Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное в бортовых источниках питания и для питания электротехнологических установок на постоянном токе. Содержит трансформаторные источники ортогональных ЭДС 1 и 2, двенадцать вентилей 3...14, источники 1 и 2 имеют вторичные обмотки 15, 16 и 17, 18 со средними точками 19, 20 и 21, 22, соответственно. Обмотки 15, 16 соединены с двумя цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно соединенных вентилей 3, 5, 7 и 4, 6, 8, а обмотки 17, 18 соединены с цепочками вентилей 9, 11, 13 и 10, 12, 14. Выводы обмотки 15 подключены в точках соединения вентилей 3, 5 и 4, 6; выводы обмотки 16 подключены в точках соединения вентилей 5, 7 и 6, 8 противофазно подключению к вентилям 5, 6 выводов обмотки 15. С соблюдением правила противофазности выводы обмотки 17 подключены к точкам соединения вентилей 9, 11 и 10, 12, а выводы обмотки 18 к точкам соединения вентилей 11, 13 и 12, 14. Вентили 3, 4 одной и 13, 14 другой пары цепочек соединены одноименными крайними электродами попарно и образуют катодный 23 и анодный 24 выходы устройства, к которым подключена нагрузка 25. Вентили 7, 8 одной и 9, 10 другой пары цепочек соединены одноименными крайними электродами, соответственно, со средней точкой 22 обмотки 18 и со средней точкой 19 обмотки 15, а средние точки 20, 21 обмоток 16 и 17, соединены между собой. Предложенный источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации имеет меньшие массогабаритные данные, при этом числа витков его вторичных обмоток равны.

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное в бортовых источниках питания и питания электротехнологических установок на постоянном токе.

Известен источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий В=12 вентилей и два источника исходных переменных ЭДС, каждый из двух частей с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и формирующихся на обмотках двух однофазных трансформаторов, выходные выводы которого выполнены от средних точек, связанных между собой обмоток вышеуказанных частей [1].

Недостатком этого устройства является большое количество отдельных, гальванически соединенных между собой, вторичных обмоток трансформаторов и большое число их витков, что обуславливает значительную величину установленной мощности, плохие массогабаритные показатели и, как следствие, возможность применять устройство для питания только маломощных и низковольтных потребителей.

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

Недостатком этого устройства 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 два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать В=12 вентилей, каждый источник фазосдвинутых (ФС) ЭДС имеет две вторичные обмотки со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике ФС ЭДС 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 незадействованные точки соединения крайних электродов каждой пары цепочек соединены взаимоперекрестно со средними точками обмоток противоположных цепочкам источников ФС ЭДС, соединенных своими выводами с вентилями собственных цепочек, электроды которых образуют выходные выводы устройства, незадействованные средние точки двух других обмоток соединены между собой, при этом вторичные обмотки трансформаторов выполнены с равным числом витков.

На Фиг.1 приведена принципиальная схема модели; на Фиг.2 -волновые диаграммы; на Фиг.3 - векторная диаграмма; на Фиг.4 -эквивалентные схемы модели; на Фиг.5 - алгоритмы работы вторичных обмоток трансформаторов модели и алгоритмы включения вентилей.

Источник постоянного напряжения с 12-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 двенадцать вентилей 3...14, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по две вторичные обмотки 15, 16 и 17, 18, соответственно, со средними точками 19, 20 и 21, 22, причем в одном источнике ФС ЭДС обмотки 15, 16 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно соединенных вентилей 3, 5, 7 и 4, 6, 8, а в другом источнике ФС ЭДС обмотки 17, 18 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно соединенных вентилей 9, 11, 13 и 10, 12, 14. Выводы обмотки 15 подключены в точках

последовательного соединения вентилей 3 и 5 - один вывод, 4 и 6 - второй вывод; выводы обмотки 16 подключены в точках последовательного соединения вентилей 5 и 7 - один вывод, 6 и 8 - второй вывод, противофазно подключению к вентилям 5 и 6 выводов обмотки 15. С соблюдением этого правила противофазности выводы обмотки 17 подключены к точкам последовательного соединения вентилей 9 и 11, 10 и 12, а выводы обмотки 18 подключены к точкам последовательного соединения вентилей 11 и 13, 12 и 14. Крайние вентили 3 и 4 одной пары цепочек вентилей и крайние вентили 13 и 14 другой пары цепочек вентилей соединены одноименными крайними электродами попарно и образуют два выходных вывода устройства, катодный 23 и анодный 24, к которым подключена нагрузка 25. Крайние вентили одной пары цепочек 7, 8 и крайние вентили другой пары цепочек 9, 10 соединены одноименными крайними электродами и точки этих соединений связаны, соответственно, со средней точкой 22 обмотки 18 и со средней точкой 19 обмотки 15, а средние точки 20, 21 обмоток 16 и 17 соединены между собой.

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.

Из алгоритмов работы (Фиг.5) видно, что обмотка 15 в первом и обмотка 18 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 306,87 эл. град. за период, а обмотка 16 в

первом и обмотка 17 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 180 эл. градусов за период.

Относительные числа витков каждой из полуобмоток равны 1,0. Общая сумма относительных чисел витков равна W=8,0.

Базовое число витков определено на основании волновых диаграмм (Фиг.2) и алгоритма работы обмоток (Фиг.5), и равно W_Б=4,242. Суммарное витковое число вторичных обмоток равно W_В2=W/W_Б=1,886 (у прототипа- 1,95). Это позволяет, при учете величин действующих токов обмоток, снизить массу вторичных обмоток на 2,45%. Коэффициент установленной мощности устройства равен 1,0653, а прототипа - 1,065, то есть они практически равны. За счет одинаковых значений относительных чисел витков полуобмоток (1,0) улучшены условия электромагнитных связей, причем в каждом источнике ФС ЭДС имеется две пары полуобмоток, рациональное размещение которых позволяет минимизировать магнитные поля рассеяния (у прототипа в каждом источнике ФС ЭДС две полуобмотки имеют относительные числа витков 0,816, а две 1,0).

Таким образом, модель позволяет уменьшить массогабаритные показатели источника за счет снижения массы вторичных обмоток трансформаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. А.С. СССР №1157633. Система электропитания А.М.Репина /А.М.Репин-3587102/24-07; Заявл. 29.04.83; Опубл. 23.05.85; Бюл. №19.

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 исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать вентилей, при этом каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по две вторичные 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, отличающийся тем, что вторичные обмотки трансформаторов выполнены с равным числом витков.