Двухфазный источник напряжения с десятикратной частотой пульсации Советский патент 1991 года по МПК H02M7/162 

12

аь 120°+ .71б, I , - В-Ю: Аг/т«5%

ON VI СЬ

I

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве вторичного источника электропитания для преобразования электроэнергии двухфазного первичного источника ЭДС с фазовым их сдвигом 120 эл.град.

Цель изобретения - упрощение и расширение области применения.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства, в монтажном виде; на фиг. 2 - то же, при изображении секций ЭДС и их соединений в топологическом, а пятиячейкового вентильного моста Л5 - в блочном виде; на фиг. 3 - десятилепестковая диаграмма знакопостоянных импульсов 5д(,м 1,10).

Фиг. 3 иллюстрирует каждым лепестком, показанным пунктиром, форму выходного напряжения Uo в режиме холостого хода или при идеализированных условиях (без учета потерь). На векторной диаграмме показан также фазовый сдвиг периодически изменяющейся огибающей этого напряжения, равный по максимуму первого импульса 12 эл.град. относительно максимума преобразуемой ЭДС первой фазы источника.

При этом с целью наглядности и удобст- ва на фиг. 1 указаны число гпи исходных преобразуемых ЭДС (ти 2), число Y2 их секций (Y2 4), фазовый сдвиг 120° одной из двух ЭДС относительно другой, число Мд 5 диагональных ЭДС (ДЭДС), формирующихся на входе моста, суммарное числе В преобразовательных элементов (ПЭ) (В 10), число Вп ПЭ, одновременно последовательно обтекаемых током нагрузки в каждом из десяти контуров, циклически сменяющихся во времени в течение одного периода преобразуемых ЭДС (Вп 2), значение суммарной амплитуды ЭДС или суммарное число W BHTKOB ВО 3MA(,716), кратность П частоты пульсации выходного напряжения относительно частоты ЭДС (П - 10), коэффициент Кп пульсации по полному ее размаху относительно среднего значения V0 напряжения U0 (Кпх5%).

На фиг. 3 при указаны номера преобразовательных элементов моста Л5, п ро водя щих ток нагрузки или открытых ес- тественным образом в данном подин- тервале времени, а также приведены обозначения соответствующей пары выводов секций ЭДС, между которыми в данный момент действует наибольшее значение соответствующей ДЭДС.

Устройство содержит десять ПЭ 1-10, собранных попарно последовательно в

пять вентильных ячеек, соединенных между собой однополярно параллельно в пятия- чейковый вентильный мост 11. ПЭ пронумерованы в порядке естественного их

открытия при выборе условно первого импульса Si в качестве исходного. Причем открытие ПЭ происходит при естественном возникновении положительного значения прямого напряжения на них (плюсом на ано0 де, минусом на катоде), а закрытие ПЭ - при возникновении на них обратного напряжения.

Одни пять ПЭ, объединенные своими анодами, образуют анодную их группу и

5 обозначены нечетными номерами, а другие пять ПЭ, объединенные катодами, образуют катодную группу моста и обозначены четными номерами.

Эти объединенные электроды образуют

0 выводы 12 и 13 моста 11 по постоянному току и к ним подключается нагрузка 14. К выводам переменного тока моста, образованным точками соединения соответствующих пар данной вентильной ячейки,

5 присоединены выводы двухфазного источника 15 преобразуемых переменных ЭДС. Источник на фиг. 1 реализован в виде секций двухфазной вентильной обмотки (ВО) электромагнитного аппарата (ЭМА).

0 Указанные две ЭДС сдвинуты по фазе

на 120 эл.грд. относительно друг друга, и эти

ЭДС или аентильная обмотка двухфазного

ЭМА содержит в первой и второй фазах по

две секции aixi. 32x2 и biyi. Ь2У2. Причем

5 их начала обозначены буквами х, у,а концы - буквами а, Ь с соответствующими индексами 1 и 2.

Первая секция biyi второй фазы снабжена двумя отводами bi , bi1, причем отводы

0 отсчитываются по порядку от конца bi секции- biyi. К первому отводу bi подключена согласно своим началом xi первая секция aixi первой фазы. К началу Х2 второй секции той же первой фазы присоединена согласно

5 своим концом вторая секция Ь2У2 второй фазы. Вывод от начала у2 этой секции, а также выводы от начала yi и конца bi первой секции biyi второй фазы и от конца ai первой секции aixi первой фазы подклю0 чены к соответствующим четырем выводам переменного тока пятиячейкового вентильного моста 11.

Кроме того вторая секция аах2 первой фазы ceottM выводом от ее конца 32 присо5 единена к второму отводу bi первой секции biyt второй фазы, а выводом от начала ха - к пятому выводу переменного тока моста 11.

При этом первая и вторая секции aixi и 32X2, biyi и Ь2У2 первой и второй фаз, а

также три части bibi , bi bl , b i yi первой секции biyi второй фазы, разделенные первым и вторым отводами bi и bi (при отсчете этих частей от конца bi данной секции biyi). могут быть установлены в соотношениях atxi:a2X2:biyi:p2y2:bibi :bS b i:b iyi 0,419469:0,678716:1:0,618034: 0,290266:0,240076:0,469659 ъ 0,4195: О, 67 87:1:0,618:0,29.0.24:0,47 отН ОСИТеЛ ЬНО аМПЛИТуДЫ Uao ВЫХОДНОГО

напряжения Uo в режиме холостого хода (XX).

В обычно требующихся на практике действующих значениях напряжения на секциях и их частях в долях приводимого в техническом задании среднего значения Vo напряжения U0 на нагрузке вышеуказанные данные соответствуют следующим:

0,30155:0,48791:0,71887:0.208660,17257 :0,33764.

Устройство работает следующим образом.

Как следует из фиг. 2, на подходящих к мосту линиях формируется пять диаго- нальных ЭДС (ДЭДС). При указанных соотношениях секций и их частей эти ДЭДС образуют в фазовой плоскости правильную пятиугольную звезду, показанную пунктирными линиями.

Обе полуволны таких пяти ДЭДС выпрямляются с помощью моста 11, что как и в любой мостосой структуре приводит к удвоению числа импульсов напряжения (тока) на выходе моста относительно числа преоб- разуемых ДЭДС.

В результате на нагрузке 14 формируется (фиг. 3) знакопостоянное напряжение Uo, переменная составляющая которого пульсирует с частотой в десять раз больше частоты преобразуемых ЭДС (П 10) при сравнительно небольшом уровне пульсации (К„- 5%).

Причем такой важный эффект достигнут при наличии лишь двух исходных ЭДС (лишь двух фаз первичного источника питания), а частотная кратность пульсации обеспечена некратной трем несмотря на преобразование ЭДС с фазовым сдвигом 120 эл.град., свойственных трехфазной системе.

Возможно дополнительное повышение частоты пульсации и снижение ее уровня благодаря фазовому сдвигу (фиг. 3) первого импульса Si, равному 12 эл.град., относительно ЭДС первой фазы.

Такой сдвиг отличается от симметричного сдвига на 18 эл.град. в других аналогичных реализациях источников постоянного напряжения с той же десятикратной частотой пульсации.

По сравнению с известным в данном устройстве при том же числе исходных преобразуемых ЭДС (ти 2) и том же числе Вп 2 уменьшено в 1,2 раза суммарное число ПЭ, число вентильных ячеек моста, число присоединенных к мосту линий, его выводов переменного тока и выводов источника ЭДС (секций ВО ЭМА), снижено в 1,162 раза суммарное число витков ВО или суммарная амплитуда ЭДС, изменено протекание электромагнитных процессов, обеспечен новый спектральный состав гармонических составляющих напряжения нагрузки и потребляемого тока без введения спектропреобразова- телей при одновременно высоком качестве преобразования электроэнергии и сохранении возможности использования устройства в качестве сравнительно эффективного средневольтного ВИП.

Возможна реализация устройства и в качестве инвертора, обеспечивающего преобразование энергии источника постоянного тока в два переменных напряжения с фазовым сдвигом 120 эл.град., при еозмож- ности получения трехфазного переменного напряжения. При этом в случае выполнения устройства управляемым возможен простой алгоритм управления преобразовательными элементами, вытекающий из той же фиг, 3. Как видно из приведенной на лепестковой диаграмме нумерации участвующих в работе ПЭ сигналы управления от вводимой системы управления, ч том числе микропроцессорной, достаточно подавать лишь на один из десяти ПЭ в каждом контуре токопрохожденмя (при формировании очередного выходного импульса), причем при принятой на фиг 1 нумерации - на ПЭ 1,29,10.

Формула изобретения

Двухфазный источник напряжения с десятикратной частотой пульсации, содержащий двухфазный источник переменных ЭДС, одна из которых сдвинута по фазе относительно другой на 120 зл.град., а каждая фаза разделена на две секции, причем первая секция второй фазь: снабжена двумя отводами, к первому из них при порядковом отсчете отводов от конца секции подключена согласно своим началом первая секция первой фазы, к началу второй секции той же фазы присоединена согласно концам вторая секция второй фазы, при этом ее начало, а также начало и конец первой секции второй фазы и конец первой секции первой фазы подключены к четырем из пяти вы водам переменного тока пятиячейкового вентильного моста, выводы постоянного тока которого образуют выходные выводы, отличающийся тем, что, с целью упрощения и расширения области применения, вторая секция первой фазы своим концом присоединена к второму отводу первой секции второй фазы, а

началом - к пятому выводу переменного тока указанного моста, причем первая и вторая секции первой и второй фаз, а также три части первой секции второй фазы, разделенные первым и вторым ее отводами, при отсчете частей от конца секции установлены в соотношениях 0.4195:0.6787:1:0.618:0.29:0,24:0.4697.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве вторичного источника питания для преобразования электроэнергии двухфазного первичного источника ЭДС с фазовым их сдвигом 120 эл.град. Цель изобретения - упрощение и расширение области применения. Устройство содержит пятиячейковый вентильный мост 11 из десяти преобразовательных элементов 1-10, анодная и катодная группы которых образуют выходные выводы 12 и 13 для подключения нагрузки 14. К выводам переменного тока моста 11 присоединены секции двухфазного источника преобразуемых ЭДС, разделенных в каждой фазе на две секции. При указанном соединении этих секций и установленных их соотношениях устройство обеспечивает десятикратную частоту пульсации при малом ее уровне, равном по полному размаху 5% относительно среднего значения выходного с напряжения. 3 ил.3 Ј

15

„ (У Wfa,

+ 9,10) S9 J

Фиг.2

,

Sf(atX2;f.2)

$2(У2 I ZZ)

з

(bfV2; 6 ( M)

Stt(bfyf;

(y2at) L ч (x2at;7,6)$6 $5(х2у1}5гб)

Риг.З