Система электропитания А.М.Репина Советский патент 1985 года по МПК H02M7/06 

2.Система поп.1, о тл ич а Ki rn а я с я тем, Что модули значений первой и второй частей каждого источ ника ортогональной ЭДС установлены в соотношении , 3.Система по пп. и 2, о т л и чающаяся тем, что источники ортогональных ЭДС снабжены дополнительныьда частями, соединенными по крайней мере в две дополнительные ортогональные Т-образные схемы, образующие с дополнительно введенными линиями и вентилями дополнительную структуру. 4.Система по п. 3, о т л и ч а ra nt а я с я тем, что основная и дополнительная структуры соединены между собой последовательно или параллельно, разнополярными либо одно полярными выводами. 5.Система по п.4, отличающая с я тем, что Т-образные схемы на стыке последовательно соединенных структур одноименны. 6.Система пп. 4 и 5, о т л и - чающаяся тем, что Т-образные схемы синфазны. 7.Система по п. 6, отличающаяся тем,что присоединенные к вентилям выводы вторых частей источников ЭДС в Т-образных схемах разноименны. 8i Система по пп. 5и6, отличающаяся тем, что вентили на стыке структур соединены в шестивентильное кольцо. 9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что с ыкующиеся Т-образные схемы связаны между собой через вентили кольца разноименными выводами.

1. Система электропитания, со-д держда1ая двенадцать вентилей и два источника ортогональных ЭДС, каждгый из которых состоит из двух отдельных частей, соединенных попарно с разноименными частями другого источника ЭДе, образуя две ортогонально сдвинутые по фазе Т-образные схемы, свободные выводы которых при помощи шести линий связаны с точками соединения соответствующей пары после« /Ч дов.1тельно согласно включенных вентилей, при этом свободные аноды трех вентилей в первой Т-образной схеме и соответственно свободные катоды трех вентилей во второй Т-образной схеме объединены между собой, образуя выходные выводы, о тл и ч ающ а я с я тем, что, с целью улуч- шения энергетических, массогабаритных и стоимостных показателей, остальные шесть вентилей соединены между собой последовательно попарно одноименными электродами, образуя юестивентильное кольцо, к объединенным ;. анодам вентилей которого подключены линии первой Т-образной схемы, а к объединенном катодам вентилей кольца подключены линии второй Т-образной схемы, причем обе Т-образные схемы связаны между собой разноименными выводами через вентили кольца, а все соединения образуют основную структуру. СП а 00 оо

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано в качестве надежного и экономичного высоковольтного источника электропитания при наличии формирователей (генераторов ) ортогональных ЭДС и требовании обе спечить, малый уровень и высокую кратность частоты пульсации постоянного напряжения при сравнительно малом числе отдель ных частей ЭДС и эффективной их энергетическом использований.

Известен ортогональный источник электропитания, содержащий двадцать четыре преобразовательных элемента и два источника ортогональных ЭДС, разделённых на части. Ортогональные ЭДС формируются посредством двух однофазных трансформаторов, сетевые обмотки которых подключены к трехфазной сети переменного тока по Т-образной схеме Скотта. Шесть отдельных частей вентильных обмоток, выполненных со средней точкой и двумя отводами в каждой из них, соединены между собой в эквипотенциальных точках, а крайними выводами связаны .посредством двенадцати линий с точками соединения соотвествующей пары последовательно

согласно включенных вентилей, образующих двенадцати-ячейковый вентильный мост fl J.

Устройство обеспечивает теоретически малый уровень выходной пульсации и галсокую, равную двенадцати, кратность П ее частоты (П-12), однако оно отличается сложностью электрической схемы, а также конструкции и . технологии изготовления, как следствие, более худатми, против ожидае- мых, частотой и уровнем пульсации в. реальных источниках, плохими массогабаритчыми к стоимостными показате ЯМИ.

Наиболее близким техническим решением к нзрбретению является ортогональный источник электропитания, содержащий двенадцать вентилей и два источника ортогональных ЭДС, сформированных посредством двух однофазных трансформаторов. Их сетевые - обмоткн подк/1ючены к трехфазной сети переменного тока по Т-образной схеме Скотта либо к однофазной сети через фазосдвнгамцне устройства. При этом вентильные обмотки каждого трансформатора состоят из двух отдельных частей со средней точкой в одной из них, к которой одним своим выводом подключена другая часть обмотки другого трансформатора, а соединени всех четырех вентильных обмоток обр зуют две ортогона,пьно сдвинутые по фазе Т-образные схемы Скотта, свободные выводы которых посредстБом шести линий связаны с точками соеди нения соответствующей napiii поапедов тельно согласно включенных вентилей образующих шестиячейковый вентильный мост. При-этом объеди1генные катоды и соответственно аноды его вентилей фбразуют выходные выводы, а указанные части вентильных обмоток каждого трансформатора выполнены в соотношении I:1 между собой и 1:2/3 между частями обмоток разных трансформаторов Недостатками известного устройства являются плохие энергетические и массо-габаритные показатели, а также низкая надежность и высокая стоимость, невозможность его практи ческой реализации при сравнительно высоковольтной нагрузке. Кроме того, при указанных соотношениях частей вентильных обмоток устройств обеспечивает лишь двухкратную пульсации по первой гармонии () и довольно большой ее уровень (Kj -4Up/Vj 42,5% , Улучшение качест йреобразовапия энергии возможно при этом путем введения дополнитель ных громоздких сглаживающих фильтров, что, с учетом сравнительно поэьшенного для общего числа силовых элементов (обмоток, вентилей и пр.), является для практики неоправданным. Цель изобретения - улучшение зне гетических, массо-габаритных и стои мостных показателей. Эта цель достигается тем, что в системе- электропитания, содержа щей двенадцать вентилей и два источ ника ортогональных ЭДС, каждый из которых состоит из двух отдельных частей, соединенных попарно с разно именными частями другого источника ЭДС, образуя две ортогонально сдвинутые по фазе Т-образные схемы, свббодные выводы которых при помощи шести линий связаны с точками соеди нения соответствующей пары последовательно согласно включенных вентилей, при этом свободные аноды трех вентилей в первой Т-образной схеме и соответственно свободные катоды трех вентилей во второй Т-образной схеме объединены между собой, образуя выходные выводь, остальные шесть Вентилей соединены между собой последовательно попарно одноименными электродами, образуя шестивентильное кольцо, к объединенным анодам вентилей которого подключены линии первой ,Т-образной схемы, а к объединенным катодам вентилей кольца подключены линии второй Т-образной схемы, причем обе Т-образные схемы связаны между собой разноименными выводами через вентили кольца, а все соединения образуют основную структуру. Модули значений пергзой и второй частей каждого источника ортогональной ЗДС установлены в соотношении 1 :0/2. С целью дополнительного улучшения технико-эксплуатационных и качественных показателей источники ортогональных ЭДС снабжены дополнительными чacтя Q, соединенными по крайней мере в две допозлнительные ортогональные Т-образные схемы, образующие с дополнительно введенными линиями и -i вентилями дополнительную структуру. Основная и дополнительная структуры соединены между собой последовательно или параллельно, разнополярными либо однополярными выводами, Т-образные схемы на стыке послеовательно соединенных структур одноименны. Т-образные схемы синфазны. Присоединеншяе к вентилям выводы вторых частей источников ЭДС в Тобразных схемах разноименны. Вентили, на стыке структур, соединены в шестивентильное кольцо. Стыкующиеся Т-образные схемы сзязаны между собой через вентили кольца разноименными вьшодами. На фиг, I изображена принц йпнальная электрическая схема источника в одноструктурном исполнении; на фиг, 2 - векторная диаграмма токообразующих ЭДС 5 ( в фазовой плоскости, поясняющая принцип формирования выходно1 о напряжения 0 ; на фиг, 3 - система при реализации с основной и дополнительной структурами и раз юименными Ттобразными схемами на стыке соединенных последовательно структур при подключении стыкуюнщх вентилей в шестивентильное кольцо; на фиг. 4 - векторная диаграмма системы по фиг, 3. При этом использованы следующие обозначения: ( общее число схем Скотта, Пд - общее число звеньев, д В- число линий и вент1шей в одной схеме Скотта, Л и В - то же, общее число, В - число вентилей одновременно последовательно обтекаемых током нагрузки в каждом (U.-M контуре токопрохождения, и 2о суммарное витковое число соответственно относительно амплитудного (Jejo и среднего 1 значений выходного напряжения, аб ам и соответственно амплитудные и действующие значения ЭДС большей и меньшей их частей, лВр, Э gf, - соответственно выигрыш (разность } и экономия (в разах) в числе В f, ь вентильных плеч при одинаковом с известным устройством числе 1 последовательно соединен ных ступеней. Устройство (фиг 1) содержит двенадцать вентилей 1-12 шесть из которых, соединенные по три анодами (вентили 1, 6 и 10) и катодами (вентили 3, 5 и 9 ), образуют выход выводы, а шесть остальных вентилей 2, 4, 7, 8, И и12 соединены меж собой последовательно попарно одно именными электродами, образуя шест вентильное кольцо. Ортогональные ЭДС сформированы посредством обмоток а и Ь, разделенных каждая на две части, которы соединены попарно в две ортогональ ные по фазе Т-образные схемы Скотт bj первой .схемы а , а и Скотта Присоединены посредством линий к объединенным анодам венти лей кольца (к его стокам , а к его о бъединенным катодам (истокам кол ца ) подключены посредством других трех линий выводы Ъ, bj, и aj втор схены Скотта, ортогональной первой Причем эти схемы связаны между соб через вентили кольца разноименньми выводами в следующем порядке: коне а первой части-источника ЭДС пер вой схемы Скотта связан через вентиля 2 и 12 с началом Ц и концом feV первой части источника ортогональной ЭДС второй схемы Скотта, конец а, второй части источника ЭДС которой связан через вентили 7 и 8 с концом Ьг второй и началом aj первой частей источника ЭДС первой схемы Скотта, которые в свою очередь связаны соответственно через вентили 4 и II с началом Ь и концом Ъ первой части источника ортогональной ЭДС второй схемы Скотта, Такие связи обеспечивают сущесгг венно более лучшие энергетические, массогабаритные и стоимостные показатели, а также реальную возможность практической осуществимости устройства при более высокой надежности и ресурсоемкости в случае обеспечения питанием высоковольтной нагрузки. Работу устройства (фиг. I) поясняет векторная диаграмма на- фиг. 2. Показано формирование каждой токо- образую1цей ЭДС 5д(,|2 ) путем геометрического векторного сложения соответствующих частей ортогональных ЭДС, а также указаны позиционные Номера проводящих ток вентилей для каждого из двенадцати циклически сменяющихся во времени контуров протекания тока нагрузки. Причем . X при установленном соотношении 1:УЗ/2 первых и вторых частей каждои из ортогональных ЭДС (а,а : Ь-) bj 3 формируемое на выходе устройства знакопостоянное напряжение Яр содержит незначительную по уровню переменную составляющую (Kn 4Lle/V(,45% при высокой, равной 12-ти, кратности ее частоты (). Этим обеспечивается улучшение качества преобразования энергии по сравнению с прототипом вследствие повышения частотной кратносТи пульсации в К П/П-р 12;2 6 раз и снижения ее уровня более чем в 2 раз (У К„„р. К„ 42,5:3,45 12,3%). Тем самым непосредственно связанные с Пи kf, массогабаритные и стоимостные показатели сглаживающих фильтров также улучшаются. Кроме того, введенная диодная развязка отдельных частей ЭДС (в частности обмоток, трансформаторов, электрических машин и других подсобных формирователей ортогональных ЭДС ), а также последовательное (а не параллельное, как в аналоге и прототипе ) Их соединение через вентили обеспечивает существенное улучшение энерегетических показате- , лей устройства, в частности увеличение более чем в 2 раза (в 2,1) . среднего значения V выходного напряжения при одинаковой с известным устройством амплитуде S ЭДС большей ее части. Одинаковое с известным устройством выходное напряжение может быть обеспечено в устройстве в 2 с лишним раза меньшим значением амплитуд о гональных ЭДС, что при высоковол ном питании существенно упрощает решение сложных проблем изоляции, конструктивной и технологической реализации, снижает массу, объем, стоимость, существенно повьшшет надежность и сроки работы. При реализации источников ортогональнь1х ЭДС посредством электромагнитных аппаратов существенно снижается требующееся суммарное число витков их силовых обмоток. В, частности, суммарное витковое число Wtо относительно Vgснижаетс в ЭууЕопр 3,65:1,95«1,9, т.е. почти в 2 раза при одинаковом с известным устройством значении V и в 3vwio«H 5,53:1,95 2/2«2,83, т.е. почти в 3 раза по сравнению с аналогом. Причем относительно последнего, обеспечивающего, в отличие от прототипа, теоретически ту же 12-кратную частоту пульсации устройство содержит в ,5 раза меньшее число частей источников ЭДС (обмоток ) при одновременном отсутствии в них дополнительных отводов, в 24:12 2 раза меньшее число силовых вентилей, существенно более простые связи (соединения монтаж, конструкцию, технологию из готовления, лучшее (в реальной схеме ) качество преобразования энергии, а также массогайаритные и. стоимостные показатели. Дальнейшего улучшения различных показателей и решения проблем изоляции, габаритов и веса сис113. темы при высококольтной нагрузке можно достичь, снабдив ее хотя бы еще одной дополнительной структурой, которые могут быть соединены между собой различным образом. В частности, упомянутые схемы Скотта на стыке звеньев могут быть разноименными ( ортогональными между собой, фиг. 3 ) или одноименными, а в последнем случае - полностью синфаз- ными либо обратными (с присоединенными к вентилям разноименными выводами вторых частей источников ЭДС при синфазных первых их частях), При таком выполнении устройства рассмотренные существенные положительные зффекты при одновременном появлении новых усилквгиотся практически пропорционально числу структур п, что особенно выгодно при создании системы именно с относительно высоким выходным напряже шем. Кроме того, следует отметить, что шесть вентилей в преобразователе, кроме их соединения в шестивентильное кольцо, могут соединяться между собой по три, соответственно анодами и катодами в Т-обрязных схемах, образуя совместно с присоединенными к ним вентилями два трехячейковых вентильных моста. Достижение эффектов, наряду с указанными мерами, обеспечивается также введением и умелым использованием естественных структурной, функциональной и режимной избыточностей, что существенно повьпиает зксплуатационную надежность источника - важного потребительского показателя объекта. Этим совместно с показанными зкономией энергии и материалов конкретном решены, применительно к описанным средствам энергоснабжения, актуальные современные задачи по повышению эффективности и качества, а также по активному капитало-, энерго- и материало- сбережению. N

(ю,в,э; W s,f/.2,j; l( flT -ff4 ....f X- %l /%N / .L ™ , .J..-, .% ::: / -.

f -.-.,-

J Ot S, ffj ds Оц. Of

--J,V Г rV

Ol

S

IS

-СНУ 1.22,123.5} /а2ДЛ5/ /r i , it -;y:; / ., . 4Г e b«r A i-4V (.Д,77./ L/r- -«J7 V f Я7, jiTfeTf T; {ЮЛПЛ9) 3,Zy} фс