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. 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 каждый источник переменных ЭДС имеет по пять вторичных обмоток 27...31 и 32...36, соответственно, причем обмотки 27 и 32 соединены с собственным четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 3...6 и 15...18. Обмотки 28 и 33 соединены согласно-последовательно, а обмотки 29 и 34 встречно-последовательно, и четыре вывода этих пар обмоток соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 7...10 и 19...22; обмотки 31 и 36 соединены согласно-последовательно, а обмотки 30 и 35 встречно-последовательно, и четыре вывода этих пар обмоток соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 11...14 и 23...26. Четырехячейковые вентильные мосты соединены последовательно и, образовавшиеся из вентилей 3, 4, 15, 16 катодные, и из вентилей 13, 14, 25, 26 анодные вентильные группы, образуют катодный 37 и анодный 38 выводы устройства, к которым подсоединена нагрузка 39. Таким образом, токовая загрузка всех обмоток одинакова, а вентили загружены равномерно, что повышает технологичность изготовления устройства.

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, а каждая из частей выполнена с одинаковым числом отводов [1].

Недостатком этого источника является большая установленная мощность трансформаторов.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать вентилей, при этом каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по три вторичных обмотки со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике фазосдвинутых ЭДС соединены с двумя собственными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно включенных вентилей, при этом выводы одной из обмоток в каждом источнике подключены к началам собственных цепочек вентилей, которые имеют одно направление включения по отношению к обмоткам в одном и противоположное

направление включения в другом источнике фазосдвинутых ЭДС, а каждая пара выводов незадействованных обмоток соединена с парой равноудаленных точек последовательного соединения вентилей собственных цепочек таким образом, что разноименные электроды каждого из двух первых вентилей цепочек соединены с противофазными выводами обмоток, при этом крайние и одноименные электроды последних вентилей цепочек, соединенные попарно, образуют выходные выводы устройства, каждый из которых соединен со средней точкой обмотки, выводы которой связаны с вентильными цепочками, образующими противоположный выходной вывод устройства, причем незадействованные средние точки обмоток одного источника фазосдвинутых ЭДС соединены с незадействованными средними точками обмоток другого источника взаимоперекрестно [2].

Недостатком этого устройства является неравномерность токовой загрузки различных обмоток и вентилей, что снижает технологичность изготовления трансформаторов и вентильных конструкций.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, имеющего одинаково загруженные током обмотки и вентили.

Указанная задача достигается тем, что в источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и 12 вентилей, введены 12 дополнительных вентилей, а из источников переменных ЭДС сформированы три пары источников ортогональных ЭДС, при этом из всех вентилей источника сформированы три четырехячейковых вентильных моста, соединенных последовательно разнополярными выходами, причем каждый мост соединен по переменным входам с одной из пар источников ортогональных ЭДС, а пары ортогональных ЭДС источников, соединенных со смежными мостами, сдвинуты между собой на треть

периода, причем к свободным выходам первого и последнего вентильных мостов подключена нагрузка.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого источника; на Фиг.2 - фрагменты волновых диаграмм напряжений на вторичных обмотках трансформаторов и кривые выпрямленного напряжения двух ступеней выпрямителя; на Фиг.3 -волновые диаграммы выпрямленного напряжения трех ступеней выпрямителя и кривая выходного выпрямленного напряжения; на Фиг.4 -векторная диаграмма формирования токообразующих ЭДС на комплексной плоскости; на Фиг.5 - эквивалентные схемы, раскрывающие алгоритмы работы обмоток и включения вентилей в разные моменты периода сетевого напряжения; на Фиг.6 - 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 каждый источник переменных ЭДС имеет по пять вторичных обмоток 27...31 и 32...36, соответственно, причем обмотки 27 и 32 соединены с собственным четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 3...6 и 15...18. Обмотки 28 и 33 соединены согласно-последовательно, а обмотки 29 и 34 встречно-последовательно, и четыре вывода этих пар обмоток соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 7...10 и 19...22; обмотки 31 и 36 соединены согласно-последовательно, а обмотки 30 и 35 встречно-последовательно, и четыре вывода этих пар обмоток соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 11...14 и 23...26. Четырехячейковые вентильные мосты соединены последовательно и, образовавшиеся из вентилей 3, 4, 15, 16 катодные, и из вентилей 13, 14,

25, 26 анодные вентильные группы, образуют катодный 37 и анодный 38 выводы устройства, к которым подсоединена нагрузка 39.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2, 3) и векторными (Фиг.4) диаграммами, эквивалентными схемами (Фиг.5) и алгоритмами работы обмоток и включения вентилей (Фиг.6). 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, 30, 34 и 36 - «0,86», для обмоток 29, 31, 33 и 35 - «0,50».

Эквивалентные схемы (Фиг.5) 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.6.

Суммарное число витков вторичных обмоток равно W=7,464. 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=2,732. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W _В2=2,732. Коэффициент установленной мощности трансформаторов устройства равен 1,196.

Из алгоритмов работы видно, что любая из обмоток работает 180 эл.град., а любой из вентилей - 90 эл.град. Вторичные обмотки трансформаторов устройства связаны между собой через вентили устройства.

Таким образом, токовая загрузка всех обмоток одинакова, а вентили загружены равномерно, что повышает технологичность изготовления устройства.

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 №39984. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации. / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В. - Заяв. №2004104860/22; Заявл. 19.02.2004; Опубл. 20.08.2004; Бюл.№23.

Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать вентилей, отличающийся тем, что в устройство введены двенадцать дополнительных вентилей, а из источников переменных ЭДС сформированы три пары источников ортогональных ЭДС, при этом из всех вентилей источника сформированы три четырехячейковых вентильных моста, соединенных последовательно разнополярными выходами, причем каждый мост соединен по переменным входам с одной из пар источников ортогональных ЭДС, а пары ортогональных ЭДС источников, соединенных со смежными мостами, сдвинуты между собой на треть периода, причем к свободным выходам первого и последнего вентильных мостов подключена нагрузка.