Шестифазный импульсный генератор Российский патент 2023 года по МПК H02M7/501 

I. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники, автоматики и преобразовательной техники и автоматики. Рассматривается импульсный генератор шестифазного переменного напряжения с управляемой частотой. Работа генератора базируется на аппроксимации синусоидальных функций напряжений фаз периодической последовательностью импульсных функций, описанной в работах [1, 2].

I.1 Уровень техники

В настоящее время одной из самых распространенных многофазных электрических систем является трехфазная система, включающая трехфазный генератор, трехфазную линию электропередачи и трехфазные двигатели. Вместе с тем, в отдельных областях техники эффективно используются многофазные электрические системы, отличные от трехфазных. К шестифазным относятся многофазные электродвигатели для привода электромобилей, преобразовательные установки, турбогенераторы, шестифазные электродвигатели.

В работе [3] приводятся результаты исследований по применению шестифазной системы электропривода электромобиля на основе асимметричного шестифазного электродвигателя и двух автономных источников электропитания. Показаны преимущества применения шестифазных преобразовательных систем с синхронной векторной модуляцией для систем средней и большой мощности. Шестифазные вентильно-индукционные двигатели [8], обладающие минимальными шумами, вибрациями, пульсациями момента описаны в отечественных патентах RU 2483416 C1, RU 2540104, RU 2540957, RU 2494518, RU 2426211. Они предназначены для использования в системах автоматики. Шестифазные системы применяются в преобразовательных установках, обеспечивая снижение пульсаций выпрямленного тока. Многофазные преобразовательные устройства описаны в работах [4, 5, 7], трансформаторные преобразовательные устройства описаны в патентах советского изобретателя A.M. Репина. Шестифазные схемы выпрямления используются в преобразовательных агрегатах мощностью 250-4000 кВт.

В ряде работ описаны схемы шестифазных генераторов, в том числе мощных турбогенераторов [3, 6. 9]. В мощных турбогенераторах для снижения тока в параллельной ветви обмотки статора применяется шестифазная обмотка. Шестифазная система напряжений преобразуется трансформатором, работающим в блоке с турбогенератором, в трехфазную систему. Известны шестифазные двухполюсные турбогенераторы мощностью свыше 1000 МВт с быстроходными турбоустановками [6]. Принцип работы таких многофазных генераторов основан на законе электромагнитной индукции

В настоящей заявке описан импульсный генератор шестифазной системы ЭДС, работа которого основана на импульсной аппроксимации синусоидальной функции напряжения последовательностью прямоугольных импульсов. Это принципиально отличает его от известных генераторов шестифазной системы ЭДС. Перспективным является применение такого генератора для электроснабжения мобильных устройств, в том числе электромобилей.

В качестве первичного источника энергии могут использоваться:

- аккумуляторные батареи:

- аккумуляторные батареи совместно с суперконденсаторами (ионисторами);

- однофазная или трехфазная электрическая сеть с последующим преобразованием энергии переменного однофазного или трехфазного напряжения в энергию постоянного тока (напряжения). Напряжение постоянного тока имеет несколько уровней, кратных по величине;

- дизель - генераторные установки, термоэлектрические генераторы и генераторы других типов, вырабатывающие энергию постоянного тока.

II. 1 Цель изобретения.

Целью изобретения является разработка устройства для генерирования шестифазной периодической системы напряжений, с использованием для этого импульсных ключевых схем. Генерирование шестифазной симметричной системы напряжений осуществляется с использованием импульсной техники и ключей на полупроводниковых приборах. Частота генератора задается в результате задания частоты генератора прямоугольных импульсов, который используется в блоке управления генератора. Описан генератор, использующий аппроксимацию синусоидальных функций напряжений фаз при помощи 12 импульсных функций на периоде Т каждой синусоидальной функции. Рассматривается генератор, генерирующий симметричную шестифазную систему ЭДС с прямой последовательностью фаз.

II.2. Изобретательский уровень

II.2.1 Запись шестифазной системы ЭДС с прямой и обратной последовательностью фаз. ЭДС шестифазной системы ЭДС для прямой последовательности фаз и начальной фазе равной ϕ для первой фазы можно записать в виде:

Для обратной последовательности фаз система ЭДС запишется:

II.2.2 Аппроксимация синусоидальных функций последовательностью импульсных функций

Синусоидальную функцию можно представить периодической последовательностью импульсов с периодом Т, равном периоду синусоидальной функции. Полуволна синусоиды с положительными значениями аппроксимируются последовательностью импульсов с положительными, кратными по величине, амплитудами. Полуволна синусоиды с отрицательными значениями аппроксимируются последовательностью импульсов с отрицательными, кратными по величине, амплитудами. Число импульсов на периоде равно n. Далее принимается число n=12.

Графики синусоидальных функций шестифазной системы ЭДС и их аппроксимация последовательностью импульсных функций для прямой последовательности фаз при n=12 показаны на рисунке фиг. 1.

Фиг. 1 Аппроксимация синусоидальных функций при прямой последовательности фаз

В таблице 1 записаны значения амплитуд импульсов функций, аппроксимирующих синусоидальные напряжения фаз шестифазной системы, для прямой последовательности фаз при числе импульсных функций n=12 на периоде Т, когда начальные фазы в выражениях (1) равны нулю, ϕ=0, в соответствии с рисунком фиг. 1.

Из таблицы 1 следует, что для каждого из 12 интервалов времени k=1…12 сумма амплитудных значений импульсов E_k(m) равна 0:

где m=1…6 - номер фазы, m=1 для фазы А, m=2 для фазы В, m=3 для - фазы С, m=4 для фазы D, m=5 для фазы Е, m=6 для фазы F, k - номер импульса на периоде Т, k=1…12, E_k(m) - амплитудное значение импульса с номером k для фазы с номером m. Например, для импульса с номером 10 для фазы С амплитуда импульса E_k(m)=Е1=Е где Е - амплитуда первого импульса на рисунке фиг. 1.

Так, для к=1 имеем E1-Е2-Е3+Е1+Е3=0. Аналогичные равенства справедливы и для других значений k.

Для многофазных симметричных систем с произвольным числом фаз (трехфазных, четырехфазных и т.д.) для любого момента времени t_k на периоде Т сумма мгновенных значений напряжений (токов, мощностей) равна 0. Для шестифазной системы электродвижущих сил можно записать:

Для многофазной симметричной системы с числом фаз равном р сумма мгновенных значений напряжений, токов, мощностей для любого на периоде Т момента времени равна 0. Так, для мгновенных значений ЭДС фаз для момента времени t_k можно записать:

III. Раскрытие сущности изобретения

III. 1 Структурная схема устройства

Структурная схема устройства для генерирования шестифазной системы ЭДС для прямой последовательности фаз при n=12 показана на рисунке фиг. 2.

Фигура 2 Структурная схема устройства

На рисунке фиг. 2 показаны блоки Б1, Б2, Б3. Показаны входные и выходные полюсы этих блоков, при помощи которых блоки соединяются между собой и с внешними устройствами. Для блока Б1 это входные полюсы 6₁ и 6₂, выходные полюсы 8₁…8₁₂, с использованием которых взаимодействуют блоки Б1 и Б2, полюсы 91…9₆, с использованием которых взаимодействуют блоки Б₂ и Б₃, выходные полюсы устройства 10₁…10₆. На рисунке фиг. 2 показаны следующие блоки:

1. Блок управления Б1. Обеспечивает циклическую, с заданным периодом Т, поочередную подачу управляющих импульсов u_упр. Управляющие импульсы с полюсов 8₁…8₁₂ поступают на управляющие электроды силовых ключей К₁₁…К₁₆ для фазы А, К21…К26 для фазы В, К31…К36 для фазы С, К41…К46 для фазы D, К51…К56 для фазы Е, К61…К66 для фазы F. При помощи полюса 6₁ осуществляется запуск устройства, при помощи полюса 6₂ на регистре блока Б1 устанавливается код числа п, на которое разбивается период Т.

2. Блок коммутации Б2. Блок состоит из модулей Б21, Б22, Б23, Б24, Б25, Б26. Блок обеспечивает формирование и передачу силовых импульсов на выходные полюсы устройства 10₁…10₆ при помощи модулей Б21, Б22, Б23, Б24, Б25, Б26. В каждом модуле расположены по шесть управляемых ключей. Число ключей в каждом модуле равно n/2, где n - число импульсов на периоде Т.

3. Блок питания Б3. Содержит шесть источников постоянного напряжения, включенных последовательно с выводом средней точки схемы. Средняя точка схемы заземлена и является общей для всего устройства. Каждый источник постоянного напряжения имеет одинаковое для всех значение, равное Е. В результате с полюсов 9₁…9₆ снимаются напряжения: Е3=3Е с полюса 9₃, Е2=2Е с полюса 9₂, Е1=Е с полюса 9₁, -Е1=-Е с полюса 9₄, -Е2=-2Е с полюса 9₅, -Е3=-3Е с полюса 9₆. Выходные полюсы блока питания 9₁…9₆ соединены с одноименными полюсами блока коммутации. В блоке коммутации напряжения с этих полюсов поступают на одноименные полюсы силовых ключей К11…К16 для первой фазы (А), на одноименные полюсы силовых ключей К21…К26 для второй фазы (В), на одноименные полюсы силовых ключей К31…К36 для третьей фазы (С), на одноименные полюсы силовых ключей К41…К46 для четвертой фазы (D), на одноименные полюсы силовых ключей К51…К56 для пятой фазы (Е), на одноименные полюсы силовых ключей К61…К66 для шестой фазы (F).

III.2 Блок управления

Блок управления Б1 предназначен для формирования периодической последовательности управляющих импульсов. При помощи блока создается периодическая последовательность прямоугольных импульсов заданной длительности TI=Т/n, где Т - период функции, n - количество тактовых импульсов на периоде Т. Рассматривается устройство с n=12. Генератор тактовых импульсов 1 (ГТИ) формирует циклическую с периодом Т последовательность импульсов. Величина Т равна периоду синусоидальной функции, которая аппроксимируется последовательностью импульсных функций на выходе устройства. При помощи управляемых электронных ключей, расположенных в блоке коммутации силовых импульсов Б2, источник напряжения, расположенные в блоке Б3, подключается в заданные блоком управления моменты времени, к выходным полюсам блока коммутации 10₁…10₄. Коммутация осуществляется в открытом состоянии силового ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа равна TI. Принципиальная схема блока управления представлена на рисунке фиг. 3.

Фиг. 3 Принципиальная схема блока управления

Генерируемые боком Б1 импульсы снимаются с полюсов 8₁…8₁₂ дешифратора 7 и поступают на одноименные полюсы блока Б2. Блок реализован на элементах 1-7. Он содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, логический элемент И2, счетчик 3 числа импульсов на периоде Т периодической функции, схему сравнения 4, регистр 5, дешифратор 7 с выходными полюсами 8₁…8n. Для n=12 это полюсы 8₁…8₁₂.

Запуск работы устройства осуществляется подачей сигнала по входу 6₁. По входу 6₂ осуществляется запись кода числа временных интервалов n. Выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 6₁ устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 6₂ устройства, выходы дешифратора 7 подсоединены к входам 8₁…8n, при помощи которых блок управления соединяется с блоком коммутации.

Управляющие импульсы снимаются с полюсов 8₁…8₁₂ дешифратора 7 и поступают на вход блока коммутации Б2.

III.3 Блок коммутации Б2. Блок состоит из модулей Б21, Б22, Б23, Б24, Б25, Б26. Каждый модуль предназначен для формирования периодической последовательности импульсов, аппроксимирующей синусоидальное напряжение одной фазы. Модуль Б21 предназначен для формирования аппроксимирующих импульсов фазы А, модуль Б22 - фазы В, модуль Б23 - фазы С. модуль Б24 фазы D, модуль Б25 фазы Е, модуль Б26 фазы F. Блок обеспечивает формирование и передачу силовых импульсов на выходные полюсы устройства 10₁…10₆. Принципиальная схема блока коммутации Б2 показана на рисунке фиг. 4.

Фиг. 4 Принципиальная схема блока коммутации

Каждый модуль содержит шесть управляемых ключей. Число ключей в каждой группе равно n/2, где n - число импульсов на периоде Т. Последовательность импульсов, аппроксимирующая синусоидальную функцию ЭДС фазы А, формируется при помощи силовых ключей К11…К16. Амплитуды импульсов принимают для фазы А последовательно значения Е, 2Е, 3Е, 3Е, 2Е, Е, -Е, -2Е, -3Е, -3Е. -2Е, -Е. Напряжение, величиной Е, поступает посредством полюса 9₁ на вход ключа К11. Ключ открывается на время длительности TI первого или шестого управляющего импульса, которые поступают с полюсов 8₁ или 8₆. На рисунке фиг. 1 показаны последовательности и амплитуды импульсов, аппроксимирующих синусоидальные напряжения фаз генератора. На рисунке фиг. 4 показаны модули блока Б2, формирующие последовательности импульсов для каждой из шести фаз генератора. Управление открытым состоянием ключей осуществляется в результате подачи управляющих импульсов на управляющие электроды силовых ключей. Управляющие импульсы поступают от блока управления Б1 с полюсов 8₁…8₁₂. На каждый управляющий электрод сигнал поступает через диод D_r,l, где r - номер модуля, r=1…6, l - номер управляющего электрода, l=1…12. Диоды нужны для исключения взаимного влияния сигналов, поступающих на управляющий электрод.

Так для фазы А в первый временной интервал на ключ К11 поступает управляющий импульс с полюса 8₁. На этот же электрод поступает управляющий импульс с полюса 8₆ на шестом временном интервале. Для исключения взаимного влияния сигналов используются диоды D_1,1 и D_1,6. При открытом состоянии ключа напряжение величиной Е1=Е поступает на вход силового ключа К11 с полюса 9₁ от блока Б3 в первый и шестой временные интервалы. С выхода силового ключа напряжение поступает на выходной полюс устройства 10₁.

Импульсы с отличными от Е значениями амплитуды формируются для фазы А при помощи ключей К12, К13, К14, К15, К16.

При помощи ключей К21…К26 формируется и поступает на полюс 10₂ последовательность импульсов, аппроксимирующая ЭДС фазы В.

При помощи ключей К31…К36 формируется и поступает на полюс 10₃ последовательность импульсов, аппроксимирующая ЭДС фазы С. При помощи ключей К41…К46 формируется и поступает на полюс 10₄ последовательность импульсов, аппроксимирующая ЭДС фазы D. При помощи ключей К51…К56 формируется и поступает на полюс 10₅ последовательность импульсов, аппроксимирующая ЭДС фазы Е. При помощи ключей К61…К66 формируется и поступает на полюс 10₆ последовательность импульсов, аппроксимирующая ЭДС фазы F.

Ниже приводится список номеров полюсов для каждого из модулей блока Б2. Указаны номера входных и выходных полюсов силовых ключей, номера управляющих импульсов и номера диодов, подключаемых к управляющим полюсам.

Блок коммутации Б2 содержит шесть модулей Б21, Б22, Б23, Б24, Б25, Б26, в каждом модуле расположены шесть силовых управляемых ключей:

-(К11)…(К16) в модуле Б21, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₁, который является выходным полюсом устройства для фазы А,

- (К21)…(К26) в модуле Б22, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₂, который является выходным полюсом устройства для фазы В,

- (К31)…(К36) в модуле Б23, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₃, который является выходным полюсом устройства для фазы С,

- (К41)…(К46) в модуле Б24, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₄, который является выходным полюсом устройства для фазы D,

- (К51)…(К56) в модуле Б25, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₅, который является выходным полюсом устройства для фазы Е,

- (К61)…(К66) в модуле Б26, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₆, который является выходным полюсом устройства для фазы F.

Управление открытым состоянием ключей осуществляется в результате подачи управляющих импульсов, поступающих на управляющие электроды силовых ключей:

- в модуле Б21 на управляющий электрод ключа (К11) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₆ посредством диодов D_1,1 и D_1,6, на управляющий электрод ключа (К12) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₅ посредством диодов D_1,2 и D_1,5, на управляющий электрод ключа (К13) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₄ посредством диодов D_1,3 и D_1,4, на управляющий электрод ключа (К14) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₁₂ посредством диодов D_1,7 и D_1,12, на управляющий электрод ключа (К15) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₈ и 8₁₁ посредством диодов D_1,8 и D_1,11, на управляющий электрод ключа (К16) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₉ и 8₁₀ посредством диодов D_1,9 и D_1,10,

на силовые входы ключей этого модуля поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К11) с полюса 9₁, на ключ (К12) с полюса 9₂, на ключ (К13) с полюса 9₃, на ключ (К14) с полюса 9₄, на ключ (К15) с полюса 9₅, на ключ (К16) с полюса 9₆;

- в модуле Б22 на управляющий электрод ключа (К21) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₁₂ посредством диодов D_2,1 и D_2,12, на управляющий электрод ключа (К22) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₉ посредством диодов D_2,2 и D_2,9, на управляющий электрод ключа (К23) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₈ посредством диодов D_2,3 и D_2,8, на управляющий электрод ключа (К24) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₇ посредством диодов D_2,4 и D_2,7, на управляющий электрод ключа (К25) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₆ посредством диодов D_2,5 и D_2,6, на управляющий электрод ключа (К26) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁₁ и 8₁₂ посредством диодов D_2,11 и D_2,12,

на силовые входы ключей этого модуля поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К21) с полюса 9₅, на ключ (К22) с полюса 9₄, на ключ (К23) с полюса 9₁, на ключ (К24) с полюса 9₂, на ключ (К25) с полюса 9₃, на ключ (К26) с полюса 9₆;

- в модуле Б23 на управляющий электрод ключа (К31) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₂ посредством диодов D_3,1 и D_3,2, на управляющий электрод ключа (К32) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₁₂ посредством диодов D_3,3 и D_3,12, на управляющий электрод ключа (К33) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₁₁ посредством диодов D_3,4 и D_3,11, на управляющий электрод ключа (К34) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₁₀ посредством диодов D_3,5 и D_3,10, на управляющий электрод ключа (К35) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₆ и 8₉ посредством диодов D_3,6 и D_3,9, на управляющий электрод ключа (К36) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₈ посредством диодов D₃,₇ и D_3,8,

на силовые входы ключей этого модуля поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К31) с полюса 9₆, на ключ (К32) с полюса 9₅, на ключ (К33) с полюса 9₄, на ключ (К34) с полюса 9₁, на ключ (К35) с полюса 9₂, на ключ (К36) с полюса 9₃;

- в модуле Б24 на управляющий электрод ключа (К41) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₆ посредством диодов D_4,1 и D_4,6, на управляющий электрод ключа (К42) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₅ посредством диодов D_4,2 и D_4,5, на управляющий электрод ключа (К43) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₃ посредством диодов D_4,4 и D_4,3, на управляющий электрод ключа (К44) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₁₂ посредством диодов D_4,7 и D_4,12, на управляющий электрод ключа (К45) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₈ и 8₁₁ посредством диодов D_4,8 и D_4,11, на управляющий электрод ключа (К46) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₉ и 8₁₀ посредством диодов D_4,9 и D_4,10,

на силовые входы ключей этого модуля поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К41) с полюса 9₄, на ключ (К42) с полюса 9₅, на ключ (К43) с полюса 9₆, на ключ (К44) с полюса 9₁, на ключ (К45) с полюса 9₂, на ключ (К46) с полюса 9₃;

- в модуле Б25 на управляющий электрод ключа (К51) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₁₀ посредством диодов D_5,1 и D_5,10, на управляющий электрод ключа (К52) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₉ посредством диодов D_5,2 и D_5,9, на управляющий электрод ключа (К53) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₈ посредством диодов D_5,3 и D_5,8, на управляющий электрод ключа (К54) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₇ посредством диодов D_5,4 и D_5,7, на управляющий электрод ключа (К55) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₆ посредством диодов D_5,5 и D_5,6, на управляющий электрод ключа (К56) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁₁ и 8₁₂ посредством диодов D_5,11 и D_5,12,

на силовые входы ключей этого модуля поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 -на ключ (К51) с полюса 9₂, на ключ (К52) с полюса 9₁, на ключ (К53) с полюса 9₄, на ключ (К54) с полюса 9₅, на ключ (К55) с полюса 9₆, на ключ (К56) с полюса 9₃;

- в модуле Б26 на управляющий электрод ключа (К61) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₂ посредством диодов D_6,1 и D_6,2, на управляющий электрод ключа (К62) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₁₂ посредством диодов D_6,3 и D_6,12, на управляющий электрод ключа (К63) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₁₁ посредством диодов D_6,4 и D_6,12, на управляющий электрод ключа (К64) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₁₀ посредством диодов D_6,5 и D_6,10 на управляющий электрод ключа (К65) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₆ и 8₉ посредством диодов D_6,6 и D_6,9, на управляющий электрод ключа (К66) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₈ посредством диодов D_6,7 и D_6,8,

на силовые входы ключей этого модуля поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К61) с полюса 9₃, на ключ (К62) с полюса 9₂, на ключ (К63) с полюса 9₁, на ключ (К64) с полюса 9₄, на ключ (К65) с полюса 9₅, на ключ (К66) с полюса 9₆.

III.4 Блок питания Б3.

III.4.1 Источник питания с использованием аккумуляторов. Схема блока питания на аккумуляторах показана на рисунке фиг. 5.

Фиг. 5 Схема блока питания от аккумуляторных батарей

На рисунке показано последовательное соединение шести аккумуляторов А1, А2, A3, А4, А5, А6. Средняя точка схемы 0 заземлена и является общей для всего устройства. Отрицательный полюс аккумуляторной батареи А1 соединяется с положительным полюсом батареи А4 и с полюсом 0, положительный полюс батареи А1 соединяется с отрицательным полюсом батареи А2 и полюсом 9i, положительный полюс батареи А2 соединяется с отрицательным полюсом батареи A3 и полюсом 9₂, положительный полюс батареи A3 соединяется с полюсом 9₃, отрицательный полюс батареи А4 соединяется с положительным полюсом батареи А5 и полюсом 9₄, отрицательный полюс батареи А5 соединяется с положительным полюсом батареи А6 и полюсом 9₅, отрицательный полюс батареи А6 соединяется с полюсом 9₆;

Каждый источник постоянного напряжения имеет одинаковое для всех значение, равное Е. В результате с полюсов 9₁…9₃ снимаются напряжения Е1=Е, Е2=2Е, Е3=3Е, с полюсов 9₄…9₆ снимаются напряжения -Е1=-Е, -Е2=-2Е, -Е3=-3Е. Выходные полюсы блока питания 9₁…9₆ соединены с одноименными полюсами блока коммутации Б2.

III.4.2 Источник питания с использованием однофазной сети. Схема блока питания с использованием однофазной сети показана на рисунке фиг. 6.

Фиг. 6 Схема блока питания от сети

На рисунке показан трансформатор на ферромагнитном сердечнике, имеющий одну первичную катушку и шесть одинаковых вторичных катушек. Каждая вторичная катушка подключается к схеме выпрямления D1…D6. Первая катушка подключается к блоку выпрямления D1, вторая катушка к D2, третья катушка к D3, четвертая катушка к D4, пятая катушка к D5, шестая катушка к D6. Выходные полюсы схем выпрямления D1…D6 включаются последовательно. Средняя точка схемы 0 заземлена и является общей для всего устройства.

Выход схемы D1 с отрицательным потенциалом (отрицательный выход) подключается к полюсу 0 и к положительному полюсу выпрямительной схемы D4. Положительный полюс схемы D1 подключается к отрицательному полюсу схемы D2 и к полюсу 9₁, положительный полюс схемы D2 подключается к отрицательному полюсу схемы D3 и полюсу 9₂, положительный полюс схемы D3 подключается к полюсу 9₃, отрицательный полюс схемы D4 подключается к положительному полюсу схемы D5 и к полюсу 9₄, отрицательный полюс схемы D5 подключается к положительному полюсу схемы D6 и полюсу 9₅, отрицательный полюс схемы D6 подключается к полюсу 9₆;

Каждый источник постоянного напряжения имеет одинаковое для всех значение, равное Е. В результате с полюсов 9₁…9₃ снимаются напряжения Е1=Е, Е2=2Е, Е3=3Е, с полюсов 9₄…9₆ снимаются напряжения -Е1=-Е, -Е2=-2Е, -Е3=-3Е. Выходные полюсы блока питания 9₁…9₆ соединены с одноименными полюсами блока коммутации

IV. Краткое описание чертежей

Фиг. 1 Аппроксимация синусоидальных функций для прямой последовательности фаз шестифазной системы ЭДС

Фиг. 2 Структурная схема устройства

Фиг. 3 Принципиальная схема блока управления

Фиг. 4 Схема блока коммутации

Фиг. 5 Схема блока питания от аккумуляторной батареи

Фиг. 6 Схема блока питания от сети

Фиг. 7 Схема соединения шестифазного генератора звездой

V. Осуществление изобретения

Устройство предназначено для генерирования шестифазной системы ЭДС с использованием импульсной техники. Работа устройства начинается после подачи управляющего импульса по входу 6₁. Генерируемая блоком управления периодическая с периодом Т последовательность импульсов поступает на управляющие электроды силовых ключей, расположенных в блоке коммутации. Управляющие импульсы в заданном алгоритмом порядке открывают на время длительности управляющего импульса силовые ключи. В блоке коммутации в каждой фазе А, В, С.D, Е, F располагаются шесть силовых ключей. При помощи управляемых электронных ключей, расположенных в блоке коммутации Б2, источники напряжения, расположенные в блоке Б3 подключается в заданные блоком управления моменты времени, к выходным полюсам блока коммутации 10₁…10₆. Коммутация осуществляется в открытом состоянии силового ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа равна TI.

Фиг. 7 Схема соединения шестифазного импульсного генератора звездой

На рисунке фиг. 7 представлена схема соединения фаз шестифазного импульсного генератора по схеме звезда.

VII. Литература

1. Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС, патент №2633662 от 16.10.2017.

2. Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС для мобильных устройств Патент 2671539 от 01.11.2018.

3. Олещук В.И., Прудяк Р.В., Сизов А.С. Нестандартные режимы функционирования шестифазных асимметричных преобразовательных систем с синхронной модуляцией //https://cyberleninka.ru, а также https://findpatent.ru/magazine/025/256115.html, 2012-2022

4. Григорьев С.Н., Сучков В.А., Филатов В.В., Чумаева М.В., Солуянов Ю.Н. Двенадцатифазный повышающий автотрансформаторный преобразователь числа фаз, патент RU 2510568.

5. Филатов В.Н. Шестифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, патент Ru 2254663.

6. Гришин Н.В. Расчетное и экспериментальное определение индуктивного сопротивления шестифазных турбогенераторов для анализа переходных процессов, диссертация, С-Петербург,. - 2019, 208 с.

7. Гельман М.В., Дудкин М.М., Преображенский К.А. Преобразовательная техника Учебное пособие, Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2009.

8. Шабаев В.А., Кругликов О.В., Тубис Я.Б. Шестифазный высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы/ Патент RU 2540104 C1.

9. Алан БЛЯНШЕ (FR), Рене ДАМИРОН (FR), Многофазный генератор электрической энергии, RU 2172550 С2.

Изобретение относится к области электротехники и автоматики, предназначено для генерирования шестифазной системы ЭДС при помощи импульсного шестифазного генератора. Технический результат базируется на аппроксимации синусоидальных ЭДС фаз шестифазного генератора последовательностями импульсных функций. Число импульсов на периоде принято равным 12. Генератор состоит из трех блоков - блока управления, в состав которого входит генератор прямоугольных импульсов, блока коммутации и блока питания. Частота генератора задается при помощи управления частотой генератора импульсов в блоке управления. 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Шестифазный импульсный генератор создает шесть периодических последовательностей импульсов с заданной частотой повторения, каждая из которых аппроксимирует синусоидальную функцию напряжения фазы шестифазной симметричной системы, используя для этого блок управления Б1, блок питания Б3, блок коммутации Б2: блок управления Б1 состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ) (1), элемента И (2), счетчика числа импульсов (3), схемы сравнения (4), регистра (5), кнопки запуска устройства (6₁), дешифратора (7), входа для установки числа временных интервалов (6₂), выход ГТИ (1) подсоединен к первому входу элемента И (2), ко второму входу элемента И (2) подключена кнопка запуска устройства (6₁), выход элемента И (2) подсоединен к первому входу счетчика (3), выход которого подсоединен к входу дешифратора (7) и к первому входу схемы сравнения (4), выход схемы сравнения (4) соединен со вторым входом счетчика (3), ко второму входу схемы сравнения (4) подсоединен регистр (5), по входу (6₂) которого заносится число временных интервалов n на периоде Т, с выхода счетчика (3) импульсы поступают на вход дешифратора (7), выходные полюсы 8₁…8₁₂ дешифратора (7) соединяются с одноименными полюсами 8₁…8₁₂ модулей Б21, Б22, Б23, Б24, Б25, Б26 блока Б2; блок питания Б3 содержит выходные полюсы 9₁, 9₂, 9₃, 9₄, 9₅, 9₆ и 0, которыми подключается к одноименным полюсам модулей Б21, Б22, Б23, Б24, Б25, Б26 блока коммутации Б2, кроме того, блок питания Б3 содержит шесть источников постоянного напряжения, имеющих одинаковое для всех значение, включенных последовательно с выводом средней точки, отличающийся тем, что каждый модуль Б21, Б22, Б23, Б24, Б25, Б26 блока коммутации Б2 содержит шесть силовых управляемых ключей:

- (К11)…(К16) в модуле Б21, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₁, который является выходным полюсом устройства для фазы А;

- (К21)…(К26) в модуле Б22, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₂, который является выходным полюсом устройства для фазы В;

- (К31)…(К36) в модуле Б23, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₃, который является выходным полюсом устройства для фазы С;

- (К41)…(К46) в модуле Б24, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₄, который является выходным полюсом устройства для фазы D;

- (К51)…(К56) в модуле Б25, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₅, который является выходным полюсом устройства для фазы Е;

- (К61)…(К66) в модуле Б26, выходы этих ключей соединены с полюсом 10₆, который является выходным полюсом устройства для фазы F;

управление открытым состоянием ключей осуществляется в результате подачи управляющих импульсов, поступающих на управляющие электроды силовых ключей:

- в модуле Б21 на управляющий электрод ключа (K11) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₆ посредством диодов D_1,1 и D_1,6, на управляющий электрод ключа (К12) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₅ посредством диодов D_1,2 и D_1,5, на управляющий электрод ключа (К13) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₄ посредством диодов D_1,3 и D_1,4, на управляющий электрод ключа (К14) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₁₂ посредством диодов D_1,7 и D_1,12, на управляющий электрод ключа (К15) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₈ и 8₁₁ посредством диодов D_1,8 и D_1,11, на управляющий электрод ключа (К16) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₉ и 8₁₀ посредством диодов D_1,9 и D_1,10;

на силовые входы ключей модуля Б21 поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (K11) с полюса 9₁, на ключ (К12) с полюса 9₂, на ключ (К13) с полюса 9₃, на ключ (К14) с полюса 9₄, на ключ (К15) с полюса 9₅, на ключ (К16) с полюса 9₆;

- в модуле Б22 на управляющий электрод ключа (К21) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₁₂ посредством диодов D_2,1 и D_2,12, на управляющий электрод ключа (К22) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₉ посредством диодов D_2,2 и D_2,9, на управляющий электрод ключа (К23) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₈ посредством диодов D_2,3 и D_2,8, на управляющий электрод ключа (К24) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₇ посредством диодов D_2,4 и D_2,7, на управляющий электрод ключа (К25) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₆ посредством диодов D_2,5 и D_2,6, на управляющий электрод ключа (К26) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁₁ и 8₁₂ посредством диодов D_2,11 и D_2,12;

на силовые входы ключей модуля Б22 поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К21) с полюса 9₅, на ключ (К22) с полюса 9₄, на ключ (К23) с полюса 9₁, на ключ (К24) с полюса 9₂, на ключ (К25) с полюса 9₃, на ключ (К26) с полюса 9₆;

- в модуле Б23 на управляющий электрод ключа (К31) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₂ посредством диодов D_3,1 и D_3,2, на управляющий электрод ключа (К32) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₁₂ посредством диодов D_3,3 и D_3,12, на управляющий электрод ключа (К33) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₁₁ посредством диодов D_3,4 и D_3,11, на управляющий электрод ключа (К34) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₁₀ посредством диодов D_3,5 и D_3,10, на управляющий электрод ключа (К35) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₆ и 8₉ посредством диодов D_3,6 и D_3,9, на управляющий электрод ключа (К36) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₈ посредством диодов D_3,7 и D_3,8;

на силовые входы ключей модуля Б23 поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К31) с полюса 9₆, на ключ (К32) с полюса 9₅, на ключ (К33) с полюса 9₄, на ключ (К34) с полюса 9₁, на ключ (К35) с полюса 9₂, на ключ (К36) с полюса 9₃;

- в модуле Б24 на управляющий электрод ключа (К41) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₆ посредством диодов D_4,1 и D_4,6, на управляющий электрод ключа (К42) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₅ посредством диодов D_4,2 и D_4,5, на управляющий электрод ключа (К43) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₃ посредством диодов D_4,4 и D_4,3, на управляющий электрод ключа (К44) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₁₂ посредством диодов D_4,7 и D_4,12, на управляющий электрод ключа (К45) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₈ и 8₁₁ посредством диодов D_4,8 и D_4,11, на управляющий электрод ключа (К46) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₉ и 8₁₀ посредством диодов D_4,9 и D_4,10;

на силовые входы ключей модуля Б24 поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К41) с полюса 9₄, на ключ (К42) с полюса 9₅, на ключ (К43) с полюса 9₆, на ключ (К44) с полюса 9₁, на ключ (К45) с полюса 9₂, на ключ (К46) с полюса 9₃;

- в модуле Б25 на управляющий электрод ключа (К51) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₁₀ посредством диодов D_5,4 и D_5,10, на управляющий электрод ключа (К52) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₂ и 8₉ посредством диодов D_5,2 и D_5,9, на управляющий электрод ключа (К53) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₈ посредством диодов D_5,3 и D_5,8, на управляющий электрод ключа (К54) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₇ посредством диодов D_5,4 и D_5,7, на управляющий электрод ключа (К55) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₆ посредством диодов D_5,5 и D_5,6, на управляющий электрод ключа (К56) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁₁ и 8₁₂ посредством диодов D_5,11 и D_5,12;

на силовые входы ключей модуля Б25 поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К51) с полюса 9₂, на ключ (К52) с полюса 9₁, на ключ (К53) с полюса 9₄, на ключ (К54) с полюса 9₅, на ключ (К55) с полюса 9₆, на ключ (К56) с полюса 9₃;

- в модуле Б26 на управляющий электрод ключа (К61) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₁ и 8₂ посредством диодов D_6,1 и D_6,2, на управляющий электрод ключа (К62) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₃ и 8₁₂ посредством диодов D_6,3 и D_6,12, на управляющий электрод ключа (К63) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₄ и 8₁₁ посредством диодов D_6,4 и D_6,11, на управляющий электрод ключа (К64) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₅ и 8₁₀ посредством диодов D_6,5 и D_6,10 на управляющий электрод ключа (К65) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₆ и 8₉ посредством диодов D_6,6 и D_6,9, на управляющий электрод ключа (К66) поступают управляющие импульсы с полюсов 8₇ и 8₈ посредством диодов D_6,7 и D_6,8;

на силовые входы ключей модуля Б26 поступают напряжения от одноименных полюсов блока питания Б3 - на ключ (К61) с полюса 9₃, на ключ (К62) с полюса 9₂, на ключ (К63) с полюса 9₁, на ключ (К64) с полюса 9₄, на ключ (К65) с полюса 9₅, на ключ (К66) с полюса 9₆.

2. Импульсный генератор по п.1, отличающийся тем, что блок питания Б3 в качестве источников постоянного напряжения использует шесть аккумуляторных батарей (А1)…(А6), включенных последовательно так, что отрицательный полюс аккумуляторной батареи (А1) соединяется с положительным полюсом батареи (А4) и с полюсом 0, положительный полюс батареи (А1) соединяется с отрицательным полюсом батареи (А2) и полюсом 9₁, положительный полюс батареи (А2) соединяется с отрицательным полюсом батареи (A3) и полюсом 9₁, положительный полюс батареи (A3) соединяется с полюсом 9₂, отрицательный полюс батареи (А4) соединяется с положительным полюсом батареи (А5) и полюсом 9₄, отрицательный полюс батареи (А5) соединяется с положительным полюсом батареи (А6) и полюсом 9₅, отрицательный полюс батареи (А6) соединяется с полюсом 9₆.

3. Импульсный генератор по п.1, отличающийся тем, что блок питания Б3 выполнен в виде трансформатора, при этом трансформатор выполнен на ферромагнитном сердечнике, первичная катушка которого полюсами 11₁ и 11₂ подключается к сети синусоидального однофазного тока, а шесть одинаковых вторичных катушек своими выводами 12₁-12₂…12₁₁-12₁₂ подключаются к входам выпрямительных схем (D1)…(D6), при этом выход схемы (D1) с отрицательным потенциалом подключается к полюсу 0 и к положительному полюсу выпрямительной схемы (D4), положительный полюс схемы (D1) подключается к отрицательному полюсу схемы (D2) и к полюсу 9₁, положительный полюс схемы (D2) подключается к отрицательному полюсу схемы (D3) и полюсу 9₂, положительный полюс схемы (D3) подключается к полюсу 9₃, отрицательный полюс схемы (D4) подключается к положительному полюсу схемы (D5) и к полюсу 9₄, отрицательный полюс схемы (D5) подключается к положительному полюсу схемы (D6) и полюсу 9₅, отрицательный полюс схемы D6 подключается к полюсу 9₆.