ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 36-КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИИ

Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, питания электротехнологических установок и получения высоких напряжений для линий электропередачи постоянного тока.
Известен источник постоянного напряжения с m-кратной частотой пульсации (рассматривается m=36) последовательного типа, содержащий шестьдесят три вентиля и шесть симметричных трехфазных источников переменных ЭДС, линейные напряжения которых сдвинуты по фазе на 10 эл. град. относительно друг друга [1] и известен также источник постоянного напряжения «(54) m - пульсный вентильный преобразователь» (рассматривается m=36) с многофазным вентильным мостом и трехфазным трансформатором с вторичной обмоткой, соединенной в треугольник с отпайками [2].
Недостатками этих источников является наличие гальванической связи между частями фаз вторичных обмоток трансформаторов, соединенных в звезды, треугольники, треугольники с отводами, неравносторонние зигзаги, что при высоковольтном исполнении источника требует дополнительных расходов на изоляцию и относительно большие обратные напряжения, прикладываемые к вентильным плечам мостов.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации [3], содержащий М источников произвольных ЭДС, неуправляемые И-ИЛИ, управляемые вентили, образующие N вентильных
х
хи
х
х
хiμ
xiμ
ячеек, причем ЭДС источников и вентили имеют одинаковое направление включения во всех источниках и вентильных ячейках и совместно с соответствующими линиями образуют ячейки преобразования, объединенные в ступени, содержащие определенное число ячеек преобразования, вентильные ячейки которых соединены между собой параллельно и образуют многоячейковые вентильные мосты, которые соединены между собой последовательно разнополярными выходами, а к свободным выходам первого и последнего многоячейковых вентильных мостов подключена нагрузка, при этом все ступени при числе N равном или не равном М, и равном nν, объединены в n звеньев, каждое n-е звено содержит μ групп с iхμ ступенями в каждой μ-й группе, а каждая iμ-я ступень содержит ν ячеек преобразования, где  μ - число ячеек преобразования в n-м звене;  μ - число ячеек преобразования в μ-й группе любого звена; ν - число ячеек преобразования в i-й ступени μ-й группы, М, N, n, μ, i, ν - целые положительные числа.
Недостатком этого устройства является определенное ограничение области применения, так как, в частности, не реализовано трехканальное двенадцатипульсное выпрямление с использованием ортогональных источников ЭДС.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации с ортогональными системами питающих напряжений, имеющего более широкую область применения за счет реализации трехканального двенадцатипульсного источника в структуре устройства модели.
Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации, содержит 18 источников
ЭДС, 72 вентиля, образующих 36 вентильных ячеек, причем ЭДС источников и вентили имеют одинаковое направление включения во всех источниках и вентильных ячейках и совместно с соединительными линиями образуют 18 ячеек преобразования, при этом ячейки преобразования разделены на 9 ступеней, содержащих по 2 ячейки преобразования, вентильные ячейки которых соединены между собой параллельно и образуют четырехячейковые вентильные мосты, причем ступени разбиты на три равные части, каждая из трех последовательно расположенных смежных мостов, при этом мосты каждой части соединены по переменным входам с тремя парами источников ЭДС, образующих систему ортогональных ЭДС, сдвинутую на треть периода относительно аналогичных систем ортогональных ЭДС, источники которых соединены со смежными мостами других ступеней, а между собой вентильные мосты соединены последовательно разнополярными выходами, причем к свободным выходам первого и последнего вентильных мостов подключена нагрузка.
На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого источника, построенного на базе двух трехстержневых трансформаторов; на Фиг.2 - векторная диаграмма источников ЭДС;
на Фиг.3 - векторная диаграмма, поясняющая формирование токообразующих ЭДС в трех ступенях выпрямителя; на Фиг.4 -волновые диаграммы двенадцатипульсного выпрямленного напряжения трех ступеней выпрямителя и кривая тридцатишестипульсного выходного выпрямленного напряжения; на Фиг.5 - алгоритмы работы обмоток и включения вентилей.
Источник постоянного напряжения с 36-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит трансформаторные источники переменных ЭДС 1 и 2, первичные обмотки которых соединены в скользящие треугольники, вторичные обмотки 3, 4, 5 одного трансформатора и 6, 7, 8 другого трансформатора являются источниками одной системы ортогональных
ЭДС, вторичные обмотки 9, 10, 11 одного трансформатора и 12, 13, 14 другого трансформатора являются источниками второй системы ортогональных ЭДС, а вторичные обмотки 15, 16, 17 одного трансформатора и 18, 19, 20 другого трансформатора являются источниками третьей системы ортогональных ЭДС и семьдесят два вентиля 21...92, образующих 9-ступенчатую структуру из четырехячейковых вентильных мостов, разбитую на три последовательно соединенных двенадцатипульсных выпрямителя 93, 94, 95, каждый из которых по переменным входам соединен со своей ортогональной системой ЭДС, образованных, соответственно, вторичными обмотками 3...8, 9...14, 15...20, при этом свободные катодная и анодная группы вентилей крайних мостов образуют выходные выводы устройства 96 и 97, к которым подключена нагрузка 98.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными (Фиг.2 и Фиг.3) и волновой (Фиг.4) диаграммами и алгоритмами работы обмоток и включения вентилей (Фиг.5). Векторные диаграммы показывают как из напряжений на вторичных обмотках трехфазных трансформаторов формируются три системы ортогональных ЭДС, сдвинутые между собой на 120 эл. градусов. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие формирование ортогональных ЭДС, приняты равными для обмоток 5, 6, 11, 12, 17, 18 - «0,268»; для обмоток 4, 7, 10, 13, 16, 19 - «0,732»; для обмоток 3, 8, 9, 14, 15, 20 - «1,0». На выходе каждой из трех частей выпрямителя формируются кривые выпрямленного напряжения с 12-кратной частотой пульсации, фрагмент такого преобразования показан в векторном виде на Фиг.3, а в волновом варианте - на Фиг.4. Результат последовательного сложения выходных напряжений девяти ступеней выпрямителя также приведен на Фиг.4. Видно, что на выходных выводах источника формируется выпрямленное напряжение с 36-кратной частотой пульсации. Алгоритм работы обмоток 3, 4, 5 и 6, 7, 8 (Фиг.5) поясняет порядок протекания через обмотки тока нагрузки; из него
d
и аналогичных алгоритмов для остальных обмоток следует, что обмотки 3, 8,9,14,15,20 работают по 300 эл.град., обмотки 4, 7, 10, 13, 16, 19 - по 180 эл.град., а обмотки 5, 6, 11, 12, 17, 18 - по 60 эл.град. Из алгоритма включения вентилей 21...44 (Фиг.5) и аналогичных алгоритмов для остальных вентилей следует, что вентили 21...24, 41...48, 65...72, 89...92 проводят ток 150 эл.град.; вентили 29...36, 53...60, 77...84 проводят ток 90 эл.град.; а вентили 25...28, 37...40, 49...52, 61...64, 73...76, 85...88 проводят ток 30 эл.град. за период сетевого напряжения. Обратное напряжение, прикладываемое к плечам мостов, не превышает 0,17 U.
Установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов равна 1,1014.
Таким образом, при использовании для питания вентильных мостов ортогональных ЭДС, расширена область применения устройства. Модель устройства состоит из трех выпрямителей с 12-кратной частотой пульсации, а наличие ступеней преобразования в модели и прототипе дает возможность выбора оптимального их числа в зависимости от требований по обратным напряжениям.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. А.С. СССР №729777. Преобразователь m-фазного переменного напряжения в постоянное / Ю.В.Потапов - 1966796 / 24-07; Заявл. 25.10.73; Опубл. 25.04.80; Бюл. №15.
2. А.с. СССР №748728. (54) m-пульсный вентильный преобразователь / А.И.Петляков, Е.М.Глух - 2424508 / 24-07; Заявл. 29.11.76; Опубл. 15.07.80; Бюл. №26.
3. А.с. СССР №917280. Вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.М.Репин - Заяв. №2938434 / 24-07; Заявл. 11.06.80; Опубл. 30.03.82; Бюл.№12.