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 обмотка 29 источника 1 соединена с однофазным вентильным мостом; состоящим из вентилей 23...26, а обмотка 30 источника 2 соединена с однофазным вентильным мостом; состоящим из вентилей 3...6; обмотки 27 первого источника и 31 второго источника соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 7...14, а обмотки 28 первого источника и 32 второго соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 11...22. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и сформированные из вентилей 3,4 катодные и из вентилей 25,26 анодные группы этих соединений образуют выходные выводы, катодный 33 и анодный 34, к которым подсоединена нагрузка 35. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации имеет меньшие потери мощности, связанные с конструктивной несимметрией.
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 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 [1].
Недостатком этого источника является относительно большая величина установленной мощности его трансформаторов.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации [2], содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и двадцать четыре вентиля, образующих шесть 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.
Недостатком этого источника является относительно большие потери мощности из-за конструктивной несимметрии фазных напряжений вентильных обмоток, связанной с трудностью подбора целых чисел витков данных обмоток для соблюдения требуемых отношений между витковыми числами. Этот недостаток тем более существенен в связи с использованием в прототипе трех значений витковых чисел при исполнении обмоток.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие потери мощности, связанные с несимметрией напряжений.
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, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет
по три вторичных обмотки и двадцать четыре вентиля, из которых сформировано два однофазных и два четырехячейковых вентильных моста, соединенных последовательно, при этом одна вторичная обмотка одного источника фазосдвинутых ЭДС соединена с одним однофазным вентильным мостом, одна вторичная обмотка другого источника фазосдвинутых ЭДС соединена с другим однофазным вентильным мостом, а две другие обмотки каждого источника соединены с разными четырехячейковыми мостами, причем незадействованные в последовательном соединении мостов однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства.
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 - алгоритм работы вторичных обмоток.
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 обмотка 29 источника 1 соединена с однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 23... 26, а обмотка 30 источника 2 соединена с однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 3...6; обмотки 27 первого источника и 31 второго источника соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 7...14, а обмотки 28 первого источника и 32 второго соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей II... 22. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и сформированные из вентилей 3,4 катодные и из
вентилей 25,26 анодные группы этих соединений образуют выходные выводы, катодный 33 и анодный 34, к которым подсоединена нагрузка 35.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2), векторными (Фиг.3) диаграммами и алгоритмом работы вторичных обмоток (Фиг.4). 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, 29, 30, 31 - «0,577».
Алгоритм работы обмоток источников ФС ЭДС за каждый интервал времени, соответствующий одной пульсации выпрямленного напряжения и равный 30 эл. град., представлен на Фиг.4.
Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 29, 30, равна 180 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 360 эл. град., продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 28, 31 равна 60 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 120 эл. град., а продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 27, 32, равна 120 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 240 эл. градусов.
Суммарное число витков вторичных обмоток равно W
=4,308. С учетом относительных чисел витков обмоток можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС WB2=W/WБ, показывающее отношение общего суммарного числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков we, которое равно числу витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде
Udo выходного напряжения в режиме холостого хода источника. Базовое
число витков для данного устройства WБ =2,229. Соответственно, суммарное витковое число будет равно WB2 =1,9327.
Коэффициент установленной мощности трансформаторов устройства равен 1,0595. Они имеют меньшее суммарное витковое число вентильных обмоток, так как у прототипа это число равно 2,0. Рациональное использование обмоток позволило формировать выходное напряжение с помощью переменных ЭДС двух номиналов, то есть с помощью вентильных обмоток, имеющих всего два значения витковых чисел. Существенно упростился подбор целочисленных значений витковых чисел для соблюдения требуемых соотношений между напряжениями вентильных обмоток.
Таким образом, предлагаемый источник имеет меньшие потери мощности, связанные с конструктивной несимметрией.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Патент РФ №34041. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж СБ. - Заяв. №2003119757/20; Заявл. 01.07.03; Опубл. 20.11.03;
Бюл.№32.
2. Патент РФ №41208. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И. - Заяв. №2004112388/22; Заявл. 26.04.04; Опубл. 10.10.04; Бюл.№28.
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 вторичных обмотки и двадцать четыре вентиля, отличающийся тем, что из вентилей устройства сформированы два однофазных и два четырехячейковых вентильных моста, соединенных последовательно, при этом одна вторичная обмотка одного источника фазосдвинутых ЭДС соединена с одним однофазным вентильным мостом, одна вторичная обмотка другого источника фазосдвинутых ЭДС соединена с другим однофазным вентильным мостом, а две другие обмотки каждого источника соединены с разными четырехячейковыми мостами, причем незадействованные в последовательном соединении мостов однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства.
