Мостовой источник постоянного напряжения (его варианты) Советский патент 1987 года по МПК H02M7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания преимущественно для потребителей сравнительно повьшенного постоянного тока,

Цель изобретения - повышение качества преобразования энергии и улучшение массогабаритных показателей.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема одной из возможных реализаций системы по первому варианту при встречном включении дополнительных частей относительно основных; на фиг. 2 то же, мнемонически-топологическое изображение на фиг. 3 - то же, при согласном включении дополнительных частей относительно основных; на фиг. 4 - векторная диаграмма формирования в фазовой плоскости -х знакопостоянных импульсов S u(f ,2} выходного напряжения при одновременном указани для каждого |u-ro контура токопрохож- дения чисел и номеров:токопроводящих вентилей и выводов секций обмоток, между которыми образуются соответствующие диагональные ЭДС (ДЭДС); на фиг. 5-8 - принципиальные электрические и мнемонические схемы возможных реализаций системы по второму вари - анту при соответствующем исполнении дополнительных (д) и вспомогательных (в) частей, включенных согласно (с) или встречно (в) относительно основных частей (при Дв, Вс - фиг. 5, Дс, Вв - фиг. 6, Дв, Ев - фиг,-с7, Дс, Вс - фиг. 8).

Пунктиром и квадратиками показаны дополнительные витки и отводы, образующие входные выводы для автотрансформаторного исполнения, сз ммарные витковые числа, показывающие отношение суммарного числа витков вентильных обмоток и некоторым базовым числам W и Wj, витков с напряжением на них, равным соответственно амплитудному U до и среднему Vj значениям выходного напряжения в режиме холостого хода; Knp( .100% - коэффициент превышения габаритной (вольт-амперной) мощности Р сетевых и вентильных обмоток относительно полезной (ваттной) мощности Рд нагрузки; п-- частотная кратность пульсации; К, - коэффициент пульсации.

Устройство по первому варианту (фиг. 1) содержит двенадцать преоб

5

5

5

разовательных элементов (вентилей) 1-12, образующих шестиячейковый вентильный мост 13, выводы постоянного тока которого образуют непосредственно или через сглаживающий фильтр 14 выходные выводы 15 и 16. К ним подключена нагрузка 17, а также для управляемого, в частности стабилизированного режима - система 18 управления.

Выводы моста 13 по переменному току соединены посредством линий 19 с источниками фазосдвинутых ЭДС, сформированньпс посредством вентильных обмоток 20 на магнитопроводе 21.

Вентильные обмотки 20, разделенные в каждой фазе на две части а, а, Ъ, , C.J, соединены между собой последовательно-встречно и топо- логически образуют правильный замкнутый шестиугольник (фиг. 2), К его чередующимся через одну вершинам подключены дополнительные части aj, Ъ,

0

5

0

5

0

Ъ

к которым, как и к свободным трем вершинам шестиугольника, присоединены линии 20. При этом на фиг. 1 показано одно из частных присоединений дополнительных частей а , Ъ.., с-, включенных встречно с соответствующей парой смежных с ними по фазе-основных частей. Возможно и согласное их подключение (фиг« З).

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Как следует из фиг. 2, схема по фиг. 1 формирует систему иэ шести фазосдвинутых диагональных ЭДС: ,

, - з - з После выпрямления посредством вентилей 1- 12 моста 13 эти ДЭДС создают на выводах 15 и 16 двенадцать знакопостоянных импульсов S ц(-,2), векторно изображенных в фазовой плоскости На фиг. 4. Здесь же указаны номера соответствующих этим контурам преобразовательных элементов, попарно последовательно проводящих ток нагрузки за период пульсации выходного напряжения Ug. Возможное явление коммутации или перекрытия внутренних ветвей - ДЭДС, линий, вентилей - не учитывается. Остальные десять преобразовательных элементов закрыты в течение этого периода образующимся на них обратным напряжением. Поэтому среднее значение Ig тока через вентили 2, 3, 6, 7, 10 и 11 составляет сравнительно малую всего лишь 1/12-ю часть тока 1о нагрузки, что благоприятно сказывается на тепловом соетоянии вентилей, снижая -мощность потерь, вес, габариты и стоимость.

Вместе с тем, основные части обмоток участвуют во всех двенадцати циклически сменяющихся во времени контурах прохождения тока нагрузки и это позволяет в каждом чередующемся через один токопроводящем контуре перераспределить ток нагрузки по дву параллельно соединенным симметричным ветвям с уменьшенным в .2 раза амплитудным значениям тока через обмотки относительно тока нагрузки и равными активно-индуктивными сопротивлениями Кроме того, существенно повьппено использование вольт-амперной мощности обмоток, что улучшает МГСП трансформаторного оборудования. В частности, при нагрузке (фильтре) индуктивного характера с условно бесконечной индуктивностью электромагнитного элемента первой продольной ветви фильтра, а также при соотношении чисел витков дополнительной и основной секций обмоток, равном ()/2:2, коэффициент Ки превышения вольт-амперной мощности трансформатора 6,82%.

Аналогичным образом работает сие- тема и при согласном подключении дополнительных частей а, Ъ,, Cj относительно основных (фиг. 3).

Система по второму варианту (фиг. 5-8) отличается дополнительно введенными вспомогательными частями 3.49 Ъ, с , а также измененными присоединениями соответствующих линий. Система (фиг. 5-8) работает аналогично описанной выше.

Коэффициент К„р превьш1ения мощное- ти трансформатора в реализациях второго варианта возрастает относительно первого варианта (фиг. 1) и в пределе (т.е. при стягивании шестиугольника условно в точку) еоетавля- ет 19%. Суммарное витковое чиело остается при этом неизмененным W

ZO

3,035.

Тем самым, варьируя лищь соотно- шением чисел витков основных либо дополнительных и вспомогательных частей обмоток, можно установить оптимальный вариант исполнения относительно соответствующим образом вы- бранных или заданных критериев.

Реализация источников фазосдвину- тых ЭДС в врще трех однофазных трансформаторов либо выполнение магнитопровода проетранственным с замкнутыми по внешнему контуру ярмами (например, многоугольными), а также выполнение обмоток из облегченного ленточного материала или/и компонента с повьш1енной электропроводностью су- щеетвенно снижает асимметрию магнитных потоков, упрощает и унифицирует конструкцию, улучшает МГСП фильтров и системы электропитания в целом.

Регулирование (стабилизацию) выходных параметров можно обеспечить, еели преобразовательные элементы 1-12 или/и иеточники переменных ЭДС выполнить управляемыми от введенной системы 18 управления, в частности путем введения элементов ключевого типа, в том числе двухпозиционных, или/и путем изменения магнитного состояния указанного магнитопровода.

Формула изобретения

1. Мостовой иеточник поетоянного напряжения,содержащий трансформатор сетевые обмотки которого образуют входные выводы, а вентильные, гальванически разделенные в каждой фазе на две основные равные части, соединены между собой последовательно- встречно и топологически образуют правильный замкнутый шестиугольник и шестиячейковый вентильный мост из преобразовательных элементов с присоединенными к его выводам по переменному току шестью линиями, три из которых подключены к чередующимся через одну трем вершинам шестиугольника, а выводы указанного моста по постоянному току образуют выходные выводы, .отличающийся тем, что, е целью повьш1ения качеетва преобразования энергии и улучшения маееогабаритных показателей, вентильные обмотки енабжены в каждой фазе дополнительной чаетью, которая одним выводом подключена к одной из свободных вершин шестиугольника, а другим к одной из остальных трех линий.

2.Источник по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные чаети вентильных обмоток подключены к каждой вершине шестиугольника встречно с соответствующей им парой смежных по фазе основных частей.

3.Источник по п. 2, отлича- ю щ и й-е я тем, что числа витков дополнительной и основной частей

вентильных обмоток установлены в соотношении (V3-l)/2:l.

4.Источник по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные части вентильных обмоток подключены

к каждой вершине шестиугольника согласно с соответствующей им парой смежных по фазе основных частей.

5.Источник по п. 4, отличающийся тем, что число витков дополнительной и основной частей вентильных обмоток установлены в соотношении ():1,

6.Мостовой источник постоянного напряжения, содержащий трансформатор сетевые обмотки которого образуют входные выводы, а вентильные, гальванически разделенные в каждой фазе- на две основные равные части, соединены между собой последовательно- встречно и топологически образуют правильный замкнутый шестиугольник

и шестиячейковый вентильньш мост из преобразовательных элементов с присоединенными к его выводам по переменному току шестью линиями, выводы которого по постоянному току образуют выходные выводы, отличающийся тем, что, с целью.повышения качества преобразования энергии и улучшения массогабаритных показателей, вентильные обмотки снабжены в каждой фазе дополнительной и вспомогательной частями, которые одними выводами подключены к диагонально противоположным вершинам шестиугольника, а другими выводами - к соответствующим линиям.

7.Источник по п. 6, отличающийся тем, что дополнительные и вспомогательные части вентильных обмоток подключены к каждой вершине шестиугольника встречно с соответствующей им парой смежньпс по фазе основных частей.

8.Источник по п. 7, отличающийся тем, что числа витков основной, вспомогательной и дополнительной частей вентильных обмоток установлены в соотношении (Y3/3-W ):

/W«

:(Wj/l-2/V3):W, гдеУ: „-, отношение-числа WQ витков дополнительной части к некоторому базовому числу Wg витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде выходного напряжения.

10

20

25

3471336

9.Источник по п.. 6, о т л и ч а- ю щ-и и с я тем, что дополнительные и вспомогательные части вентильных обмоток подключены к каждой вершине шестиугольника согласно с соответствующей им парой смежных по фазе основных частей.

10.Источник по п. 9, отличающийся тем, что числа витков основной, вспомогательной и дополнительной частей вентильных обмоток установлены в соотношении ( +V3/3):(W3«+2/V3-l):W5«, где W

. Wa/Wg - отношение числа Wa витков дополнительной части к некоторому базовому числу W витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде выходного напряжения.

11.Источник по п. 6, отличающийся тем, что дополнительные и вспомогательные части вентильных обмоток подключены к каждой из трех чередующихся через одну вершин шестиугольника встречно, а в каждой из трех остальных вершин - согласно с соответствующей им парой смежных по фазе основных частей,

12.Источник по п. 11, отличающийся тем, что числа витков основной, вспомогательной и дополнительной секций вентильной обмотки установлены в каждой фазе в соотношении (1 / V3-W „): (2/ УЗ-1 -WjJ : :Wo j где (, - отношение числа Wj. витков дополнительной секции к некоторому базовому числу W, витков с амплитудой напряжения на них, равной амплитуде- выходного напряжения в режиме холостого хода.

13.Источник по п. 12, о т л и- чающи йся тем, что числа витков основной, вспомогательной и дополнительной секций установлены

в каждой фазе в соотношении (2/V3+3): 45 :1:1.

14.Источник по пп, 1-13, отличающийся тем, что, с целью использования его в автотрансформаторном исполнении, основные

50 или дополнительные либо вспомогательные секции вентильной обмотки выполнены в качестве сетевых обмоток и снабжены отводами либр дополнительными витками, образующими вход55 ные выводы для подключения первичного источника трехфазного переменного тока.

30

35

40

cO cy

,

a«:a«:a5at:i:(, К„ргб 8%)„гд,дг

Ф(/г;2

Oi

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания преимущественно для потребителей сравнительно повышенного постоянного тока. Цель изобретения -. повьшение- качества преобразования энергии и улучшение массогабаритных показателей. Положительный эффект достигается за счет введения дополнительных частей вентильных обмоток 20 и соответствз/тащим присоединением шестиячейкового вентильного моста 13 на вентилях 1-12. Предлагается два варианта устройства, отличаюпщхся количеством дополнительных обмоток 20. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил. с (Л 419 f |.7 у; г-п /5 Оч Aii|z S-V 0 со 4 оо со 4f f f 8 Ю 12 2 ФигЛ

/5

В,

ft .

ffj f z

/я

(Oyb2;l2)

(а,Ь,М ,

%f i. : / .,з(ЬтГ,;Д«; ( A

.-Н5|,(Ь,

.. V: v---.

лГ

55{Ьз J;;55;

суЬз . % у

(СзОг ,З.Ш {ЪзОз;5.8}

(CyffjiSf) (,18)

Фиг.

П Г2

(Oyb2;l2)

S

V: v---.

лГ

55{Ьз J;;55;

{ЪзОз;5.8}

; J 5 7 /;

пмп

S 10 12 Z ч 6 16 Фиг.5

bj,/l Cif

ii 4

o ffj

fpuz.6

Ьз

Фиг.7

сг

2з ац Л

Л

Редактор О.Головач

Составитель Техред Л.Олийнык

Заказ 5124/49 Тираж 658Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Фиг.8

Корректор В.Бутяга