Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации

ИСТОЧНИК ИОСТОЯННОГО ИАПРЯЖЕНИЯ С 8- КРАТНОЙ ЧАСТОТОЙ НУЛЬСАЦИИ
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 8-кратной частотой пульсации, содержащий  вентилей и два источника исходных переменных ЭДС, каждый из двух частей, точки соединения которых образуют средние точки и являются выходными выводами устройства. Это устройство обладает определенной общностью, позволяя получить ряд частных схемных реализаций частотной кратности пульсаций устройства при четных ее значениях (4, 8, 12, 16...) 1.
Недостатком этого устройства является большое общее число витков вторичных обмоток трансформаторов, что обуславливает значительную величину установленной мощности, низкие массогабаритные показатели и, как следствие, возможность применять устройство для питания только маломощных потребителей.
Наиболее близким к полезной модели, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, содержащий восемь вентилей и два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, при этом трансформаторы содержат по две вторичных обмотки, каждая из которых разделена средними точками на две равные полуобмотки, общее число таких полуобмоток в каждом источнике переменной фазосдвинутой (ФС)
ЭДС равно к  к   4, а средние точкн обеих обмоток одного переменного источника образуют перекрестные соединения со средними точками двух обмоток другого источника переменной фазосдвинутой ЭДС, крайние выводы из числа (к - 2) и (к  - 2) полуобмоток каждого источника переменной ЭДС соединены с одноименными электродами двух вентилей, причем одноименные электроды этих вентилей являются разнополярными для полуобмоток каждого из источников переменной фазосдвинутой ЭДС, противоположные электроды этих вентилей образуют узловые соединения с крайними выводами других полуобмоток из оставшегося числа (к - 2) и (к  - 2), также в каждом из источников переменной 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 переменной фазосдвинутой ЭДС, а противоположные электроды каждого из этих пар вентилей подключены к уже образованным узловым соединениям 2.
Недостатком этого устройства является большое количество обмоток с большим общим числом витков (причем обмотки различаются числами витков и сечением применяемого обмоточного провода), что приводит к относительно высокой установленной мощности вторичных обмоток трансформаторов, большим массогабаритным показателям и сложности конструкции.
Задача полезной модели - создание источника постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации, имеющего меньшие массогабаритные показатели, меньшую установленную мощность вторичных обмоток трансформатора и более простую конструкцию.
Указанная задача достигается тем, что источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации содержит два исходных трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и восемь  вентилей, каждый источник
фазосдвинутых (ФС) ЭДС имеет одну вторичную обмотку со средней точкой, причем выводы обмотки каждого источника ФС ЭДС соединены с собственным для источника однофазным вентильным мостом, катодная группа вентилей одного из которых образует один, а анодная фуппа другого второй выходные выводы устройства, причем незадействованная по выходу вентильная группа каждого моста соединена со средней точкой обмотки, соединенной с другим мостом.
На Фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемой полезной модели; на Фиг.2 - волновые диаграммы; на Фиг.З - векторная диаграмма; на Фиг.4 - эквивалентные схемы; на Фиг.З - алгоритмы работы вторичных обмоток трансформаторов модели и алгоритмы включения вентилей.
Источник постоянного напряжения с 8-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 восемь вентилей 3... 10, оба источника фазосдвинутых ЭДС имеют по одной вторичной обмотке 11 и 12, соответственно, со средними точками 13 и 14, причем в одном источнике ФС ЭДС обмотка 11 соединена своими выводами со входом собственного вентильного моста, состоящего из четырех вентилей 3, 4, 5, 6, в точках последовательного соединения пар вентилей 3,5 и 4,6, а в другом источнике ФС ЭДС обмотка 12 соединена своими выводами со входом собственного моста, состоящего из четырех вентилей 7,8,9,10, в точках последовательного соединения пар вентилей 7,9 и 8,10. Катодная группа вентилей 3 и 4 одного моста и анодная группа вентилей 9 и 10 другого моста образуют выходные выводы устройства, соответственно, 15 и 16 к которым подключена нагрузка 17, а анодная группа вентилей 5 и 6 одного моста и катодная группа вентилей 7 и 8 другого моста подключены к средним точкам 14 и 13 вторичных обмоток противоположных им источников ФС ЭДС, соответственно.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми (Фиг.2), векторными (Фиг.З) диаграммами и эквивалентными схемами вторичных цепей (Фиг.4) для интервалов времени, определенных периодом смены фаз ортогональных ЭДС, то есть 90 эл. градусов. Волновые диаграммы и эквивалентные схемы иллюстрируют принцип формирования напряжений на вторичных обмотках трансформаторных источников ФС ЭДС и форму кривой выпрямленного напряжения при активной нагрузке за четверть периода переменного напряжения источников ФС ЭДС. На Фиг.З представлены алгоритмы работы полуобмоток источников ФС ЭДС и включения вентилей за каждый интервал времени, соответствующий одной пульсности выпрямленного напряженрш и равный 45 эл. градусов.
Из алгоритмов работы (Фиг.З) видно, что обмотка 11 в первом и обмотка 12 во втором источниках ФС ЭДС участвуют в преобразовательном процессе 270 эл. град, за период переменного напряжения, что предполагает одинаковое сечение обмоточного провода для всех вторичных обмоток. Относительные числа витков полуобмоток Па, б и 12а,б равны 1,0. Общая сумма относительных чисел витков равна Wj;  4. С учетом относительных чисел витков полуобмоток определено суммарное витковое число вторичных обмоток источников ФС ЭДС WBI  Wj;/W5, показывающее отнощение 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 определено на основании волновых диаграмм (Фиг.2) и равно WE  2,236. Таким образом, суммарное витковое число предлагаемого устройства равно WB2  1,79 (у прототипа-2,138). Число вторичных обмоток со средней точкой в модели равно двум, а у прототипа их четыре. Установленная мощность вторичных обмоток трансформаторов модели равна 1,127 (у прототипа 1,188). За счет равенства значений относительных чисел витков полуобмоток и возможности
применять обмоточный провод одинакового сечения улучшены условия электромагнитных связей и рационального размещения полуобмоток в каждом источнике ФС ЭДС, что позволило минимизировать магнитные поля рассеяния. Обратные напряжения, прикладываемые ко всем вентилям модели равны, и составляют не менее 0,93 от среднего уровня выходного напряжения (у прототипа для четырех вентилей это число равно 1,11, а для других четырех вентилей 0,79).
Таким образом, модель позволила снизить массогабаритные показатели и установленною мощность вторичных обмоток трансформаторов, уменьщилось число обмоток и общее число витков, выполняемых обмоточным проводом одного сечения и упростилась конструкция устройства. При этом форма кривой выпрямленного напряжения соответствует 8-кратной частоте пульсации.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.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.
2.Свид. РФ на полезную модель №27759. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации/Г.Н.Ворфоломеев, Н.И,Щуров, С.А.Евдокимов, С.В.Мятеж-2002116514/20; Заявл. 19.06.02; Опубл. 10.02.03; Бюл.№4.
Проректор iiTT ПО научной р,, Д.Т.Н., профеШШ mm ffir / Z А.Г.Вострецов