Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации

Источник постоянного напряжения с 8-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 8-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 шестнадцать вентилей 3...18, при этом оба источника фазосдвинутых переменных ЭДС имеют по две вторичных обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно, причем обмотка 20 первого источника ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 15... 18, а обмотка 21 второго источника ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 3...6; обмотки 19, 22 соединены с четырехячейковым мостом, состоящим из вентилей 7...14. Мосты соединены последовательно и образовавшиеся из вентилей 3,4 катодные и из вентилей 17,18 анодные вентильные группы образуют выходные выводы устройства: катодный 23 и анодный 24, к которым подсоединена нагрузка 25. Предлагаемый источник имеет меньшие потери мощности, связанные с несимметрией режимов коммутации.

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 [1] с 8-кратной частотой пульсации, содержащий восемь вентилей и два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, при этом трансформаторы содержат по две вторичных обмотки, каждая из которых разделена средними точками на две равные полуобмотки, общее число таких полуобмоток в каждом источнике переменной фазосдвинутой (ФС) ЭДС равно к = к'=4, а средние точки обеих обмоток одного переменного источника образуют перекрестные соединения со средними точками двух обмоток другого источника переменной ФС ЭДС, крайние выводы из числа (к - 2) и (к' - 2) полуобмоток каждого источника переменной ЭДС соединены с одноименными электродами двух вентилей, причем одноименные электроды этих вентилей являются разнополярными для полуобмоток каждого из источников переменной ФС ЭДС, противоположные электроды этих вентилей образуют узловые соединения с крайними выводами других полуобмоток из оставшегося числа (к - 2) и (к' - 2), также в каждом из источников переменной ЭДС, остальные четыре вентиля соединены попарно одноименными электродами и образуют два выходных вывода с подключенной нагрузкой, причем одноименные электроды этих пар вентилей, образующих выходные выводы, являются разнополярными для каждого из источников переменной ФС ЭДС, а

противоположные электроды каждого из этих пар вентилей подключены к уже образованным узловым соединениям.

Недостатком этого устройства являются большие массогабаритные показатели и установленная мощность вторичных обмоток.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и шестнадцать вентилей, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по две вторичных обмотки, каждая вторичная обмотка в каждом источнике ФС ЭДС соединена со своим однофазным вентильным мостом, причем мосты в каждом источнике соединены последовательно и точки последовательного соединения мостов связаны между собой, а незадействованные однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства [2].

Недостатком этого источника является относительно большие потери мощности, связанные с несимметрией режимов коммутации токов вентильных обмоток, обусловленной разностью амплитуд переменных ЭДС, действующих в выпрямительных группах и необходимостью строгой выдержки соотношений между числами витков вентильных обмоток, в результате чего при исполнении мощных выпрямительных устройств в некоторых случаях затруднен подбор их целочисленных значений для достижения требуемого соотношения.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие потери мощности.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, содержит шестнадцать вентилей и два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, причем каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по две вторичных обмотки, при этом из вентилей

устройства сформированы два однофазных вентильных моста и один четырехячейковый мост, причем мосты соединены последовательно в любой последовательности, к одному однофазному мосту присоединены выводы одной из обмоток одного источника, к другому однофазному мосту присоединены выводы одной из обмоток другого источника переменных ЭДС, а к четырехячейковому вентильному мосту присоединены выводы других вторичных обмоток источников, причем незадействованные в последовательном соединении мостов анодные и катодные группы вентилей первого и третьего из мостов, входящих в последовательное соединение, 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; Фиг.3 - алгоритм работы вентильных обмоток.

Источник постоянного напряжения с 8-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 шестнадцать вентилей 3...18, при этом оба источника фазосдвинутых переменных ЭДС имеют по две вторичных обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно, причем обмотка 20 первого источника ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 15... 18, а обмотка 21 второго источника ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 3...6; обмотки 19, 22 соединены с четырехячейковым мостом, состоящим из вентилей 7...14. Мосты соединены последовательно и образовавшиеся из вентилей 3, 4 катодные и из вентилей 17, 18 анодные вентильные группы образуют выходные выводы устройства: катодный 23 и анодный 24, к которым подсоединена нагрузка 25.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми диаграммами (Фиг.2). Из волновых диаграмм видно, как формируются

напряжения на вторичных обмотках каждого источника фазосдвинутых ЭДС и кривая выпрямленного напряжения. Относительные числа витков обмоток, при которых обеспечивается результирующая пульсность выпрямленного напряжения приняты равными «1,0» для обмоток 19 и 22, а для обмоток 20 и 21 - «0,707».

Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с малыми обмотками, равна 180 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 360 эл. град. Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с большими обмотками равна 90 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 180 эл. град.

Алгоритм работы обмоток источников ФС ЭДС за период сетевого напряжения представлен на Фиг.3. Установленная мощность вторичных обмоток, определенная в соответствии с этим алгоритмом, равна 1,1107.

Суммарное число витков вторичных обмоток равно W=3,414. С учетом относительных чисел витков обмоток можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС W_B2=W/W_Б, показывающее, 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 и_do выходного напряжения в режиме холостого хода источника. Базовое число витков вторичных обмоток для данного устройства W _Б=1,847. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W_В2=1,848, что меньше суммарного виткового числа вторичных обмоток трансформаторов прототипа (2,0). Отличные от прототипа значения витковых чисел вентильных обмоток расширяют диапазон выбора соотношений между витковыми числами

Из волновых диаграмм видно, что предлагаемый источник имеет симметричные режимы коммутации токов вентильных обмоток.

Таким образом, предлагаемый источник имеет меньшие потери мощности, связанные с несимметрией режимов коммутации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Свидетельство на полезную модель РФ №27759. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Евдокимов С.А., Мятеж С.В. - Заяв. №2002116514/20;

Заявл. 19.06.02; Опубл. 10.02.03; Бюл. №4.

2. Патент РФ №39985. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Малоземов Б.В. - Заяв. №2004106948/20; Заявл. 09.03.04; Опубл. 20.08.04; Бюл. №23.

Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, содержащий шестнадцать вентилей и два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, причем каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по две вторичных обмотки, отличающийся тем, что из вентилей устройства сформированы два однофазных вентильных моста и один четырехячейковый мост, причем мосты соединены последовательно в любой последовательности, к одному однофазному мосту присоединены выводы одной из обмоток одного источника, к другому однофазному мосту присоединены выводы одной из обмоток другого источника переменных ЭДС, а к четырехячейковому вентильному мосту присоединены выводы других вторичных обмоток источников, причем незадействованные в последовательном соединении мостов анодные и катодные группы вентилей первого и третьего из мостов, входящих в последовательное соединение, образуют выходные выводы устройства.