Источник постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации

ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 24-х КРАТНОЙ
ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИИ
Полезная модель относится к электротехнике и к силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания электродвигателей постоянного тока, не допускающих больших пульсаций выпрямленного напряжения или при питании от сети переменного напряжения критичной к влиянию на неё преобразователей.
Известен источник постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации, содержащий В  24 вентиля и два источника переменных ЭДС с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально по отношению друг к другу и формирующихся на обмотках двух однофазных трансформаторов 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 п - кратной (здесь рассматривается только п - 24) частотой пульсации, содержащий В  24 вентиля и два источника исходных переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, каждый из двух частей, точки соединения которых образуют средние точки и являются выходными выводами устройства. При чётных
значениях n  4, 8, 12, 16, 20, 24... каждая из этих частей выполнена с одинаковым числом отводов, которое равно v п/4, к каждому из попарно взятых отводов одного источника фазосдвинутой (ФС) ЭДС одноименными электродами подключены n вентилей, каждая четверка которых образует закрытые мостики. Эти мостики своими входами соединены с парами отводов, упомянутых частей другого источника ФС ЭДС, а все их вентили имеют одинаковое направление включения относительно отводов данной ФС ЭДС. При этом амплитудно-фазовая симметрия токообразующих ЭДС S (...п) обеспечивается выполнением всех отводов на топологическом расстоянии от средних точек, равном sin(2k - 1)0 относительно амплитуды выходного напряжения в режиме холостого хода. В этом случае суммарное витковое число WIB, равное 4.cos0, составляет, например, при n  24 W,B  3,.
Недостатком этого устройства являются большие массогабаритные показатели и установленная мощность вторичных обмоток, которые имеют высокое суммарное витковое число     3,97, показывающее отношение общего числа витков Wj; всех частей вторичных обмоток к базовому числу витков WE - принятому равным числу витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде Udo выходного напряжения в режиме холостого хода устройства.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации, обладающего меньшими массогабаритными показателями и меньшей установленной мощностью за счёт снижения общего числа витков вторичных обмоток трансформаторных источников ФС ЭДС и лучшего их использования в выпрямительном процессе.
Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации содержит два исходных трансформаторных источника неременных ЭДС, сдвинутых по фазе
ортогонально друг к другу, и двадцать четыре В  24 вентиля, каждый источник ФС ЭДС имеет по шесть вторичных обмоток со средними точками, причем выводы обмоток в каждом источнике ФС ЭДС соединены с двумя собственными цепочками, состоящими из шести последовательно и согласно включенных вентилей, при этом выводы одной из обмоток в каждом источнике ФС ЭДС подключены к началам собственных цепочек вентилей, которые имеют одно направление включения по отношению к обмоткам в одном источнике ФС ЭДС и противоположное направление включения в другом источнике ФС ЭДС, а каждая пара выводов незадействованных обмоток соединена с парой равноудалённых точек последовательного соединения вентилей собственных цепочек таким образом, что разноимённые электроды каждого из пяти первых вентилей цепочек соединены с противофазными выводами обмоток, при этом крайние и одноимённые электроды последних вентилей цепочек, соединённые попарно образуют выходные выводы устройства, каждый из которых дополнительно соединён со средней точкой обмотки, выводы которой связаны с вентильными цепочками, образующими противоположный выходной вывод устройства, причем незадействованные средние точки обмоток одного источника ФС ЭДС соединены с незадействованными средними точками обмоток другого источника ФС ЭДС взаимоперекрёстно, то есть незадействованная средняя точка обмотки, подключенной к ближним от начала вентильных цепочек точкам последовательного соединения вентилей, соединяется с незадействованной средней точкой обмотки другого источника ФС ЭДС, подключенной к дальним точкам последовательного соединения вентилей цепочек.
Источник постоянного напряжения с 24-х 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 двадцать четыре вентиля 3...26, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по шесть вторичных
обмоток 27...32 и 33...38, соответственно, со средними точками 39...44 и 45...50, причем в одном источнике ФС ЭДС обмотки 27...32 соединены своими выводами с двумя собственными цепочками, состоящими из шести последовательно включенных однонаправленных вентилей 3...8и9...14, ав другом источнике ФС ЭДС обмотки 33...38 соединены своими выводами с двумя собственными цепочками, состоящими из шести последовательно включенных однонаправленных вентилей 15...20 и 21...26, при этом выводы обмотки 27 в первом и 33 во втором источниках ФС ЭДС подключены к началам указанных вентильных цепочек, которые имеют одинаковое направление включения вентилей по отношению к собственным обмоткам, но разное направление для каждого источника ФС ЭДС 1 и 2. Пять других обмоток 28...32 и 34...38, соответственно, в каждом источнике ФС ЭДС подключены своими выводами к собственным цепочкам вентилей в точках их последовательного соединения. Выводы обмотки 28 присоединены между 3,4 и 9,10 вентилями противофазно подключению к вентилям 3,9 выводов обмотки 27; выводы обмотки 29 присоединены между 4,5 и 10,11 вентилями противофазно подключению к вентилям 4,10 обмотки 28 и, в соответствии с этим правилом противофазности подключений, выводы остальных обмоток 30...32 одного источника ФС ЭДС присоединены, соответственно, между вентилями 5,6и 11, 12;6, 7и 12, 13;7, 8и 13, 14, а выводы обмоток другого источника ФС ЭДС 34...38 присоединены, соответственно, между вентилями 15, 16 и 21, 22; 16, 17 и 22, 23; 17, 18 и 23, 24; 18, 19 и 24, 25; 19, 20 и 25, 26, также с соблюдением правила противофазности подключения выводов обмоток к вентилям. Одноимённые электроды крайних вентилей цепочек 8, 14 и 20, 26 соединены между собой попарно и образуют два выходных вывода устройства, катодный 51 и анодный 52, к которым подключена нафузка 53, а также средние точки 39, 45 обмоток 27, 33, соответственно, причем средние точки включены перекрестно по отношению к выходным выводам, а именно, средняя точка 39 соединена с выводом 52, а средняя точка 45 с выводом 51. Средние точки 40, 41, 42, 43, 44 обмоток первого
источника ФС ЭДС соединены, соответственно, со средними точками 50, 49, 48, 47, 46 обмоток второго источника ФС ЭДС, причем соединяемые в средних точках обмотки должны иметь равноудаленное подключение своих выводов к вентильным цепочкам, для одного источника ФС ЭДС от начал, а для другого - от концов вентильных цепочек, то есть указанные средние точки соединены взаимоперекрёстно.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновой (Фиг.2), векторной (Фиг.З) диаграммами и эквивалентными схемами вторичных цепей (Фиг.4). Волновые диаграммы (Фиг.2) показывают принцип формирования напряжений на вторичных обмотках трансформаторных источников ФС ЭДС за четверть периода Т, от О до 90 эл. градусов. Векторная диаграмма токообразующих ЭДС в фазовой плоскости (Фиг.З) поясняет принцип формирования выходного напряжения устройства при активной нагрузке. 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 полуобмоток источников ФС ЭДС и вентилей выпрямителя за каждый интервал времени, соответствующий одной пульсности выпрямленного напряжения, и равный 15 эл. градусов, представлены на Фиг. 5.
Из алгоритмов работы (Фиг.5) видно, что обмотка 27 в первом и обмотка 33 во втором источнике ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 165 эл. фад. за период Т, обмотки 28, 34 - 300 эл. град., обмотки 29, 35 - 240 эл. град., обмотки 30, 36 - 180 эл. град., обмотки 31, 37 - 120 эл. град., обмотки 32, 38-60 эл. град.
Относительное число витков полуобмоток определяется по формуле WK  sin к|3, где (3 - угол пульсации, а к  1...6 - номера обмоток в каждом источнике ФС ЭДС при их счёте, начинающемся с обмоток, подключенных выводами к последним вентилям цепочек. Относительное число витков
равно: для полуобмоток 27а,б и 33а,б - 1,0; для полуобмоток 28а,б и 34а,б 0,9659; для полуобмоток 29а,б и 35а,б - 0,866; для полуобмоток 30а,б и 36а,б - 0,707; для полуобмоток 31а,б и 37а,б - 0,5; для полуобмоток 32а,б и 38а,б 0,2588. Суммарное число витков равно Wj;  17,19. Средняя условная продолжительность (в эл. град.) нагруженного состояния обмоток в каждом источнике ФС ЭДС, определённая как сумма произведений относительных чисел витков соответствующих полуобмоток на длительность (эл. град.) их работы, поделенная на суммарное витковое число всех обмоток Wj; в данном источнике ФС ЭДС, равна 201,4 эл. град., что характеризует достаточно высокую степень использования вторичных обмоток источников ФС ЭДС. На основании приведенного алгоритма работы вентилей можно определить среднюю условную продолжительность проводящего состояния вентиля за период переменного напряжения, которая для данного устройства составляет 90 эл. градусов.
С учетом относительных чисел витков полуобмоток, определённых ранее, можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС WBZ  , показывающее, как и в прототипе, отношение 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 данного устройства можно определить на основании волновых диаграмм (Фиг.2) и алгоритма работы обмоток (Фиг.5), которое составляет WB 7,5956. Соответственно, суммарное витковое число в предлагаемом устройстве будет равно WB2  2,263, что в 1,754 раза меньше суммарного виткового числа прототипа, равного WBZ  3,97.
Таким образом, значительно меньшее число витков вторичных обмоток источников ФС ЭДС и эффективное их использование позволяют улучшить массогабаритные показатели и снизить установленную мощность вторичных
обмоток трансформаторов источника постоянного напряжения с 24-х кратной частотой пульсации до значения 1,18352.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.А.С.СССР №434546. Преобразователь двухфазного напряжения в многофазное/ Г.И.Шапковитц, В.Н.Оранский - 1322713/27 - 7; Заявл. 07.04.69;Опубл. 30.06.74; Бюл. №24.
2.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.
Проректор ПГТУ по научной работ)Еннвд Д.Т.Н., професЖ Щ -/ А.Г.Вострецов