ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 20-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 20-кратной частотой пульсации, содержащий два источника ортогональных ЭДС и двадцать вентилей, каждый источник имеет по пять вторичных обмоток со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике соединены с двумя собственными цепочками, состоящими из пяти последовательно и согласно включенных вентилей [1].
Недостатком этого источника является большая установленная мощность и большое число частей вторичных обмоток в трансформаторе.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 20-кратной частотой пульсации [2], содержащий два источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и двадцать вентилей, при этом каждый источник имеет четыре вторичные обмотки со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике ФС ЭДС соединены с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из пяти 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 незадействованные точки соединения крайних вентилей каждой пары цепочек соединены со средними точками обмоток противоположных источников фазосдвинутых ЭДС, соединенных своими выводами с вентилями собственных цепочек, электроды которых образуют выходные выводы устройства, а незадействованные пары средних точек обмоток соединены между собой взаимоперекрестно, то есть незадействованные средние точки обмоток, соединенных с вентилями ближними к выходному выводу цепочек одного источника, соединены с незадействованными средними точками обмоток противоположного источника, соединенных с дальними от другого выходного вывода вентилями цепочек.
Недостатком этого источника является относительно большая величина установленной мощности, обусловленная большим числом составных частей вторичных обмоток трансформаторов и недостаточным использованием их в преобразовательном процессе.
Задача полезной модели -создание источника постоянного напряжения с 20-кратной частотой пульсации, обладающего меньшей установленной мощностью за счет снижения числа составных частей вторичных обмоток и лучшего их использования.
Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 20-кратной частотой пульсации, содержит два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу и сорок вентилей, образующих 10 однофазных вентильных мостов, каждый источник фазосдвинутых ЭДС имеет по пять вторичных обмоток, причем каждая вторичная обмотка в каждом источнике фазосдвинутых ЭДС соединена со своим однофазным
вентильным мостом, при этом мосты в каждом источнике соединены последовательно, а незадействованные однополярные электроды крайних вентилей мостов соединены попарно и образуют выходные выводы устройства, при этом точки последовательного соединения мостов, равноудаленные от выходных выводов, соединены между собой.
На Фиг.1 приведена схема предлагаемого источника; на Фиг.2 -волновые диаграммы напряжений на вторичных обмотках трансформаторов и кривой выпрямленного напряжения; на Фиг.3 - векторная диаграмма формирования токообразующих ЭДС на комплексной плоскости; на Фиг.4 -эквивалентные схемы, раскрывающие алгоритмы работы обмоток и включения вентилей в разные моменты периода сетевого напряжения; на Фиг.5 -алгоритмы работы обмоток и включения вентилей.
Источник постоянного напряжения с 20-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 сорок вентилей 3...42, при этом оба источника переменных ФС ЭДС имеют по четыре вторичных обмотки 43... 47 и 48... 52, соответственно, причем каждая обмотка в каждом источнике ФС ЭДС соединена с собственным однофазным вентильным мостом; обмотки 43...47 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 3...6, 7...10, 11...14, 15...18, 19...22, а обмотки 48...52 соединены, соответственно, с мостами из вентилей 23...26, 27...30, 31...34, 35...38, 39...42. Мосты в каждом источнике соединены последовательно и сформированные из вентилей 3, 4 и 23, 24 катодные и из вентилей 21, 22 и 41, 42 анодные группы этих соединений соединены попарно, образуя выходные выводы, катодный 53 и анодный 54, к которым подсоединена нагрузка 55.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2) и векторными (Фиг.3) диаграммами, эквивалентными схемами
(Фиг.4) и алгоритмами работы обмоток и включения вентилей (Фиг.5). Из волновых и векторных диаграмм видно, как формируются напряжения на вторичных обмотках каждого источника ФС ЭДС. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие 20-кратную частоту пульсации выпрямленного напряжения, приняты равными для обмоток 43 и 52: -«1,0», для обмоток 44 и 51 -«0,902», для обмоток 45 и 50 -«0,716», для обмоток 46 и 49 -«0,459», для обмоток 47 и 48 -«0,158».
Продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 43, 52, равна 162 эл. град., причем по этим обмоткам проходит ток в течение 324 эл. град., продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 44, 51 равна 126 эл. град., причем по этим обмоткам проходит ток в течение 252 эл. град., продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 45, 50, равна 90 эл. град., причем по этим обмоткам проходит ток в течение 180 эл. град., продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 46, 49 равна 54 эл. град., причем по этим обмоткам проходит ток в течение 108 эл. градусов, а продолжительность проводящего состояния вентилей мостов, соединенных с обмотками 47, 48 равна 18 эл. град., причем по этим обмоткам проходит ток в течение 36 эл. градусов. Указанные продолжительности работы обмоток говорят о высокой степени их использования в преобразовательном процессе.
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 обмоток источников ФС ЭДС и включения вентилей выпрямителя за каждый интервал времени, соответствующий одной пульсации выпрямленного напряжения и равный 18 эл. град., представлены на Фиг.5.
Σ
В2
Σ
E
Σ
Б
do
б
в2
Суммарное число витков вторичных обмоток равно W=6,47. С учетом относительных чисел витков обмоток можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС W=W/W, показывающее, как и в прототипе, отношение общего суммарного числа витков W всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков W, которое равно числу витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде U выходного напряжения в режиме холостого хода источника. Базовое число витков для данного устройства W=3,235. Соответственно, суммарное витковое число будет равно W=2.
Установленная мощность вторичных обмоток равна 1,1022 (у прототипа -1,11). Число целых (без отпаек) частей вторичных обмоток в предлагаемом источнике равно 10, а в прототипе их -16. Установленная мощность трансформаторов при соединении их первичных обмоток по схеме Скотта равна 1,092 (у прототипа-1,096).
Таким образом, предлагаемый источник имеет меньшую установленную мощность за счет меньшего числа частей, составляющих вторичные обмотки трансформаторов и повышения степени их использования в преобразовательном процессе.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Патент РФ №34293. Источник постоянного напряжения с 20-кратной частотой пульсации/Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В. - Заяв. №2003120682/20; Заявл. 08.07.03; Опубл. 27.11.03; Бюл.№33.
2. Патент РФ №36752. Источник постоянного напряжения с 20-кратной частотой пульсации/Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В., Малоземов Б.В. - Заяв. №2003133814/20; Заявл. 19.11.03; Опубл. 20.03.04; Бюл.№8.