Ступенчатый источник напряжения А.М.Репина Советский патент 1989 года по МПК H02M7/19 

.1

3149

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания (БИП) сравнительно повышенного постоянного напряжения, а также в качестве инвертора.

Цель изобретения - расширение области применения.

На фиг. 1 изображе}1а принципиальная электрическая схема четырехступенчатого источника напряжения, в трех ступенях которого по o/iiioii, а в четвертой - три соединеп}1Ы( и трехлучевую звезду секции трехфазно вентильной обмотки (ВО) электрома - нитного аппарата (ЭМЛ) , подключопн-ю. к иреобразоватольньгм элементам (ПЭ) ; на фиг, 2 - иекториая диаг раммл и виде разветвлениси п 1. /и ря и- чен- ного поля векгороп );1,(., ;).Т 11м У .их- ся на секпиях liO (кустовая диаг;)ам- ма), пояспяющая и фазовой плоскости принцип действия источника при формировании всех двенадцати зиаконостоян- ных импульсов S,, ( |L

и

ного напряжения ге импульсов на относительно другого

,12) пыход- 0 при фазовом сдви- 30 эл. град, один течение

в

одного периода преобразуемых ЭДС.

Для удобства и упрощения понимания работы устройства на фиг. 2 при S , указаны также номера и число ПЭ, одновременно последовательно открытых в одпом из двенадцати контуро токопрохождения, циклически сменяющихся во времени за период ЭДС, а вн.утри куст овой диаграммы указаны соответствующие (Дачные секции ВО ЭМЛ причем силошним линиями выделены секции, участвующие впервые за период, ЭДС в формиронаипя импулт.соп, а

пунктирными линиями - . ЭДС

тех же секций ВО, участвующих поп

75

сится к иеоднотипным ступеням, т.е. nojni(ic:T2j o не повторяющим остальные (i 1, IK- ; Л - число линий соединения секций ВО с ИЗ; М - общее число диагональных ЭДС (ДЭДС), форми- рую1;|,ихся но всех ступенях и образую- , щил (при пгзследовательном сложении соответствующих из них) р-е выходные ичну.чьсы; JIj,, М,,- то же, в п-й группе; Л , М - то же, н одной ступени; Ij - число ПЭ Б вентильном кольце; 1) - число ПЭ, непосредственно соединяющих одну ступень с другой

15 (раз11от1ПП ой); J ,

число ПЭ,

образук1щих анодную и катодную их группы для отрицательного и положительного выходнь;х выводов стугтенчато- го источника; В д

,- отношение деиcinyioi icro аиачения напряжения на секции 10 , среднему значению V выходноо

ГО 1:; 11ряжеипя при идеализированных ус1 оиияк (при нагрузке активного или ИНДУктивног;; характера без учета пот(рь), Пщап аналогичные отношения токов таких сек1цп1 к среднему значению I тока нагрузки ripn идеальном его сглаживании (т.е. без пуль- сап,ий); К r-f л превышение габаритной мо1циости ВО (в в ь 1ьт-амиерах) относительно иолезной мощности нагрузки (Б ват сах) при тех же условиях W,

5. о

суммарные числа витков 4Ю

г ч

относительно амплитудного и среднего значений напряжения К р дир/Л д- коэффиь иент пульсации по полному ее размаху (от минимума до макс} мума напряжения 11 при идеализированных условия:;); Л(-5 о обозначение типа схем, содержа11и1х в ступенях нсточни- ки /.иагональных или линейных ЭДС на секциях ВО с независимыми (собственными) или объединенными для разньг ЭДС (общими) полюсами (выводами

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания сравнительно повышенного напряжения, а также в качестве инвертора. Цель изобретения - расширение области применения. Источник содержит электромагнитный аппарат с трехфазной вентильной обмоткой, разделенной в каждой фазе на две секции, которые подключены к преобразовательным элементам (ПЭ) 1-18, собранным в три четырехвентильных кольца. Эффект обусловлен возможностью получения на выходе устройства двенадцатипульсного выходного напряжения при малом уровне переменной составляющей. Кроме того, при выполнении всех ПЭ управляемыми, алгоритм управления обеспечивает подачу сигнала лишь на один ПЭ, что приводит к упрощению системы управления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

торно при формировании других имнуль- д 1ли линиями). Конкретные данные пересов, что наглядно иллюстрирует эффективность использования мощности ВО и сокращение числа вит1 чи , ое секций .

Использованы обозначен): П - частотная кратность пульсации, трактуемая как отношение ее частоты Г г к частоте fc иреоСразуемых Э,;1С или частоте перпичппго генератора пе)е- менного тока (сети); Э оОщео число ступеней; i у t, - ступеней в п-1 группе (и 1,2); п число ОДНОТИ1П1ЫХ ступене; (секций ВО) в каждой i-ii стуь пп, причем i отно50

55

численных величин для источника по фиг. 1 даны на фиг. 2 для удобства проведения необходимых ориентировоч- ньк расчетов и выявления эффективности да1П1ого устройства по сравнению с известными.

Ступенчатый источник напряжения содержит преобразовательные элементы 1-18 и электромагнитный аппарат (ЭМЛ) с трехфазн(5Й вентильной обмоткой. Двенадцать элементов образуют три четырехвентильных кольца. Первое кольцо, выполненное на ПЭ 2,6,13,15, соедпнено согласно-последовательно

0

5

численных величин для источника по фиг. 1 даны на фиг. 2 для удобства проведения необходимых ориентировоч- ньк расчетов и выявления эффективности да1П1ого устройства по сравнению с известными.

Ступенчатый источник напряжения содержит преобразовательные элементы 1-18 и электромагнитный аппарат (ЭМЛ) с трехфазн(5Й вентильной обмоткой. Двенадцать элементов образуют три четырехвентильных кольца. Первое кольцо, выполненное на ПЭ 2,6,13,15, соедпнено согласно-последовательно

с вторым к)Л(..цом на ГЗ 3,7,9,16. Пер нля С и катоды депя- того 12 и /leoiTtu ii 1 II J подключены к парам оОт рдинеиных анодов ИЗ 2, 6, 13, 13 соотнг тстпеино. Вторая фазная секция а , и аноды одт1инадца- того 18 и двс}1адцатого 17 113 подклю- че}1Ы к парам оОьедин. като/ии И :) 9. 16 и 3, 7. Третья фазная секция Ь, одним шлподом iioiiKJiio U на к точке соединения иернсго и вторсм о колец, а другим - к точке соединения объедипе1И1ых катодон Ю 6, 13 н объед,и} енных анодов И З 3, 16. Hej)- вый выходной вывод обраиопан циненнымя анодами девятого 12 и десятого 1 ПЭ, Три разноименные по фа- че секции нгнтидьной обмот -;и а-, Ь., с одноименными вывсумм и сстединень: I звезду. Лру1 ой вывод ггервой доиол- MiiT-: .;bH(ui секции л но;1КП;:чен к Г очке cot динени.ч iioc. jc-vjoiiaTC льно Н1 лмченн IX первогс) 11 и inopciro S дсмюлнителрл ых ПЭ. Друго иьнюд лтгз- рой дополнительно секции b-; подкл о- чс н к оГ;,единениь м катода.м одиннадцатого 1R и дне-надцатого 17 I1J и аноду дополните. ИтНог О 1IJ 8. Лругой ;;м1мд третьей /юполнительной секции с подключен к об7,едине иным кп юдам MeTBeirroro А и питого 10 11Э и аноду шестого д,ополн1ггельло1 о ПЭ 14.

j

Второй ны.-;одиой р.ыиод образован обт.едиие Н1. ми катодами второго 5, третьего 8 и iiiec ioro 14 дorI JЛниI ель- ных ПЭ. Лноды -joTBepTor o 4 и пятого 10 доп11Л111ггсльн1 1Х ИЭ соед,инены с aiio дами одиннадцатог О 1В и двенадцато о 17 ПЭ F ipcTbe гетырехнентильное колцо. А}1од иерного ПЭ 11 подкличеи к рпзноименнс му o носительно первой /гопо.пнительно секции ,() :i ; выводу тре rbei ocHouHoii фазн(тй секции а . При iv (1м все ПЭ пронуме1К )р,аны в порядке последонательногч:) ее ) ествепно- го их открытия при работе источника в не правляем(м режиме (с иеуправдяе мььми ПЭ) и при выборе в качестве первого (исхо/1Ного) одного из двенад- 11,ати импульсов, формирующихся за один период преобразуемых ЭДС вентильной обмо1л и, обозначенного на фиг. 2 как S . (соотношение витков допо;1ните: ьных и основных секций может быть установлено н фазе 1: .

-

Ш

20

30

35

45

50

1756

Ступенчатый источник напряжения работает cпpдvюц:им .

При наличии на секциях трехфазной вентильной об. чотки переменных ЭДС, фазы которых сдвинуты одна относительно другой П(1следовательно на 12U зд. град., цреобразовательные члементь -18 формируют на выходе устройства знакопостояр{ное напряже- }П1е I o в С .ютвет стри и с кусторой векторной диaгp, на фиг. 2.

Несмотря на разнотипность групп С1 упеней и наличие .чишь трех фаз вентильной обмотки ЭМЛ, выход1Ц1е напряжение и содержит rsa один период преобразуемых переменных ЭДС двенадцать импульсов S, которые при указанном соотношешп чисел витков следуют последовательно один за другим через 30 эл. Г рад., причем с сдинако- для импульсов амплитудой, длительностью и формой. Тем самым частота переменной составляю;цей иди пульсации в1--гкодно1 с напряжения увеличена в источнике н двенадцать раз относительно частоты первичного гене- ра ; ора (П 12), а ее уровень обеспечен достаточно малым (теоретически равным 3,45%), что соответственно в два и в четыре раза лучше, чем в известном источ1И1ке (прототипе).

Пспользование габари1ной мощности, симбятно определяюще массу, объем и стоимость ЭМЛ, улучшено по коэсЬфи- циенту ее превышения в Э 11,1: : 7,8 1,425 раза и практически равноценно J;y ,ll;oй по данному энерг е- тическому показат; ;т1о трехфазной мостовой схеме (Лари() . Однако эта схема обеспечивает , как и прототип, лии111 П 6, К п 14, то есть в два раза худшие показатели по спектральному составу г ыходн() о-напряжения, определяющему hUX. il 1(,1ходных фильтров, при oднoвpeмeliнo существенно большем на11ряже1пп1 (числе витков) на отдельной секции венти.иьной обмотки ЭЫА. и суммарном числе их витков, что особен)1о важно при сравнительно высоковольтной наг1)узке, когда расход дорогостоящих активных материалов (меди, стали, ал)импния и пр.) может оказаться существенным. Уменьшение числа виткон .нагп яжения) пер- Boii и BTOpoii секций -U) ,)МЛ в устройстве относительно cxeMi;i Ларионова при соединении н неп ВО л звезду или треугольник оСч снечено соотвесгвем в Ид : В„, 0,428:0,214 - 2; :)j В : BO,,. 0,428:0,183 2,32; 1) ,д - К : В, 0,74 : : 0,214 3,46; Э, В : В«г 0,74 ; 0,185 4 раза при экономил н суммарном числе виткоп п

i о

1,815:1,692 1,07; Э

«/Л

504 5 о 3,14:1,692 1,86

раза, что также расширяет применение

устройства л высоковольтных ВИН.

выполнении источника управляемым (cTa6Hjni4iipoJ3aHiibiM) может быть реализован простой алгоритм управления ПЭ, которьи пепосредстнен но следует из той же фиг. 2. Согласно указанным на iiei t ПЭ, участиующим в работе в /.-м контуре токопрохож- яения, введениоГ системе. уира1 ле1П1Я достаточно обеспеч)П ь подачу сигналов унравления . вате.гп.ио через инте1)вал дискретности гшачале на o;,uiH, а затем на два ПЭ, а именно на ПЭ 4; 6 V7; В; 9 V10; 1 1 ; 12 V13; 14; 15 V16; 17; 3V1B; 5; 1 V 2 при принятой на фиг. 1 нумерации ПЭ, причем V- знак и, а точка с запятой отделяет ПЭ смежных

интервалов дискретности при д:п1тель

ности KajKJioro из них в 30 эл. град. При д,вухпозиц11О1П1О управляемых ПЭ (на включение и выключение) нозмож- 110 введение внутри интервала д.иск- 1етности дополнительпых импульсов управления при фазоширотно-импульс- Hoii модуляции, что расширяет возможности ВИП.

Как следует из приведенного алго- ритма и фиг. 2, в каждом из полови- iu,i и гrepпaлoв д.искретности, то есть для ка; кдого из половины циклически сменяющихся во времени контуроп то- копрохождения, сигнал ynpaBJiefiHH достаточно подавать Juimij на один из пяти ПЭ, одновременно участвующих в работе в данном контуре, что в два -)аза меньше, чем в каждом интервале другой их половины, а в тех и других интервалах в 2,5 и 5 раз меньше числа одновременно проводящих ток ПЭ, что ио сравнению с известными сравним1)№П по данному показателю

устройствами ступенчатого типа существенно упрощает систему управления, в 1 ом числе микропроцессорную, по- ,1111ая ое экономичность и эф ектпиilnCTf- ,

5 10

15 - 20 25

30

35

40 5

-5

Формула и 3 и б р е т е и и я

Uo , , (1,2,3,IS.5)f:,,{l2,3,t,5)

(;г,;дд;«5;- К (;.й,7,,5;

SA 5г ,.г1 е ,

(П.,,. f . .1 а;.. ,i/ (, S, (,«.

,„ S/ V Ч.«,

S;V

(2Л5Л6,П.1Ч) S5f/,6,9./7,j

(12,13, d l fJBj - .13.9.Пв) л-4; V f2 ;y/i /;

1 ; fS; ,9 ,

5 4;Яд /; ,fT/г , Bai-OM

Паг1; Ва,г-0.г1Ц-у аг - 0,82; КПРЕ 7.9Уо; Лп . 5%; .7J;Hii,-;.,j-c;reA ff

. г