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 для электротехнологических установок. Содержит два трансформаторных источника симметричных трехфазных переменных ЭДС, формируемых на вторичных обмотках 1, 2, 3 и 4, 5, 6 и сорок восемь вентилей 7...54, из которых сформирован трехступенчатый выпрямитель, состоящий из трех восьмиячейковых вентильных мостов, соединенных параллельно однополярными выходами 55, 56, 57, образующими анодный выходной вывод устройства и однополярными выходами 58, 59, 60, образующими катодный выходной вывод устройства, к которым подключена нагрузка 61, при этом вторичная обмотка 1 соединена одним своими выводом к вентильной ячейке моста с выводами 55,58 и к вентильной ячейке моста с выводами 56, 59, а вторым выводом соединена со смежными ячейками вышеупомянутых мостов; аналогичным образом соединены выводы остальных обмоток: обмотка 2 - с ячейками мостов с выводами 56, 59 и 57, 60; обмотка 3 - с ячейками мостов с выводами 55, 58 и 57, 60; обмотка 4 - с ячейками мостов с выводами 56, 59 и 57, 60; обмотка 5 - с ячейками мостов с выводами 55, 58 и 57, 60; обмотка 6 - с ячейками мостов с выводами 55,58 и 56,59, при этом к каждой вентильной ячейке присоединен только один вывод. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации обеспечивает трехканальное восьмипульсное 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 и для электротехнологических установок на постоянном токе.
Известен источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий двадцать четыре вентиля и трехфазный трансформатор с вентильными обмотками, образующими шестиугольную замкнутую звезду с двенадцатью отводами, обеспечивающий расширение области применения и повышение надежности [1].
Недостатком этого источника является большое число вентильных (вторичных) обмоток и, соответственно, большая величина установленной мощности трансформатора.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации параллельного типа («12-фазная двухтактная параллельная вентильная схема»), содержащий два симметричных трехфазных источника переменных напряжений, линейные напряжения которых сдвинуты по фазе на 30 эл. град. друг относительно друга и двенадцать вентилей из которых сформированы два трехфазных моста, причем каждый 3-х фазный источник соединен с собственным трехфазным мостом, а мосты соединены параллельно без уравнительного реактора [2].
Недостатком этого источника, является наличие только двух 6-пульсных каналов выпрямления.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, обеспечивающего трехканальное 8-пульсное выпрямление.
Указанная задача достигается тем, что в источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два симметричных трехфазных источника переменных напряжений, сдвинутых по фазе на одну двенадцатую часть периода друг относительно друга и двенадцать вентилей, введены тридцать шесть дополнительных вентилей, при этом из всех вентилей источника сформированы три восьми ячейковых вентильных моста, причем каждый мост соединен по переменным входам с четырьмя источниками ЭДС, образующими две пары ортогональных ЭДС, сдвинутых между собой на треть периода, причем пары ортогональных ЭДС источников, соединенных со смежными мостами, сдвинуты между собой на треть периода, а однополярные выводы мостов соединены вместе и образуют выходные выводы устройства, к которым подключена нагрузка.
На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого источника; на Фиг.2 - векторные диаграммы источников пар ортогональных ЭДС; на Фиг.3 - фрагмент волновых диаграмм напряжений на вторичных обмотках трансформаторов и кривой выпрямленного напряжения одной ступени выпрямителя; на Фиг.4 - волновые диаграммы выпрямленного напряжения трех ступеней выпрямителя и кривая выходного выпрямленного напряжения; на Фиг.5 - волновые диаграммы, поясняющие принцип формирования 12-пульсного напряжения при работе трех или двух ступеней источника; на Фиг.6 - алгоритм работы обмоток.
Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит два трансформаторных источника симметричных трехфазных переменных ЭДС, формируемых на вторичных обмотках 1, 2, 3 и 4, 5, 6 и сорок восемь вентилей 7...54, из которых сформирован трехступенчатый выпрямитель, состоящий из трех восьмиячейковых вентильных мостов, соединенных параллельно однополярными выходами
55, 56, 57, образующими анодный выходной вывод устройства и однополярными выходами 58, 59, 60, образующими катодный выходной вывод устройства, к которым подключена нагрузка 61, при этом вторичная обмотка 1 соединена одним своими выводом к вентильной ячейке моста с выводами 55, 58 и к вентильной ячейке моста с выводами 56, 59, а вторым выводом соединена со смежными ячейками вышеупомянутых мостов; аналогичным образом соединены выводы остальных обмоток: обмотка 2 - с ячейками мостов с выводами 56, 59 и 57, 60; обмотка 3 - с ячейками мостов с выводами 55, 58 и 57, 60; обмотка 4 - с ячейками мостов с выводами 56, 59 и 57, 60; обмотка 5 - с ячейками мостов с выводами 55, 58 и 57, 60; обмотка 6 - с ячейками мостов с выводами 55, 58 и 56, 59, при этом к каждой вентильной ячейке присоединен только один вывод.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными (Фиг.2) и волновыми (Фиг.3...Фиг.5) диаграммами. Векторные диаграммы показывают, как из напряжений вторичных обмоток трехфазного трансформатора формируются три сдвинутые на 120 эл. град. системы переменных ЭДС, каждая из которых состоит из двух пар ортогональных ЭДС, сдвинутых между собой на 120 эл. градусов. Относительные числа витков вторичных обмоток, обеспечивающие формирование ортогональных ЭДС, при построении обмоток, указанном на Фиг.1, приняты равными для всех вторичных обмоток - «1,0». На выходе каждой из трех ступеней преобразования выпрямителя формируются кривые выпрямленного напряжения, соответствующие 8-кратной частоте пульсации (Фиг.3). Выходное напряжение трех ступеней преобразования при их параллельном соединении показано на Фиг.4. Видно, что на выходных выводах источника формируется выпрямленное напряжение с 12-кратной частотой пульсации. На Фиг.5 показано, что 12-пульсное выпрямленное напряжение будет сформировано даже в случае отключения от выхода источника одного из мостов. Анализ алгоритма работы обмоток (Фиг.6) показывает, что ток
нагрузки протекает через вторичные обмотки в течение 60 эл. град., и в соответствии с этим через вентили в течение 30 эл. градусов.
При питании нагрузки от трех параллельных ступеней выпрямителя, объединенных трехфазным уравнительным реактором, коэффициент установленной мощности трансформаторной части устройства равен 1,029.
Получен источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, состоящий из трех выпрямителей с 8-кратной частотой пульсации выпрямленного напряжения, которые можно нагружать отдельными потребителями, вместо двух 6-пульсных выпрямителей в устройстве прототипа. Снижена токовая нагрузка на вентили и обмотки, что снижает интенсивность отказов этих элементов и повышает надежность устройства в целом.
Таким образом, предлагаемый источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации обеспечивает трехканальное 8-пульсное выпрямление.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. а.с. CCC №1265949. Многофазный преобразователь электрической энергии /А.М.Репин - Заяв. №3763196/24-07; Заявл. 25.06.84;
Опубл. 23.10.86; Бюл. №39.
2. Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы. - М.: Высшая школа, 1967. - 528 с.
Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два симметричных трехфазных источника переменных напряжений, сдвинутых по фазе на одну двенадцатую часть периода друг относительно друга и двенадцать вентилей, отличающийся тем, что в него введены тридцать шесть дополнительных вентилей, при этом из всех вентилей источника сформированы три восьмиячейковых вентильных моста, причем каждый мост соединен по переменным входам с четырьмя источниками ЭДС, образующими две пары ортогональных ЭДС, сдвинутых между собой на треть периода, причем пары ортогональных ЭДС источников, соединенных со смежными мостами, сдвинуты между собой на треть периода, а однополярные выводы мостов соединены вместе и образуют выходные выводы устройства, к которым подключена нагрузка.
