Шестилучевой источник низковольтного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного вторичного источника электропитания с шестикратной частотой пульсации знако - постоянного низковольтного напряжения при наличии двух фаз источника переменных ЭДС при фазовом их сдвиге на 120 эл.град.

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

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема шести- лучевого источника низковольтного

знакопостоянного напряжения с шестикратной частотой его переменной составляющей (пульсации) относительно частоты любой из двух преобра- , зуемых ЭДС переменного тока, сдвинутых по фазе на 120 эл.град относительно, 1 ДРУГ друга, причем такой сдвиг показан большими стрелками, а малыми стрелками указаны направления перемещения отводов, которыми снабжены секции двухфазного источника ЭДС, для случая роста фазового угла ЈJ сдвига огибающей выходного напряжения относительно образующих его преобразуемых ЭДС в пределах о; 30 эл.град,

включая границы предела, при этом каждая полусекция, образованная отводом от средней точки фазной секции вентильной обмотки4 (ВО), а также соответствующие части между этой точкой и основным и дополнительным отводами выполнены одноименно одинаковыми в каждой из двух фазных секций источника1, на фиг. 2 - векторная диаграмма, поясняющая в фазовой плоскости принцип работы устройства по формированию шести знакопостоянных импульсов 5гц (to-1,6) выходного напряжения U в течение одного периода

10

преобразуемых ЭДСЈ при этом для каждого из шести контуров токопрохожде- ния указаны номера преобразовательных элементов (ПЭ) и обозначения выводов и отводов соответствующих частей полусекций разных по фазе секций, ЭДС которых складывают согласно или 1 встречно в соответствующем контуре при открытии принадлежащего ему ПЭ, причем сплошными линиями показаны ЭДС полусекций, участвующих в работе в данном контуре (при формировании данного импульса S/ц) , а пунктирными - части тех же ЭДС, участвующие в другом контуре{ на фиг. 3 и 4, 5 и 6 - то же, что на фиг. 1 и 2, частные реализации, соответствующие крайним значениям первого поддиапазона угла ($ , а именно If 0 и 30° соответственно , на фиг. / и 8 - то же, для другого поддиапазона угла (f 30, 60 эЛоГрад., причем частные реализации при Ц 30 и 60° показаны на фиг. 5 и 1 соответственно, на фиг.9 и 10 - зависимости от угла CJ) относительных значений суммарного числа W д %Q(8) ,62 витков ВО или суммарной амплитуды ЭДС фазных секций, а также значений полусекций (ао,Ьо ,...) отдельных их

16425674

1-6, пронумерованных в порядке естественного вступления их в работу в течение одного периода преобразуемых ЭДС I при выборе условно первого импульса S в качестве исходного, и двухфазный источник переменных ЭДС с фазовым сдви- гом 120 эл.град. относительно друг друга. Источник реализован на двух разноименных по фазе секциях ах и by, представляющих собой, в частности, секции ВО электромагнитного аппарата (ЭМА) и может быть выполнен в виде электрической машины, трансформатора, автотрансформатора, сфазированных автономных генераторов, параметрической системы, в том числе в виде конструктивно раздельного по каждой фазе либо единого по всем фазам исполнения, например, в составе многостержневого ЭМА многоканального ВИП и т.д.

Каждая из двух фазных секций (ау, by) снабжена отводом от средней точ15

Г.

20

ки (о, о1 ), который образует один

25 из двух выходных выводов +

и

30

35

40

частей (а

о 1 Агь

,.) относительно

45

делит данную секцию на две полусекции (ао, ox, bo , b y). Каждая полусекция снабжена основным отводом (ai, 34, b, , ), К выводам а, х, Ь, у секций ах, by и к отводам а,, Ь секции by по одному подключены однонап- равленно относительно одного из выходных выводов указанные шесть ПЭ 1-6.

Секции содержат также дополнительные отводы а, а, Ь2, Ьэ, к которым свободными электродами соответственно подключены по одному ПЭ t-6. При этом через эти ПЭ соединены секции разных фаз.

ПЭ 1-6 соединяют выводы или отводы с отводами или выводами разноименных либо одноименных полусекций разных фазных секций, причем ПЭ 1 и 4 (5 и 2) соединяют между собой выводы а и х (Ь и у) полусекций ао и ох (bo и о у) первой фазной секции ах (второй фазной секции by) с дополнительными отводами b-я и Ь (основными отводами а (.и а) второй фазной секции оу (первой фазной секции ах), а

амплитуды UQDвыходного напряжения в режиме холостого хода - полусекций а (ао ох bo1 - о у( 43/2иа()), частей от основного (a, (afo оа. ./ -yf5V2UQO ) и от дополЬ,о

нительного

(а-,

о

(ago

оа,

Ь,/ )иао) отводов для средней

точки, иллюстрирующие характер изменения и значения соответствующих величин для конкретных базовых схем ,

ных реализаций устройства.

Шестилучевой источник низковольтного напряжения содержит шесть ПЭ

Каждая из двух фазных секций (ау by) снабжена отводом от средней точ

ки (о, о1 ), который образует один

25 из двух выходных выводов +

и

0

5

0

5

0

делит данную секцию на две полусекции (ао, ox, bo , b y). Каждая полусекция снабжена основным отводом (ai, 34, b, , ), К выводам а, х, Ь, у секций ах, by и к отводам а,, Ь секции by по одному подключены однонап- равленно относительно одного из выходных выводов указанные шесть ПЭ 1-6.

Секции содержат также дополнительные отводы а, а, Ь2, Ьэ, к которым свободными электродами соответственно подключены по одному ПЭ t-6. При этом через эти ПЭ соединены секции разных фаз.

ПЭ 1-6 соединяют выводы или отводы с отводами или выводами разноименных либо одноименных полусекций разных фазных секций, причем ПЭ 1 и 4 (5 и 2) соединяют между собой выводы а и х (Ь и у) полусекций ао и ох (bo и о у) первой фазной секции ах (второй фазной секции by) с дополнительными отводами b-я и Ь (основными отводами а (.и а) второй фазной секции оу (первой фазной секции ах), а

основные отводы о Ь

bf, b$ полусекций

bo , o b второй секции by соединены через ПЭ 6 и 3 с дополнительными отводами а-, а полусекций ао, ох первой фазной секции ах.

При этом каждый дополнительный отвод (аг, а, Ьг, bj) данной полусек- ции (ао, ox, bo , o b) расположен

пульса S

между основным ее отводом (а, a-j, Ь(Ьз) и средней точкой (о, о ), а части , оа, , о от «основных отводов и части а2о, оа$, , o bj от дополнительных отводов до средних точек могут быть установлены относительно полусекций ао, ох, bo , о у в соотношении cos(CP+30 ):

:sin(j :cos((p- 30е) в каждой полусек- JQ двух секций ВО.

ции, где If Ј0; 303 эл.град. Дополнительное создание такого При этом ао ох bo о у,,

t относительно образующей его ЭДС полусекции ах первой фазы. Изменение соотношения обеспечиваетс изменением положений отводов, созда вая при фиксированных значениях фазового угла (f определенное множество схем с шестикратной частотой пульсации при наличии всего лишь

о Ъ

а.о оад Ь.о

V( Л

bol - о Ъл - аа, а, х bb,

4, оаз o bj ао - а4о ох - оа.

4а

ч + агЭф - аа, оо( ,

bxb

Di

4°5

т.е. а

а,а2

л,

Шестилучевой источник работает следующим образом.

Благодаря согласному (через ПЭ 1, 2, 4, 5) и встречному (через ПЭ 3, 6) соединению полусекций и их частей разноименных по фазе секций на выходных выводах +, - устройства формируется шесть знакопостоян- ных импульсов 8л( ( IU - 1,6) в течение одного периода из двух фазосдви- нутых на 120 эл.град преобразуемых ЭДС секций ах и by. Причем, как следует из фиг.2, четыре из шести импульсов (первый, третий, четвертый и шестой) обеспечиваются теми же частями ЭДС, что и два остальных импульса (второй и пятый), благодаря чему на нагрузке формируется шесть импульсов при наличии всего лишь двух фазных секций ЭДС. Противофазные импульсы S и 5, Sg и Вр, 5$ и S6, т.е. сдвинутые во времени на 180 эл. град формируются при вышеустановленных соотношениях указанных частей ЭДС в симметричных по составу контурах (с одинаковыми частями ЭДС, одинаковыми числами их и ПЭ), а амплитуды и длительности всех шести импульсов теоретически одинаковы между собой.

Это обусловливает получение на выходе устройства знакопостоянного напряжения U , переменная составляюже количества схемко-чЬункциональных реализаций устройства при множестве новых дискретов угла Ц в поддиа15 пазоне 30-60 эл.град. обеспечивает исполнение, приведенное на фиг.7. Принцип работы в целом аналогичен описанному выше. Основные сведения по соотношениям частей секций прин20 ципам соединения их между собой через ПЭ, а также данные о суммарном числе витков или амплитуд ЭДС ясны из фиг.9 и 10 и таблицы, где через W--. выражено суммарное число витков

25 ВО относительно среднего значения U выходного напряжения для отличия от У- , принятого относительно амплитудного значения UQO. При этом верх ним знаком К обозначены действую30 щие значения напряжений относительно ий.

Из фиг.1-10 и таблицы следует, что наряду с функциями преобразования напряжения (выпрямления или вертирования), умножения частоты пе ременной составляющей выходного напряжения в 6 раз (частотной мультипликации) , снижения (редукции) уров ня пульсации устройство благодаря

40 введенным отводам и связям их через ПЭ выполняет и функции фазового сдвига огибающей выходного напряжения, его регулирования, причем без введения фазосдвигающих и регули45 РУКЧДИХ устройств. Такая интеграция гфункций обеспечивается при данном фиксированном или синхронно в разных секциях изменяемом положении отводов в соответствии с направле-

50 ниями малых стрелок, указанных на фиг.1 и 7, при соблюдении соотношений таблицы.

Существенное множество базовых схем, получаемых при определенных

щая (пульсация Дио) которого изменяется с шестикратной частотой (П 6) относительно частоты ЭДС.

При конкретном соотношении полусекции и их частей до отводов огибаю- 55 положениях отводов в реализациях щая выходного напряжения сдвинута по по фиг01 и 7, позволяет выполнить фазе на угол 0-30 эл.град относи- необходимую оптимизацию выбора наи42567

пульса S

t относительно образующей его ЭДС полусекции ах первой фазы. Изменение соотношения обеспечивается изменением положений отводов, создавая при фиксированных значениях фазового угла (f определенное множество схем с шестикратной частотой пульсации при наличии всего лишь

Дополнительное создание такого

же количества схемко-чЬункциональных реализаций устройства при множестве новых дискретов угла Ц в поддиапазоне 30-60 эл.град. обеспечивает исполнение, приведенное на фиг.7. Принцип работы в целом аналогичен описанному выше. Основные сведения по соотношениям частей секций принципам соединения их между собой через ПЭ, а также данные о суммарном числе витков или амплитуд ЭДС ясны из фиг.9 и 10 и таблицы, где через W--. выражено суммарное число витков

ВО относительно среднего значения U0 выходного напряжения для отличия от У- , принятого относительно амплитудного значения UQO. При этом верхним знаком К обозначены действующие значения напряжений относительно ий.

Из фиг.1-10 и таблицы следует, что наряду с функциями преобразования напряжения (выпрямления или инвертирования), умножения частоты переменной составляющей выходного напряжения в 6 раз (частотной мультипликации) , снижения (редукции) уровня пульсации устройство благодаря

введенным отводам и связям их через ПЭ выполняет и функции фазового сдвига огибающей выходного напряжения, его регулирования, причем без введения фазосдвигающих и регулиРУКЧДИХ устройств. Такая интеграция гфункций обеспечивается при данном фиксированном или синхронно в разных секциях изменяемом положении отводов в соответствии с направле-

ниями малых стрелок, указанных на фиг.1 и 7, при соблюдении соотношений таблицы.

Существенное множество базовых схем, получаемых при определенных

положениях отводов в реализациях по фиг01 и 7, позволяет выполнить необходимую оптимизацию выбора наи

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного вторичного источника электропитания с шестикратной частотой пульсации знакопостоянного низковольтного напряжения при наличии двух фаз источника переменных ЭДС при фазовом их сдвиге на 120 эл.град. Цель изобретения - расширение схемно-функциоч нальных возможностей и области применения. Шестилучевой источник содержит двухфазный источник ЭДС, реализованный, в частности, на двух секциях вентильной обмотки электромагнитного аппарата. Каждая секция разделена отводом от средней точки на две полусекции с отводами, соединенными в разных фазах через шесть преобразовательных элементов. Средние точки образуют выходные выводы, а изменение соотношений частей секций от отводов до средних точек обеспечивает определенное множество схем с шестикратной частотой пульсации при одновременном выпол- нении функции фазосдвигающего устройства без введения специальных средств. 3 з.п.ф-лы, 10 ил., 1 табл. 3 (Л

тельно образующих ее ЭДС, что показано на фиг. 2 на примере первого имлучшей из них по устанавливаемым или требуемым по заданию критериям,

в частности, по суммарному числу витков, выводов, секций, форме и спектру потребляемого тока, фазовом сдвигу огибающей выходного напряжения, использованию габаритной мощности, коэффициенту искажений, коэффициенту мощности, технологичности изготовления, надежности, электромагнитной совместимости КПД и пр

Из фиг.2, 4, 6-10 следует также свойственная для устройства симметрия процессов, выполнения секций.и их частей, участия их в работе при формировании выходных импульсов, симметрия токов и напряжений, в том числе по первичным обмоткам в случа трансформаторного исполнения, а, кроме того, отсутствие негативного явления подмагничивания несмотря на неполнофазность (двухфазность) источника ЭДС при подключении к трехфазной сети,

Формула изобретения

0

5

0

5

JQ 5

35

40

фазной секции, причем через данный элемент соединены отвод или вывод с выводом или отводом полусекций разных по фазе секций при соответствующих соотношениях частей полусекций от основного и дополнительного отводов до средней точки, установленных относительно данной полусекции для двух поддиапазонов угла сдвига Ц - Ј0; 30 J и(30, Ь0 эл.град., где Cj - Некоторый фазовый угол, а прямая скобка означает, что принадлежащая ей цифра относится к данному поддиапазону без исключения из него.

15

1642567

mz:

о

( D/2 0,8660,966

1( & + 1)/ - 11,1154

ft/з ((4з + Об 0,74050,8259

-.sin(60 -If)

4з/21/4Г

0,8660,7071

-J2

а,о

0,7405

0,8165

It/341 0,6046

sintf

О О

о о

о о

4 4

4,2

(4з1-о/2

0,2588

0,2989 0,2213

-4Г

4,462 4,672

согласно

с ростом угла c в пределах:

0-30 эл.град, сближаются -

у-- у

b

Ь4-b«-bj

согласно встречно

согласно встречно

45

10

ZT

60

0,966

4Т + D/461

1,1154

0,886

1 1

0,855

0,8259

0,7405

1/2 0,5

0,5774

i73 -J6 0,4275

0,7071

42 0,8165

0,6046

sinCf

4Т/2 0,866

1

1

- I

1/2 0,5

1/4Т ,5774

Г/346 ,4275

8/43 4,6.2

4,837

0,2588

( 0/4 0,2989

1Г(4Т0,2213

2 4(1 +1/ 4,462

4,672

0,7405

stn(60° -If)

О

30-60 эл.град, удаляются

согласно

встречно

согласно

- 1

-

-

встречно

согласно

k

&r

a

t

0jr С

ФигЗ

W 2fL

yXO M

ЪМ

О

Г

I

О / (9} °П

дмф

I

м м

ЗГ М И

.09

№

42

О 10 20 30 40 50

Фиг. W

О Ю 20 30 40 50WJ Фиг.9