка 45.the output of the winding 21 is connected one at a time with opposite electrodes to two valves 11, 12 and 13, 14, respectively, to the beginning and end of the specified winding; two valves 15, 16 and 17, 18 are connected to each terminal of winding 22 one by one with opposite electrodes, respectively, to the beginning and end of said winding; moreover, these valves with their other electrodes of the same name are connected in pairs among themselves 4, 6 and 3, 5; 8, 10 and 7, 9; 11, 13 and 12, 14; 15, 17 and 16, 18, respectively, and form four four-axle bridges 39, 40, 41 and 42, respectively; Moreover, each specified bridge contains two valve cells from the valve arms in each of them, which, when turned on, have one input diagonal between the pair of combined anodes and an output diagonal between the pair of combined cathodes, forming two outputs of the device 43 and 44, to which the load 45 is connected.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными (Фиг.2) диаграммами. Векторные диаграммы показывают формирование каждой токообразующей ЭДС путем геометрического векторного сложения соответствующих частей ортогональных ЭДС. При обеспечении амплитудно-фазовой симметрии фазовый угол между векторами равен периоду огибающей токопроводящих ЭДС, образующей по форме своего рода лепестки, которые наглядно иллюстрируют частоту и уровень пульсации выходного напряжения.The principle of operation of the device (Figure 1) is illustrated by vector (Figure 2) diagrams. Vector diagrams show the formation of each current-forming EMF by geometric vector addition of the corresponding parts of orthogonal EMF. When providing amplitude-phase symmetry, the phase angle between the vectors is equal to the envelope period of the conductive EMF, which forms a kind of petals in shape, which clearly illustrate the frequency and level of output voltage ripple.

Эквивалентные схемы (Фиг.3-6) раскрывают структуры, образующиеся в источнике постоянного напряжения, работающего на активную нагрузку, на интервалах проводимости вентилей. Здесь же указана последовательность формирования различных контуров токообразующих ЭДС. Для большей наглядности и лучшего восприятия процессов, проводящие участки схемы выделены утолщенными линиями.Equivalent circuits (Figs. 3-6) disclose structures formed in a constant voltage source operating on an active load at the intervals of the conductivity of the valves. The sequence of formation of various circuits of the current-forming EMF is also indicated here. For greater visibility and better perception of processes, the conducting sections of the circuit are highlighted with thickened lines.

Алгоритмы работы частей вентильных обмоток источника ФС ЭДС и включения вентилей за каждый интервал времени, соответствующий Algorithms for the operation of parts of the valve windings of the FS EMF source and switching on the valves for each time interval

одной пульсности выпрямленного напряжения, и равный 45-ти эл. град., представлены на Фиг.7.one pulsation of the rectified voltage, and equal to 45 el. hail., presented in Fig.7.

Из алгоритма (Фиг.7) видно, что части вентильных обмоток 32 в первом и обмотки 37 во втором источнике ФС переменных ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 270 эл. град. за период Т, а части вентильных обмоток 29, 30, 31, 33, 34, 35, 36, 38-90 эл.град. за период Т. Относительное число витков равно: для частей вентильных обмоток 29 и 35-1,0; для частей вентильных обмоток 32, 37-0,5857; для частей вентильных обмоток 30, 31, 33, 34, 36, 38-0,4142. Суммарное число витков равно - W_Σ=5,6566.From the algorithm (Fig.7) it is seen that parts of the valve windings 32 in the first and windings 37 in the second source of the FS variable EMF are involved in the conversion process 270 el. hail. for the period T, and parts of the valve windings 29, 30, 31, 33, 34, 35, 36, 38-90 el. for the period T. The relative number of turns is equal to: for parts of valve windings 29 and 35-1.0; for parts of valve windings 32, 37-0.5857; for parts of valve windings 30, 31, 33, 34, 36, 38-0.4142. The total number of turns is - W _Σ = 5.6566.

Суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС переменных ЭДС W_B2=^W _Σ/_WБ, определится как отношение общего суммарного числа витков W^ всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков W_Б, равному числу витков с амплитудой напряжения на них, которая равна амплитуде выходного напряжения u_d0 в режиме холостого хода устройства. Базовое число витков данного устройства W_Б=1,5306. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W_B2=3,6957.The total round number of secondary windings of PS sources of variable EMF W _B2 = ^W _Σ / _WБ is defined as the ratio of the total total number of turns W ^ of all parts of the secondary windings to the base number of turns W _B , equal to the number of turns with the voltage amplitude equal to the output amplitude voltage u _d0 in the idle mode of the device. The base number of turns of this device is W _B = 1.5306. Accordingly, the total round number will be equal to W _B2 = 3,6957.

Формируемое на нагрузке постоянное напряжение, переменная составляющая которого пульсирует с 8-кратной частотой по отношению к частоте исходных (преобразуемых) ЭДС, достигается меньшим витковым числом. Это обуславливает упрощение конструкции и технологии изготовления устройства и уменьшение потерь электрической энергии, что приводит к увеличению КПД предлагаемого источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации.The constant voltage generated on the load, the variable component of which pulsates with an 8-fold frequency with respect to the frequency of the initial (converted) EMF, is achieved by a smaller coil number. This leads to a simplification of the design and manufacturing technology of the device and a decrease in the loss of electrical energy, which leads to an increase in the efficiency of the proposed constant voltage source with an 8-fold ripple frequency.

Claims

A DC voltage source with an 8-fold ripple frequency, containing two transformer sources of variable EMF shifted in phase orthogonally to each other, and sixteen valves, of which an eight-cell bridge is formed, while the transformers contain two secondary windings, characterized in that each first the secondary winding of the first source of phase-shifted variables EMF and the second secondary winding of the second source of phase-shifted variables EMF is equipped with one additional tap from the point dividing each second the primary winding into two parts, each second secondary winding of the first source of phase-shifted EMF variables and the first secondary winding of the second source of phase-shifted EMF variables equipped with two additional taps from the points dividing each specified winding of phase-shifted EMF variables into three parts, and the tap from the first secondary winding the first source of phase-shifted variables EMF is connected to the first tap from the beginning of the first secondary winding of the second source of phase-shifted variables EMF, the first tap from the beginning to The secondary winding of the first source of phase-shifted variables EMF is connected to the tap of the second secondary winding of the second source of phase-shifted EMF variables, while the second tap from the beginning of the second secondary winding of the first source of phase-shifted EMF variables is connected to the second tap from the beginning of the first secondary winding of the second source of phase-shifted EMF variables, to each output of each secondary winding of each source of phase-shifted variables EMF, two valves are connected one by opposite electrodes, to which, with their other electrodes of the same name, are connected in pairs to each other, forming four four-valve bridges, each said bridge containing two valve cells of two valve arms in each of them, which, when switched on, have one input diagonal between a pair of combined anodes and an output diagonal between a pair of combined cathodes , forming two outputs of the device to which the load is connected.