Преобразователь напряжения с двухсторонним зигзагом Советский патент 1991 года по МПК H02M7/12 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве низковольтного вторичного источника электропитания с шестикратной частотой пульсации выходного напряжения.

Цель изобретения - расширение схемно-функциональных возможностей и области применения.

На фиг,1 изображена принципиальная электрическая схема преобразователя при соединении секции вентильной обмотки (ВО) электромагнитного аппарата (ЭМА) в неравноплечий двухсторонний встречно-встречный (ВВ) зигзаг - правильную трехлучевую звезду для общего случая, когда фазовый угол СР сдвига очередного импульса S, выходного напряжения от носительно соответствующей ему преобразуемой ЭДС данной секции ВО может изменяться в широком диапазоне Ъ;30°1, включая крайние значения, при этом представлен трансформаторный или электромашинный вариант выполнения, а положение отвода от каждой первой секции ВО непосредственно (однозначно) определяет значение указанного угла; на фиг.2 - векторная диаграмма, поясняющая принцип действия преобразователя по формиро- ванию в фазовой плоскости знакопостоянных импульсов S.. (/U l,6), где указаны состав схемных элементов обозначения секций ВО и их частей, номера преобразовательных элементов (пэ) для каждого из шести контуров токопрохождения, циклически сменяющихся во времени через 60 зл.град. в течение одного периода преобразуемых ЭДС (буквой П обозначена частотная краткость пульсации выходного напряжения относительно частоты ЭДС) на фиг.З - то же, в топологическом виде при согласно-согласном(СС) двухстороннем зигзаге и изменении фазового угла ср в пределах 0;60°1, причем отвод от первых секций ВО отсутствует при любых значениях фазового угла (0; на фиг.А - то же, при соглас но встречном (СВ) двухстороннем зигзаге с отводом и изменении угла Ср в пределах Ј0;60°, причем указанный

отвод сохраняется при всех значениях этого угла, кроме крайних его пределов; на фиг.З - то же, частный случай при СР 0 (традиционная юестилу- чевая схема); на фиг.6 - то же, част

0

5

0

5

г

0

0

5

0

5

ньй случай при (j JU° (.схема с соединением секций ВО в двухсторонний равноплечий с равными сторонами ВВ зигзаг - правильную трехлечувую звезду); на фиг.7 - то же, частный случай при ср 30° (шестилучевая схема при соединении секции ВО в неравноплечий двухсторонний с равными сторонами согласно-согласный зигзаг - трехлучевую звезду); на фиг.8 - то же, частный случай при (р 60° (шестилучевая схема при соединении секций ВО в равноплечий односторонний согласный зигзаг - трехлучевую звезду); на фиг.9-12 - то же, автотрансформаторные реализации при вы полнении первых (фиг.9, 11 и 12) или третьих (фиг.10) секций ВО в качестве сетевых обмоток для случая, когда входные выводы образованы дополнительно введенными витками (фиг.9 и 12) либо вспомогательными отводами (фиг.JO и 11) при сохранении (фиг.9, 11 и 12) диапазонов фазовых сдвигов Г0;60°1либо при дополнительных к ним сдвигах (фиг 10) за счет фазового поворота всей связанной системы ЭДС обмоток относительно системы ЭДС первичного генератора.

Преобразователь (фиг.1) содержит шесть ПЭ 1-6, которые одними одноименными электродами (катодами) соединены в общую точку и образуют шее- тилучевую вентильную звезду, ЭМА 7, трехфазная ВО которого разделена в каждой фазе на три секции ах, а,х, а2хг, by, Ъ , Ъгу Zi cz, c,z, c2z2. Первые секции ах, by, cz соединены между собой одноименными выводами х, у, z в общую или нулевую точку 0, топологически образуя трехлучевую звезду abc. К выводам а, Ь, с первых секций присоединены одноименными выводами С 4, а, b 4 (встречно) смежные по фазе вторые секции, образуя в каждом луче звезды неравноплечий односторонний встречный зигзаг (, yba4x, ).

Первая секция (например, ах) снабжена в каждой фазе отводом (аО и к нему встречно с этой секцией присоединена третья секция (), гете- рофазная двум другим (ах, c.zf), образующим данный односторонний зигзаг К выводам z,, гг, х.,, х2, у,,, у2 вторых и третьих секций присоединены другими электродами (анодами) ПЭ 1-6. Общая точка шестивентильной звезды

ПЭ и нулевая точка 0 трехлучевой звезды первых секций ВО образуют выходные выводы 8 и 9, и к ним может быть подключена нагрузка 10

При этом числа витков первой (например, ах), третьей () и второй(ajXf) секций могут быть установлены в каждой фазе в соотношении l:l:sinq /sin(60°-tf), где Ц b;30°J- некоторый фазовый угол, например угол z.aO на фиг.2, определяющий фазовый сдвиг очередного импульса выходного напряжения (например, импульса Si на ) относительно образующей его исходной ЭДС данной секции вентильной обмотки ЭМА, например секции ах, при равенстве витков второй секции (а.,х,) и части (а х) первой секции от ее отвода (а до вывода (х), образующего нулевую точку О звезды аЪс: ачх4 а х c4z , Ь,уч Ъ у c z.

Действующие (эффективные) значения напряжения на указанных секциях относительно среднего значения выходного напряжения в режиме холостого хода в этом случае составляют Bax,flzXi (2 и/3л1б) sin(6(f-q) Ъ/3-& Ь,7Ь-, 0,

Ва х4а х W/3-fi) sinCf 0; efO; 0,43, где крайние значения напряжений соответствуют частным значениям угла ( или 30 , преобразуя общее решение по в частные традиционные схемы - шестилучевую () и с двухсторонним равноплечим с равными сторонами ВВ зигзагом ().

Возможны также реализации с СС (фиг.З - общее, и 8 - его частные исполнения) и СВ (фиг.4 - общее, и 6 - его частные исполнения) соединениями секций ВО при соотношении витков первой, второй и третьей секций как cos(CP-30 ):sint| : :sin(60 -ЦО при 0Ј для СС и СВ, а, кроме того, для СВ - при равенстве витков второй секции и указанной части витков от отвода первой секции до ее крайнего вывода, образующего нулевую точку звезды. В действующих значениях напряжения это соответствует умножению указанного соотношения на 2/м /3-чо, что при фиксированных значениях угла Ц 0, 30 и 60° дает 1Г/з42; 2/u/3-Jb ; Т/ЗлОГ} ,74; 0,86; 0, 0;

6369686

/3-42 3 л СО; 0,43; 0,7 и Ги73л/2; fi/3461; 03 Р.74; 0,43; 0

При сохранении указанных соотношений возможны, помимо трансформаторного, и автотрансформаторные реализации как в общем виде ( и 10), так и в виде частных выполнений (фиг.11 и 12).

Преобразователь работает следующим образомо

При наличии на секциях трехфазной обмотки переменных ЭДС, сдвинутых по фазе последовательно на 120 эл.град относительно друг друга, на выходных выводах 8 и 9 или на нагрузке 10 формируется знакопостоянное напряжение

10

15

0

5

0

5

U0. Каждый из шести его импульсов S/u формируется внутри данного периода преобразуемых ЭДС путем сложения ЭДС разных по фазе секций и выпрямления их посредством ПЭ 1-6 ().

При выполнении указанных соотношений витков все импульсы одинаковы по форме, амтлитуде и длительности, частота переменной составляющей (пульсации) больше в 6 раз относительно частоты сети (генератора), а каждый из шести сменяющихся во времени контуров токопрохождения содержит лишь один ГО (Вп 1), что предопределяет целесообразность использования устройства в качестве низковольтных ВИП Изменение чисел витков одноименных секций разных фаз в соответствии с указанными соотношениями и изменение положения отвода в пределах витков данной секции при равноудаленности всех отводов от одноименных выводов секций, выполнение различных их соединений (ВВ, СС, СВ), а также различное исполнение обмоток (всех секций - в качест ве вентильных, вторичных, или одних из секций - в качестве сетевых) существенно расширяют номенклатуру новых базовых схем с двухсторонним зигзагом, обеспечивают широкий диапазон фазовых сдвигов огибающей вы- 0 ходного напряжения относительно ЭДС обмоток и сети, дают определенное множество дискретных выборок напряжения нагрузки. Эти и другие указанные эффекты существенно расширяют схемно-функциональные возможности преобразователя, позволяя выбирать наиболее подходящую (оптимальную) базовую реализацию по соответствую щим установленным или принимаемым

0

5

5

критериям в процессе проектирования и разработок низковольтных ВИН.

Формула изобретения

10

J5

20

25

30

1 Преобразователь напряжения с двухсторонним зигзагом, содержащий электромагнитный аппарат с трехфаз- ной вентильной обмоткой, разделенной в каждой фазе на три секции, первые секции разных фаз соединены в трех лучевую звезду, к свободным выводам секций которой подключены образующие односторонний зигзаг смежные им по фазе вторые секции, свободные выводы которых, а также одноименные им выводы третьих секций через однонаправ- ленно подключенные по одному шесть преобразовательных элементов образуют один, а нулевая точка звезды другой выходные выводы, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения схемно-функциональных возможностей и области применения, первые секции снабжены в каждой фазе дополнительным отводом, к которому подключена свободным выводом третья секция, гетерофазная двум другим секциям данного одностороннего зигзага и топологически образующая совместно с ним двухсторонний зигзаг

2 Преобразователь по.п.1, отличающийся тем, что обе секции, образующие двухсторонний зигзаг, подключены к первой секции встречно

3 Преобразователь по , отличающий ся тем, что обе указанные секции подключены к первой секции согласно

4 Преобразователь по п,1, о т - лич ающий ся тем, что одна из двух секций подключена к первой секции встречно, а другая - согласно.

.5. Преобразователь , отличающий ся тем, что числа витков первой, третьей и второй секций установлены в каждой фазе в соот- 50 ветствии с соотношением 1 : 1 :sin Јf/ /sin() при равенстве витков второй секции и части первой секции от ее отвода до вывода, образующего нулевую точку звезды, где 30°- 55 некоторый фазовый угол.

16369688

6. Преобразователь по и 4, отли чающий ся тем, что числа витков первой, второй и третьей секций установлены в каждой фазе в соотношении cos (cp-3t)°) rsin tsinCeO-tp) где 0 Ј Ц Ј 60°

7 Преобразователь по и 6, отличающийся тем, что вторая секция и часть первой секции от ее отвода до вывода, образующего нулевую точку звезды, выполнены с одинаковым числом витков

8, Преобразователь по пп.1-7, отлич ающий ся тем, что первая и вторая секции, образующие односторонний зигзаг, соединены между собой в порядке прямой или обратной индексной последовательности фаз.

:9 Преобразователь по , отли чающий ся тем, что введена по меньшей мере одна преобразовательная структура, аналогичная основной, выходные выводы которых соединены одно- или разнополярно параллельно или последовательно между собой непосредственно либо через дополнительные элементы

10 Преобразователь по , отличающийся тем, что двухсторонний зигзаг в одной структуре выполнен в прямом, а в другой - в обратном порядке индексной последовательности фаз.

35

40

45

П. Преобразователь по п.9, от - лич ающий ся тем, что звезды первых секций вентильной обмотки в разных структурах выполнены взаимо- обратными (в одной структуре - прямой, а в другой - ей обратной).

12.Преобразователь по , отличающий ся тем, что одна из трех секций вентильной обмотки выполнена в каждой фазе в качестве сетевой обмотки и снабжена вспомогательным отводом или дополнена витками, образующими входной вывод

13.Преобразователь по п.12, о т - личающийся тем, что в качестве сетевой выполнена обмотка лишь в одной структуре

14 Преобразователь по пп«10-13, отличающийся тем, что в качестве сетевой выполнена обмотка, соединенная в прямую звезду

П. Преобразователь по п.9, от - лич ающий ся тем, что звезды первых секций вентильной обмотки в разных структурах выполнены взаимо- обратными (в одной структуре - прямой, а в другой - ей обратной).

12.Преобразователь по , отличающий ся тем, что одна из трех секций вентильной обмотки выполнена в каждой фазе в качестве сетевой обмотки и снабжена вспомогательным отводом или дополнена витками, образующими входной вывод

13.Преобразователь по п.12, о т - личающийся тем, что в качестве сетевой выполнена обмотка лишь в одной структуре

14 Преобразователь по пп«10-13, отличающийся тем, что в качестве сетевой выполнена обмотка, соединенная в прямую звезду

в

с:

О4

I

ON

u;

ст

Ю

c: cc

--, tn rv fs

тб

0

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве низковольтного вторичного источника электропитания с шестикратной частотой пульсации выходного напряжения. Цель изобретения - расширение схемно-функциональных возможностей и области применения. Преобразователь содержит электромагнитный аппарат 7 с разделенной в каждой фазе трехфазной вентильной обмоткой. Первые секции соединены в трехлучевую звезду, к выводу и отводу каждой из них подключены гетерофазные вторая и третья секция, свободные выводы которых через однонаправлен- но подключенные преобразовательные элементы 1-Ь образуют один, а нулевая точка звезды - другой выходные выводы. Изменение положения отвода и соотношений витков секций, а также различное соединений секций - согласно-согласное, встречно-встречное, встречно-согласное - и выполнение одних секций разных фаз в качестве сетевых расширяют возможности преобразователя и область его применения. 13 з.п. ф-лы, 12 ил. ю (Л

Фиг. 5

Д тб

Фиг.7

Фие.6

Этб

Физ.8

Фиг. 9

Фие.Ю