Источник постоянного тока

ИСТОЧНИК ПОСТОЯИИОГО ТОКА
Источник постоянного тока относится к электротехнике и силовой преобразовательной технике и предназначен для преобразования переменного тока в постоянный для питания потребителей постоянного тока, не допускающих перебоев в снабжении их электроэнергией, связанных с повреждением силовых преобразовательных приборов выпрямителя и некритичных, или ограниченно критичных к качеству выпрямленного напряжения и продолжительности работы с такими напряжениями.
Известны источники постоянного тока с двухфазными выпрямителями однофазного тока, устройства защиты которых обеспечивают непрерывную работу потребителей при полном токе нагрузки в случае повреждения одного или нескольких преобразовательных приборов (в дальнейшем, с целью обобщения - вентилей) 1.
С точки зрения предназначения модели, недостатками таких устройств является сложность их конструктивного исполнения, высокая стоимость устройств защиты и предназначенность только для ряда применений, когда потребители высококритичны к качеству выпрямленного напряжения. Существует ряд применений, когда потребители имеют ограниченные требования к качеству постоянного тока в продолжительном или ограниченном интервале времени потребления энергии, для которых достаточными являются более дешевые способы повышения степени их жизнедеятельности при аварийных ситуациях, связанных с выходом из строя вентилей выпрямителя источника питания.
Наиболее близким по технической сущности к модели, принятым за прототип, является источник постоянного тока, содержащий однофазный трансформатор, имеющий одну вторичную обмотку и четыре вентиля.
включенных по однофазной мостовой схеме с плавким предохранителем (автоматом) на стороне переменного тока моста 2.
Недостатком этого устройства является то, что при закорачивании (пробое) р-п - перехода одного из вентилей моста происходит короткое замыкание источника питания моста через малое прямое сопротивление неповрежденного вентиля в смежном вентильном плече на время, по крайней мере, части периода сетевого напряжения. При этом срабатывает защита в виде автомата или быстродействующего плавкого предохранителя и источник постоянного тока отключается от питающей сети, не обеспечивая бесперебойное питание потребителей.
Задача полезной модели - создание источника постоянного тока, обеспечивающего бесперебойное питание потребителей при повреждении одного из вентилей выпрямителя.
Указанная задача достигается тем, что источник постоянного тока содержит однофазный трансформатор с двумя вторичными обмотками, подключенными к двум однонаправленным цепочкам вентилей, каждая из которых состоит из трех последовательно и согласно соединенных вентилей, крайние одноименные электроды крайних вентилей цепочек соединены попарно и образуют выходные выводы устройства, каждая пара выводов одной вторичной обмотки соединена с парой точек последовательного соединения вентилей, одинаково удаленных от одного из выходных выводов, а каждая пара выводов второй обмотки соединена с незадействованной парой точек последовательного соединения вентилей цепочек таким образом, что к разноименным электродам средних вентилей цепочек подключены противофазные выводы обмоток, при этом в разрыв одного из выводов одной вторичной обмотки включен предохранитель, а в разрыв одного из выводов другой вторичной обмотки включен другой предохранитель, с отличным от первого предохранителя током уставки.
Фиг. 3 приведены таблицы с оценкой вероятностей работы устройств модели и прототипа при различных повреждениях вентилей и рабочими состояниями модели при пробое вентилей.
Источник постоянного тока (Фиг.1) содержит однофазный трансформатор 1, шесть вентилей 2...7 и два предохранителя 8, 9, причем трансформатор имеет две вторичные обмотки 10, 11, соединенные своими выводами с двумя цепочками вентилей 2, 4, 6 и 3, 5, 7, при этом один вывод обмотки 10 подключен к точке последовательного соединения вентилей 3 и 5, а другой через предохранитель 8 к точке последовательного соединения вентилей 2 и 4; один вывод обмотки 11 подключен к точке последовательного соединения вентилей 4 и 6, а другой через предохранитель 9 к точке последовательного соединения вентилей 5 и 7, причем крайние одноименные электроды вентилей 2 и 3, 6 и 7 соединены попарно и образуют, соответственно, катодный 12 и анодный 13 выходные выводы устройства, к которым подключена нагрузка 14.
Принцип работы устройства (Фиг.1) иллюстрируется волновыми диаграммами (Фиг. 2) для интервалов времени, определенных двумя полупериодами Т/2 сетевого напряжения, то есть 180 эл. градусов. Волновые диаграммы показывают работу выпрямителя предлагаемого устройства при закорачивании (пробое) р-п-перехода и при обрывах внутренних цепей в одном из крайних или в одном из средних вентилей цепочек схемы предлагаемого устройства. В таблицах (Фиг.З) приведены результаты сравнительного анализа надежности устройств модели и прототипа. В табл. 1 приведены общие вероятности работы модели и прототипа при определенной надежности вентилей, равной 0,9. В табл. 2 приведены вероятности работы модели и прототипа при наиболее вероятном случае выхода из строя одного вентиля. В табл. 3 показаны варианты рабочих состояний модели при пробое п вентилей. 3
замыкания содержит предохранители 8 и 9. Один из них рассчитан на срабатывание при токе, развиваемом при коротком замыкании одной из обмоток трансформатора, при котором ещё не происходит пробоя р-п перехода у смежного с поврежденным вентиля, а другой рассчитан на несколько меньший ток срабатывания. В этом случае при пробое р-п перехода у одного из средних вентилей цепочек раньше срабатывает предохранитель с меньшим током уставки и разрывает цепь тока короткого замыкания, обеспечив тем самым заш;иту смежного вентиля и работу выпрямителя на нагрузку со сниженным уровнем выходного напряжения. При пробое р-п - перехода у одного из крайних вентилей цепочек срабатывает предохранитель, вк;ш)ченный в цепи тока короткого замыкания через поврежденный вентиль и разрывает цепь протекания тока короткого замыкания через смежный с поврежденным вентиль. Типовые варианты работы предлагаемого устройства и уровни рабочих напряжений на выходе устройства после повреждений вентилей показаны на волновых диаграммах.
Из таблиц (Фиг.З), составленных по результатам анализа надежности предлагаемого устройства и прототипа, видно, что вероятность работы полезной модели при установленных пределах эксплуатационных показателей для множества повреждений, связанных с пробоем вентилей значительно выше вероятности рабочего состояния прототипа, несмотря на увеличение числа вентилей. Принимая, как наиболее вероятный, случай пробоя только одного вентиля, из волновых диаграмм (Фиг. 2) видно, что модель сохраняет работоспособность с уменьшенным средним уровнем выходного напряжения. Прототип в этом случае не работоспособен, что подтверждают расчеты надежности, приведенные в табл. 2. В случае обрыва внутренней цепи одного из вентилей вероятность работоспособного состояния модели составляет 0,354, а прототипа - 0,292.
случае потери одним или несколькими вентилями (в определенных их комбинациях) способности запирать обратное напряжение (то есть при пробое) или при обрыве внутренних цепей.
,/n ,- , - -f -1 с, -,
, I-1 } / /7 V,-. -5
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.Тиристоры (технический справочник). Пер. с англ., под ред. В.А. Лабунцова, С.Г. Обухова, А.Ф. Свиридова. - М.: «Энергия, Изд. 2-е доп., 1971.-560 с.
2.Справочник радиолюбителя-конструктора. Под общ. ред. P.M. Малинина. - М.: «Энергия, 1973. - 408 с.
Проректор НГТУ
по научной раб
Д.Т.Н., професс« 1
А.Г. Вострецов