Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации предназначен для преобразования переменного напряжения в высоковольтное постоянное для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и высоковольтных электротехнологических установок.

Содержит трансформаторный источник 1, первичные обмотки 2, 3, 4 соединены в звезду (в треугольник), вторичные обмотки 5 и 6; 8 и 9; 11 и 12 соединены парами встречно-последовательно и являются источниками ЭДС, к которым ортогональны ЭДС обмоток 7,10,13, соответственно, и двадцать четыре вентиля 14...37, образующие трехступенчатый выпрямитель из трех четырехячейковых вентильных мостов, соединенных последовательно разнополярными выходами, образованными вентилями 16, 17, 28, 29 и 18, 19, 30, 331 в одной точке соединения и вентилями 20, 21, 32, 33 и 22, 23, 34, 35 в другой точке соединения, а свободные выходы крайних мостов образуют катодный 38, образованный вентилями 14, 15, 26, 27 и анодный 39, образованный вентилями 24, 25, 36, 37, выходные выводы устройства, причем к вентильным ячейкам 14, 16 и 15, 17 присоединяются общие выводы обмоток 5, 6, а к вентильным ячейкам 26, 28 и 27, 29 присоединяются выводы обмотки 7, образуя одну ступень преобразования; к вентильным ячейкам 18, 20 и 19, 21 присоединяются общие выводы обмоток 8, 9, а к вентильным ячейкам 30, 32 и 31, 33 присоединяются выводы обмотки 10, образуя следующую ступень преобразования; к вентильным ячейкам 22, 24 и 23, 25 присоединяются общие выводы обмоток 11, 12, а к вентильным ячейкам 34, 36 и 35, 37 присоединяются выводы обмотки 13, образуя третью ступень преобразования.

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации имеет меньшие массогабаритные показатели.

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

Известны источники постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации последовательного типа, содержащий двенадцать вентилей и два симметричных трехфазных источника переменных напряжений, линейные напряжения которых сдвинуты по фазе на 30 эл. град. относительно друг друга, соединенных каждый со своим трехфазным мостом, которые включены последовательно с нагрузкой [1, 2].

Недостатком этих источников является гальваническая связь фаз первичных или вторичных обмоток трансформатора между собой, разная величина действующих токов в обмотках треугольника и звезды, относительно высокий коэффициент нагрузки плеч мостов обратным напряжением, что при высоковольтном применении недостаточно рационально.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации [3] (Фиг.4,а), вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий М источников произвольных ЭДС, неуправляемые И-ИЛИ, управляемые вентили, образующие N вентильных ячеек, причем ЭДС и вентили имеют одинаковое направление включения во всех источниках и вентильных ячейках и совместно с

соответствующими линиями образуют ячейки преобразования, объединенные в ступени, содержащие определенное число ячеек преобразования, вентильные ячейки которых соединены между собой параллельно и образуют многоячейковые вентильные мосты, которые соединены между собой последовательно разнополярными выходами, а к свободным выходам первого и последнего многоячейковых вентильных мостов подключена нагрузка, при этом все ступени при числе N равном или не равном М, и равном n_XХИ, объединены в n _X звеньев, каждое n-е звено содержит _x групп с iх ступенями в каждой -й группе, а каждая i-я ступень содержит _xiячеек преобразования, где - число ячеек преобразования в -м звене; - число ячеек преобразования в -й группе любого звена; _i - число ячеек преобразования в i-й ступени -й группы, М, N, n, , i, - целые положительные числа.

Недостатком этого источника является относительно большие массогабаритные показатели.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие массогабаритные показатели.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации содержит 6 источников ЭДС, двадцать четыре вентиля, образующие 12 вентильных ячеек, причем ЭДС и вентили имеют одинаковое направление включения во всех источниках и вентильных ячейках и совместно с соединительными линиями образуют 6 ячеек преобразования, при этом ячейки преобразования объединены в 3 ступени, содержащие по 2 ячейки преобразования, вентильные ячейки которых соединены между собой

параллельно и образуют четырехячейковые вентильные мосты, соединенные по входу с парами ортогональных ЭДС, а между собой последовательно разнополярными выходами, к свободным выходам первого и последнего многоячейковых вентильных мостов подключена нагрузка.

На Фиг.1 приведена схема предлагаемого источника; на Фиг.2 -фрагмент волновых диаграмм напряжений на вторичных обмотках трансформаторов и кривой выпрямленного напряжения одной ступени выпрямителя; на Фиг.3 - волновые диаграммы выпрямленного напряжения трех ступеней выпрямителя и кривая выходного выпрямленного напряжения; на Фиг.4 - векторная диаграмма источников ЭДС; на Фиг.5 -алгоритмы работы обмоток и включения вентилей.

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит трансформаторный источник переменных ЭДС 1, первичные обмотки трансформатора 2, 3, 4 соединены в звезду (в треугольник), вторичные обмотки 5 и 6 соединены встречно-последовательно и являются источником ЭДС, к которой ортогональна ЭДС обмотки 7; вторичные обмотки 8 и 9 соединены встречно-последовательно и являются источником ЭДС, к которой ортогональна ЭДС обмотки 10; вторичные обмотки 11 и 12 соединены встречно-последовательно и являются источником ЭДС, к которой ортогональна ЭДС обмотки 13; двадцать четыре вентиля 14...37 образуют трехступенчатый выпрямитель из трех четырехячейковых вентильных мостов, соединенных последовательно разнополярными выходами, образованными вентилями 16, 17, 28, 29 и 18, 19, 30, 31 в одной точке соединения и вентилями 20, 21, 32, 33 и 22, 23, 34, 35 в другой точке соединения, а свободные выходы крайних мостов образуют катодный 38, образованный вентилями 14, 15, 26, 27 и анодный 39, образованный вентилями 24, 25, 36, 37, выходные выводы устройства, к которым подключена нагрузка 40, причем к вентильным ячейкам из вентилей 14, 16

и 15, 17 присоединяются общие выводы обмоток 5, 6, а к вентильным ячейкам из вентилей 26, 28 и 27, 29 присоединяются выводы обмотки 7, образуя одну ступень преобразования; к вентильным ячейкам из вентилей 18, 20 и 19, 21 присоединяются общие выводы обмоток 8, 9, а к вентильным ячейкам из вентилей 30, 32 и 31, 33 присоединяются выводы обмотки 10, образуя следующую ступень преобразования; к вентильным ячейкам из вентилей 22, 24 и 23, 25 присоединяются общие выводы обмоток 11, 12, а к вентильным ячейкам из вентилей 34, 36 и 35, 37 присоединяются выводы обмотки 13, образуя третью ступень преобразования.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторной (Фиг.2) и волновыми (Фиг.3, 4) диаграммами и алгоритмами работы обмоток и включения вентилей (Фиг.4). Векторные диаграммы показывают, как из напряжений на вторичных обмотках трехфазного трансформатора формируются три источника ортогональных ЭДС, сдвинутых между собой на 120 эл. градусов. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие формирование ортогональных ЭДС, приняты равными для обмоток 5 и 6, 8 и 9, 11 и 12: - «0,577», для обмоток 7, 10, 13 - «1,0». На выходе каждой из трех ступеней преобразования выпрямителя формируются кривые выпрямленного напряжения с 4-кратной частотой пульсации, фрагмент такого преобразования показан на Фиг.3. Результат последовательного сложения выходных напряжений трех ступеней преобразования приведен на Фиг.4. Видно, что на выходных выводах источника формируется выпрямленное напряжение с 12-кратной частотой пульсации. Алгоритм работы обмоток (Фиг.5) поясняет порядок протекания через них тока нагрузки и из него видно, что обмотки работают по 180 эл. градусов (у прототипа 360 эл. град.). Из алгоритма включения вентилей видно, что они проводят ток 90 эл. град. за период сетевого напряжения (у прототипа 180 эл. град.).

Установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов равна 1,196, как и у прототипа, несмотря на увеличение параллельных

соединений вентильных ячеек в выпрямителе. Коэффициент установленной мощности устройства такой же, как и у прототипа и равен 1,104.

Расширена область функциональных возможностей, так как модель устройства состоит из трех выпрямителей с 4-кратной частотой пульсации, а наличие трех ступеней преобразования в модели расширяет возможность выбора их оптимального числа в зависимости от требований по обратным напряжениям.

Снижена токовая нагрузка на вентили и обмотки. Учитывая равенство установленной мощности с прототипом, это позволяет уменьшить диаметр проводов вторичных обмоток в 1,4 раза и уменьшить таким образом массогабаритные показатели.

Таким образом, предлагаемый источник имеет меньшие массогабаритные показатели.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Ривкин Г.А. Преобразовательные установки большой мощности. - М - Л.; Госэнергоиздат, 1951.- С.219-221.

2. Двенадцатипульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций/ Б.С.Барковский, Г.С.Магай, В.П.Маценко и др.; Под ред. М.Г.Шалимова. - М.: Транспорт, 1990-127 с.

3. а.с. СССР №917280. Вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное /А.М.Репин - Заяв. №2938434/24-07; Заявл. 11.06.80; Опубл. 30.03.82; Бюл. №12.

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий шесть источников ЭДС, двадцать четыре вентиля, образующие двенадцать вентильных ячеек, причем ЭДС источников и вентили имеют одинаковое направление включения во всех источниках и вентильных ячейках и совместно с соединительными линиями образуют шесть ячеек преобразования, отличающийся тем, что ячейки преобразования объединены в три ступени, содержащие по две ячейки преобразования, вентильные ячейки которых соединены между собой параллельно и образуют четырехячейковые вентильные мосты, каждый из которых соединен по переменному входу с парой источников ортогональных ЭДС, сдвинутых относительно других пар ортогональных ЭДС на треть периода, между собой мосты соединены последовательно разнополярными выходами, причем к свободным выходам первого и последнего вентильных мостов подключена нагрузка.