Источник постоянного напряжения

 

ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий ;а;в.а однофазных Т1)ансформатора, одни выводы первичных обмоток которых образуют два входных вывода, а другие выводам указанных обмоток объединены и подключены к выходу регулирующего элемента , вход которого образует третий входной ВЫ21ОД вторичные обмотки. выводы которых соединены с чет ФЬмя ocHpBHfcttiH вентилями с одинаковым направлением вк ночения в каждой из вторичных обмоток, причем основнью вентили попарно объединены между собой одноименньми электродами и -общая точка одной кз пар . вентилей через сглаживающий фильтр образует первый выходной вьаод, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения выходных характеристик путем снижения уровня пульсациивыходного напряжения, повьвоения кратности ее частоты, общая точка другой пары вентилей образует второй выходной вывод, причем вентили этой пары включены в обратном направлении по отношению к вентилям первой пары, между каждым выводом одной вторичной обмотки и разноименным ему выводом вторичной обмотки вк1вочен разноименными с основными вентилям: выводакш дополнительно введенный вентиль, а регулирующий элемент выполнен амплитудно-линейным.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

МЦ Ю

РЕСПУБЛИК (5П Ы 02 М 7/12

ГОСУДАРСтВЕННЫй КОМИткт СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СОИДЕТЕЛЬСТВУ.з (T l ) 3310617/24-07 (22) .03,07.81 (4P) 15.05.83. Бюл. 9 18 (72) A.М.Репин (.53) 621.314.6(088.8) (56) l. Патент СССР Ю 50,. кл. Н 02 М 7/06, 1923.

2. Белопольский И.И., Репии А.М., Христианов A.C. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений

М.,"Энергия.",19 4, с. 8, рис. 1б.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2938434 кл. Ч 02 М 7/06; 1980.

4. Авторское свидетельство СССР

9 408437, кл. 8 02 М 7/12, 1973. (54) .(57) ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ЫАПРЯ)щЫИЯ, содержащий два однофа зных трансформатора, одни - выводы первич- ных обмоток которых образуют два входных. вывода, а другие выводы укаэанных .обмоток объединены и подключены к выходу регулирующего элемента, вход которого образует третий входной -wool вторичные обмотки,,SU„„1018187 А выводы которых соединены с четйрьмя основнымн вентилями с одинаковым направлением включения в каждой из вторичных обмоток, причем основные вентили попарно объединены между собой одноименными электродами и -общая точка одной из пар вен=.èëåé через сглаживающий фильтр образует первый выходной вывод, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью улучшения выходных характеристик путем снижения уровня пульсации выходного напряжения, повышения кратности ее частоты, общая точка другой пары вентилей образует второй выходной вывод-, причем вентили этой пары включены в обратном направлении по отношению к вентилям первой пары, между каждым выводом одной вторичной обмотки и разноименным ему выводом вторичной обмотки включен разноименны ми с основными вентилями выводами дополнительно введенный вентиль, а регулирующий элемент выполнен

I амплитудно-линейным.

1018187

Изобретение относится к электро технике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания постоянного тока, преимущественно в тех . случаях, когда ток нагрузки относи- тельно мал, а ее напряжение сущест венно превышает напряжение смещения вентилей, соответствующее начальному участку его ампер-вольтовой ха- 10 рактеристики.

Известен вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное с повышенной кратностью частоты пульсации и относительно 15 низком ее уровне, содержащий три исходные, симметрично сдвинутые по фазе относительно друг друга переменные ЭДС.„ формируемые на вто ричных обмотках трех однофазнЫх трансформаторов, к выводам которых подключена группа вентилей, собран ных в трехфазный вентильный мост,,выводы которого по постоянному току являются выходами преобразова 25 теля (1) и (2). известное устройство обеспечивает малый уровень пульсации, а так.-. же повышенную (равную шести) кратность ее„частоты, причем такая особенность обеСпечивается посредством небольшого количества вентилей, рав" ного шести, что является его достоин" ством.

Однако обеспечение этого положительно качества достигается наличием трех однофазных трансформаторов и шести ..силовых обмоток.

Известны вентильные преобразователи, содержащие два источника исход- 40 ных преобразуемых ЭДС, сдвинутых по фазе ортогоиально одна по отношению к другой, каждая из которых разделена на две части и, совместно с частями другой ЭДС топологически образует правильные 4-лучевую звезду либо 4-гранник (квадрат), к вершинам которых подключен 4-ячейковый вентильный мост. Последний образован группой из восьми вентилей, последовательно согласно включенных как и в трехячейковом вентильном мосте Ларионова, попарно в каждой вентильной ячейке, соединенныи одноименными электродами в параллель.

При этом фазосдвинутые ЭДС формируются посредством электрической машины, либо двух однофазных трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к трехфазной сети. выводы вентильного.моста по перемен- 60 ному току подключены ко вторичным обмоткам перобразовательных транеформаторов, а его выводы по постоянйому току образуют через сглажи. вающий фильтр выходные выводы уст- 65 ройства. Относительная простота устройства обусловленна наличием лишь двух однофазных трансформаторов (3).

Недостатком этого устройства является фазнотипность этих трансформаторов, обусловленная различием коэффициентов трансформации, необходимость иметь отвод от первичной обмотки одного иэ них,осравнительно низкая (равная четырем) кратность частоты пульсации и относительно высокий ее уровень, а также сравнительно большое число силовых вентилей, равное восьми.

Наиболее близким к предлагаемому является источник постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент в цепи переменного тока, группу вентилей, сглаживающий фильтр; схему управления и два источника исходных фазосдвинутых

ЗДС, формируемых посредством двух однофазных трансформаторов, к выводам которых подключены четыре вентиля при их одинаковом направле,»" нил включения в каждой из двух пар указанных выводов, причем вентили попарно объединены между собой одноименными электродами, а общая точка одной из пар вентилей через сглаживающий фильтр образует выход преобразователя (43.

Недостаток известного устройства состоит в высоком уровне пульсации выходного напряжения, низкой (равной двум) кратности ее частоты, а также сравнительно плохом использовании мощности преобразовательных средств.

Кроме того, непосредственное соединение вторичных обмоток трансформаторов между собой и с нагрузкой, а также регулирование (стабилизация) выходного напряжения в известном устройстве, .осуществляемое по цепи переменного тока (на первичной стороне трансформаторов) посредством двух встречно-параллельно включенных тиристоров с использованием принципа фазоимпульсного регулирования, .приводит .к ухудшению качества.процесса преобразования вследствие .значительных скачков трансформируемого напряжения и возникаю-. щих при этом .переходных процессов, образования большого уровня пульсаций и различных. помех. цель изобретения .- улучшение выходных характеристик путем.снижения уровня .пульсации выходного . напряжения, повышения кратности . ее .частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в источнике постоянного напряжения, содержащем два однофазнык трансформатора, одни выводы первичных обмоток которых обра10-18187 зуют два входных вывора, а другие выводы указанных обмоток объединены и подключены.к.выходу регули-. рующего элемента, вход котррого образует третий входной вывод, вторич= ные.обмотки, выводы .которых соединены с четырьмя ocHoBHhMH вентилями .с одинаковым направлением включения.в каждой.из вторичных обмоток, причем основные вентили попарно объединены между собой одноименными электродами и общая точка одной из .. пар вентилей через сглаживающий фильтр, образует первый выходной вывод, общая точка другой пары вентий лей.образует .второй выходной .в..1вод причем вентили этой пары включены в .обратном направлении по отношению к вентилям первой пары, между каждым выводом одной вторичной обмотки и разнонменным ему выводом другой вторичной обмотки включен разноименными с основными вентилями выводами дополнительно введенный вентиль, а регулирующий элемент выполнен амплитудно-линейныи.

На фиг.l изображена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.2 — в фазовой плоскости векторная диаграмма токообразующих ЭДС 8,0 (,(х- 1,6), формирующих выходное напряжение..

Преобразователь (фиг.l) содержит вентили 1-6, которые попарно и однонаправлено подключены ко вторичным обмоткам 7 и 8 двух однофазных трансформаторов .9 и 10.

Их первичные обмотки 11 и 12 подключени через регулирующий элемент 13 амплитудно-линейного типа к трем фазам А, В, С перзичного источника питания (трехфазной сети).

При этом вентили 1,5 и 2,4,попарно объединены между собой одноимен- . ными электродами и имеют противоположное направление включения по отношению друг к другу. Их попарно общие точки 14 и 15 образуют через сглаживающий фильтр 16 вьжод-. яые выводы 17 и 18, к которым подсоединена нагрузка 19 и схема управления 20. Вентили 3 и 6 включены между разноименными выводами обоих вторичных обмоток в проэодя щем, по отношению к основным вентилям 1,2,4 и 5. направлении..

Работа источника осуществляется следующим образом.

ЭДС от. вторичных обмоток 7 и 8 имеют одинаковые амйлитуды и сдвинуты по фазе относительно друг друга на, 120 эл. град. Тогда В Фазовой плоскости им соответствует два вектора S„, S > - (фиг. 2) .. Выберем в качестве начального момент времени, соответствующий в фазовой плоскости оси ао.

Как видно из фиг.2, наибольшее положительное значение s этот момент имеет ЭДС обмотки 7 (5 ). Пад действием данной ЭДс через нагрузку 19 (фиг.l) протекает ток по следующему контуру: обмотка 7 - вентиль

1 — точка 14 - вывод 17 - нагрузка 19 †.вывод 18 - точка 15 - вентиль 2 — вентиль 3.

Через 30 эл, град. наибольшее значение приобретает суммарная величина ЭДС обмоток 7 и 8 показанная на фиг.2 вектором S<. Открывается вентиль 4, а вентиль 2 за-. крывается прикладывающейся к нему

15 обратной полярности ЭДС обмотки 8.

Образуется новыь контур токопрохожденияг обмотка 7 — вентиль 1— точка 14 - вывод 17 - нагрузка 19 вывод 18 - точка 15 - вентиль 4

2О обмотка 8 — вентиль 3.

Еще через 30 эл. град, т.е. через 60 эл. град. по отношению к максимуму 5,, значение суммарной ЭДС 6, определяющей напряжение И, 4 5, становится максималь. ным, равным амплитудному значению

5 исходных ЭДС обмоток 7 и 8 после чего это напряжение .уменьшает- ся.. Затем вступает в действие ЭДС обмотки 8.и ток нагрузки 19 проходит по контуруф обмотка 8 - вентиль 3 вентиль 5 - точка 14 - вывод 17

-нагрузка 19 — вывод 18 - точка 15— вентиль 4.

Последующими, циклическими сменяющими во времени контурами токопрохождения, содержащими токообра-. зующие ЭДС 54, Я,, являются соответственно:7, 5, 14, 17, 19, 18, 15, 4, 6; 7, 5, 14, 17, 19, 18, 40 15, 2 8, 6; 8b 6t l, 14, 17,19, 18

1.5, 2 °

Таким образом, .несмотря на наличие в схеме всего лишь двух втрричных обмоток, устройство формирует шесть . токообра зующих ЭДС 5,0 (д = (, 6 ), амплитуды Вп р которых равны между собой при равенстве амплитуд 5 исходных ЭДС, а их фазы последова-, тель но сдвинуты на 6 0 эл, град . етноситель но друг друга при фа зовом сдвиге исходных ЭДС в :1 2 0 эл . град .

Это свидетельствует о более рез ультативном принципе действия пре -: обра зов ателя по сравнению с аналогами и прототипом .

Благодаря этому в выходном напряжении 0 А4 q@ устройства обеспечивается 6 -кратная частота,пульсации

его переменной составляющей по отноше нию к частоте Е преобразуемых

ЭДС (П = „ J f "- 6 ), а урове ьь пульсации К„, определяемый как ее относительнйй размах (т . е . от минимума мгновенного значения U 4 4 5 до его максимума), составляет в не управляемом режиме холостого хода l 3, 4 Ъ

1018187

Si(1,2,3) 2 (f ЗФ)

Cf,g ф (I

S . (4,г Щ45) (1, ц -- «).

sy(4,Йю) @@ .2

Составитель Е.Мельникова

Техред;Й.Тепер Корректор Ю.Макаренко

Редактор Т.Веселова

Заказ 3557/51 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 по отношению к амплитуде Оо 4 qq n

По отношению к среднему значению

0<> этого напряжения коэффициент пульсации К„ по размаху составляет 14,03%,по амплитуде первой гар", моники (Кв - 5,72%).

Следовательно, по сравнению с прототипом, имеющим П = 2 и (в неуправляемом режиме работы)

К и = 50%, уровень пульсации, симбатно связанный с массой и объемом сглаживающего фильтра 16, снижен в устройстве, а ее частота, связанная с этими параметрами асимбатно, йовыаена соответственно в 3,75 и 3 раза, что существенно улуч- 15 шает массогабаритные и своимостные показатели . . источника.

ВыПолнение . преобразовательных элементов 1-6 управляемьми позволяет осуществить регулирование 20 (стабилизаций) выходного напряжения при меньшем коэффициенте пульсации,чем в прототипе, так как разность мгновенных значений смежных токообразующих ЭДС в устройстве в момен- 25 ты открытия соответствующих преобра зовательных элементов здесь меньше.

Вместе с тем, количество управляемых элементов можно уменьшить до двух (т.е, s три раза), поскольку каждая пара вентилей 1, 5 . 2,4> 3 6, устройства участвует, как это видно из фиг.2, в формировании всех шести токообразующих ЭДС. Так, например, включение шестой, первой и второй

ЭДС можно осуществить вентилем 1, а третьей, четвертой и пятой ЭДС, вентилем 5.- В этом случае и при наличии управляемых преобразователь,ных элементов (управляемых на вклю». чение и выключение) изменение ЭДС происходит по всему их мгновенному значению (как в прототипе), однако в связи с наличием амплитудно-линейного регулятора 13,осуществляющего основное регулирование выходного напряжения, диапазон угла управления управляемыми элементами намного меньше.

Кроме того наличие в устройстве диодной развязки разных источников

ЭДС между собой и с нагрузкой также улучшает качество процесса преобразования энергии.