Источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации

Источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, питания электротехнологических установок и получения высоких напряжений для линий электропередачи постоянного тока. Содержит трансформаторные источники переменных ЭДС 1 и 2, первичная обмотка одного из них соединена звездой, а другого треугольником (или скользящие треугольники), обмотки 3, 4, 5 одного трансформатора и 6, 7, 8 другого трансформатора являются источниками трех пар ортогональных ЭДС, обмотки 9, 10; 11, 12; 13, 14 одного трансформатора и 15, 16; 17, 18; 19, 20 другого трансформатора являются источниками других трех пар ортогональных ЭДС, обмотки 21, 22; 23, 24; 25, 26 одного трансформатора и 27, 28; 29, 30; 31, 32 другого трансформатора являются источниками еще трех пар ортогональных ЭДС, и семьдесят два вентиля 33...104, из которых сформирована 9-ступенчатая структура, каждая ступень которой представляет четырехячейковый вентильный мост, при этом структура разделена на три части, каждая из которых включает три последовательно соединенных моста, каждый из которых по переменным входам соединен со своей парой источников ортогональных ЭДС, между собой мосты источника соединены последовательно разнополярными выводами, при этом свободные катодная и анодная группы вентилей крайних мостов образуют выходные выводы устройства 105 и 106, к которым подключена нагрузка 107. Источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации обеспечивает девятиканальное четырехпульсное и трехканальное двенадцатипульсное выпрямление.

Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, питания электротехнологических установок и получения высоких напряжений для линий электропередачи постоянного тока.

Известен источник постоянного напряжения с m-кратной частотой пульсации (рассматривается m=36) последовательного типа, содержащий сорок пять вентилей и четыре симметричных трехфазных источников переменных ЭДС, линейные напряжения которых сдвинуты по фазе на 10 эл. град. относительно друг друга [1] и известен также источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации «m-пульсный вентильный преобразователь» (рассматривается m=36) с многофазным вентильным мостом и трехфазным трансформатором с вторичной обмоткой, соединенной в треугольник с отпайками [2].

Недостатками этих источников является наличие гальванической связи между частями фаз вторичных обмоток трансформаторов, соединенных в звезды, треугольники, треугольники с отводами, неравносторонние зигзаги, что при высоковольтном исполнении источника требует дополнительных расходов на изоляцию и, относительно большие обратные напряжения, прикладываемые к вентильным плечам мостов.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации [3], содержащий М источников произвольных ЭДС, неуправляемые И-ИЛИ, управляемые вентили, образующие N вентильных

ячеек, причем ЭДС источников 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_XV _XИ, объединены в n_X звеньев, каждое n-е звено содержит _X групп с ix, ступенями в каждой -й группе, а каждая i-я ступень содержит ячеек преобразования, где - число ячеек преобразования в звене; - число ячеек преобразования в -й группе любого звена; v_xi - число ячеек преобразования в_i-й ступени -й группы, , , , , , v - целые положительные числа.

Недостатком этого устройства является невозможность девятиканального четырехпульсного и трехканального двенадцатипульсного выпрямления с использованием источников ортогональных ЭДС.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации, обеспечивающего девятиканальное четырехпульсное и трехканальное двенадцатипульсное выпрямление с использованием источников ортогональных ЭДС.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации содержит восемнадцать источников ЭДС, семьдесят два вентиля, образующих тридцать шесть

вентильных ячеек, причем направление включения источников ЭДС и вентилей одинаково во всех источниках и вентильных ячейках, которые совместно с соединительными линиями образуют восемнадцать ячеек преобразования, при этом из источников ЭДС сформированы три системы источников ортогональных ЭДС, каждая система состоит из трех пар источников ортогональных ЭДС, а из вентильных ячеек сформированы девять четырехячейковых вентильных мостов, причем из мостов сформированы три группы, каждая из которых состоит из трех последовательно расположенных смежных мостов, при этом каждый мост в каждой из групп мостов соединен по переменным входам с одной из трех пар источников ортогональных ЭДС, сдвинутых относительно пар ортогональных ЭДС источников, соединенных со смежными мостами в данной группе мостов на треть периода, и образующих систему ортогональных ЭДС, сдвинутую на одну тридцать шестую часть периода относительно систем ортогональных ЭДС, источники которых соединены с мостами смежных групп мостов, а между собой вентильные мосты источника соединены последовательно разнополярными выходами, причем к свободным выходам крайних вентильных мостов подключена нагрузка.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого источника; на Фиг.2 - векторная диаграмма источников ЭДС; на Фиг.3 - волновые диаграммы двухпульсного выпрямленного напряжения одной ячейки преобразования и кривая четырехпульсного выпрямленного напряжения одной ступени выпрямителя; на Фиг.4 - волновые диаграммы четырехпульсных выпрямленных напряжений каждой из трех ступеней одной из половин выпрямителя и суммарная кривая двенадцатипульсного выпрямленного напряжения этих трех ступеней; на Фиг.5 - волновые диаграммы двенадцатипульсных выпрямленных напряжений трехступенчатых частей выпрямителя и кривая тридцатишестипульсного выпрямленного выходного напряжения; на

Фиг.6 - алгоритм работы одной трети вторичных обмоток и алгоритм включения вентилей двенадцатипульсной части вентильной структуры.

Источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит трансформаторные источники переменных ЭДС 1 и 2, первичная обмотка одного из них соединена звездой, а другого треугольником (или обе обмотки соединены в скользящие треугольники), вторичные обмотки 3, 4, 5 одного трансформатора и 6, 7, 8 другого трансформатора являются источниками трех пар ортогональных ЭДС, вторичные обмотки 9, 10; 11, 12; 13, 14 одного трансформатора и 15, 16; 17, 18; 19, 20 другого трансформатора являются источниками других трех пар ортогональных ЭДС, вторичные обмотки 21, 22; 23, 24; 25, 26 одного трансформатора и 27, 28; 29, 30; 31, 32 другого трансформатора являются источниками еще трех пар ортогональных ЭДС, и семьдесят два вентиля 33...104, из которых сформирована 9-ступенчатая структура, каждая ступень которой представляет четырехячейковый вентильный мост, при этом структура разделена на три части, каждая из которых включает три последовательно соединенных моста, каждый из которых по переменным входам соединен со своей парой источников ортогональных ЭДС, между собой мосты источника соединены последовательно разнополярными выводами, при этом свободные катодная и анодная группы вентилей крайних мостов образуют выходные выводы устройства 105 и 106, к которым подключена нагрузка 107.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторной (Фиг.2) и волновыми (Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5) диаграммами и алгоритмами работы обмоток и включения вентилей (Фиг.6). Векторные диаграммы показывают, как из напряжений на вторичных обмотках трехфазных трансформаторов формируются сдвинутые между собой на 10 эл. градусов три группы напряжений, каждая из которых состоит из трех, сдвинутых между собой на 120 эл. градусов систем ортогональных ЭДС. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие формирование

ортогональных ЭДС, приняты равными для обмоток 3...8 - «1,0»; для обмоток 9, 16, 11, 18, 13, 20, 21, 28, 23, 30, 25, 32 - «0,684»; для обмоток 15, 10, 17, 12, 14, 19, 27, 22, 29, 24, 31, 26 - «0,347». На выходе каждой ступени выпрямителя, содержащей две ячейки преобразования, соединенных параллельно, формируется четырехпульсное выпрямленное напряжение (Фиг.3), а на выходе каждой из трех частей выпрямителя формируются кривые выпрямленного напряжения с 12-кратной частотой пульсации (Фиг.4), сдвинутые между собой на 10 эл. градусов. При последовательном их сложении образуется 36-пульсная кривая выходного выпрямленного напряжения (Фиг.5).

Алгоритм работы обмоток 3, 4, 5 и 6, 7, 8 (Фиг.6) поясняет порядок протекания через обмотки тока нагрузки; из него и аналогичных алгоритмов для остальных обмоток следует, что все вторичные обмотки трансформаторов работают по 180 эл. градусов. Из алгоритма включения вентилей 33...56 (Фиг.6) и аналогичных алгоритмов для остальных вентилей следует, что все вентили выпрямителя проводят ток 90 эл. градусов. Обратное напряжение, прикладываемое к плечам мостов, не превышает 0,125 U_d, что позволяет применять при выпрямлении высоковольтного напряжения низковольтные вентили. Вторичные обмотки трансформаторов разделены на секции, входящие в ячейки преобразования переменного напряжения в постоянное, что позволяет снизить требования к изоляции обмоток.

Уменьшение нагрузки на вентили и обмотки повышает надежность источника за счет снижения интенсивности отказов, а увеличение числа ячеек преобразования повышает вероятность безотказной работы источника в случае выхода из строя отдельных элементов ячеек преобразования, когда допустимо определенное снижение уровня и качества выпрямленного напряжения.

Таким образом, при использовании для питания вентильных мостов источников ортогональных ЭДС, устройство с 36-кратной частотой

пульсации выпрямленного напряжения обеспечивает девятиканальное четырехпульсное и трехканальное двенадцатипульсное выпрямление.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. А.с. СССР №729777. Преобразователь m - фазного переменного напряжения в постоянное / Ю.В.Потапов - 1966796/24-07; Заявл. 25.10.73; Опубл. 25.04.80; Бюл. №15.

2. А.с. СССР №748728. (54) m - пульсный вентильный преобразователь / А.И.Петляков, Е.М.Глух - 2424508/24-07; Заявл. 29.11.76; Опубл. 15.07.80; Бюл. №26.

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 36-кратной частотой пульсации, содержащий восемнадцать источников ЭДС, семьдесят два вентиля, образующих тридцать шесть вентильных ячеек, причем направление включения источников ЭДС и вентилей одинаково во всех источниках и вентильных ячейках, которые совместно с соединительными линиями образуют восемнадцать ячеек преобразования, отличающийся тем, что из источников ЭДС сформированы три системы источников ортогональных ЭДС, при этом каждая система состоит из трех пар источников ортогональных ЭДС, а из вентильных ячеек сформированы девять четырехячейковых вентильных мостов, причем из мостов сформированы три группы, каждая из которых состоит из трех последовательно расположенных смежных мостов, при этом каждый мост в каждой из групп мостов соединен по переменным входам с одной из трех пар источников ортогональных ЭДС, сдвинутых относительно пар ортогональных ЭДС источников, соединенных со смежными мостами в данной группе мостов на треть периода, и образующих систему ортогональных ЭДС, сдвинутую на одну тридцать шестую часть периода относительно систем ортогональных ЭДС, источники которых соединены с мостами смежных групп мостов, а между собой все вентильные мосты источника соединены последовательно разнополярными выходами, причем к свободным выходам крайних вентильных мостов подключена нагрузка.