Двухфазный совмещенный источник электропитания с пятикратной частотой пульсации Советский патент 1991 года по МПК H02M7/08 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве низ- ковольтного вторичного источника электропитания (ВИП) преимущественно в составе маломощных каналов многоканальных ВИП на многостержневом пространственном магнитопроводе электромагнитного аппарата (ЭМА) при требовании обеспечить сравнительно повышенное качество спектрального состава напряжения нагрузки за счет формирования нечетной частотной кратности его пульсации некратной трем и двум, при наличии лишь двух из трех фаз первичного источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе на 120 эл.град, кроме того, применяется в качестве управляемого по постоянному напряжению источника питания, в частности стабилизированного, регулируемого при сравнительно простом алгоритме управления, либо в качестве инвертора, обеспечивающего преобразование постоянного напряжения в двухфазное переменное при квазисинусоидальной его форме.

Цель изобретения - улучшение массога- баритных показателей и спектрального состава выходного напряжения.

На фиг, 1 представлена принципиальная электрическая схема двухфазного источника электропитания; на фиг. 2 - векторная диаграмма.

Источник обеспечивает пятикратную частоту пульсации выходного знакопостоянного напряжения при наличии лишь двух фаз преобразуемых переменных ЭДС с фазовым их сдвигом, равном 120 эл.град, при этом ЭДС реализованы на двух разноименных по фазе секциях вентильной обмотки (ВО) электромагнитного аппарата (ЭМА), а фазовый сдвиг ЭДС показан (фиг. 1} большими стрелками у соответствующей секции ВО.

Векторная диаграмма (фиг. 2) поясняет принцип действий устройства, по формированию в фазовой плоскости пяти знако пр- стоянных импульсов 8/и{/ 1,5) выходного напряжения Ц при идеализированных условиях (без учета потерь, влияния возможного явления коммутации или перекрытия внутренних ветвей смежных контуров токопрохождения и пр.}.

При Sfi указаны номера преобразовательных элементов (ПЭ) и соответствующие части секций ВО, участвующие в работе в данном/ - м контуре, циклически сменяющемся (переключающемся естественным образом) во времени в течение одного периода преобразуемых исходных ЭДС. На фиг. 2 для фазных секций приведены необходимые относительно Uao соотношения отдельных частей ВО, принятых относительно основных отводов, образующих выходные выводы. Указаны также число П1и 2 исходных фаз преобразуемых ЭДС, число Ча 2 секиий ВО. число В 5 ПЭ а также числа WE 4,2732, Wjr 4,5679 суммарных витков ВО относительно амплитудного Uao и среднего VQ значений Uo.

Устройство содержит ПЭ 1 - 5 и двухфазный источник переменных ЭДС с фазовым сдвигом 120 эл.град относительно друг друга. Источник ЭДС выполнен в виде ЭМА с двухфазной ВО при наличии одной секции

в каждой фазе. Секции ах и by первой и второй фаз ВО снабжены каждая одним основным отводом ai, Ьз, а оба эти отвода образуют выходные выводы. К ним может быть подключена любая нагрузка.

К концу а и началу х секций ах первой фазы присоединены по одному одноименными электродами (анодами) ПЭ 1 и 3. Другие их электроды (катоды) соединены соответственно с началом у и первым введенным отводом bt секции второй фазы. К ее началу b, а также к третьему и второму дополнительным отводам ЬА и Ь2 присоединены одноименными электродами (катодами) ПЭ 4, 2 и 5, другие электроды которых

(аноды) подключены по одному-, соответственно, к дополнительному отводу аг и концу а секции ах первой фазы . При этом все ПЭ присоединены однонаправленно относительно любого из двух выходных выводов

-Г .

Отвод 32 расположен между началом х и основным отводом ai секции ах первой фазы, первый и второй отводы bt и Ьг - между концом b и основным отводом Ьз

секции.by второй фазы, а третий отвод Ы - между этим основным ее отводом Ьз и началом у.

При этом части от конца а секции ах первой фазы от основного и дополнител ьного ее отводов ai и az, а также от конца bi первого, второго, основного и третьего отводов bi, ba, Ьз, b4 секции by второй фазы до их начал х и у могут быть установлены в соотношениях ах : aix : Э2Х : by : bty : Ь2У

:Ьзу : b4y cos2 18° : 0,5 : sin2 36° : cos 6° :cos 18° : sin 48°. cos 18° : sin 37° cos29° :2sln 66° : sin 12°cos 54° относительно значения (4/ V3)Uao, где Uao.- амплитуда выходного напряжения Uo в неуправляемом

режиме холостого хода. Относительно Uao это дает 1,8894 : 1,1547 : 0,7979 : 2 : 1843 : :1,6322 :1, 2156 :1,0549 :0,2822. Для обычно требующихся на практике действующих значений напряжения на данных частях относительно среднего значения V0 напряжения Но нагрузки соотношения преобразуются к виду 1,4281 : 0,8728 : 0.6031 : 1,6511 : .-1,2337 : Ot9188 : 0,7973 : 0.2133 при числах У 4госуммарных витков ВО, равных 4,275 и 4,568 относительно Uao и V0 соответственно.

Предлагаемый источник работает следующим образом.

При наличии на секциях ах и by двух переменных ЭДС (напряжений), сдвинутых по фазе на 120 эл.град, на выходных выводах + и - формируется квазипостоянное напряжение U0, содержащее (фиг. 2) пять фазосдвинутых импульсов S в течение одного периода преобразуемых ЭДС. Формирование каждого знакопостоянного импульса осуществляется через один из ПЭ 1-5 путем алгебраического сложения частей ЭДС разных фаз или путем векторного (геометрического) сложения и вычитания соответствующих этим частям векторов в фазовой плоскости.

Причем присоединения ПЭ (их связи) и соотношения соединенных через них частей выбраны так, что для всех частей разно- именных по фазе секций обеспечена вентильная (диодная) развязка, обеспечивающая улучшение электромагнитных процессов, а гальваническая связь частей происходит при естественном открытии соответствующего одного ПЭ вследствие возникновения на нем прямого напряжения (плюсом на аноде, минусом на катоде) и закрытом состоянии остальных четырех ПЭ вследствие наличия на них обратного напряжения или напряжения обратной полярности (минусом на аноде, плюсом на катоде).

При установленных связях и соотношениях частей секций осуществляется последовательное во времени и естественное (т.е. без внешнего принудительного управпения) переключение пяти контуров токепрохож- дения, каждый из которых содержит свой состав элементов и свои связи.

Но все контуры, циклически переключаясь, работают на одну общую для них нагрузку, импульсно последовательно обеспечивая ее необходимым током. Возможное явление коммутации контуров не учитывается.

При указанных идеализированных условиях работы (без учета потерь и пр.) амплитуды разных выходных импульсов и их длительности одинаковы. Длительность выходного импульса напряжения определяет при указанных упрощенных условиях и длительность (ширину) импульса тока через любой ПЭ, а также сдвиг одного импульса относительно другого и, кроме того, период огибающей выходного напряжения, переменной его составляющей или пульсации.

Этот период или длительность (фиг, 2)

составляют 72 эл.град, что соответствует пятикратной частоте пульсации (П 5) относительно частоты преобразуемых ЭДС (частоты питающей сети или первичного генератора). Уровен пульсации по полному размаху составляет около 20,4% или 8,3% по амплитуде первой гармоники.Это в 1,7 по П и в 3 раза по кп лучше, чем в известном, что обеспечивает существенное улучшение

массогабаритныл и стоимостных показателей (МГСП) фильтро-компегсирующих устройств при одинаковом требуемом уровне пульсации на нагрузке, обусловленное, в частности, симбатным снижением примерно в

7 - 8 раз произведения LC значений реак- тивностей типового Г-образного LC-фильт- ра.

Кроме того, улучшается спектральный состав напряжений и токов, и происходит

уменьшение в 1,7 раза среднего тока ПЭ, пропорционально определяющего потери мощности в ПЭ, что позволяет установить менее мощные, более надежные ПЭ, с лучшими МГСП.

Обеспечение более высокой и притом нечетной кратности пульсации некратной трем (и двум) несмотря на наличие лишь двух фаз из трех первичного источника переменных ЭДС, получение новых фазовых сдвигов выходных импульсов относительно друг друга и первого импульса относительно образующей его преобразуемой ЭДС, причем без обычного с той же целью введения

дополнительных секций СВ, соответствующих их соединений и без включения отдельных частотных умножителей и преобразователей фазовых сдвигов, а также без обычно требующегося на практике увеличения (с ростом П) суммарного числа витков ВО и даже при некотором его снижении (экономия составляет Э ( Л/2Ь )1,06 раза, а, кроме того, снижение уровня пульсации и улучшение спектра выходного напряжения,

создание нетрадиционного его состава без введения дополнительных фильтро-компен- сирующих и спектропреобразующих устройств и другие эффект-ы - все это положительно характеризует предлагаемый

источник относительно известного, расширяя область практического его применения, особенно в низковольтных сравнительно маломощных каналах многоканальных вторичных источников электропитания, преимущественно централизованных, прогрессирующе занимающих рынок потребления. Формула изобретения Двухфазный совмещенный источник электропитания с пятикратной частотой пульсации, содержащий три преобразовательных элемента и двухфазный источник переменных ЭДС с фазовым сдвигом 12С эл.град при наличии одной секции с основным отводом в каждой из двух фаз, причем к концу и началу секции первой фазы присоединены по одному одноименными электро- дами первый и третий элементы, а указанные основные отводы образуют выходные выводы, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и спектрального состава выходного напряжения, введены четвертый и пятый преобразовательные элементы, а также четыре дополнительных отвода, причем один из них расположен между началом секции первой фазы и основным ее отводом, первый и второй из трех остальных - последовательно между концом секции второй

фазы и основным ее отводом, а третий - между этим основным отводом и началом секции, к которому, а также к первому ее отводу присоединены по одному свободными электродами первый и третий преобразовательные элементы, четвертый и второй преобразовательные элементы подключены одними одноименными электродами к дополнительному отводу секции первой фазы,

а другими электродами - по одному к концу и третьему дополнительному отводу секции второй фазы, между вторым ее отводом и концом секции первой фазы включен пятый преобразовательный элемент, причем все

преобразовательные элементы присоединены однонаправленно относительно одного из выходных выводов, а части от конца секции первой фазы и основного и дополнительного ее отводов, а также от конца, первого, второго, основного и третьего отводов секции второй фазы до их начал установлены в соотношениях cos2 18° : 0,5 : sin2 36° ; :cos 6° cos 18° : sin 48° cos 18° : sin 37° cos 29° : 2 sin 66° : sin 12° cos 54°.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве низ- ковольтного вторичного источника электропитания. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей и спектрального состава выходного напряжеЬ , ъ.Г Ь2 Ьз ь 4 60° 1 iS «Рл Нэ fl 4Ьi L ния. Устройство содержит пять преобразовательных элементов 1 - 5 и две секции двухфазного источника преобразуемых переменных ЭДС, по одной секции в каждой фазе. Основные отводы этих секций образуют выходные выводы, а между соответствующими дополнительными отводами и выводами разноименных по фазе секций од- нонаправленно присоединены указанные пять преобразовательных элементов. При установленных соотношениях секций и их частей обеспечивается пятикратная частота пульсации при сравнительно малом ее уровне, что достигается при одновременном совмещении функций одних и тех же частей секций в процессе формирования разных во времени знакопостоянных выходных импульсов. 2 ил. i L ШШ ц 3 -iff ON Ь. VI 00 о

Sfy /

(Ь3&; § 4;a2a,)bj

(Ь3Ь2;5Щ)35 - b

/flO

зЛ.

bf;J;XtyJs;

Ј

J

ь

41

й

Ъ ЫЬУ и 0 1,аЮ

I

blfj 72°j WjnbbZn

f ff- ™

41 6 /

йг ЫЬЬЦшы,

9 n.

2;asai)