Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации

Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и электротехнологических установок на постоянном токе. Содержит источники ортогональных ЭДС 1 и 2 и двадцать четыре вентиля 3...26; источники имеют по пять вторичных обмоток 27...31 и 32...36, со средними точками 37...41 и 42...46; обмотки 27...31 соединены с однонаправленными цепочками из шести последовательно и согласно соединенных вентилей 3, 5, 7, 9, 11, 13 и 4, 6, 8, 10, 12, 14, а обмотки 32...36, соответственно с цепочками вентилей 15, 17, 19, 21, 23, 25 и 16, 18, 20, 22, 24, 26. Выводы обмоток 27...36 подключены, соответственно, в точках последовательного соединения вентилей 3, 5 и 4, 6; 5, 7 и 6, 8; 7,9 и 8,10; 9, 11 и 10,12; 11,13 и 12,14; 15,17 и 16,18; 17,19 и 18,20; 19,21 и 20,22; 21,23 и 22,24; 23,25 и 24,26, с соблюдением противофазности подключаемых к вентилю выводов. Крайние вентили 3,4 одной пары цепочек и крайние вентили 25,26 другой пары цепочек, одноименными крайними электродами образуют выходные выводы устройства 47 и 48, к которым подключена нагрузка 49. Крайние вентили 13, 14 одной пары цепочек и крайние вентили 15, 16 другой пары цепочек соединены одноименными крайними электродами; точки этих соединений связаны, соответственно, со средней точкой 46 обмотки 36 и со средней точкой 37 обмотки 27, при этом средние точки 38... 41 обмоток 28... 31 соединены, соответственно, со средними точками 42...45 обмоток 32...35. Предложенный источник постоянного напряжения имеет меньшие массогабаритные показатели за счет меньшей установленной мощности трансформатора.

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и электротехнологических установок на постоянном токе.

Известен 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, при этом каждый источник фазосдвинутой (ФС) ЭДС имеет пять вторичных обмоток, четыре из которых со средними точками [1].

Недостатком этого устройства является относительно большие массогабаритные показатели, установленная мощность его трансформаторов и сложная структура сборки выпрямительной части источника.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип [2], является источник постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации, содержащий два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двадцать четыре В=24 вентиля, при этом каждый источник ФС ЭДС имеет по шесть вторичных обмоток со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике ФС ЭДС соединены с двумя собственными цепочками, состоящими из шести последовательно и согласно включенных вентилей, при этом выводы одной из обмоток в каждом источнике ФС ЭДС

подключены к началам собственных цепочек вентилей, которые имеют одно направление включения по отношению к обмоткам в одном источнике ФС ЭДС и противоположное направление включения в другом источнике ФС ЭДС, а каждая пара выводов незадействованных обмоток соединена с парой равноудаленных точек последовательного соединения вентилей собственных цепочек таким образом, что разноименные электроды каждого из пяти первых вентилей цепочек соединены с противофазными выводами обмоток, при этом крайние и одноименные электроды последних вентилей цепочек, соединенные попарно образуют выходные выводы устройства, каждый из которых дополнительно соединен со средней точкой обмотки, выводы которой связаны с вентильными цепочками, образующими противоположный выходной вывод устройства, причем незадействованные средние точки обмоток одного источника ФС ЭДС соединены с незадействованными средними точками обмоток другого источника ФС ЭДС взаимоперекрестно, то есть незадействованная средняя точка обмотки одного источника ФС ЭДС, подключенной своими выводами к ближним от начала вентильных цепочек точкам последовательного соединения вентилей, соединяется с незадействованной средней точкой обмотки другого источника ФС ЭДС, подключенной своими выводами к дальним точкам последовательного соединения вентилей цепочек.

Недостатком прототипа являются большое число вторичных обмоток источников ЭДС, причем все с различными числами витков, что завышает его массогабаритные показатели, и он имеет относительно высокую установленную мощность трансформатора.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие массогабаритные показатели за счет меньшей установленной мощности трансформатора.

Указанная задача достигается тем, что в источнике постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации, содержащем два исходных

трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двадцать четыре В=24 вентиля, каждый источник ФС ЭДС имеет пять вторичных обмоток со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике ФС ЭДС соединены с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из шести 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 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 противоположной полярности образует второй выходной вывод устройства, причем незадействованные точки соединения крайних вентилей каждой пары цепочек соединены со средними точками обмоток противоположных источников фазосдвинутых ЭДС, соединенных своими выводами с вентилями собственных цепочек, электроды которых образуют выходные выводы устройства, а незадействованные пары средних точек обмоток соединены между собой взаимоперекрестно, то есть незадействованные средние точки обмоток, соединенных с вентилями, ближними к выходному выводу цепочек одного источника, соединены с незадействованными средними точками обмоток противоположного источника, соединенных с дальними от другого выходного вывода вентилями цепочек.

На Фиг.1 приведена принципиальная схема предложенного источника; на Фиг.2 - волновые диаграммы напряжений; на Фиг.3 - векторная диаграмма токообразующих ЭДС; на Фиг.4 - эквивалентные схемы вторичных цепей для интервалов времени, кратных 90 эл. градусов;

на Фиг.5 - алгоритмы работы вторичных обмоток трансформаторов источника и алгоритмы включения вентилей.

Источник постоянного напряжения с 24-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 27...31 и 32...36, соответственно, со средними точками 37...41 и 42...46, причем в одном источнике ФС ЭДС обмотки 27...31 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из шести последовательно и согласно соединенных вентилей 3, 5, 7, 9, 11, 13 и 4, 6, 8, 10, 12, 14, а в другом источнике ФС ЭДС обмотки 32...36 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из шести последовательно и согласно соединенных вентилей 15, 17, 19, 21, 23, 25 и 16, 18, 20, 22, 24, 26. Выводы обмотки 27 подключены в точках последовательного соединения вентилей 3 и 5 - один вывод, 4 и 6 - второй вывод; выводы обмотки 28 подключены в точках последовательного соединения вентилей 5 и 7 - один вывод, 6 и 8 - второй вывод; выводы обмотки 29 подключены в точках последовательного соединения вентилей 7 и 9 - один вывод, 8 и 10 - второй вывод; выводы обмотки 30 подключены в точках последовательного соединения вентилей 9 и 11 - один вывод, 10 и 12 - второй вывод; выводы обмотки 31 подключены в точках последовательного соединения вентилей 11 и 13 - один вывод, 12 и 14 - второй вывод. Выводы обмотки 32 подключены в точках последовательного соединения вентилей 15 и 17 - один вывод, 16 и 18 - второй вывод; выводы обмотки 33 подключены в точках последовательного соединения вентилей 17 и 19 - один вывод, 18 и 20 - второй вывод; выводы обмотки 34 подключены в точках последовательного соединения вентилей 19 и 21 - один вывод, 20 и 22 - второй вывод; выводы обмотки 35 подключены в точках последовательного

соединения вентилей 21 и 23 - один вывод, 22 и 24 - второй вывод; выводы обмотки 36 подключены в точках последовательного соединения вентилей 23 и 25 - один вывод, 24 и 26 - второй вывод. К электродам средних вентилей цепочек присоединены разнополярные выводы обмоток. Крайние вентили 3 и 4 одной пары цепочек вентилей и крайние вентили 25 и 26 другой пары цепочек вентилей соединены одноименными крайними электродами попарно и образуют два выходных вывода устройства, катодный 47 и анодный 48, к которым подключена нагрузка 49. Крайние вентили 13, 14 одной пары цепочек и крайние вентили 15, 16 другой пары цепочек соединены одноименными крайними электродами, и точки этих соединений связаны соответственно со средней точкой 46 обмотки 36 и со средней точкой 37 обмотки 27, при этом средние точки 38, 39, 40, 41 обмоток 28, 29, 30, 31 соединены соответственно со средними точками 42, 43, 44, 45 обмоток 32, 33, 34, 35.

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, имеющей длительности 15,56; 13,55 и 15,9 эл. градуса в каждой получетверти периода сетевого напряжения.

Из алгоритмов работы (Фиг.5) видно, что обмотка 27 в первом и обмотка 36 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 328,88 эл. град. за период; обмотки 28,

35 - 270,64 эл. град.; обмотки 29, 34 - 211,76 эл. град.; обмотки 30, 33 - 148,24 эл. град.; обмотки 31,32, - 89,35 эл. градуса.

Относительные числа витков полуобмоток, при которых форма огибающей выходного напряжения наиболее близка к оптимальной равны: для полуобмоток 27а, б, 29а, б, 34а, б, 36а, б - 1,0; для полуобмоток 28а, б, 30а, б, 31а, б, 32а, б, 33а, б, 35а, б, - 0,386. Общая сумма относительных чисел витков равна W=12,632.

С учетом относительных чисел витков полуобмоток можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС W_B2. Базовое число витков для данного устройства определено на основании волновых диаграмм (Фиг.2) и равно w_Б=6,394. Таким образом, суммарное витковое число предлагаемого устройства будет равно W_В2=W/W_Б=1,975 (у прототипа - 2,263). Установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов модели равна 1,108, то есть меньше, чем у прототипа (1,180), при этом установленная мощность трансформаторов при питании от двухфазной сети равна 1,003, а при соединении первичных обмоток по схеме Скотта и питании от трехфазной сети составит 1,094.

За счет снижения количества вторичных обмоток с двенадцати в прототипе до десяти в модели и уменьшения установленной мощности трансформатора снижены массогабаритные показатели источника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Свид. РФ №29189. Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации / Г.Н.Ворфоломеев, Н.И.Щуров, С.А.Евдокимов, С.В.Мятеж - Заяв. №2002127668/20; Заявл. 21.10.02; Опубл. 27.04.03; Бюл. №12.

2. Патент РФ №33277. Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В. - Заяв. №2003115510/20; Заявл. 27.05.03; Опубл. 10.10.03; Бюл. №28.

Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двадцать четыре вентиля, отличающийся тем, что каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет пять вторичных обмоток со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике соединены с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из шести 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 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 противоположной полярности образует второй выходной вывод устройства, причем незадействованные точки соединения крайних вентилей каждой пары цепочек соединены со средними точками обмоток противоположных источников фазосдвинутых ЭДС, соединенных своими выводами с вентилями собственных цепочек, электроды которых образуют выходные выводы устройства, а незадействованные пары средних точек обмоток соединены между собой взаимоперекрестно, незадействованные средние точки обмоток, соединенных с вентилями, ближними к выходному выводу цепочек одного источника, соединены с незадействованными средними точками обмоток противоположного источника, соединенных с дальними от другого выходного вывода вентилями цепочек.