Шестилучевой источник электропитания Советский патент 1991 года по МПК H02M7/12 

Фиг.1

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано в качестве низковольтного источника электропитания «

Цель изобретения - расширение об ласти применения

На фиг«1 представлена принципиаль ная электрическая схема шестилучево- го источника электропитания при со- единении секций трехфазной вентиль - ной обмотки (ВО) электромагнитного аппарата (ЭМА), разных ее звезд, в порядке прямого чередования фаз; на - векторная диаграмма, пояс няющая в фазовой плоскости принцип формирования знакопостоянных импуль- сов S iy(/U ) выходного напряже- / ния Ug, где указаны также номера преобразовательных элементов (ПЭ) для каждого циклически сменяющегося во времени контура протекания тока нагрузки в течение периода преобра- зуемых ЭДС; на и 4 - модифи- кация источника при фазовом угле Ц 0(60) и 30 эл.град.

Источник () содержит шесть ID и ЭМА 7, трехфазная ВО которого разделена в каждой фазе на две секции ах, , by, b,y,, cz, ,. Одноименные секции разных фаз соеди- нены между собой в две синфазные трехлучевые правильные звезды аЪс и ajbjCji. Общие точки соединения секций (выводами х, у, z и х, у,, zt ) являются нулевыми точками о и о , трехлучевых звезд и образуют выходные выводы 8 и 9 К ним может быть подключена нагрузка 10 К выводам а, Ь, с первой и выводами а., Сц второй звезд подключены по одному анодами и, соответственно, катодами шесть ПЭ 2, 4, 6 и 1, 3, 5, пронумерованных в порядке естественного

0

5

0

Фазовый угол (J0 сдвига огибающей выходного напряжения может быть установлен Б диапазоне Ј30,60 эл.град, включая границы диапазона

Возможен и обратный порядок чередования фаз, соединенных между собой секций разных звезд ВО при изменении угла (0 в пределах Ј0, эл.град Во всех случаях отводы могут быть равноудалены относительно одноименных выводов всех секций ВО и выполнены в каждой фазе от части данной секции (например, а х) между ее отводом (а ) и выводом (х) в соотношении sin( : : sin(60°-l{): 1 при или в соотношении sin(60°-C|) :sin(P: 1 при 30° Ј 60° относительно всей секции В частном случае,, когда Ц) 30 , введенный отвод (например, а ) совпадает с присоединенным к ИЭ крайним выводом (а) данной секции (ах), как совпадают этот отвод и другой крайний вывод (х) в двух других частных случаях, когда угол 60° или.О

Источник работает следующим образом

Из диаграммы (фиг.2) видно, что каждый из шести импульсов (,6) выходного напряжения UQ в общем случае формируется путем сложения ЭДС всей секции данной фазы (например, для первого импульса S, - секции c4z,, для второго импульса S - секции by, , для шестого - секции ах) одной звезды ВО и части смежной по фазе секции другой звезды (части а х - для первого импульса, части c{zj - для второго и части b у - для шестого импульсов).

Причем при одинаковых витках всех секций и равноудаленных отводах от одноименных их выводов на выходе формируется знакопостоянное напряжение

5

0

0

Изобретение относится к элект- ротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного источника электропитания Цель изобретения - расширение области применения. Уст ройство содержит электромагнитный аппарат 7 с трехфазной вентильной об- моткой, разделенной в каждой фазе на две секции. Секции соединены между собой в две синфазные трехлучевые звезды и снабжены каждая отводом. Шесть преобразовательных элементов 1-6 подключены по одному между выводами соответствующей секции одной звезды и отводами смежной по фазе секции другой звезды, а нулевые ки звезд образуют выходные выводы В результате получают определенное множество схем при различных фазовых углах огибающей выходного напряжения относительно переменных ЭД С-обмотки либо обеспечивают дополнительную функцию фазосдвигагощего устройства В любых исполнениях возможно обес- печение шестикратной частоты пульса ции выходного напряжения, что достигается выполнением отводов равноудаленными относительно одноименных выводов секций. 7 з.п. ф-лы, 4 ил. 7 Ч О SS (Л ск 06 о со о s

вступления их в работу в течение пе- д е переменная составляющая которого риода преобразуемых ЭДС ВО при не- изменяется с частотой, в 6 раз пре- управляемых ID

При этом катоды ПЭ 2, 4 и b подключены по одному к соответствующему дополнительно введенному отводу

50

вышающей частоту преобразуемых ЭДС, при сравнительно малом уровне Тем самым частотная кратность пульсации выходного напряжения теоретически равна шести (), а ее уровень Кп по полному размаху U.U0 относительно среднего значения VQ составляет около 14%, причем такой результат свойственен всем вариантам выполнения источника при любом значении фазового угла С| и не требуется введение специальных устройств для достижения данного эффекта

Ч

а , о секций ,, afx(, ,

другой звезды a,b(c(, а аноды ПЭ 1, 3 и 5 - к соответствующему дополнительно введенному отводу а, Ь, с секций ах, by, cz первой звезды abc. Соединение секций через ПЭ по выполнено в прямом порядке индексного чередования фая: а к b , b к с,

Г1 1Г

ска,, а. кЬ , Ь, кс , с

к а

е переменная составляющая которого изменяется с частотой, в 6 раз пре-

вышающей частоту преобразуемых ЭДС, при сравнительно малом уровне Тем самым частотная кратность пульсации выходного напряжения теоретически равна шести (), а ее уровень Кп по полному размаху U.U0 относительно среднего значения VQ составляет около 14%, причем такой результат свойственен всем вариантам выполнения источника при любом значении фазового угла С| и не требуется введение специальных устройств для достижения данного эффекта

При этом выполнение источника воз- можно как в виде отдельных базовых реализаций при соответствующем рас положении отводов, так и в виде еди- ного устройства с дискретным либо плавным изменением положения отводов

При изменении положения отвода, соответствующего изменению угла (D от 30 до 0 или от 30 до 60 эл.град., и фиксированном, одинаковом при всех Cf, значении амплитуды выходного напряжения изменяется суммарное чис- ло витков ВО ЭМА в пределах ГЗ, 5; 6 1 относительно базового числа витков с амплитудой напряжения на выходе в режиме холостого хода Определяющие маесогабаритные и стоимостные показатели (МГСП) коэффициенты превышения габаритной мощности сетевой (при соединении ее в звезду или треугольник) и вентильной обмотки, а также ЭМА в целом (в случае реализации его в трансформаторном или элект ромашинном выполнении) относительно полезной мощности (мощности нагрузки в ваттах) без учета потерь и в неуправляемом режиме работы изменяются в пределах Кпрсо Ј4,8; 4,8Ц), 28(Л

КПРВо Г48 ,W , ,4; 43(, без учета компенсации последствий постоянного подмагничивания), 54,8 () . Длительности импульсов тока через части секций и длительность открытого состояния каждого ПЭ (импульса его тока) составляют Ад-у 1 20 Ada1 6® эл.град,,, Среднее значение тока ПЭ составляет 1/6 часть тока нагрузки 10 (). Коэффициенты F ifl/IQ и D , определяющие, какую часть составляют амплитуда токов ПЭ и частей секций ВО, а также действующее значение их токов относительно тока нагрузки равны 1 и, соответственно, 0,4i при D1 Ia«x/T(,, равном 0,58, в случае нагрузки или при фильтре индуктивного характера (когда фильтр начинается с дросселя в первой продольной ветви) без учета потерь мощности на внутренних элементах (секциях, ПЭ и лр)„

Амплитуда обратного напряжения на ПЭ, определяющая их вентильную прочность (надежность), не превышает удвоенного значения амплитуды напряжения на секции ВО: 1Ь 6 /V Q,82; 2,l при q 30;60 эл.град без учета бросков от переходных процессов Действующее значение напряжений на частях секций определяется коэф- -. фициентами Ва«х UQ,X/V, Uaa./V0, которые при индуктивной нагрузке без учета потерь составляют соответственно (1bf2/3- l3) sintbO0-) fe 0,86 sin(60°-q) и () sin(-30°) . 1,481 sin( ), что при тех же значениях угла Ц 60;30 3 (или 0; 30} эл.град дает О/346;оЦ Ј ,43;0 и Q,T /3-{2jЈ 0;0, 74j.

Отсюда следует, что при заданном (одинаковом или разных СР) значении

, V число витков или напряжение на каж- -

дои секции уменьшается в -vJ3 раз при

переходе от (60 (или 0) к (30 эл град Во столько же раз увеличивается выходное напряжение V0 при фиксиро-

0 ванном напряжении или числе витков каждой секции ВО, причем такое изменение VQ осуществляется без изменения угла управления ПЭ, т.е при установке неуправляемых ПЭ или при фик

5 сированном значении этого угла оЈ в случае наличия управляемых ПЭ (тиристоров, транзисторов, магнитных усилителей с диодами и пр).

Так как значения 60 (0) и 30 эл

0 град, угла Ср соответствуют реализациям схем тб и в б (фиг.З и4), то в пределах значений, свойственных этим схемам, изменяются соответствующим образом и другие показатели: коэффициент мощности, коэффициент искаже- ний, спектральный состав потребляемого тока, уровни помех в смысле электромагнитной совместимости и пр« Аналогичны результаты в случае

« нагрузки емкостного характера, когда к выходным выводам источника подключена нагрузка, содержащая постоянг ную противо-ЭДС, работы на двигатель, зарядки аккумулятора и пр или фильт-

с ра с конденсатором в первой поперечной ветви. Б этих случаях значения указанных коэффициентов F, D и В our ределяются известными способами как для обычной шестилучевой схемы с ,

0 а для получения БОХ, Ва1х(и BQQ

Bax - Bai ) умножают найденное значение В на (2/43). sinCp 1,155 sinLf

и ()sin(6GC)-(f)Јl,155 sin (60° -Ц),

что для крайних случаев диапазона s угла Cf ГбО; 30j эл.град, дает

Cl; ,0,58 и 0; ,058 соответственно

При этом активное сопротивление г внутренней ветви, определяющее актив ные потери, равно сумме сопротивле-

где гпр- прямое

ний: г гпр + гф, сопротивление ПЭ;

о

шротивление J1J; г, гау + г rQ)f р + sin(60°-tj)/sinqu « г cos ((J -30°)/sin(|, что для тех же частных значений угла Cf бО;ЗсГ град, дает (. В общем случае

в г может входить также сопротивле- ние дросселя Глп и/или балластного сопротивления г с1 продольной ветви фильтра в случае использования р- об - разных фильтров. Но в любом случае число Вп вентильных плеч или ПЭ, че- рез которые протекает ток нагрузки в каждом AJ-м контуре токопрохождения не превышает 1 (В 1,), что и обусловливает целесообразность преимущественного применения устройства в качестве низковольтного НЭП, так как именно при низких и особенно при инфранизких напряжениях нагруки существенны потери напряжения и мощности на ПЭ, влияющие на КПД и МГСП устройства. В известных мостовых схемах число В равно двум и более, в связи с чем в модификациях схемы по фиг. показатели КПД и МГСП лучше, чем в мостовых источниках питания, особенно при увеличении тока нагрузки

При выполнении устройства управляемым (регулируемым, стабилизированным) возможно использование дискретного регулирования при изменении положения отводов, а также плавного изменения выходного напряжения за счет уменьшения или роста угла управления ОС преобразовательными элементами либо путем управления включенного дополнительно регулирующего элемента внутри дискретных поддиапазонов. В результате по сравнению с известными устройствами с широкими пределами изменения угла tf, обеспечиваются существенно меньший уровень пульсации выходного напряжения, лучшие массогабаритные показатели фильтров, а также лучше коэффициент мощности, спектры потребляемого тока и КПД.

Рассмотренные реализации могут быть дополнены аналогичными структурами, а выходные их выводы могут служить для подключения автономных нагрузок либо могут быть соединены между собой однополярно или разнопо- лярно параллельно непосредственно либо через магнитно-связанные или не5

0

5

0

5

0

5

0

связанные между собой элементы. Раз- нополярно соединенные структуры могут работать на реверсивную нагрузку при соответствующем управлении их НЭ, либо одна из структур может работать в режиме выпрямления, а другая - в режиме инвертирования, обеспечивая преобразование переменного напряжения в переменное.

Формула изобретения

точку звезды вывода данной секции в соотношении sinC :sin(60°-(J) : 1 при О СР 30° или в соотношении sin(60°-(f):sin(f:l при 60° относительно витков всей секции, где (-р - некоторый фазовый угол

0

7 Источник по пп„1-6, отличающийся тем, что он дополнительно дополнен по меньшей мере еще одной аналогичной преобразовательной структурой, выходные выводы которой образуют автономные выводы или с оеди- нены с выводами основной структуры

UW . ,

- a-Zj s,(1)

ад

Wla 4v5 Sinip r2v/3; 6 J; ,54,83

Фиг.2

У В

однополярно либо разнополярно, параллельно, непосредственно или через магнитно-связанные либо не связанные между собой вспомогательные элементы 8. Источник по , о т л и ч а кг щ и и с я тем, что при соединении разнополярных выводов разных струк тур одна из них выполнена с обеспе чением режима выпрямления, а другая режима инвертирования, либо эти структуры выполнены с возможностью их поочередного включения

ДЈб

(6) $t

SffW

(5) $5

Фиг.З

х а

У Ь

rW.

8

О

W5e „.„

т

I

a.

a

- - ,W

tfiae$W; Ллр-Я

Фие.4