Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации

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 постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС 1 и 2 (первичные обмотки трансформаторов на схеме не показаны), сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18, при этом оба источника фазосдвинутых переменных ЭДС имеют по две вторичных обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно, причем каждая обмотка в каждом источнике фазосдвинутых ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом; обмотки 19, 20, 21, 22 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 3...6, 7...10, 11...14, 15...18, причем мосты в каждом источнике соединены последовательно и образовавшиеся из вентилей 3, 4 и 11, 12 катодные и из вентилей 9,10 и 17, 18 анодные группы этих соединений соединены попарно, образуя выходные выводы, катодный 23 и анодный 24, к которым подсоединена нагрузка 25, при этом точки последовательного соединения пар мостов соединены между собой. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации имеет меньшую установленную мощность за счет меньшего числа обмоток трансформаторов.

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.

Известен источник постоянного напряжения с n-кратной (рассматривается только n=8) частотой пульсации, содержащий В=8 вентилей и два источника исходных 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 отводов, а средние точки образуют выходные выводы устройства с подключенной к ним нагрузкой, обладающий определенной общностью, позволяя получить ряд частных схемных реализации с соответствующей частотной кратностью пульсаций [1].

Недостатком этого устройства являются большие массогабаритные показатели и установленная мощность вторичных обмоток, которые имеют высокое суммарное витковое число , показывающее отношение общего (суммарного) числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков W_Б - принятому равным числу витков с амплитудой напряжения на них равной амплитуде U_d0 выходного напряжения в режиме холостого хода устройства, которое при n=8 равно W_в2=4.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации

[2], содержащий восемь вентилей и два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, при этом трансформаторы содержат по две вторичных обмотки, каждая из которых разделена средними точками на две равные полуобмотки, общее число таких полуобмоток в каждом источнике переменной фазосдвинутой (ФС) ЭДС равно к=к'=4, а средние точки обеих обмоток одного переменного источника образуют перекрестные соединения со средними точками двух обмоток другого источника переменной ФС ЭДС, крайние выводы из числа (к-2) и (к'-2) полуобмоток каждого источника переменной ЭДС соединены с одноименными электродами двух вентилей, причем одноименные электроды этих вентилей являются разнополярными для полуобмоток каждого из источников переменной ФС ЭДС, противоположные электроды этих вентилей образуют узловые соединения с крайними выводами других полуобмоток из оставшегося числа (к-2) и (к'-2), также в каждом из источников переменной ЭДС, остальные четыре вентиля соединены попарно одноименными электродами и образуют два выходных вывода с подключенной нагрузкой, причем одноименные электроды этих пар вентилей, образующих выходные выводы, являются разнополярными для каждого из источников переменной ФС ЭДС, а противоположные электроды каждого из этих пар вентилей подключены к уже образованным узловым соединениям.

Недостатками этого источника является относительно большая величина установленной мощности за счет большого числа вторичных обмоток трансформаторов.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, обладающего меньшей установленной мощностью за счет снижения числа вторичных обмоток.

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, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по две вторичных обмотки, каждая вторичная обмотка в каждом источнике ФС ЭДС соединена со своим однофазным вентильным мостом, причем мосты в каждом источнике соединены последовательно и точки последовательного соединения мостов связаны между собой, а незадействованные однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства.

На Фиг.1 приведена схема предлагаемого источника; на Фиг.2 - волновые диаграммы напряжений на вторичных обмотках трансформаторов и кривой выпрямленного напряжения; на Фиг.3 - векторная диаграмма формирования токообразующих ЭДС на комплексной плоскости; на Фиг.4 - эквивалентные схемы, раскрывающие алгоритмы работы обмоток и включения вентилей в разные моменты периода сетевого напряжения; на Фиг.5 - алгоритмы работы обмоток и включения вентилей.

Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС 1 и 2 (первичные обмотки трансформаторов на схеме не показаны), сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18, при этом оба источника фазосдвинутых переменных ЭДС имеют по две вторичных обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно, причем каждая обмотка в каждом источнике ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом; обмотки 19, 20, 21, 22 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 3...6, 7...10, 11...14, 15...18. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и образовавшиеся из вентилей 3, 4 и 11, 12 катодные и из вентилей 9, 10 и 17, 18 анодные группы этих соединений соединены попарно, образуя выходные выводы, катодный 23 и анодный 24, к которым подсоединена нагрузка 25, при этом точки последовательного соединения пар мостов соединены между собой.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2) и векторными (Фиг.3) диаграммами. Из волновых и векторных диаграмм видно, как формируются напряжения на вторичных обмотках каждого источника фазосдвинутых ЭДС. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие результирующую пульсность выпрямленного напряжения для обмоток 19 и 22 приняты равными «1,0», а для обмоток 20 и 21 - «0,4142».

Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с малыми обмотками, равна 45 эл.град., причем по этим обмоткам проходит ток в течение 90 эл.град. Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с большими обмотками равна 135 эл.град., причем по этим обмоткам проходит ток в течение 270 эл.град.

Эквивалентные схемы (Фиг.4) раскрывают алгоритмы работы вентилей и вторичных обмоток трансформаторов и поясняют принцип формирования токообразующих ЭДС для интервалов времени, определенных периодом смены фаз ортогональных ЭДС, то есть 90 эл. градусов. Алгоритмы работы обмоток источников ФС ЭДС и включения вентилей выпрямителя за каждый интервал времени, соответствующий одной пульсации выпрямленного напряжения и равный 45-ти эл. градусам, представлены на Фиг.5.

Суммарное число витков равно W=2,8284. С учетом относительных чисел витков обмоток можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС W_B2=W/W_Б, показывающее, как и в прототипе, отношение общего суммарного числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков W_Б, которое равно числу витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде u_d0 выходного напряжения в режиме холостого хода источника. Базовое число витков для данного устройства W_Б=1,4142. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W _В2=2,0.

Установленная мощность вторичных обмоток равна 1,10122, что меньше, чем в прототипе. Число целых частей обмоток в модели равно 4, а в прототипе их 8.

Таким образом, предлагаемый источник имеет меньшую установленную мощность за счет меньшего числа обмоток трансформаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. 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.

2. Свидетельство на полезную модель РФ №27759. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Евдокимов С.А., Мятеж С.В. - Заяв. №2002116514/20; Заявл. 19.06.02; Опубл. 10.02.03; Бюл. №4.

Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по две вторичных обмотки, отличающийся тем, что содержит шестнадцать вентилей, каждая вторичная обмотка в каждом источнике фазосдвинутых ЭДС соединена со своим однофазным вентильным мостом, причем мосты в каждом источнике соединены последовательно и точки последовательного соединения мостов связаны между собой, а незадействованные однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства.