ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С 24-КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИИ

Полезная модель относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и предназначается для преобразования переменного напряжения в высоковольтное постоянное напряжение для питания тяговых нагрузок электрического транспорта и получения высоких напряжений для линий электропередачи постоянного тока.
Известны источники постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации последовательного типа, содержащие двадцать четыре вентиля и четыре симметричных трехфазных источника переменных ЭДС, линейные напряжения которых сдвинуты по фазе на 15 эл.град. относительно друг друга, соединенных каждый со своим трехфазным мостом, которые включены последовательно с нагрузкой [1].
Недостатком этого источника является гальваническая связь частей фаз вторичных обмоток трансформатора, разные величины действующих токов в обмотках, соединенных в треугольники, звезды или неравносторонние зигзаги, относительно высокий коэффициент нагрузки плеч мостов обратным напряжением, что при высоковольтном применении источника недостаточно рационально.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации [2], содержащий М источников произвольных ЭДС, неуправляемые И-ИЛИ, управляемые вентили, образующие N вентильных ячеек, причем ЭДС 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
х
хи
х
х
xiμ
хiμ
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 nμ, объединены в n звеньев, каждое n-е звено содержит ν групп с ixμ ступенями в каждой μ-й группе, а каждая iμ-я ступень содержит ν ячеек преобразования, где  -число ячеек преобразования в n-м звене;  - число ячеек преобразования в μ-и группе любого звена; ν - число ячеек преобразования в i-и ступени μ-и группы, М, N, n, μ, i, ν - целые положительные числа.
Недостатком этого устройства является ограниченная область применения, так как, в частности, не осуществлено многоканальное восьмипульсное выпрямление, реализуемое при ортогональных источниках питания.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации с ортогональными системами питающих напряжений, имеющего более широкую область применения за счет реализации трехканального восьмипульсного источника в структуре устройства модели.
Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации содержит 12 источников ЭДС, сорок восемь вентилей, образующих 24 вентильных ячейки, причем ЭДС источников и вентили имеют одинаковое направление включения во всех источниках и вентильных ячейках и совместно с соединительными линиями образуют 12 ячеек преобразования, при этом ячейки
преобразования объединены в шесть ступеней, содержащих по две ячейки преобразования, вентильные ячейки которых соединены между собой параллельно и образуют четырехячейковые вентильные мосты, причем каждая из трех последовательно расположенных пар смежных мостов соединена по переменному входу с двумя парами источников ЭДС, которые образуют систему ортогональных ЭДС, сдвинутую на треть периода относительно аналогичных систем ортогональных ЭДС, источники которых соединены с другими парами мостов, а между собой вентильные мосты соединены последовательно разнополярными выходами, причем к свободным выходам первого и последнего вентильных мостов подключена нагрузка.
На Фиг.1 - приведена схема предлагаемого источника; на Фиг.2 -векторная диаграмма источников ЭДС; на Фиг.3 - векторная диаграмма, поясняющая формирование токообразующих ЭДС в первых двух ступенях выпрямителя; на Фиг.4 - волновые диаграммы выпрямленного напряжения трех пар ступеней выпрямителя и кривая выходного выпрямленного напряжения; на Фиг.5 - алгоритмы работы обмоток и включения вентилей; на Фиг.6 - схема предлагаемого источника, выполненного на базе двух трехфазных трансформаторов.
Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации (Фиг.1) содержит трансформаторный источник переменных ЭДС 1, первичные обмотки трансформатора 2, 3, 4 соединены в звезду (в треугольник), вторичные обмотки 5 и 6 соединены встречно-последовательно и являются источником одной ортогональной ЭДС, обмотка 7 является источником второй ортогональной ЭДС; вторичные обмотки 8 и 9 соединены встречно-последовательно и являются источником одной ортогональной ЭДС, обмотка 10 является источником второй ортогональной ЭДС; вторичные обмотки 11 и 12 соединены встречно-последовательно и являются источником одной ортогональной ЭДС, обмотка 13 является источником второй ортогональной ЭДС;
вторичные обмотки 14 и 15 соединены встречно-последовательно и являются источником одной ортогональной ЭДС, обмотка 16 является источником второй ортогональной ЭДС; вторичные обмотки 17 и 18 соединены встречно-последовательно и являются источником одной ортогональной ЭДС, обмотка 19 является источником второй ортогональной ЭДС; вторичные обмотки 20 и 21 соединены встречно-последовательно и являются источником одной ортогональной ЭДС, обмотка 22 является источником второй ортогональной ЭДС; сорок восемь вентилей 23... 70 образуют шестиступенчатый выпрямитель из шести четырехячейковых вентильных мостов, соединенных последовательно разнополярными выходами в точках, образованных вентилями 27...30 и 31...34; 35...38 и 39...42; 43...46 и 47...50; 51...54 и 55...58; 59...62 и 63...66, а свободные выходы крайних мостов образуют катодный 71, образованный вентилями 23...26, и анодный 72, образованный вентилями 67...70, выходные выводы устройства, к которым подключена нагрузка 73, причем к вентильным ячейкам из вентилей 23, 27 и 24, 28 присоединены общие выводы обмоток 5, 6, а к вентильным ячейкам из вентилей 25, 29 и 26, 30 присоединены выводы обмотки 7, образуя одну ступень преобразования; к вентильным ячейкам из вентилей 31, 35 и 32, 36 присоединены общие выводы обмоток 8, 9, а к вентильным ячейкам из вентилей 33, 37 и 34, 38 присоединены выводы обмотки 10, образуя вторую ступень преобразования; к вентильным ячейкам из вентилей 39, 43 и 40, 44 присоединены общие выводы обмоток 11, 12, а к вентильным ячейкам из вентилей 41, 45 и 42, 46 присоединены выводы обмотки 13, образуя третью ступень преобразования; к вентильным ячейкам из вентилей 47, 51 и 48, 52 присоединены общие выводы обмоток 14, 15, а к вентильным ячейкам из вентилей 49, 53 и 50, 54 присоединены выводы обмотки 16, образуя четвертую ступень преобразования; к вентильным ячейкам из вентилей 55, 59 и 56, 60 присоединены общие выводы обмоток 17, 18, а к вентильным ячейкам из вентилей 57, 61 и 58, 62 присоединены выводы обмотки 19,
образуя пятую ступень преобразования; к вентильным ячейкам из вентилей 63, 67 и 64, 68 присоединены общие выводы обмоток 20, 21, а к вентильным ячейкам из вентилей 65, 69 и 66, 70 присоединены выводы обмотки 22, образуя шестую ступень преобразования;
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 трехфазного трансформатора формируются три системы ортогональных ЭДС, сдвинутые между собой на 120 эл. градусов. Относительные числа витков обмоток, обеспечивающие формирование ортогональных ЭДС, приняты равными для обмоток 8, 9, 14,15, 20 и 21 - «0,239»; для обмоток 7, 13, 19 - «0,4142»; для обмоток 5, 6, 11, 12, 17 и 18 - «0,577»; для обмоток 10, 16, 22 - «1,0». На выходе каждой из трех смежных пар ступеней преобразования выпрямителя формируются кривые выпрямленного напряжения с 8-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 шести ступеней выпрямителя также приведен на Фиг.4. Видно, что на выходных выводах источника формируется выпрямленное напряжение с 24-кратной частотой пульсации. Алгоритм работы обмоток 5,6,7 и 8,9,10 (Фиг.5) поясняет порядок протекания через обмотки тока нагрузки; из него и аналогичных алгоритмов для остальных обмоток следует, что обмотки 5, 6, 10, 11, 12, 16, 17, 18, 22 работают по 270 эл.град., а обмотки 7, 8, 9, 13, 14, 15, 19, 20, 21 - по 90 эл.град. Из алгоритма включения вентилей 23...38 (Фиг.5) и аналогичных алгоритмов для остальных вентилей следует, что вентили 23, 24, 27, 28, 33, 34, 37, 38, 39, 40, 43, 44, 49, 50, 53, 54, 55, 56, 59, 60, 65, 66, 69, 70 проводят ток 135 эл.град. а вентили 25, 26, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 41, 42, 45, 46, 47, 48, 51, 52, 57, 58, 61, 62, 63, 64, 67, 68 - 45 эл.град. за период сетевого напряжения. Обратное напряжение, прикладываемое к вентилям
d
d
первой группы, не превышает 0,24U, а к вентилям второй группы - не превышает 0,12U.
Установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов равна 1,186, а коэффициент установленной мощности устройства (Фиг.1) равен 1,094.
На Фиг.6 приведена принципиальная схема источника для случая, когда три источника ортогональных ЭДС формируются на вторичных обмотках двух трехфазных трансформаторов.
Таким образом, расширена область применения при использовании ортогональных ЭДС для питания мостов устройства. Модель устройства состоит из трех выпрямителей с 8-кратной частотой пульсации, а наличие ступеней преобразования в модели и прототипе дает возможность выбора их оптимального числа в зависимости от требований по обратным напряжениям.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Шляпошников Б.М. Игнитронные выпрямители для тяговых подстанций железных дорог. - М.: 1947. - 736 с.
2. 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.