Шестилучевой источник низковольтного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного вторичного источника электропитания с шестикратной частотой пульсации знакопостоянного низковольтного напряжения при наличии двух фаз источника переменных ЭДС при фазовом их сдвиге на 120 эл.град. Цель изобретения - расширение схемно-функциоч нальных возможностей и области применения . Шестилучевой источник содержит двухфазный источник ЭДС, реализованный , в частности, на двух секциях вентильной обмотки электромагнитного аппарата. Каждая секция разделена отводом от средней точки на две полусекции с отводами, соединенными в разных фазах через шесть преобразовательных элементов. Средние точки образуют выходные выводы, а изменение соотношений частей секций от отводов до средних точек обеспечивает определенное множество схем с шестикратной частотой пульсации при одновременном выполнении функции фазосдвигающего устройства без введения специальных средств. 3 з.п.ф-лы, 10 ил., 1 табл. 3 (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

0% . (Ю (51)5 Н 02 М 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автоисном саидатвъствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ1

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И СПНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4487005/07 (22) 23.09.88 (46) 15.04.91. Бюл. P- 14 (72) А.N.Ðåïèí (53) 621.314.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 1072218, кл. Н 02 М 7/12, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Н1 1077032, кл. Н 02 М 7/06, 1982. (54) ШЕСТИЛУЧЕВОИ ИСТОЧНИК НИЗКОВОЛЬТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного вторичного источника электропитания с шестикратной частотой пульсации знакопостоянного низковольтного напряжения при наличии двух фаз источника переменных ЭДС при фазовом их сдвиге на 120 эл.град. Цель изобреИзобретение относится к электротехнике и может бьггь использовано в, качестве низковольтного вторичного источника электропитания с шестикратной частотой пульсации знако постоянного низковольтного напряжения при наличии двух фаз источника переменных ЭДС при фазовом их сдвиге на 120 эл.град.

Цель изобретения — расширение схемно-функциональных возможнос;гей и области применения.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема шестилучевого источника низковольтного

2 тения - расширение схемно-функцио нальных возможностей и области применения. Шестилучевой источник содержит двухфазный источник ЭДС, реализованный, в частности, на.двух секциях вентильной обмотки электромагнитного аппарата. Каждая секщ я разделена отводом от средней точки на две полусекции с отводами, соединенными в разных фазах через шесть преобразовательных элеменfoB ° Средние точки образуют выходные выводы, а изменение соотношений частей секций от отводов до средних -.î÷åê обеспечивает определенное множество схем с шестикратной частотой пульсации при одновременном выполнении функции фазосдвигающего устройства без введения специальных средств. 3 з.п.ф-лы, 10 ил., 1табл. знакопостоянного напряжения с шестикратной частотой его переменной составляющей (пульсации) относитель- но частоты любой из двух преобра1 зуемых ЭДС переменного тока, сдвинутых:

;по фазе на 120 эл.град относительно, друг друга, причем такой сдвиг показан большими стрелками, а малыми стрелками указаны направления перемещения отводов, которыми снабжены секции двухфазного источника ЭДС, для случая роста фазового угла (g сдвига огибающей выходного напряжения относительно образующих его преобраэуе» мых ЭДС в пределах 0, 301 эл.град, 1642567 включая границы предела, при этом каждая полусекция, образованная отводом от средней точки фазной секции, вентильной обмотки (ВО), а также со„, 5 ответствующие части между этой точкой и основным и дополнительным отводами выполнены одноименно одинаковыми в каждой из двух фазных секций источника, на фиг. 2 — векторная.диаграмма, поясняющая в фаэовой плоскости принцип работы устройства по формированию шести энакопостоянных импульсов SI11 (p= 1,6) выходного напряжения У В течение одного периода преобразуемых ЭДС, при этом для каждого из шести контуров токопрохождения указаны номера преобразовательных элементов (ПЭ) и обозначения выводов и отводов соответствующих частей полусекций разных по фазе секций, ЭДС ! которых складывают согласно или

1встречно в соответствующем контуре при открытии принадлежащего ему ПЭ, причем сплошными линиями показаны 25 . ЭДС полусекций, участвующих в работе. в данном контуре (при формировании данного импульса .Spy) а пунктирнымичасти тех же,ЭДС, участвующие в другом контуре, на фиг. 3 и 4, 5 и 6— то же, что на фиг. 1 и 2, частные реализации, соответствующие крайним значениям первого поддиапазона угла (, а именно $ = 0 и 30 соответо ственно, на фиг. / и 8 — то же, для другого поддиапазона угла р =(30;

60) эл.град., причем частные реализации при (= 30 и 60О показаны на фиг. 5 и 1 соответственно, на AHI 9 и 10 — зависимости от угла {. отно- 40 сительных зНачений суммарного числа

Ч = М (8) - 3 Ц.. /4,62 витков

ВО или суммарной амплйтуды ЭДС фазных секций, а также значений полусекций (ао,Ьо,...) отдельных их частей (а, 1 а о, ...) относительно амплитуды Uaoвыходного напряжения в режиме холостого хода — полусекций а = (ао = ох = bo = о у(Г3/2U®), IacTeH oT ОснОВнОГО (at=(at О = oa = 0

= Ь о = о Ь / 3/2U<<) и от допол(1 нительного (а = (а о = оа.- = b o .Я 3 2, = o b>/ +3)Ua ) отводов для средней, точки, иллюстрирующие характер изменения и значения соответствующих

Величин для конкретных базовых схем-, ных реализаций устройства.

Шестилучевой источник низковольт- ного напряжения содержит шесть ПЭ

1-6,,пронумерованных в порядке естественного вступления их в работу в течение одного периода преобразуемых ЭДС при выборе условно первого импульса

$ в качестве исходного, и двухфазный источник переменных ЭДС с фазовым сдви- гом 120 эл.град. относительно друг друга. Источник реализован на двух разноименных по фазе секциях ах и by, представляющих собой, в частности, секции ВО электромагнитного аппарата (ЭХА) и может быть выполнен в виде электрической машины, трансформатора, автотрансформатора, сфазированных автономных генераторов, параметрической системы, в том числе в виде конструктивно раздельного по каждой фазе либо единого по sceM фазам исполнения, например, в составе многостержневого

ЭХА многоканального ВИП и т.д.

Каждая из двух фазных секций (ау, by) снабжена отводом от средней точки (о, о ), который образует один из двух выходных выводов +", "-" и делит данную секцию на две полусекции (ао, ох, Ьо, Ь у). Каждая полусекция снабжена основным отводом (а1, а4, bt, Ь ). К выводам а, х, Ь, У секций ах, by и к. отводам а<, b секции by по одному подключены однонаправленно относительно одного из выходных выводов указанные шесть ПЭ

1-6.

Секции содержат также дополнительные отводы,а, а» Ь, b» к которым свободными электродами соответственно подключены по одному ПЭ 1-6. При этом через эти ПЭ соединены секции разных фаз.

ПЭ 1-6 соединяют выводы или отводы с отводами или выводами разноимен- . ных либо одноименных полусекций разных фазных секций, причем ПЭ 1 и 4 (5 и 2) соединяют между собой выводы а и х (Ь и у) полусекций ао и ох (Ъо и о у) первой фазной секции ах (второй фазной секции by) с дополнительными отводами b> и Ь (основными отводами а иа1) второй фазной секции оу (первой фазной секции ах), а основные отводы b t, Ь полусекций

Ьо, о Ь второй секции by соедине-, ( ны через ПЭ 6 и 3 с дополнительными отводами а, a> полусекций ао, ох первой фазйой секции ах.

При этом каждый дополнительный отвод (a>, a>, b» Ь ) данной полусек- . ции (ао, ох, Ьо, о Ь) расположен

16425 между основным ее отводом (а < аз, b t,b ) и средней точкой (о, о ), а части а<о, оа4, Ь о н

i основных отводов и части а о, oa y

Ь о, о b > от дополнительных отводов до средних точек могут быть установлены относительно полусекций ао, ох, у D

Ьо, о у в соотношении cos(()+30 ): :sin(p соз((p 30 1 в каждой полусек- 10 ции, где (= (О; 30J эл.град.

При этом ао = ox = Ьо = î у, I

I . а о = оаэи= Ь1о о Ь4 а о = оа>

l с ю

=Ьо =оЬ-=ао-ао=ох-оа =

2. 5 4

= boy — о Ь = аа, = а х = ЬЬ =b4y, 15 а,а = à a> = Ь Ъ =.Ь, Ь5, т.е. а =

"г °

Шестилучевой источник работает следующим образом.

Благодаря согласному (через ПЭ 20

1, 2, 4, 5) и встречному (через ПЭ

3, 6) соединению полусекций и их частей разноименных по фазе секций на выходных выводах "+", "-" устройства формируется шесть знакопостоян- 25 ных импульсов Sp (p= 1,6) в течение одного периода из двух фазосдвинутых íà 120 эл.град преобразуемых

ЭДС секций ах и by. Причем, как следует из фиг.2, четыре из шести им- 30 пульсов (первый, третий, четвертый и шестой) обеспечиваются теми же частями ЭДС, что и два остальных импульса (второй и пятый), благодаря чему на нагРузке формируется шесть импульсов при наличии всего лишь двух фазных секций ЭДС. Противогазные импульсы $1 и $, Sgu Sg S и $, т.е. сдвинутые во времени на 180 эл. град формируются при вышеустановлен-,щ ных соотношениях указанных частей

ЭДС в симметричных по составу контурах (с одинаковыми частями ЭДС, одинаковыми числами их и ПЭ), а амплитуды и длительности всех шести импульсов теоретически одинаковы между собой.

Это обусловливает получение. на выходе устройства знакопостоянного напряжения U, пеРеменная составляю- 50 щая (пульсация Q Uä) которого изменяется с шестикратной частотой (П = 6) относительно частоты ЭДС.

При конкретном соотношении полусекции и их частей до отводов огибаю- 55 щая выходного напряжения сдвинута по фазе на угол 0-30 эл.град относительно образующих ее ЭДС, что показано на фиг. 2 на примере первого им67 6 пульса S < относительно образующей

его ЭДС полусекции ах первой фазы.

Изменение соотношения обеспечивается изменением положений отводов, создавая при фиксированных значениях фазового угла Ц определенное множество схем с шестикратной частотой пульсации при наличии всего лишь двух секций ВО.

Дополнительное создание такого же капичества схемно-функциональных реализаций устройства при множестве новых дискретов угла q) в поддиапаэоне 30-60 эл.град. обеспечивает исполнение, приведенное на фиг.7.

Принцип работы в целом аналогичен описанному выше. Основные сведения по соотношениям частей секций принципам соединения их между собой через ПЭ, а также данные о суммарном числе витков или амплитуд ЭДС ясны из фиг.9 и 10 и таблицы, где через

И О выражено суммарное число витков

ВО относительно среднего значения UD выходного напряжения для отличия от принятого относительно амплитудного значения U< . При этом верхним знаком + обозначены действующие значения напряжений относительВо Uo

Из фиг.1-10 и таблицы следует, что наряду с функциями преобразования напряжения (выпрямпения или инвертирования), умножения частоты переменной составляющей выходного напряжения в 6 раз (частотной мультипликации), снижения (редукции) уровня пульсации устройство благодаря введенным отводам и связям их через ПЭ выполняет и функции фазового сдвига огибающей выходного напряжения, его регулирования, причем без введения фазосдвигающих и регулирующих устройств. Такая интеграция функций обеспечивается при данном фиксированном или синхронно в разных секциях изменяемом положении отводов в соответствии с направлениями малых стрелок, указанных на фиг.1 и 7, при соблюдении соотношений таблицы

Существенное множество базовых схем, получаемых при определенных положениях отводов в реализациях по фиг.i и 7, позволяет выполнить необходимую оптимизацию выбора наилучшей из них по устанавливаемым или требуемым по заданию критериям, 1642567 в частности, по суммарному числу витков, выводов, секций, форме и спектру потребляемого тока, фазовому сдвигу огибающей выходного напряжения, использованию габаритной мощ5 ности, коэффициенту искажений, коэффициенту мощности, технологичности изготовления, надежности, электромагнитной совместимости КПД и пр.

Из фиг.2, 4, 6-10 следует также свойственная для устройства симметрия процессов, выполнения секций и их частей, участия их в работе при формировании выходных импульсов, симметрия токов и напряжений, в том числе по первичным обмоткам в случае.

I трансформаторного исполнения, а, кроме того, отсутствие негативного .l явления подмагничивания несмотря на неполнофазность (двухфаэность) источника ЭДС при подключении к трехфазной сети, Ф о р м у л а и з о б р е. т е н и я 25

1. Шестилучевой источник низко™ вольного напряжения,. содержащий шесть преобразовательных элементов и двух фазный источник переменных ЭДС, сдви- 30 нутых по фазе на 120 эл.град, относительно друг друга, при этом каждая из двух фазных секций снабжена отводом от средней точки, который.образует выходной вывод и делит секцию на две полусекции, каждая из которых снабжена основным отводом, а к выводам секций и к основным отводам одной из -них однонаправленно относительно одного из выходных выводов подкпючены по одному указанные преобразовательные элементы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения схемно-функциональных воз-. можностей и области применения, в каждую из четырех полусекций введен дополнительный отвод, к которому под-1 ключен свободным электродом, один из:, преобразовательных элементов, при« соединенный другим электродом к вы 50 воду или основному отводу другой фазной секции, причем через данный элемент соединены отвод или вывод с выводом или отводом полусекций разных по фазе секций при соответствующих соотношениях частей полусекций от основного и дополнительного отво-. дов до средней точки, установленных относительно данной полусекции для двух поддиапазонов угла сдвига

g - О, ЭО и(30, 60J эл.град., где

Ч» - Некоторый фазовый угол, а прямая скобка означает, что принадлежащая ей цифра относится к данному поддиапазону беэ исключения иэ него. .

2. Источник по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что при 0 Ц4 (30 через преобразовательные элеб менты соединены между собой выводы и отводы разноименных полусекций, при этом выводы полусекций первой (второй) фазной секции соединены с дополнительными (основными) отводами второй (первой) фазной секции, основные отводы которой соединены с дополнительными отводами полусекций первой фазиой секции, причем каждый дополнительный отвод данной полусекцни расположен между средней точкой и основным ее отводом.

3. Источник по па..1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что при

30 С CP < 60 основные отводы полуо о секций первой секции соединены через подключенные к ним преобразовательные элементы с дополнительными отводами одноименных полусекций второй фазной секции, а выводы полусекций первой (второй) фазной секции соединены .с основными (дополнительными) отводами разноименных полусекций вто» рой (первой) секцИи.

4. Источник попп.1-3, о т л и% ч а ю шийся тем, что указанные части от основного и дополнительного отводов до средней точки установлены относительно. полусекции в каждой из них в соотношениях cos((P+ 30 )

: sin(P: cos (30 - 9) при С = (О 30 и sin(g:соз(30 + (g):@os((f 30 ) при g 30; 60 эл.град.

1642567 яятЮЮЗЯ600аа- Яг

О 15 30 45

60 а о (!Э + 1)/2 42

0,966 ()3 + 1)/ -об

1, l 154 ((((13 + 1(/6 3

0,8259

1 г/ -13

1, 1547 и,12/3 +3

0,855 а о а о а,о

1/2

0,5

t/47

0,5774 ((/3 16

0,4275 а,о а о)

I алло

1/2

0,5

1/ -!Э

0,5774 ((/3 «t6

0,4275

8/ «ГЗ

4,62

4>837 а<о а o%

Основной и проме)6(уточ" иый отводы: а яу

Через ПЭ соединены с ростом угла cI) в пределах:

0-30 эл.град. сбли)((аются

30-60 эл.град. уяаяяятся с ЪЪ1 хсЬ ) а сbt, согласно согласно! а(с b встречно

1

t (I согласно

У а с Ъ( а1с Ь а с Ъа а с Ь

a c bit встречно встречно согласно встречно согласно

i (60 +if )

Ц36/2 (- 3 + 1)/2 ъ!2

0,866 0,966

1 ((3+ 1)/ Гб

1 t, 1l54

ft/3 . 2 (t(43 + t)6 43

0>7405 0,8259 аin(60 -If)

13/2 1/ (2

0,866 0,7071

1,Г2/Э

1 0,8165 а /3 42 (1/3 ГЭ

0,7405 0,6046

in lf

0: (13 -1)/2 «12

О 0,2588

0 (13- 1)/ 6

О 0,2989

О 1в (-)1 Э - 1) /6 -(13

0 0,2213

4 2 2(t + 1/ 3)

4 4,462

4,2 4,672 асу асс

;13/П2

0,886

1 в/3 42

0,7405 а(ят

1/ „Г2 ГЗ/2

0,707 t 0,866

° ф7з

0,8165 1 з /3 f(/3-Д

0,6046 0,7405

ein(60 - Д) о . (-)ГЭ - 1) /2 - (2 0

0,2588 0 (3- 1)/ 6 0

0,2989 0

ff (3 — 1) /б -61 Э О

0,2213 0

2 +2(t +1/ (3) 4

4,462 4

4,672 4 2

1642567

1642567

1642567

Ю=Е ю ra

ОУО ц Х

@иг.8

04

О f0 20 30 40 50 9Р3

Фиг. Ю

Составитель А.Иванов

Техред С.Мигунова Корректор A.Îcàóëåíêo

Редактор В.Фельдман

Закаэ 1434 Тираж 392 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям лри ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 И

1 (4 (2) pe

О о е ю пщ итИ

Фи9