Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации

Источник постоянного напряжения с 16-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 16-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 тридцать два вентиля 3...34, при этом оба источника переменных ФС ЭДС имеют по четыре вторичных обмотки 35...38 и 39...40, соответственно, причем обмотка 38 источника 1 соединена с однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 31...34, а обмотка 39 источника 2 соединена с однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 3...6; обмотки 35 первого источника и 40 второго источника соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 7...14, обмотки 36 первого источника и 41 второго соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 15...22, а обмотки 37 первого источника и 42 второго соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 23...30. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и сформированные из вентилей 3, 4 катодные и из вентилей 33, 34 анодные группы этих соединений образуют выходные выводы, катодный 43 и анодный 44, к которым подсоединена нагрузка 45. Источник постоянного напряжения с 16-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.

Известен источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации, содержащий В=16 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 устройства [1].

Недостатком данного источника являются большие массогабаритные показатели и установленная мощность обмоток трансформаторов.

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации [2], содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и тридцать два вентиля, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по четыре вторичных обмотки, при этом из всех вентилей сформированы восемь однофазных вентильных мостов, а каждая вторичная обмотка в каждом источнике фазосдвинутых ЭДС соединена со своим однофазным вентильным мостом, причем 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 16-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие потери мощности, связанные с несимметрией напряжений.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по четыре вторичных обмотки и тридцать два вентиля, из которых сформированы два однофазных и три 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 три оставшихся обмотки каждого источника фазосдвинутых ЭДС соединены с разными четырехячейковыми мостами, причем незадействованные в последовательном соединении мостов анодные и катодные группы крайних мостов 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 - алгоритм работы вторичных обмоток.

Источник постоянного напряжения с 16-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 тридцать два вентиля 3...34, при этом оба источника переменных ФС ЭДС имеют по четыре вторичных обмотки 35...38 и 39...40, соответственно, причем обмотка 38 источника 1 соединена с однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 31...34, а обмотка 39 источника 2 соединена с однофазным вентильным мостом, состоящим из вентилей 3...6; обмотки 35 первого источника и 40 второго источника соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 7...14, обмотки 36 первого источника и 41 второго соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 15...22, а обмотки 37 первого источника и 42 второго соединены с четырехячейковым вентильным мостом, состоящим из вентилей 23...30. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и сформированные из вентилей 3, 4 катодные и из вентилей 33, 34 анодные группы этих соединений образуют выходные выводы, катодный 43 и анодный 44, к которым подсоединена нагрузка 45.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми диаграммами (Фиг.2) и алгоритмом работы вторичных обмоток (Фиг.3). Из волновых диаграмм видно, как формируются напряжения на вторичных обмотках каждого источника ФС ЭДС. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие 16-кратную частоту пульсации выпрямленного напряжения, приняты равными для обмоток 37 и 40: - «1,0»; для обмоток 36, 41 - «0,765»; для обмоток 38, 39 - «0,5414»; для обмоток 35, 42 - «0,4142».

Алгоритм работы обмоток источников ФС ЭДС за каждый интервал времени, соответствующий одной пульсации выпрямленного напряжения и равный 22,5 эл. град., представлен на Фиг.3.

Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 38, 39, равна 180 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 360 эл. град., продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 37, 40

равна 135 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 270 эл. град., продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 36, 41, равна 90 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 180 эл. градусов, а продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 35, 42, равна 45 эл. град., причем ток по этим обмоткам проходит в течение 90 эл. градусов.

Суммарное число витков вторичных обмоток равно W=5,4412. Базовое число витков w_Б =2,7739. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W_В2=W/W_Б=1,962 (в прототипе 2,0).

Коэффициент установленной мощности трансформаторов устройства равен 1,05628. Способ использования обмоток в преобразовательном процессе позволил формировать выходное напряжение с помощью переменных ЭДС с отличными от прототипа величинами. 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. А.С. СССР №1086524. Источник постоянного напряжения с n-кратной частотой пульсации / А.М.Репин - 3440785/24-07; Заявл. 21.05.82; Опубл. 15.04.84; Бюл.№14.

2. Патент РФ №40119. Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Малоземов Б.В.- Заяв. №2004108314/22; Заявл. 18.03.04; Опубл. 27.08.04; Бюл.№24.

Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и тридцать два вентиля, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по четыре вторичных обмотки, отличающийся тем, что из вентилей устройства сформированы два однофазных и три четырехячейковых вентильных моста, все мосты соединены 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 три оставшиеся обмотки каждого источника фазосдвинутых ЭДС соединены с разными четырехячейковыми мостами, причем незадействованные в последовательном соединении мостов однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства.