Система электропитания а.м.репина

 

1. Система электропитания, со-д держда1ая двенадцать вентилей и два источника ортогональных ЭДС, каждгый из которых состоит из двух отдельных частей, соединенных попарно с разноименными частями другого источника ЭДе, образуя две ортогонально сдвинутые по фазе Т-образные схемы, свободные выводы которых при помощи шести линий связаны с точками соединения соответствующей пары после« /Ч дов.1тельно согласно включенных вентилей , при этом свободные аноды трех вентилей в первой Т-образной схеме и соответственно свободные катоды трех вентилей во второй Т-образной схеме объединены между собой, образуя выходные выводы, о тл и ч ающ а я с я тем, что, с целью улучшения энергетических, массогабаритных и стоимостных показателей, остальные шесть вентилей соединены между собой последовательно попарно одноименными электродами, образуя юестивентильное кольцо, к объединенным ;. анодам вентилей которого подключены линии первой Т-образной схемы, а к объединенном катодам вентилей кольца подключены линии второй Т-образной схемы, причем обе Т-образные схемы связаны между собой разноименными выводами через вентили кольца, а все соединения образуют основную структуру. СП а 00 оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦ1МЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (! 91 ((.!) 4(5() Н 02 М 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3ii8531!!0 !"т Я,(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРНТИЙ (21) 3587102/24-67 (22) 29. 04. 83 (46) 23 05 85, Бюл. !! 19 (,72) А.И. Репин (53) 621, 314.6(088.8 ) (56) 1, Авторское свидетельство

СССР Ф 434546, кл. Н 02 М 5/14 !

969.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 731529, кл. Н 02 1! 7/06, 1974. (54 ).CHCTEMA ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

А.и, РЕПИНА, (573 1. Система электропитания, со- держащая двенадцать вентилей и два источника ортогональных ЭДС, каждый из которых состоит из двух отдельных частей, соединенных попарно с разноименными частями другого источника

ЭДС, образуя две ортогонально сдвинутые по фазе Т-образные схемы, свободные выводы которых нри помощи шести линий связаны с точками соединения соответствующей пары последовательно согласно включенных венти. лей, при этом свободные аноды трех вентилей в первой Т-образной схеме и соответственно свободные катоды трех вентилей во второй Т-образной схеме объединены между собой, образуя выходные выводы, о т л и ч а ю— щ е я с я тем, что, с целью улуч- шения энергетических, массогабаритных и стоимостных показателей, остальные шесть вентилей соединены между собой последовательно попарно одноименными электродами, образуя шестивентильное кольцо, к объединенным . анодам вентилей которого подключены линии первой Т-образной схемы, а к объединенным катодам вентилей кольца подключены линии второй Т-образной схемы, причем обе Т-образные схемы свяэ аны между собой разноименными выводами через вентили кольца, а все соединения образуют основную структуру, 1157633

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что модули значений первой и второй частей каждого источника ортогональной ЭДС установлены в соотношении 1: Й/2, Э. Система по пл. ) и 2, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что источники ортогональных ЭДС снабжены дополнительными частями, соединенными по крайней мере в дье дополнительные ортогональные Т-образные схемы, образующие с дополнительно введенны-. ми линиями и вентилями дополнительную структуру.

4, Система по и. 3, о т л и ч а ющ а я с я тем, что основная и дополнительная структуры соединены . между собой последовательно или параллельно, разнополярными либо однополярными выводами.

5. Система по п.4, о т л и ч а ющ а я с я тем, что Т-образные схемы на стыке последовательно соединенных структур одноименны.

6. Система пп. 4 и 5, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что Т-образные схемы синфазны.

7. Система по и. 6, о т л ич а ю щ а я с я тем,что присоединенные к вентилям выводы вторых частей источников ЭДС в Т-образных схемах разноименны.

8. Система по пп. 5 и 6, о т л и— ч а ю щ а я с я тем,,что вентили на стыке структур соединены в шестивеитильное кольцо.

9. Система по п. 8, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что стыкующиеся Т-образные схемы связаны между собой через вентили кольца разноименными выводами.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве надежного и экономичного высоковольтного источника электропитания при наличии формирователей . (генераторов ) ортогональных ЭДС и требовании обеспечить, малый уровень и высокую кратность частоты пульсации постоянного напряжения при сравнительно малом числе отдельных частей ЭДС и эффективном их энергетическом использовании.

Известен ортогональный источник электропитания, содержащий двадцать четыре преобразовательных элемента и два источника ортогональных ЭДС, разделенных на части. Ортогональиые

ЗДС формируются посредством двух однофазных трансформаторов, сетевые обмотки которых подключены к трехфазной сети переменного тока по Т-образной схеме Скотта. Шесть отдельных частей вентильных обмоток, выполненных со средней точкой и двумя отводами в каждой из них, . соединены между собой в эквипотенциальных точках, а крайними выводамн связаны .посредством двенадцати линий с точками соединения соотвествующей пары последовательно

" согласно включенных вентилей, образующих двенадцати-ячейковый вентильный мост j3 1.

Устройство обеспечивает теоретически малый уровень выходной пульсации, и высокую, равную двенадцати, кратность П ее частоты (П-!2), однако оно отличается сложностью электрической схемы, а также конструкции и технологии изготовления, как следствие, более худюмми, против ожидае-, мых, частотой и уровнем пульсации в, реальных источниках, плохими массогабаритчыми и стоимостными показателями.

Наиболее близким техническим реаениеи к изобретению является ортогональный источник электропитания, содержащий двенадцать вентилей и два источника ортогональных ЭДС, сформированных посредством двух однофазных трансформаторов. Их сетевые обмотки подкрючеиы к трехфазной сети переменного тока по Т-образной схеме Скотта либо к однофазной сети через фазосдвиганщие устройства.

При этом вентильные обмотки каждого трансформатора состоят из двух отдель.ных частей со средней точкой в одной

30 из них, к которой одним своим вывоз 11S7 дом подключена другая часть обмотки другого трансформатора, а соединения всех четырех нентильных обмоток образуют две ортогонально сдвинутые по фазе Т-образные схемы Скотта, свободные выводы которых посредством шести линий связаны с точками соединения соответствующей пары последовательно согласно включенных вентилей, ! образующих шестиячейконый нентильный мост. При этом объединенные катоды и соответственно аноды его вентилей образуют ньгходные выводы, а укаэанные части вентильных обмоток каждого трансформатора ныпол- 15 иены в соотношении 1:1 между собой и 1:2/3 между частями обмоток разных трансформаторов 1 2 ).

Недостатками известного устройства являются плохие энергетические 2О и массо-габаритные показатели, а также низкая надежность и высокая стоимость, невозможность его практической реализации при сравнительно высоковольтной нагрузке. Кроме того, при указанных соотношениях частей вентильных обмоток устройство обеспечивает лишь двухкратную пульсации по первой гармонии (5=2) и довольно большой ее уровень

ЗО (К„= ЮО/Ч 42,."7 . Улучшение качества преобразования энергии возможно при этом путем введения дополнительных громоздких сглаживающих фильтров, что, с учетом сравнительно

35 повышенного для П 2 общего числа силовых элементов (обмоток, вентилей и пр.), является для практики— неоправданным.

Цель изобретения — улучшение энер <0 гетических, массо-габаритных и стоимостных показателей, Эта цель достигается тем, что в системе электропитания, содержащей двенаццать вентилей и два источ- ника ортогональных ЭДС, каждый из которых состоит иэ двух отдельных частей, соединенных попарно с разноименньпы частями другого источника

ЭДС, образуя две ортогонально сдвинутые о фазе Т-образные схемы, свЬбодные выводы которых при помощи шести линий связаны с точками соединения соответствующей пары последовательно согласно включенных вентилей, при этом свободные аноды трех вентилей в первой Т-образной схеме и соответственно свободные катоды

633 ф трех вентилей во второй Т-образной схеме объединены между собой, образуя выходные выводы, остальные шесть вентилей соединеньг между собой последовательно попарно одноименными электродами, образуя шестиBpнтильное кольцо, к объединенным анодам вентилей которого подключены линии первой,Т-образной схемы, а к объединенным катодам вентилей кольца подключены линии второй Т-образной схемы, причем обе Т-образные схемы связаны между собой разноименными выводами через вентили кольца, а все соединения образуют основную структуру.

Модули значений первой и второй частей каждого источника ортогональной ЭДС установлены в соотношении 1:1 3/2.

С целью дополнительного улучшения технико-эксплуатационных и качественных показателей источники ортогоиальных ЭДС снабжены дополнительными частями, соединенными по крайней мере в две дополнительные ортогональные Т -образные схемы, образующие с дополнительно введенными линиями и вентилями дополнительную структуру, Основная и дополнительная структуры соединены между собой последовательно или параллельно, разнополярными либо однополярными выводами.

Т-образные схемы на стыке последовательно соединенных структур одноименны.

Т-образные схемы сиифазны.

Присоедиченные к вентилям выводы вторых частей источников ЭДС в Тобразных схемах разнонменны, Вентили, на стыке структур, соединены в шестивентильное кольцо.

Стыкующиеся Т-образные схемы связаны между собой через вентили кольца разноименными выводами.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема источника в одноструктурном исполнении; на фиг. 2 — векторная диаграмма токообразующих ЭДС Я (p:=1,12 в фазовой плоскости, поясняющая принцип формирования выходного напряжения 0 на фиг. 3 — система при реализации с основной и дополнительной структурами и разноименными Т-.образными схемами на стыке соединенных последовательно структур при подключении стыкующих вентилей в шестивеытиль7633

5 115 ное кольцо; на фиг. 4 — векторная диаграмма системы по фиг. 3.

При этом использованы следующие обозначения: i — общее число схем

Скотта, n — общее чиспо звеньев, !

I  — число линий и вентилей в одной схеме Скотта, Л и  — то же, общее число, В„ — число вентилей

Одновременно последовательно обтекаемых током нагрузки в каждом и.-м контуре токопрохождения, Щ „и 6I — суммарное витковое о число соответственно относительно амплитудного О,» и среднего Ч„ значений выходного напряжения, 5, Б, 11, () — СООтветственно амйлитудные и действующие значения

ЭДС большей и меньшей их частей, ВП, Э вЂ” соответственно выигрыш (разность ) и экономия (в разах ) в числе В вентильных плеч при одинаковом с известным устройством числе 1„ последовательно соединенных ступеней.

Устройство (фиг. 1) содержит двенадцать вентилей 1-12 шесть из которых, соединенные по три анодами (вентили 1, б и 10 ) и катодами (вентили 3, 5 и 9 ), образуют выходные выводы, а шесть остальных вентилей

2, 4, 7, 8, 1! и 12 соединены между . собой последовательно попарно одноименными электродами, образуя шестивентильное кольцо, Ортогональные ЭДС сформированы посрецством обмоток а и f|», разделенных каждая на две части, которые соединены попарно в две ортогональные по фазе Т-образные схемы Скотта.

1Мводы а„, а2 и ЬЗ первой .схемы

Скотта присоединены посредством линий к объединенным анодам венти лей кольца (к его стокам, а к его объединенным катодам (истокам кольца )подключены посредством других трех линий выводы Ь, Ъ и а второй схемы Скотта, ортогональной первой.

Причем этн схемы связаны между собой через вентили кольца разноименными выводами в следующем порядке: конец а первой части-.источника ЭДС пер1 вой схемы Скотта связан через вентиля 2 и 12 с началом Ь и концом Ь» первой части источника ортогональной ЭДС второй схемы Скотта, конец а второй части источника

ЭДС которой связан через вентили

7 и 8 с концом Q второй и началом а2 первой частей источника ЭДС первой схемы Скотта, которые в свою очередь связаны соответственно через вентили 4 и 11 с началом

Ь2 и концом Ъ„ первой части источника ортогональной ЭДС второй схемы

Скотта, Такие связи обеспечивают сущест-: венно более лучшие энергетические, массогабаритные и стоимостные показатели, а также реальную возможность практической осуществимости устройства при более высокой надежности и ресурсоемкости в случае обеспечения питанием высоковольтной нагрузки.

Работу устройства (фиг. 11 поясняет векторная диаграмма на фиг, 2.

Показано формирование каждой токообразующей ЭДС 5„,(p,=!,12 ) путем геометрического векторного сложения соответствующих частей ортогональных ЭДС, а также ука.заны поэицион. ные номера проводящих ток вентилей для каждого из двенадцати циклически сменяющихся во времени контуров протекания така нагрузки. Причем, 1 при установленном соотношении

1: )3/2 первых и вторых частей каждой из ортогональных ЭДС (а а:а

2 3»

: Ь формируемое на выходе устройства знакопостоянное напряжение а содержит незначительную по уровню переменную составляющую (K„=aU»/у =3,453 при высокой, равной 12-ти, кратности ее частоты (11=12 3.

Этим обеспечивается улучшение качества преобразования энергии по сравнению с прототипом вследствие повышения частотной кратности пульсации в КП/П =12:?=6 раз и сниOP жения ее уровня более чем в 12 раэ (Ч=" ггр К г =42»5 3»45 =12»37 )

Тем самйм непосредственно связанные с П и K массогабаритные и стоимостные показатели сглаживающих фильтров также улучшаются.

Кроме того, введенная диодная развязка отдельных частей ЭДС (в частности обмоток трансформаторов, электрических машин и других подсобных формирователей ортогональным

ЭДС ), а также последовательное

33 (а не параллельное, как в аналоге и прототипе ) их соединение через вентили обеспечивает существенное улучшение энерегетических показатеl 157633 лей устройства, в частности увеличение более чем в 2 раза (в 2,1) среднего значения Ч выходного напряжения при одинаковой с известным устройством амплитуде Э ЭДС большей ее части, Одинаковое с известным устройством выходное напряжение иожет быть обеспечено в устройстве в 2 с лишним раза меньшим значением амплитуд ортогональных ЭДС, что при высоковольтном питании существенно упрощает решение сложных проблем изоляции, конструктивной и технологической реализации, снижает иассу, объем, стоимость, существенно повьш ает надежность и сроки работы.

При реализации источников ортогоиальных ЭДС посредством электромагнитных аппаратов существенно снижается требующееся суммарное число витков их силовых обмоток.

В частности, суммарное витковое

ll и число Ф» относительно V< снижается .о в Э p, „ =3,65:1,95»1,9, т.е. почти в 2 раза при одинаковом с известным устройством значении Ч и в Э р „„=5,53:1,95=2) 2 2,83, т.е.. почти в 3 раза по сравнению с аналогом, Причем относительно последнего, обеспечивающего, в отличие от прототипа, теоретически ту же 12-кратную частоту пульсации, устройство содержит в 6:4=1,5 раза меньшее число частей источников

ЭДС (обмоток ) при одновременном отсутствии в ннх дополнительных отводов, в 24:12=2 раза меньшее число силовых вентилей, существенно более простые связи (соедннения ), монтаж, конструкцию, технологию изготовления, лучшее (s реальной схеие ) качество преобразования энергии, а также массогабаритные и.стоимостные показатели.

Дальнейшего улучшения различных показателей н решения проблем изоляции, габаритов и веса системы при высококольтной нагрузке, можно достичь, снабдив ее хотя бы еще одной дополнительной структурой, которые могут быть соединен ны между собой различным образом.

В частности, упомянутые схемы Скотта на стыке звеньев могут быть разноименными (ортогональными между собой, фиг, 3 ) или одноименными, а в

16 последнем случае - полностью синфазными либо обратными (с присоединенными к вентилям разноименными выводами вторых частей источников ЭДС при сннфазных первых их частях ).

1З При таком выполнении устройства рассмотренные существенные положительные эффекты при одновременном появлении новых усиливаются практически пропорционально числу структур

20 что особенно выгодно при создании системы именно с относительно высоким выходныи напряжением.

Кроме того, следует отметить, что шесть вентилей в преобразователе, И кроие их соединения в шестивентильное кольцо, могут соединяться между собой по трн, соответственно анодаии н катодами в Т-оброзных схемах., образуя совместно с присоединенными р к ним вентилями два трехячейковых вентильных моста;

Достижение эффектов, наряду с указанными мерами, обеспечивается также введением и умелыи использованием естественных структурной, функциональной и режимной избыточностей, что существенно повышает эксплуатационную надежность источника — важного потребительского показа„© теля объекта. Этим совместно с цоказанныии экономией энергии и материалов конкретном решены, применительно к описанным средствам энергоснабжения, актуальные совре менные задачи по повышению эффективности и качества, а также по активному капитало-, энерго- и материалосбереженню.

I ) 57633

f/p (чи1

8=12

° at ° e eee

° е ° fe е ° -ф- —. Ф-Ф е е е °..ь -P

° е ° ° ф °

° -g

У т Уг . W 3 {6>As) (t0i68) 9 z

87 8а м5 ) жал,Фиг.Р

gg

Sn Г (ю 1еЯ, 8

И ° (6 .

/, ) е - 4

/ 1

/4 -Ь, е °

f0 - е (ЮЯИ у ° ° 18 е -Иг

0g 4 е

<®, г

° Г ф

3 82(М)!

1 =4 S3 (I e,я й

° ° I !

I l 57633 а

r 122, 3,83,sl S> Ц2Я4,s)

Х а, aв

Ц . — — у ДрИ6,3 7,Р)

У ° « (!6 28,2 Г

Т

t >> a Я us -ц ъ у

) L ° 3 - — (. ° «- % ь

%Н еЦ f N ° Ьц

«у Ь b ° . »дь g» >»P 3 < Э вЂ” «Ф» Ч,(°

° . «а» в,Д, g „ 1 з (ЖИ,. t7 / е ° ° ° ° ° ° 1 . (1 фЯ

1 ), ° ° 81 t 17.Уу ь,- .-+ ° .-, ь,/ т ° ° ° - — Э - 4.. ЬЕ -ь5л ьь ° -аз ° I Е ь / ь1 Ият7я) апцн,цо)

l7 g Ь 9» 7 МЙ, 16,Щ7/ фж4

Заказ 3388/52 . Тирам б46 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель E. Иельникова

Редактор P. Цуцика Техред И.Надь Корректор Г. Реаетник