Источник постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M7/12 

flj

/х О0 I

Щ

ро.

|оо

19 Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть, использовано в качестве вторичного источника электропитания постоянного тока, преимущественно в тех . . случаях, когда ток нагрузки относительно мал, а ее напряжение сущест венно превьпиает напряжение смещения вентилей, соответствующее начальному участку его ампер-вольтовои характеристики. Известен вентильный преобра.зователь переменного напря戫ия в постоянное с повышенной кратностью частоты пульсации и относительно низком ее.уровне, содержащий три исходные, симметрично сдвинутые по фазе относительнодруг друга переменные эде., формируемые на вторичных обмотках трех однофазных трансформаторов, к вЬшода.м которых подключена группа вентилей, собран- ных в трехфазный вентильный мост, .выводы которого по постоянному току являются выходами преобразова.- теля .. и 2 .: Известное устройство обеспечивает малый уровень пульсации, а так же повышенную (равную шести) кратность ее частоты, причем такая особенность обеспечивается посредством небольшого количества вентилей, рав ного шести, что является его достои стврм. Однако обеспечение этого положительно качества достигается наличие трех однофазных трансформаторов и шести -СИЛОВЫХ обмоток. Известны вентильные преобразоват ли, содержащие два источника исход ных преобразуемых ЭДС, сдвинутьрс по фазе ортогонально одна по отноше нию к другой, каждая из которых раз делена на две части и, совместно с частями другой ЭДС топологически образует правильные 4-лучевую звезд либо 4-гранник (квадрат), к вершинам которых подключен 4-ячейковый вентильный мост. Последний образован группой из восьми вентилей, последовательно согласно включенных как и в трёхячейковом вентильном мосте Ларионова, попарно в каждой вентильной ячейке, соединенный одноименными электродами в параллель. При этом фазосдвинутые ЭДС формируются посредством электрической лашины, либо двух однофазных транс форматоров, первичные обмотки которых подключены к трехфазной сети. Выводы вентильного моста по перемен ному току подключены ко вторичным обмоткам перобразовательныХ трансформаторов, а его выводы по постоянйому току образуют через сглаживаияций фильтр выходные выводы устройства. Относительная простота устройства обусловленна наличием лишь двух однофазных трансформаторов 3 . Недостатком этого устройства является 1 азнотипность этих трансформаторов, обусловленная разл:ичиём7 коэффициентов трансформации, необходимость иметь отвод от первичной обмотки одного из них,о сравнительно низкая (равная четырем) кратность частоты пульсации и относительно высокий ее уровень, а также сравнительно большое число силовых вентилей, равное восьми. Наиболее близким к предлагаемому является Источник постоянного напря жения, содержащий регулируклций элемент в цепи переменного тока, группу вентилей, сглаживающий фильтр, схему управления и два источника исходных фазосдвинутых ЭДС, формируемых посредством двух однофазных трансформаторов, к выводам которых подключены четыре вентиля при их одинаковом направле НИИ включения в каждой из двух пар указанных выводов, причем вентили попарно объединены между собой одноименными электродами, а общая точка одной из пар вентилей через сглаживающий фильтр образует выход преобразователя Г43. Недостаток известного устройства состоит в высоком уровне пульсации выходного напряжения, низкой (равной двум) кратности ее частоты, а также сравнительно плохом использовании мощности преобразовательных . средств. Кроме того, непосредственное соединение вторичных обмоток трансформаторов между собой и с нагрузкой, а также регулирование (стабилизация) выходного напряжения в 1 звестном устройстве, .осуществляемое по цепи переменного тока (на первичной мороне трансформатор.ов) посредствен двух встречно-параллельно включенных тиристоров с использованием принципа фазоимпульсносо регулирования, приводит .к ухудшению качества .процесса.преобразования вследствие .значительных скачков трансформируемого напряжения и возникающих при этом.переходных процессов, образования большого уровня пульсаций и различных.помех. . . Цель изобретения .- улучшение выходных характеристик путем.снижения уровня .пульсации выходного. напряжения, повышения кратности, ее.частоты. . . Поставленная цель достигается тем, что в источнике постоянного напряжения, содержащем два однофазных трансформатора, одни вьтоды первичных обмоток которых обраэуют два входных вьшола, а другие выводы указанных обмоток объединены и подключены к .выходу регулирующего элемента, вход которого образует третий входной вывод, вторичные обмотки, выводы которых соединены с четЕфьмя основньми вентилями .с одинаковым направлением включения .в каждой из вторичных обмоток причем основные вентили попарно объединены между собой одноименными электродами и общая точка одной из пар вентилей через сглаживающий фильтр .образует первый выходной вывод, общая точка jjpyroA пары венти.лей. образует .второй выходной в т тв од причем вентили этой пары включены в .обратном направлении.по отяошению к в.ентилям первой пары, между каждым 1ВЫВОДОМ одной вторичнсй обмотки и разноименным ему выводом другой вторичной обмотки включен разноименными с основными вентилями выводами дополнительно введенный вентиль, а регулирующий элемент выполнен амплитудно-линеиным.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.2 - в фазовой плоскости векторная диаграмма токообразующих ЭДС S jit { XJL 1,6) t формир тощих выходное напряжение.

Лреббразователь (фиг.1) содержит вентили 1-6, которые и однонаправлено подключены ко вторичным обмоткам 7 и 8 двух однофазных трансформаторов 9 и 10.

Их первичные обмотки 11 и 12 подключены через регулирующий элемент 13 амплитудно-линейного типа к трем фазам А, В, G первичного источника питания (трехфазной сети). При этом вентили 1,5 и 2,4 .прпарно объединены между собой одноименными электродами и имеют противоположное направление включения по отношению друг к другу. Их попарно общие точки 14 и 15 образуют через сглаживающий фильтр 16 ВЁВСОД ные выводы 17 и 18 , к которым подсоединена нагрузка 19 и схема управления 20. Вентили 3 и 6 вкйочены между разноименными выводами обоих вторичных обмоток в проводя щем, по отношению к основным вентилям 1,2,4 и 5 направлении.

Работа источника осуществляется следующим образом.

ЭДС от вторичных обмоток 7 и 8 имеют одинаковь1е амплитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на, 120 эл. град. Тогда $ фаэовой плоскости им соответствует два вектора S, S3 (Фиг.2)..Выберем в качестве начального момент времени, соответствующий в фазовой плоскости оси ао.

Как видно из фиг.2, наибольшее положительное значение в этот момент имеет ЭДС обмотки 7 (5, ) . Код действием Данной ЭДс через нагрузку 19 (фиг.1) протекает ток по cjieдующему контуру; обмотка 7 - вентиль 1 - точка 14 -.вывод 17 - нагрузка 19 - вывод 18 - точка 15 - вентиль 2 - вентиль 3.

Через 30 эл. град, наибольшее

0 значение приобретает су1«4арная величина ЭДС обмоток 7 и 8 показанная на фиг.2 вектором Открывается вентиль 4, а вентиль 2 за- крывается прикладывающейся к нему

5 обратной полярности ЭДС обмотки 8. Образуется новый контур токопрохождения: обмотка 7 - вентиль 1 точ.ка 14 - вывод 17 - нагрузка 19 вывод 18 - точка 15 - вентиль 4 обмотка 8 - вентиль 3.

0

Еще через 30 эл. град , т.е. че рез 60 эл. град, по отношению к максимуму 5 t значение суьмарной ЭДС . определяющей напряжение становится максималь5ным, равным амплитуднсж у значению SQ исходных ЭДС обмоток 7 и 8 , . после чего это напряжение .уменьшается. Затем вступает в действие ЭДС обмотки 8 и ток нагрузки 19 проходит

D по контуру: обмотка 8 - вентиль 3 вентиль 5 - точка 14 - вывод 17 нагрузка 19 - вывод 18 - точка 15 В ёнтиль 4.

Последующими, циклическими сме5няющими во времени контурами т&колрохождения, содержащими- тЬкообра-. зующие ЭДС $4 rSg г 5& являются соответственно;7, 5, 14, 17, 19, 18, 15, 4, 6; 7, 5, 14, 17, 19, 18, 15, 2, 8, 6; 8(6, 1, 14, 17,19, 18

0 15, 2.

Таким образом, несмогря на наличие в схеме всего лишь двух втрричных обмоток, устройство формирует шесть токообразующих ЭДС БД(,б,

5 амплитуды во JUi которых равны между собой при равенстве амплитудSа исходных ЭДС, а их фазы последова- , тельно сдвинуты на 60 эл..град. относительно друг друга при фазовом

0 сдвиге исходных ЭДС в 120 эл. град.

Это свидетельствует о более результативном принципе действия ., образователя по сравнению с аналогами и прототипом..

5

Благодаря этому в выходном напряжении U устройства обеспечивается б-кратная частота.пульсации его переменной составляющей по отношению к частоте ic преобразуемых

0 ЭДС (П (,)fc 6 ) , а уровень пуль-. сации , определяемый как ее относительный размах ( т.е. от минимума мгновенного значения U, до его максимума), составляет в неуправляемом режиме холостого хода 13,4 %

5

по отношению к амплитуде UQ ., а По отношению к среднему значению этого напряжения коэффициент пульсации К р по размаху составляет 14,03%,по амплитуде первой гармоники (К - 5,72%).

Следовательно, по сравнению с прототипом, имеющим П 2 и . ( в неуправляемом режиме работы) К„ 50%, уровень пульсации, симбат но связанный с массой и объемом сглаживающего фильтра 16, снижен в устройстве, а ее частота, связанная с этими параметрами асимбатно, повышена соответственно в 3,75 и 3 раза, что существенио улучшает массогабаритные и слоимостные показатели. - источника.

Выполнение преобразовательных элементов 1-6 управляемьми позволяет осуществить регулирование (стабилизацию) выходного напряжения при меньшем коэффициенте пульсации,чем в прототипе, так как разность мгновенных значений смежных токообразующих ЭДС в устройстве в моменты открытия соответствующих преобра зовательных элементов здесь меньше.

Вместе с тем, количество управляемых элементов можно уменьшить до двух (т.е. в три раза), посколькуS каждая пара вентилей 1, 5;2,4; устройства участвует, как это видно из фиг.2, в формировании всех шест токообразуюших ЭДС. Так, например, включение шестой, первой и второй ЭДС можно осуществить вентилем 1, а третьей, четвертой и пятой ЭДС, вентилем 5. В этом случае и при наличии управляемых преобразователь,ных элементов (управляемых на вклю чение и выключение) изменение ЭДС происходит по всему их мгновенному значению (как в прототипе),однако в связи с наличием амплитудио-линейного регулятора 13, осуществляющего основное регулирование выходного напряжения, диапазон угла управления управляемыми элементами намного меньше.

Кроме того наличие в устройстве диодной развязки разных источников ЭДС между собой и с нагрузкой также улучшает качество процесса преобразования энергии.

ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ;а;в.а однофазных Т1)ансформатора, одни выводы первичных обмоток которых образуют два входных вывода, а другие выводам указанных обмоток объединены и подключены к выходу регулирующего элемента, вход которого образует третий входной ВЫ21ОД вторичные обмотки. выводы которых соединены с чет ФЬмя ocHpBHfcttiH вентилями с одинаковым направлением вк ночения в каждой из вторичных обмоток, причем основнью вентили попарно объединены между собой одноименньми электродами и -общая точка одной кз пар . вентилей через сглаживающий фильтр образует первый выходной вьаод, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения выходных характеристик путем снижения уровня пульсациивыходного напряжения, повьвоения кратности ее частоты, общая точка другой пары вентилей образует второй выходной вывод, причем вентили этой пары включены в обратном направлении по отношению к вентилям первой пары, между каждым выводом одной вторичной обмотки и разноименным ему выводом вторичной обмотки вк1вочен разноименны- ми с основными вентилям: выводакш дополнительно введенный вентиль, а регулирующий элемент выполнен амплитудно-линейным.

Ыг,г)