ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 12-КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИИ

ИСТОЧНИК постоянного НАПРЯЖЕНИЯ с 12 - КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ НУЛЬСАЦИИ
Полезная модель относится к электротехнике и к силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение для питания тяговых нафузок электрического транспорта и электротехнологических установок на постоянном токе.
Известен источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий  вентилей и два источника исходных переменных ЭДС, каждый из двух частей с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, при этом один из отводов второго источника фазосдвинутой (ФС) ЭДС выполнен от средней точки и образует один выходной вывод, при этом источники ФС ЭДС дополнительно снабжены соответствующим числом выводов, другой выходной вывод образован одним из отводов первого источника ФС ЭДС 1.
Недостатком этого устройства является большое количество отдельных, гальванически соединенных между собой вторичных обмоток трансформаторов и больщое число их витков, что обуславливает значительную величину установленной мощности, плохие массогабаритные показатели и, как следствие, возможность применять устройство для питания только маломощных и низковольтных потребителей.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащий два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и
двенадцать вентилей, при этом каждый источник ФС ЭДС имеет по две вторичных обмотки со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике соединены с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из трех последовательно и согласно включенных вентилей, при этом каждая пара выводов каждой обмотки соединена с парой точек последовательного соединения вентилей, равноудаленных от концов цепочек таким образом, что к разноименным электродам средних вентилей цепочек подключены противофазные выводы обмоток, при этом крайние одноименные электроды крайних вентилей в каждой паре цепочек соединены и в одной паре цепочек одна точка соединения одноименных электродов образует один из выходных выводов устройства, а в другой паре цепочек точка соединения электродов противоположного наименования образует второй выходной вывод устройства, причем каждая незадействованная точка соединения крайних электродов вентилей цепочек соединена со средней точкой обмотки, противоположной данным цепочкам и соединенной своими выводами с вентилями собственных цепочек, электроды которых образуют выходные выводы устройства, а незадействованные средние точки двух других обмоток соединены между собой 2.
Недостатком этого устройства является значительная разница средних токов, протекающих через вентили разных групп выпрямителя и разница обратных напряжений, приложенных к ним, что вынуждает изготовителя применять вентили разных номиналов по мощности. Кроме того, в любой момент времени, выпрямленный ток проходит через четыре последовательно включенных вентиля, что обуславливает определенные потери мощности в выпрямителе.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие потери мощности в выпрямителе и меньшую неравномерность загрузки вентилей.
еШ1(20
Указанная задача достигается тем, что в источнике постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, содержащем два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать В-12 вентилей, каждый источник ФС ЭДС имеет по две вторичные обмотки со средними точками, причем каждый из крайних выводов одной из обмоток в каждом источнике ФС ЭДС соединен с началом собственной последовательной цепочки, состоящей из двух вентилей, имеющих одно направление включения в одном источнике и противоположное направление включения в другом, крайние одноименные электроды вентилей цепочек соединены попарно, образуя выходные выводы устройства, каждый из которых соединен с нагрузкой и со средней точкой обмотки, соединенной своими выводами с собственными цепочками вентилей, образующих противоположный вывод, причем средние точки двух оставщихся незадействованными обмоток соединены между собой, а их выводы соединены с точками последовательного соединения вентилей цепочек противоположного источника, при этом выводы начал этих обмоток соединены с вентилями цепочек, соединенных с концами обмоток противоположного источника, причем каждый вывод обмоток, соединенных с началами цепочек соединен также через однонаправленный с вентилями цепочек вентиль с точкой последовательного соединения вентилей смежной цепочки.
На Фиг.1 приведена принципиальная схема модели предлагаемого источника; на Фиг.2 - волновые диаграммы напряжений; на Фиг.З векторная диаграмма токообразующих ЭДС; на Фиг.4 - эквивалентные схемы вторичных цепей для интервалов времени кратных 90 эл.град.; на Фиг. 5 - алгоритмы работы вторичных обмоток трансформаторов источника и алгоритмы включения вентилей.
Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации (Фиг. 1) содержит два исходных трансформаторных источника переменной ЭДС 1 и 2 (первичные обмотки трансформаторов на схеме не показаны).
сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двенадцать вентилей 3...14. Оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по две вторичные обмотки 15, 16 и 17, 18, соответственно, со средними точками 19, 20 и 21, 22. В одном источнике ФС ЭДС обмотка 15 соединена выводами с началами однонаправленных вентильных цепочек, состоящих из двух вентилей 3,4 и 6,7, а в другом источнике обмотка 18 соединена выводами с началами вентильных цепочек, имеющих противоположное по отнощению к вышеупомянутым цепочкам направление включения, и состоящих из двух вентилей 10,11 и 13,14 каждая. Одноименные электроды последних вентилей цепочек 4,7 в одном и 11,14 в другом источнике соединены, образуя выходные выводы устройства 23 и 24, к которым присоединена нафузка 25, причем к выводу 23 присоединена средняя точка 22 обмотки 18 источника 2, а к выводу 24 присоединена, соответственно, средняя точка 19 обмотки 15 источника 1. Средние точки 20 и 21 обмоток 16 и 17 соединены между собой, а концы обмоток подключены к серединам вентильных цепочек, подключенных к обмоткам противоположного источника: начало обмотки 16 подключено к точке последовательного соединения вентилей 13 и 14, конец к точке соединения вентилей 10 и 11; начало обмотки 17 подключено к точке соединения вентилей 6 и 7, конец к точке соединения вентилей 3 и 4. Начало каждой вентильной цепочки соединено также через одиночный однонаправленный с вентилями цепочек вентиль с точкой последовательного соединения вентилей смежной цепочки, то есть вывод обмотки 15, соединенный с вентилем 3 связан через вентиль 5 с точкой соединения вентилей 6 и 7, а вывод, соединенный с вентилем 6 связан через вентиль 8 с точкой соединения вентилей 3 и 4; вывод обмотки 18, соединенный с вентилем 10 связан через вентиль 9 с точкой соединения вентилей 13 и 14, а вывод, соединенный с вентилем 13 связан через вентиль 12 с точкой соединения вентилей 10 и 11.
(Фиг.2), векторными (Фиг.З) диаграммами и эквивалентными схемами вторичных цепей (Фиг.4) для интервалов времени, определенных периодом смены фаз ортогональных ЭДС, то есть 90 эл. градусов. Волновые диаграммы и эквивалентные схемы иллюстрируют принцип формирования напряжений на вторичных обмотках трансформаторных источников ФС ЭДС и форму кривой выпрямленного напряжения при активной нагрузке за четверть периода переменного напряжения источников ФС ЭДС. На Фиг.З представлены алгоритм работы полуобмоток источников ФС ЭДС и алгоритм включения вентилей за период сетевого напряжения с дискретностью переключений, соответствующей одной пульсности выпрямленного напряжения.
Из алгоритмов (Фиг.З) видно, что обмотка 13 в первом и обмотка 18 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 122,4 эл. град, за период, а обмотка 16 в первом и обмотка 17 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 180 эл. град, за период.
Относительные числа витков равны: для полуобмоток 16а,б и 17а,б1,0; для полуобмоток 13а,б и 18а,б - 0,43. Общая сумма относительных чисел витков равна   3,8.
С учетом относительных чисел витков полуобмоток, указанных ранее, можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС WB2  WS/WB. Это число показывает отнощение общего суммарного числа витков Wj всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков WE, которое равно числу витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде Udo выходного напряжения в режиме холостого хода устройства. Базовое число витков для предлагаемого устройства определено на основании волновых диаграмм (Фиг.2) и равно WE  2,03. Тогда суммарное витковое число WB2 - 2,83. Установленная мощность трансформаторов модели равна 1,183 при питании трансформаторов модели от двухфазной ортогональной сети, или
1,274 при питании от трехфазной сети через трансформаторный преобразователь числа фаз. Вентили в устройстве загружены равномерно, так как восемь из них проводят ток 61,24 эл. град., четыре 57,68 эл. град, за период, тогда как у прототипа четыре вентиля работают 180, четыре 122,32 и четыре- 57,68 эл. градусов. Близкие значения средних токов и прикладываемых к вентилям в течении периода сетевого напряжения обратных напряжений позволяют применять вентили одинаковой мощности. Из эквивалентных схем вторичных цепей (Фиг.4) и алгоритма включения вентилей (Фиг.5) видно, что цепь тока нагрузки содержит два вентиля, тогда как у прототипа в эту цепь включены четыре вентиля. Относительные значения действующих токов через вторичные обмотки трансформаторов модели 0,7071 и 0,5831, отличаются меньше, чем значения 0,9164 и 0,7071 у прототипа, что позволяет унифицировать модель не только по применяемым вентилям, но и по обмоточным проводам.
Таким образом, у предложенного источника уменьшены потери мощности в выпрямителе и уменьшена неравномерность загрузки вентилей.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.А.с. СССР № 1086524. Источник постоянного напряжения с п-кратной частотой пульсации / А.М.Репин-3440785/24-07; Заявл. 21.05.82; Опубл. 15.04.84; Бюл.№ 14.
2.Патент РФ N° 34041. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.Д., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В. // 2003119757/20; Заявл. 01.07.03; Опубл. 20.11.03; Бюл.№ 32.