Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации

Источник постоянного напряжения с 12-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 12-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 двадцать четыре вентиля 3...26, при этом оба источника переменных ФС ЭДС имеют по три вторичных обмотки 27...29 и 30...32, соответственно, причем каждая обмотка в каждом источнике ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом; обмотки 27...29 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 3...6, 7...10, 11...14, а обмотки 30...32 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 15...18, 19...22, 23...26. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и сформированные из вентилей 3, 4 и 15, 16 катодные и из вентилей 13, 14 и 25, 26 анодные группы этих соединений соединены попарно, образуя выходные выводы, катодный 33 и анодный 34, к которым подсоединена нагрузка 35. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации имеет меньшую установленную мощность за счет уменьшения числа витков вторичных 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 12-кратной частотой пульсации, содержащий двенадцать вентилей и два источника исходных переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждый из двух частей, точки соединения которых образуют средние точки и являются выходными выводами устройства [1]. Это устройство обладает определенной общностью, позволяя получить ряд частных схемных реализации с соответствующей частотной кратностью пульсаций.

Недостатком этого источника является большая установленная мощность и большое число гальванически связанных частей вторичных обмоток в трансформаторе.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации [2], содержащий два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать вентилей, при этом каждый источник фазосдвинутых (ФС) 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 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.

Недостатками этого источника являются относительно большая величина установленной мощности.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, обладающего меньшей установленной мощностью за счет снижения числа витков вторичных обмоток.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и двадцать четыре вентиля, образующих 6 однофазных вентильных мостов, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по три вторичных обмотки, причем каждая вторичная обмотка в каждом источнике фазосдвинутых ЭДС соединена со своим однофазным вентильным мостом, при этом мосты в каждом источнике соединены последовательно, а незадействованные однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы

устройства, при этом точки последовательного соединения мостов, равноудаленные от выходных выводов, соединены между собой.

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.З - алгоритмы работы обмоток и включения вентилей.

Источник постоянного напряжения с 12-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 двадцать четыре вентиля 3...26, при этом оба источника переменных ФС ЭДС имеют по три вторичных обмотки 27...29 и 30...32, соответственно, причем каждая обмотка в каждом источнике ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом; обмотки 27...29 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 3...6, 7...10, 11...14, а обмотки 30...32 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 15...18, 19...22, 23...26. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и сформированные из вентилей 3, 4 и 15, 16 катодные и из вентилей 13, 14 и 25, 26 анодные группы этих соединений включены попарно, образуя выходные выводы, катодный 33 и анодный 34, к которым подсоединена нагрузка 35.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2) и векторными (Фиг.3) диаграммами, эквивалентными схемами (Фиг.4) и алгоритмами работы обмоток и включения вентилей (Фиг.5). Из волновых и векторных диаграмм видно, как формируются напряжения на вторичных обмотках каждого источника ФС ЭДС. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие 12-кратную частоту пульсации

выпрямленного напряжения, приняты равными для обмоток 27 и 32: - «1,0», для обмоток 28 и 31 - «0,732», для обмоток 29 и 30 - «0,268».

Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 27, 32, равна 150 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 300 эл. град., продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 28, 31 равна 90 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 180 эл. град., а продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 29, 30, равна 30 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 60 эл. градусов.

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 30 эл. град., представлены на Фиг.5.

Суммарное число витков вторичных обмоток равно W=4,0. 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_do выходного напряжения в режиме холостого хода источника. Базовое число витков для данного устройства W_Б=2,0. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W _В2=2,0.

Установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов равна 1,1014, что меньше, чем в прототипе (1,1186). Число целых (без отпаек) частей вторичных обмоток в предлагаемом источнике равно 6, а в

прототипе их - 8. Коэффициент установленной мощности устройства при соединении первичных обмоток трансформаторов по схеме Скотта равен 1,0955.

Таким образом, предлагаемый источник имеет меньшую установленную мощность за счет уменьшения числа витков вторичных обмоток трансформаторов и лучшего их использования.

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. 15.04.84; Бюл. №14.

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.

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по три вторичные обмотки и двенадцать вентилей, отличающийся тем, что в него введены двенадцать дополнительных вентилей, которые совместно с остальными вентилями образуют шесть однофазных вентильных мостов, при этом каждая вторичная обмотка в каждом источнике фазосдвинутых ЭДС соединена со своим однофазным вентильным мостом, причем мосты в каждом источнике соединены последовательно, а незадействованные однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства, при этом точки последовательного соединения мостов, равноудаленные от выходных выводов, соединены между собой.