Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации

ИСТОЧНИК ПОСТОЯИИОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 16-ТИ КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИИ
Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания электропотребителей постоянного тока, не допускающих большие пульсации выпрямленного напряжения, или при питании от сети переменного напряжения критичной к влиянию на нее преобразователей.
Известен источник постоянного напряжения с п - кратной частотой пульсации, содержащий В  п вентилей и два источника переменных ЭДС с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально по отношению друг к другу и формирующихся на обмотках двух однофазных трансформаторов. Это устройство обладает определенной общностью, позволяя получить ряд частных схемных реализаций с соответствующей частотной кратностью пульсаций 1.
Недостатком данного устройства являются большое количество отдельных частей вторичных обмоток и большое число их витков, что обуславливает значительные массогабаритные показатели и высокую установленную мощность устройства. Кроме того, реализация этого источника постоянного напряжения требует выполнения большого количества непосредственных гальванических соединений всех отводов между собой в эквипотенциальных точках, что также приводит к значительному усложнению конструкции источника и технологии его изготовления.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с и - кратной частотой пульсации (здесь осуществляется сравнение только для п  16), содержащий В  «  16 вентилей и два источника исходных переменных ЭДС, каждый из двух частей с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, при этом
М.Кл. Н 02 М 7/08
ОДИН из отводов каждого источника фазосдвинутой (ФС) ЭДС выполнен от средней точки и образует по одному выходному выводу, при четных значениях и (и  2, 4, ..., 2у,...)каждая из частей источника фазосдвинутой ЭДС выполнена с одинаковым числом /С отводов, которое при п - 4, 8,...,
4v,... равно v  % и равно числу К  отводов каждой части второго
источника ФС ЭДС (/Г,,.  А), каждый из этих отводов соединен с двумя
вентилями, а все вентили по отношению к отводам данного источника ФС ЭДС имеют одинаковое направление включения, причем, пары вентилей, подключенные к отводам первого источника ФС ЭДС, другими одноименными электродами попарно соединены между собой и образуют закрытый четырехвентильный мостик, при этом свободные точки соединения этих электродов, образующие два выхода указанного мостика, соединены соответственно с парами отводов упомянутых частей второго источника фазосдвинутой ЭДС, при и  4уА-еи К  -  отводы указанных источников выполнены на топологическом расстоянии от их средней точки равном sin(2K-)в и sin2Ke относительно амплитуды выходного напряжения в
режиме холостого хода, причем К  Ку 2.
Недостатком этого устройства являются большие массогабаритные показатели и установленная мош,ность вторичных обмоток, которые имеют высокое суммарное витковое число W  Ум/  показывающее отношение
общего (суммарного) числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков W - принятому равным числу витков с амплитудой напряжения на них равной амплитуде U выходного напряжения в режиме холостого хода устройства, которое для рассматриваемого прототипа при п  16 равно Wg2  3,93.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 16 - ти кратной частотой пульсации, обладающего меньшими массогабаритными показателями и меньшей установленной мощностью за
W /
счет снижения общего количества витков вторичных обмоток трансформаторов и эффективного их использования в выпрямительном процессе.
Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 16 - ти кратной частотой пульсации содержит шестнадцать В  16 вентилей и два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по четыре вторичных обмотки со средними точками каждая, при этом, по одной из этих обмоток в разных источниках ФС ЭДС соединены своими выводами с отдельными цепочками из четырех вентилей, которые по отношению к выводам обмотки данного источника фазосдвинутой ЭДС имеют одинаковое направление включения, но разное для каждого из этих источников фазосдвинутых ЭДС, причём электроды последних вентилей, указанных цепочек, соединены между собой в каждом из двух источников фазосдвинутой ЭДС и образуют противоположные выходные выводы устройства с подключенной нагрузкой, к которым подключены также средние точки этих обмоток от противоположных источников фазосдвинутой ЭДС, выводы остальных обмоток также подключаются в пределах каждого из источников фазосдвинутых ЭДС к уже упомянутым цепочкам вентилей в местах последовательного их соединения с шагом подключения через один вентиль в каждой цепочке, при этом, одноименные выводы пары обмоток каждого источника фазосдвинутой ЭДС подключены к одной и той же, собственной для данного источника фазосдвинутой ЭДС, цепочки вентилей с указанным шагом подключения, одна - от начала, другая - от конца этих цепочек, выводы последней, из оставшихся обмоток в каждом источнике фазосдвинутой ЭДС, подключены в середину этих же вентильных цепочек, причём, полярность подключения этих выводов к цепочкам является обратной по отношению к предыдущим двум обмоткам, средние же точки этих трех обмоток одного источника фазосдвинутой ЭДС соединены со средними точками трех обмоток другого
источника фазосдвинутой ЭДС по принципу «обмотка с обмоткой, однако, соединяемые по этому принципу обмотки должны иметь равноудаленное подключение своих выводов к цепочкам вентилей в одном источнике фазосдвинутой ЭДС от начала вентильной цепочки, а в другом - от конца вентильной цепочки.
Источник постоянного напряжения с 16 - ти кратной частотой пульсации (Фиг. 1) содержит два трансформаторных источника исходных переменных ЭДС 1 и 2 (первичные обмотки трансформаторов на схеме не показаны), сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по четыре вторичных обмотки 19...22 и 23...26, со средними точками каждая 27...34. Каждый вывод одной из обмоток 21 и 24 в разных источниках фазосдвинутых ЭДС подключены к цепочкам из четырех последовательно соединенных вентилей, соответственно, 3...6, 7... 10 и 11... 14, 15... 18, которые по отношению к выводам обмоток 21 и 24 имеют одинаковое направление включения, но разное для источников 1 и 2 ФС ЭДС.
Электроды крайних вентилей 6, 10 и 14, 18 указанных последовательных цепочек в первом и втором источниках ФС ЭДС соединены между собой и образуют два выходных вывода устройства 35 и 36, к которым подключена нагрузка 37, а также средние точки 29 и 32 соответствующих обмоток 21 и 24, причем средние точки 29 и 32 имеют перекрестное включение по отношению к выходным выводам устройства, а именно, средняя точка 29 обмотки 21 первого источника ФС ЭДС соединена с выходным выводом 36, который образован упомянутыми вентилями во втором источнике ФС ЭДС, а средняя точка 32 обмотки 24 второго источника ФС ЭДС, соединена с выходным выводом 35 образованным подобным образом вентилями в первом источнике ФС ЭДС.
Выводы остальных обмоток 19, 20, 22 и 23, 25, 26, соответственно первого и второго источников ФС ЭДС подключаются в пределах каждого источника ФС ЭДС к уже образованным цепочкам вентилей в местах их
последовательного соединения таким образом, что выводы обмотки 19 включены между вентилями 5, 6 и 9, 10, обмотки 20 - между вентилями 3, 4 и 7, 8, а обмотки 22 подключены в середину цепочек между вентилями 4, 5 и 8, 9. Выводы обмоток 26, 25...23 второго источника ФС ЭДС подключены соответственно между вентилями 13, 14 и 17, 18, вентилями 11, 12и15, 16и в середину цепочек между вентилями 12, 13 и 16, 17.
Таким образом, обмотки каждого источника ФС ЭДС подключаются к вентильным цепочкам с одинаковым шагом через один вентиль.
Средние точки 27, 28, 30 обмоток первого источника ФС ЭДС соединяются соответственно со средними точками 33, 34, 31 обмоток второго источника ФС ЭДС, причем соединяемые обмотки должны иметь равноудаленное подключение своих выводов к вентильным цепочкам, при этом, для одного источника ФС ЭДС от начала, а для другого - от конца вентильных цепочек.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми диаграммами (Фиг.2) и векторными на (Фиг.З) диаграммами (для активной нагрузки). Волновые диаграммы показывают принцип формирования напряжений на вторичных обмотках трансформаторных источников фазосдвинутых ЭДС за один период выпрямления Т. На Фиг.4 представлены алгоритмы работы полуобмоток источников ФС ЭДС и алгоритм включения вентилей за каждый интервал времени, равный 22,5 эл.град. и соответствующий одной пульсности выпрямленного напряжения. Из представленного алгоритма (Фиг.4) видно, что обмотки 20 и 25 источников ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 270 эл.град. за один период выпрямления Т, обмотки 21,22 и 23,24 работают 157,5 эл.град., а обмотки 19 и 26 - 90 эл.град. Если принять относительное число витков обмоток 21 и 24; 22 и 23; 19 и 26, соответственно равным 1,0; 0,93; 069; 0,39, то средняя условная продолжительность нагрузки на одну обмотку каждого источника ФС ЭДС составит 224,25 эл.град. Данный факт подтверждает высокую степень использования вторичных обмоток источников ФС ЭДС. 5
Из алгоритма работы вентилей можно определить среднюю условную продолжительность проводящего состояния вентиля за один цикл выпрямления, которая составляет 90 эл.град. Для принятых ранее относительных витков обмоток, суммарное число витков всех вторичных обмоток источников ФС ЭДС составит Ws  12,04, а базовое число витков WE  5,02, которое определяется, как и в прототипе, числом витков с амплитудой напряжения на них равной амплитуде Udo выходного напряжения в режиме холостого хода устройства. Тогда суммарное витковое число WB2  Wz / WB, показывающее отношение общего (суммарного) числа витков Ws всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков WE будет равно WB2  2,398. Соответственно, суммарное витковое число для сравниваемого прототипа соствляет WBI  3,93, что в 1,64 раза больше, чем в предложенном устройстве. Таким образом, значительно меньшее число витков вторичных обмоток источников ФС ЭДС и эффективное их использование позволяют снизить массогабаритные показатели и установленную мощность источника постоянного напряжения.
Источники информации, принятые во внимании при экспертизе:
1.А.С. СССР № 434546. Преобразователь двухфазного напряжения в многофазное / Г.И.Шапкайц, В.Н.Оранский - 1322713/27 - 7; Заявл. 07.04.69; Опубл. 30.06.74; Бюл. №24.
2.А.С. СССР JVo 1086524. Источник постоянного напряжения с п кратной частотой пульсации / А.М.Репин - 3440785/24 - 07; Заявл. 21.05.82; Опубл. 1.04.84; Бюл. УЬ14. 6
Проректор НГТУ по научной работе  , Д.Т.Н., профессор Ж / / // А.Г. Вострецов