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 содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС 1 и 2, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18; оба источника имеют по две вторичные обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно; каждая вторичная обмотка 19 и 21 снабжена одним дополнительным отводом от точки 23 и 26, делящей обмотки на две части 29, 30 и 34, 35 соответственно; каждая вторичная обмотка 20 и 22 снабжена двумя дополнительными отводами от точек 24, 25 и 27, 28, делящих обмотки на три части 31, 32, 33 и 36, 37, 38, соответственно; дополнительные отводы от точек соединены парами между собой; отвод от точки 23 соединен с отводом от точки 28; отвод от точки 24 соединен с отводом от точки 26; отвод от точки 25 соединен с отводом от точки 27; к каждому выводу каждой вторичной обмотки 19, 20 и 21, 22 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 3, 4 и 5, 6; 7, 8 и 9, 10; 11, 12 и 13, 14; 15, 16 и 17, 18; которые другими своими одноименными электродами соединены попарно между собой 3, 5 и 4, 6; 7, 9 и 8, 10; 11, 13 и 12, 14; 15, 17 и 16, 18, образуя четыре четырехвентильных моста 39, 40, 41 и 42; каждый указанный мост содержит две вентильные ячейки из двух вентильных плеч в каждой из них, которые при включении имеют одну между парой объединенных анодов входную и между парой объединенных катодов выходную диагонали, образуя два выхода устройства 43 и 44, к которым подключена нагрузка 45. Предложенный источник обладает упрощенной конструкцией и технологией устройства и более высоким КПД.

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 m - кратной (рассматривается только m=8) частотой пульсации, содержащий восемь вентилей и два источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждая из которых поделена средними точками на две равные части, и каждая из этих частей снабжена одинаковым числом k_x=k'_x =ⁿ/₄ отводов, а средние точки образуют выходные выводы устройства с подключенной к ним нагрузкой, обладающий определенной общностью, позволяющей получить ряд частных схемных реализации с соответствующей частотной кратностью пульсаций [А.с. СССР №1086524. Источник постоянного напряжения с n - кратной частотой пульсации / А.М.Репин - Заяв. №3440785/24-07; Заявл. 21.05.82; Опубл. 1.04.84; Бюл. №14].

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

Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации [Патент на полезную модель №46890. Источник переменного напряжения с 8 - кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А.,

Ворфоломеев Г.Н., Нейман Л.А., Щуров Н.И., - Заяв. №2005105258; Заявл. 24.02.05; Опубл. 27.07.05; Бюл. №21.], содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу; и шестнадцать вентилей, из которых сформирован восьмиячейковый мост; при этом каждый источник фазосдвинутых (ФС) переменных ЭДС имеет по две вторичные обмотки, каждая из которых снабжена двумя отводами от точек, делящих каждую вторичную обмотку каждого источника ФС переменных ЭДС на три части, соединенные соответствующим образом между собой; при чем каждый вывод каждой вторичной обмотки обоих источников ФС переменных ЭДС соединен с вентильной ячейкой моста, выводы которого образуют два выхода устройства, к которым подключена нагрузка.

Недостатком устройства являются наличие довольно большого числа частей вторичных обмоток (равного двенадцати) и большого числа их витков, обуславливающие усложнение конструкции и технологии изготовления устройства и относительно большие потери электрической энергии, что снижает КПД устройства.

Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, обладающего упрощенной конструкцией и технологией устройства и более высоким КПД.

Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей; при этом каждый источник ФС переменных ЭДС имеет по две вторичные обмотки; причем каждая первая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС и вторая вторичная обмотка второго источника ФС переменных ЭДС снабжена одним дополнительным отводом от точки, делящей

каждую вторичную обмотку на две части; при этом каждая вторая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС и первая вторичная обмотка источника ФС переменных ЭДС снабжена двумя дополнительными отводами от точек, делящих каждую вторичную обмотку ФС переменных ЭДС на три части; причем отвод от первой вторичной обмотки первого источника ФС переменных ЭДС соединен с первым отводом от начала первой вторичной обмотки второго источника ФС переменных ЭДС; первый отвод от начала второй вторичной обмотки первого источника ФС переменных ЭДС соединен с отводом второй вторичной обмотки второго источника ФС переменных ЭДС; второй отвод от начала второй вторичной обмотки первого источника ФС переменных ЭДС соединен со вторым отводом от начала первой вторичной обмотки второго источника ФС переменных ЭДС; при этом к каждому выводу каждой вторичной обмотки обоих источников ФС переменных ЭДС подключено по одному разноименными электродами два вентиля, которые другими своими одноименными электродами соединены попарно между собой, образуя четыре четырехвентильных моста; причем каждый указанный мост содержит две вентильные ячейки из двух вентильных плеч в каждой из них, которые при включении имеют между парой объединенных анодов одну входную и между парой объединенных катодов выходную диагонали, образуя два выхода устройства, к которым подключена нагрузка.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого источника; на Фиг.2 - векторная диаграмма токообразующих ЭДС в фазовой плоскости; на Фиг.3 - Фиг.6 -эквивалентные схемы структур формирования постоянного напряжения на интервалах проводимости вентилей; на Фиг.7 - алгоритмы работы обмоток трансформаторов и включения вентилей в разные моменты периода сетевого напряжения.

Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС 1 и 2, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18; при этом каждый источник ФС переменных ЭДС имеет по две вторичные обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно; причем каждая первая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС 19 и вторая вторичная обмотка второго источника ФС переменных ЭДС 21 снабжена одним дополнительным отводом от точки 23 и 26, соответственно, делящей каждую вторичную обмотку на две части 29, 30 и 34, 35, соответственно; при этом каждая вторая вторичная обмотка первого источника ФС переменных ЭДС 20 и первая вторичная обмотка ФС переменных ЭДС 22 снабжена двумя дополнительными отводами от точки 24, 25 и 27, 28, соответственно, делящих каждую вторичную обмотку ФС переменных ЭДС на три части 31, 32, 33 и 36, 37, 38, соответственно; причем дополнительный отвод от точки 23 первого источника ФС переменных ЭДС соединен с дополнительным отводом от точки 28 второго источника ФС переменных ЭДС; первый дополнительный отвод от точки 24 первого источника ФС переменных ЭДС соединен с дополнительным отводом от точки 26 второго источника ФС переменных ЭДС, второй дополнительный отвод от точки 25 первого источника ФС переменных ЭДС соединен со вторым дополнительным отводом от точки 27 второго источника ФС переменных ЭДС; при этом к каждому выводу каждой вторичной обмотки обоих источников ФС переменных ЭДС подключено по одному разноименными электродами два вентиля; к каждому выводу обмотки 19 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 3, 4 и 5, 6, соответственно к началу и концу указанной обмотки; к каждому выводу обмотки 20 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 7, 8 и 9, 10, соответственно к началу и концу указанной обмотки; к каждому

выводу обмотки 21 подключено по одному разноименными электродами два вентиля 11, 12 и 13, 14, соответственно к началу и концу указанной обмотки; к каждому выводу обмотки 22 подключены по одному разноименными электродами два вентиля 15, 16 и 17, 18, соответственно к началу и концу указанной обмотки; причем указанные вентили другими своими одноименными электродами соединены попарно между собой 4, 6 и 3, 5; 8, 10 и 7, 9; 11, 13 и 12, 14; 15, 17 и 16, 18, соответственно, и образуют четыре четырехвентильных моста 39, 40, 41 и 42, соответственно; при этом каждый указанный мостик содержит две вентильные ячейки из вентильных плеч в каждой из них, которые при включении имеют одну между парой объединенных анодов входную и между парой объединенных катодов выходную диагонали, образуя два выхода устройства 43 и 44, к которым подключена нагрузка 45.

Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными (Фиг.2) диаграммами. Векторные диаграммы показывают формирование каждой токообразующей ЭДС путем геометрического векторного сложения соответствующих частей ортогональных ЭДС. При обеспечении амплитудно-фазовой симметрии фазовый угол между векторами равен периоду огибающей токопроводящих ЭДС, образующей по форме своего рода лепестки, которые наглядно иллюстрируют частоту и уровень пульсации выходного напряжения.

Эквивалентные схемы (Фиг.3-6) раскрывают структуры, образующиеся в источнике постоянного напряжения, работающего на активную нагрузку, на интервалах проводимости вентилей. Здесь же указана последовательность формирования различных контуров токообразующих ЭДС. Для большей наглядности и лучшего восприятия процессов, проводящие участки схемы выделены утолщенными линиями.

Алгоритмы работы частей вентильных обмоток источника ФС ЭДС и включения вентилей за каждый интервал времени, соответствующий

одной пульсности выпрямленного напряжения, и равный 45-ти эл. град., представлены на Фиг.7.

Из алгоритма (Фиг.7) видно, что части вентильных обмоток 32 в первом и обмотки 37 во втором источнике ФС переменных ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 270 эл. град. за период Т, а части вентильных обмоток 29, 30, 31, 33, 34, 35, 36, 38-90 эл.град. за период Т. Относительное число витков равно: для частей вентильных обмоток 29 и 35-1,0; для частей вентильных обмоток 32, 37-0,5857; для частей вентильных обмоток 30, 31, 33, 34, 36, 38-0,4142. Суммарное число витков равно - W=5,6566.

Суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС переменных ЭДС W_B2 =^W/_WБ, определится как отношение общего суммарного числа витков W^ всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков W_Б, равному числу витков с амплитудой напряжения на них, которая равна амплитуде выходного напряжения u_d0 в режиме холостого хода устройства. Базовое число витков данного устройства W _Б=1,5306. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W_B2=3,6957.

Формируемое на нагрузке постоянное напряжение, переменная составляющая которого пульсирует с 8-кратной частотой по отношению к частоте исходных (преобразуемых) ЭДС, достигается меньшим витковым числом. Это обуславливает упрощение конструкции и технологии изготовления устройства и уменьшение потерь электрической энергии, что приводит к увеличению КПД предлагаемого источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации.

Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей, из которых сформирован восьмиячейковый мост, при этом трансформаторы содержат по две вторичные обмотки, отличающийся тем, что каждая первая вторичная обмотка первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС и вторая вторичная обмотка второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС снабжена одним дополнительным отводом от точки, делящей каждую вторичную обмотку на две части, при этом каждая вторая вторичная обмотка первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС и первая вторичная обмотка второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС снабжена двумя дополнительными отводами от точек, делящих каждую указанную обмотку фазосдвинутых переменных ЭДС на три части, причем отвод от первой вторичной обмотки первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС соединен с первым отводом от начала первой вторичной обмотки второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС, первый отвод от начала второй вторичной обмотки первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС соединен с отводом второй вторичной обмотки второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС, при этом второй отвод от начала второй вторичной обмотки первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС соединен со вторым отводом от начала первой вторичной обмотки второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС, причем к каждому выводу каждой вторичной обмотки каждого источника фазосдвинутых переменных ЭДС подключено по одному разноименными электродами два вентиля, которые другими своими одноименными электродами соединены попарно между собой, образуя четыре четырехвентильных моста, при этом каждый указанный мост содержит две вентильные ячейки из двух вентильных плеч в каждой из них, которые при включении имеют одну между парой объединенных анодов входную и между парой объединенных катодов выходную диагонали, образуя два выхода устройства, к которым подключена нагрузка.