ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 8-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 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  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 [1].
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 [2], содержащий восемь вентилей и два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, при этом трансформаторы содержат по две вторичные обмотки, каждая из которых разделена средними точками на две равные полуобмотки, общее число таких полуобмоток в каждом источнике фазосдвинутых (ФС) переменных ЭДС равно κ=κ'=4, а средние точки обеих обмоток одного источника переменных ФС ЭДС образуют перекрестные соединения со средними
точками двух обмоток другого источника переменных ФС ЭДС, крайние выводы из числа (κ-2) и (κ'-2) полуобмоток каждого источника переменных ЭДС соединены с одноименными электродами двух вентилей, причем одноименные электроды двух вентилей являются разнополярными для полу обмоток каждого из источника переменных ФС ЭДС, противоположные электроды этих вентилей образуют узловые соединения с крайними выводами других полу обмоток из оставшегося числа (κ-2) и (κ'-2), а также в каждом из источников переменных ЭДС, остальные
четыре вентиля соединены попарно одноименными электродами и образуют два выходных вывода с подключенной нагрузкой, причем одноименные электроды этих пар вентилей, образующих выходные выводы, являются разнополярными для каждого из источников переменных ФС ЭДС, а противоположные электроды каждого из этих пар вентилей подключены к уже образованным узловым соединениям.
Недостатком этого устройства являются относительно большие потери электрической энергии, так как полный ток нагрузки в любой момент времени протекает через три последовательно включенных вентиля, что снижает КПД устройства.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, обладающего 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, из которых сформирован восьмиячейковый мост, причем каждый трансформатор содержит по две идентично выполненные вторичные обмотки, при этом каждая вторичная обмотка источников фазосдвинутых переменных ЭДС снабжена отводами от точек, делящих вторичную обмотку фазосдвинутых переменных ЭДС на три части, причем первый от начала первой вторичной обмотки отвод первого
источника фазосдвинутых переменных ЭДС соединен с первым от начала второй вторичной обмотки отводом второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС, второй от начала первой вторичной обмотки отвод первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС соединен с первым от начала первой вторичной обмотки отводом второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС, первый от начала второй вторичной обмотки отвод первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС соединен со вторым от начала второй вторичной обмотки отводом второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС, второй от начала второй вторичной обмотки отвод первого источника фазосдвинутых переменных ЭДС соединен со вторым от начала первой вторичной обмотки отводом второго источника фазосдвинутых переменных ЭДС, при этом каждый вывод каждой вторичной обмотки источников фазосдвинутых переменных ЭДС соединен с одной из ячеек вентильного моста, а анодный и катодный выводы моста образуют два выхода устройства, к которым подключена нагрузка.
На Фиг.1 приведена схема предлагаемого источника; на Фиг.2 -волновые диаграммы напряжений на вторичных обмотках трансформаторов и кривая выпрямленного напряжения; на Фиг.3 - векторная диаграмма формирования токообразующих ЭДС на комплексной плоскости; на Фиг.4 -эквивалентные схемы, раскрывающие алгоритмы работы обмоток трансформаторов и включения вентилей в разные моменты периода сетевого напряжения; на Фиг.3 - алгоритмы работы обмоток трансформаторов и включения вентилей.
Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС 1 и 2 (первичные обмотки трансформаторов на схеме не показаны), сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей 3...18, из которых сформирован восьмиячейковый мост, при этом оба источника ФС переменных ЭДС имеют по две идентично выполненные вторичные обмотки 19, 20 и 21, 22, соответственно, при этом каждая из вторичных обмоток
снабжена двумя отводами от точек 23, 24; 25, 26 в первом источнике ФС ЭДС и 27, 28; 29, 30 во втором источнике ФС ЭДС, делящих обмотки 19 и 20 первого источника переменной ФС ЭДС и обмотки 21, 22 второго источника переменной ФС ЭДС на три равные части 19а, 19б, 19; 20а, 20б, 20в и 21a, 21б, 21в; 22а, 22б, 22в, соответственно, причем отводы соединены парами между собой: отвод от точки 23 первого источника переменной ФС ЭДС соединен с отводом от точки 28 второго источника переменной ФС ЭДС; отвод от точки 24 первого источника переменной ФС ЭДС соединен с отводом от точки 30 второго источника переменной ФС ЭДС; отвод от точки 25 первого источника переменной ФС ЭДС соединен с отводом от точки 27 второго источника переменной ФС ЭДС; отвод от точки 26 первого источника переменной ФС ЭДС соединен с отводом от точки 29 второго источника переменной ФС ЭДС; при этом выводы вторичных обмоток обоих источников ФС переменных ЭДС, соединены с вентильными ячейками моста, а анодный и катодный выводы моста образуют два выхода устройства 31 и 32, к которым подключена нагрузка 33.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2) и векторными (Фиг.3) диаграммами. Из волновых и векторных диаграмм видно, как формируются напряжения на вторичных обмотках каждого источника ФС ЭДС и кривая выпрямленного напряжения.
Эквивалентные схемы (Фиг.4) раскрывают алгоритмы работы вентилей и вторичных обмоток трансформаторов и поясняют принцип формирования токообразующих ЭДС для интервалов времени, определенных периодом смены фаз ортогональных ЭДС, то есть 90 эл. градусов. 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.5.
Из алгоритма (Фиг.5) видно, что части вентильных обмоток 19б, 20б в первом и обмотки 216, 226 во втором источнике переменной ФС ЭДС
Σ
Σ
Б
d0
Б
B2
T
участвуют в преобразовательном процессе 360 эл. град. за период Г, а части вентильных обмоток 19а, 19в, 20а, 20в, 21а, 21в, 22а, 22в - 90 эл. град. за период Т. Относительное число витков равно: для частей вентильных обмоток 19б, 20б, 21б и 22б - 1,0; для частей вентильных обмоток 19а,в, 20а,в, 21а,в и 22а,в - 0,7071. Суммарное число витков равно W=9,6568. С учетом относительных чисел витков частей вентильных обмоток можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС , показывающее, отношение общего суммарно числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков W, которое равно числу витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде выходного напряжения u в режиме холостого хода устройства. Базовое число витков для данного устройства W=2,6131. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W=3,6955. Установленная мощность трансформаторов S=1,183. Действующие значения токов, протекающих через все части вентильных обмоток равны, что позволяет применять обмоточные провода одинакового сечения, тем самым, повышая технологичность изготовления.
Из алгоритма включения вентилей, приведенного на Фиг.5, и эквивалентных схем, показанных на Фиг.4, видно, что в любой момент времени в цепи протекания тока нагрузки включены только два вентиля, что на одну треть сокращает потери электрической энергии в вентильных цепях по сравнению с прототипом, где в любой момент времени ток протекает через три последовательно включенных вентиля.
Уменьшение потерь электрической энергии приводит к увеличению КПД источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации.
Источник информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. 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.
2. Свидетельство РФ №27759. Источник переменного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Евдокимов С.А., Мятеж С.В. - Заяв. №2002116514/20; Заявл. 19.06.02; Опубл. 10.02.03; Бюл. №4.