ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 32-КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИИ

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в постоянное для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и электротехнологических установок на постоянном токе.
Известен источник постоянного напряжения с n-кратной частотой пульсации, содержащий В=n вентилей и два источника исходных переменных ЭДС с отводами, сдвинутых по фазе ортогонально по отношению друг к другу и формирующихся на обмотках двух однофазных трансформаторов, один из указанных отводов второй фазосдвинутой ЭДС выполнен от ее средней точки и образует один из выходов устройства [А.с. СССР №434546, 1969].
Недостатком этого устройства является плохие массогабаритные показатели, большая установленная мощность его трансформаторов и большое количество непосредственных гальванических соединений отводов между собой в эквипотенциальных точках, что приводит к нарушению электромагнитных процессов, вызываемых технологическим разбросом чисел витков соединенных частей обмоток, сложная структура сборки выпрямительной части источника.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является [А.с. СССР №1086524, 1984] источник постоянного напряжения с n-кратной (здесь рассматривается только n=32) частотой пульсации, содержащий В=n вентилей (рассматривается В=32 вентиля) 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
x
x
x
x
x
x
x
x
x
х
x
x
x
x
x
x
фазосдвинутой ЭДС выполнен от средней точки и образует один выходной вывод, другой выходной вывод образован одним из отводов первого источника фазосдвинутых ЭДС, причем каждый из остальных его отводов соединен через один из В вентилей с соответствующим отводом второго источника фазосдвинутых ЭДС или источник отличающийся от указанного тем, что все вентили по отношению к отводам данного источника фазосдвинутой ЭДС имеют одинаковое направление включения, или источник отличающийся от указанных выше тем, что при четных значениях n (n=2, 4, ...2ν, ...) точка соединения двух частей первого источника фазосдвинутой ЭДС образует среднюю точку, каждая из этих частей выполнена с одинаковым числом к отводов, которое при n=4, 8, ..., 4ν, ...32... равно ν=n/4 и равно числу отводов каждой части второго источника фазосдвинутой ЭДС (к'=к), при n=2, 6, 10, ..., 2(2ν-1), ... это число к равно ν=(n+2)/4 и больше на единицу указанного числа к' (к'=к-1), причем, в последнем случае к к-м отводам первого источника фазосдвинутой ЭДС подключены по одному одноименными электродами два вентиля, другие электроды которых соединены со средней точкой второго источника фазосдвинутой ЭДС, а к каждому из попарно к'-x отводов такими же электродами подключено при любых n=2ν по два вентиля, которые другими одноименными электродами попарно соединены между собой и образуют закрытый четырехвентильный мост, при этом свободные точки соединения этих электродов, образующие два входа указанного моста, соединены соответственно с парами (к-к)-х при n=2(2ν-1) либо (к-к'+1)-х при n=4ν отводов упомянутых частей первого источника фазосдвинутой ЭДС, а также источники, один из которых отличается от предыдущего тем, что при n=4ν к-я пара отводов первого источника фазосдвинутой ЭДС и соответственно (к'-к)-я пара второго источника фазосдвинутой ЭДС соединены со средней точкой второго (первого) источника фазосдвинутой ЭДС через подключенные к ним одноименными электродами два вентиля, а к-я пара отводов первого источника фазосдвинутой ЭДС соединена через закрытый четырехвентильный мост с (к'-к)-ми отводами второго источника фазосдвинутой ЭДС или
источник отличающийся тем, что при n=4ν к-е и к"-е отводы указанных источников выполнены на топологическом расстоянии от их средних точек равном sin(2k-1)θ и sin2k'θ (θ=π/n) относительно амплитуды выходного напряжения в режиме холостого хода, причем к=к".10, а другой тем, что (к=к')-е отводы указанных источников выполнены на топологическом расстоянии от их средних точек равном sin2kθ относительно амплитуды выходного напряжения в режиме холостого хода.
Недостатком прототипа являются относительно большое количество (32) независимых частей вторичных обмоток источников ЭДС, соединенных в эквипотенциальных точках и большое число (8) значений витковых чисел, что приводит к конструктивной несимметрии вентильных обмоток, снижает качество преобразования переменного тока в постоянный, усложняет технологичность изготовления устройства, ухудшает его массогабаритные показатели, и он имеет относительно большую установленную мощность трансформаторного оборудования.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 32-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие массогабаритные показатели и лучшую технологичность изготовления.
Указанная задача достигается тем, что в источнике постоянного напряжения с 32-кратной частотой пульсации, содержащем 32 вентиля и два источника ортогональных переменных ЭДС, каждый источник имеет семь отдельных обмоток со средними точками, а из всех вентилей устройства сформированы четыре однонаправленные цепочки по восемь однонаправленных вентилей в каждой, причем выводы обмоток одного источника соединены с одной парой указанных вентильных цепочек, а выводы обмоток другого источника - с другой парой вентильных цепочек, 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 противоположной полярности 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 средние точки обмоток источников соединены между собой попарно, при этом ближняя к одному выходному выводу незадействованная средняя точка обмоток одного источника соединяется с дальней от второго выходного вывода незадействованной средней точкой обмоток второго источника.
На Фиг.1 приведена принципиальная схема предложенного источника; на Фиг.2 - структура построения векторной диаграммы результирующих напряжений; на Фиг.3 - волновые диаграммы напряжений вторичных обмоток и выпрямленного напряжения на интервале повторяемости модулей напряжений вторичных обмоток. Источник постоянного напряжения с 32-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 тридцать два вентиля 3...34, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по семь вторичных обмоток 35...41 и 42...48, соответственно, со средними точками, причем в одном источнике фазосдвинутой ЭДС обмотки 35...41 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из восьми последовательно и согласно соединенных вентилей 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 и 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, а в другом источнике фазосдвинутой ЭДС обмотки 42...48 соединены своими выводами с двумя собственными однонаправленными цепочками, состоящими из восьми последовательно и однонаправленно соединенных
вентилей 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 и 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34. Выводы обмотки 35 подключены в точках последовательного соединения вентилей 3 и 5 - один вывод, 4 и 6 - второй вывод; выводы обмотки 36 подключены в точках последовательного соединения вентилей 5 и 7 - один вывод, 6 и 8 - второй вывод; выводы обмотки 37 подключены в точках последовательного соединения вентилей 7 и 9 - один вывод, 8 и 10 - второй вывод; выводы обмотки 38 подключены в точках последовательного соединения вентилей 9 и 11 - один вывод, 10 и 12 - второй вывод; выводы обмотки 39 подключены в точках последовательного соединения вентилей 11 и 13 - один вывод, 12 и 14 - второй вывод; выводы обмотки 40 подключены в точках последовательного соединения вентилей 13 и 15 - один вывод, 14 и 16 - второй вывод; выводы обмотки 41 подключены в точках последовательного соединения вентилей 15 и 17 - один вывод, 16 и 18 - второй вывод. Выводы обмотки 42 подключены в точках последовательного соединения вентилей 19 и 21 - один вывод, 20 и 22 - второй вывод; выводы обмотки 43 подключены в точках последовательного соединения вентилей 21 и 23 - один вывод, 22 и 24 - второй вывод; выводы обмотки 44 подключены в точках последовательного соединения вентилей 23 и 25 - один вывод, 26 и 28 - второй вывод; выводы обмотки 45 подключены в точках последовательного соединения вентилей 25 и 27 - один вывод, 22 и 24 - второй вывод; выводы обмотки 46 подключены в точках последовательного соединения вентилей 27 и 29 - один вывод, 28 и 30 - второй вывод; выводы обмотки 47 подключены в точках последовательного соединения вентилей 29 и 31 - один вывод, 30 и 32 - второй вывод; выводы обмотки 48 подключены в точках последовательного соединения вентилей 31 и 33 - один вывод, 32 и 34 - второй вывод. К электродам средних вентилей цепочек присоединены разнополярные выводы смежных обмоток. Вентили 3 и 4 одной пары цепочек вентилей и вентили 33 и 34 другой пары цепочек вентилей соединены одноименными крайними электродами попарно и образуют два выходных вывода устройства, анодный 49 и катодный 50, к которым подключена нагрузка 51. Вентили 17, 18 одной пары цепочек и вентили 19, 20 другой пары цепочек
соединены одноименными крайними электродами, и точки этих соединений связаны соответственно со средней точкой обмотки 48 и со средней точкой обмотки 35, при этом средние точки обмоток 36...41 соединены соответственно со средними точками обмоток 42...47.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется векторными (Фиг.2) и волновыми (Фиг.3) диаграммами. Построения, приведенные на Фиг.2, поясняют принцип формирования четырехфазных систем напряжений на базе вторичных обмоток и порядок их коммутации за четверть периода сетевого напряжения. Волновые диаграммы (Фиг.3) иллюстрируют процесс включения вторичных обмоток трансформаторных источников фазосдвинутых ЭДС в токопроводящее состояние и форму кривой выпрямленного напряжения при активной нагрузке за четверть периода переменного напряжения источников фазосдвинутых ЭДС.
Из волновых диаграмм (Фиг.3) можно определить, что обмотки 35, 48 участвуют в преобразовательном процессе 336,6 эл. град. за период; обмотки 36, 47 - 291,6 эл. град.; обмотки 37, 46 - 248,4 эл. град.; обмотки 38, 45 - 203,4 эл. град.; обмотки 39, 44, - 156,6 эл. градуса; обмотки 40, 43 - 111,6 эл. град.; обмотки 41, 42, - 68,4 эл. градуса.
Относительные числа витков полуобмоток, при которых форма огибающей выпрямленного напряжения наиболее близка к оптимальной, равны: для полуобмоток, принадлежащих обмоткам 35, 36, 37, 46, 47, 48 - 1,0; для полуобмоток, принадлежащих обмоткам 38, 39, 44, 45 - 0,7071; для полуобмоток, принадлежащих обмоткам 40, 41, 42, 43 - 0,4142.
B2
Σ
Б
Σ
Б
С учетом относительных чисел витков полуобмоток можно определить суммарное витковое число вторичных обмоток источников фазосдвинутых 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 выходного напряжения в режиме холостого хода устройства. Базовое число витков для данного устройства определено на основании
Б
В2
Σ
Б
волновых диаграмм (Фиг.3) и равно W=10,532. Таким образом, суммарное витковое число предлагаемого устройства будет равно W=W/W=1,42 (у прототипа - 3,98). Суммарная установленная мощность трансформаторов предлагаемой полезной модели при соединении первичных обмоток по схеме Скотта и питании от трехфазной сети составляет всего 1,093 от мощности нагрузки, что позволяет значительно уменьшить массогабаритные показатели устройства.
За счет снижения количества вторичных обмоток с тридцати двух в прототипе до двадцати восьми в предложенной полезной модели, и за счет выполнения этих обмоток только с тремя числами витков, вместо восьми, улучшены условия электромагнитных связей и упрощена технология их изготовления, причем возможность более рационального размещения полуобмоток позволяет минимизировать магнитные поля рассеяния.
Таким образом, предлагаемый источник имеет меньшие массогабаритные показатели и лучшую технологичность изготовления.