Шестилучевой источник электропитания

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного источника электропитания Цель изобретения - расширение области применения. Уст ройство содержит электромагнитный аппарат 7 с трехфазной вентильной обмоткой, разделенной в каждой фазе на две секции. Секции соединены между собой в две синфазные трехлучевые звезды и снабжены каждая отводом. Шесть преобразовательных элементов 1-6 подключены по одному между выводами соответствующей секции одной звезды и отводами смежной по фазе секции другой звезды, а нулевые ки звезд образуют выходные выводы В результате получают определенное множество схем при различных фазовых углах огибающей выходного напряжения относительно переменных ЭД С-обмотки либо обеспечивают дополнительную функцию фазосдвигагощего устройства В любых исполнениях возможно обеспечение шестикратной частоты пульса ции выходного напряжения, что достигается выполнением отводов равноудаленными относительно одноименных выводов секций. 7 з.п. ф-лы, 4 ил. 7 Ч О SS (Л ск 06 о со о s

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 02 1 1 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGXOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 44 8619 1/07 (22) 23 09. 88 (46) 23,03 ° 91 ° Бюл» К 11 (72):А,M,Ðåïèí (53) 621» 314 5 (088. 8) (56) Белопольский: И,И, и др, Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений -:M,: Энергия, 1974, .с 8, рис, 1в, Авторское свидетельство СССР

N - 1275703, кл, Н 02 M 7/08, 1985» (54) ШЕСТИЛУЧЕВОЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРО

ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного источника электропитания, Цель изобретениярасширение области применения, Устройство содержит электромагнитный аппарат 7 с трехфазной вентильной обмоткой, разделенной в каждой фазе на

ÄÄSUÄÄ 1636967 А I

2 две секции, Секции соединены между собой в две синфазные трехлучевые звезды и снабжены каждая отводом, Шесть преобразовательных элементов

1-6 подключечы по одному между выводами соответствующей секции одной звезды и отводами смежной по фазе секции другой звезды, а нулевые точ ки звезд образуют выходные выводы»

В результате получают определенное множество схем при различных фазовых углах огибающей выходного напряжения относительно переменных ЭДС-обмотки либо обеспечивают дополнительную функцию фазосдвигающего устройства, В любых исполнениях возможно обес печение шестикратной частоты пульса ции выходного напряжения, что дости гается выполнением отводов равноудаленными относительно одноименных B . водов секций, 7: з.п, ф-лы, 4 ил»

3 16369

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного источника электропитания, Цель изобретения расширение об ласти применения, На фиг,1 представлена принципиальная электрическая схема шестилучевого источника электропитания при Go

10 единении секции трехфазной вентильной обмотки (ВО) электромагнитного аппарата (ЭИА), разных ее звезд, в порядке прямого чередования фаз; на фиг 2 - векторная диаграмма; поясняющая в фазовой плоскости принцип

55 формирования знакопостоянных импульсов Б (P= 1,6) выходного напряже i ния U где указаны также номера преобразовательных элементов (ПЭ) для каждого циклически сменяющегося во времени контура протекания тока нагрузки в течение периода преобразуемых ЭДС; на фиг 3 и 4 модифи кация источника при фазовом угле (. = 0(60) и 30 эл град, Источник (фиг»1) содержит шесть

ПЭ 1 6 и ЭМА 7, трехфазная ВО кото рого разделена в каждой фазе на две секции ах, а х„, Ъу, Ь у,, cz, с, х

Одноименные секции разных фаз соеди иены между собой в две синфазные трехлучевые правильные звезды аЬс и а Ь с, Общие точки соединения секций (выводами х, у, е и х, у, я„) являются нулевыми точками о и о

I трехлучевых звезд и образуют выход ные выводы 8 и:9» К ним может быть подключена нагрузка 10, К выводам а, Ь с первой и Выводами а <р,Ь 1у,с < 40 второй звезд подключены по одному анодами и, соответственно, катодами шесть 113 2„ 4, 6 и 1, 3, 5, прону мерованных в порядке естественного вступления их в работу в течение пе 45 риода преобразуемых ЭДС BO при не управляемых НЭ, 11ри этом катоды 11Э 2, 4 и 6 под» ключены по одному к соответствующему дополнительно введенному отводу ! ! с, а, о секций c

Соединение секций через ИЭ по фиг, l

55 выполнено в прямом порядке индексно» го чередования фаз: а к Ь, Ь к с

1 I

У

I ска,, а, кЬ, Ь кс, с к а .

67 4

Фазовый угол (g сдвига огибающей выходного .напряжения может быть установлен в диапазоне (30,60) эл,град,, включая границы диапазона, Возможен и обратный порядок чередования фаз, соединенных между собой секций разных звезд ВО при изменении угла (Р в пределах 10,30 эл,град» Во всех случаях отводы могут быть равноудалены относительно одноименных вы водов всех секций ВО и выполнены в каждой фазе от части данной секции (например, а х) между ее отводом (а )

I I и выводом (х) в соотношении sing:

sin(60 -P):1 при 0« - CP и 30 или в соотношении зж(60 -(f): s in/: 1 при

300 =-(60 относительно всей сека ции. В частном случае, когда Ц) = 30

I введенный отвод (например, а ) совпадает с присоединенным к НЭ крайним выводом (а) данной секции (ах), как совпадают этот отвод и другой крайний вывод (х) в двух других частных случаях, когда угол(= 60 или.О, о

Источник работает следующим об» разом»

Из диаграммы (фиг,2) видно, что каждый из шести импульсов S>()=1 6) выходного напряжения U в общем слуо чае формируется путем сложения ЭДС всей секции данной фазы (например, для первого импульса Sl — секции с

ro импульса, части с z — для второ( го и части Ь у — для шестого импуль1 сов) .

Причем при одинаковых витках всех секций и равноудаленных отводах от одноименных их выводов на выходе фор» мируется знакопостоянное напряжение

Us, переменная составляющая которого изменяется с частотой, в 6 раз превышающеи частоту преобразуемых ЭДС, при сравнительно малом уровне, Тем самым частотная кратность пульсации выходного напряжения теоретически равна шести (И=6), а ее уровень Кп по полному размаху Ы4 относительно среднего значения V составляет око о ло 14Х, причем такой результат свой» ственен всем вариантам выполнения источника при любом значении фазового угла (f и не требуется введение специальных устройств для достиже ния данного эффекта, 5 163

При этом выполнение источника возможно как в виде отдельных базовых реализаций при соответствующем расположении отводов, так и в виде единого устройства с дискретным либо плавным изменением положения отводов, При изменении положения отвода, соответствующего изменению угла ) от 30 до О или от 30 до 60 эл град,, и фиксированном, одинаковом при всех (f, значении амплитуды выходного напряжения изменяется суммарное число W> витков ВО ЭИА в пределах 3,5;6 J относительно базового числа витков с амплитудой напряжения на выходе в режиме холостого хода, Определяющие массогабаритные и стоимост ные показатели (МГСП) коэффициенты превышения габаритной мощности сетевой (при соединении ее в звезду или треугольник) и вентильной обмотки, а также ЭМА в целом (в случае реализации его в трансформаторном или электромашинном выполнении) относительно полезной мощности (мощности нагрузки в ваттах) без учета потерь и в неуправляемом режиме работы изменяются в пределах K np „= 4,8; 4,8(),), 28 (()), Кп во= (48 81(Л,И, Кпр(26 4

43(, Ьеа учета иоипенсанйи поспед ствий постоянного подмагничивания), 54,8(>) . Длительности импульсов то» ка через части секций и длительность открытого состояния каждого ПЭ (импульса его тока) составляют A, =120, 60 эл.град. Среднее значение тока ПЭ составляет 1/6 часть тока нагрузки I (I <> =? /6). Коэффициенты Р = i0/?0 и Э = ?00/?О, определяющие, какую часть составляют амплитуда токов ПЭ и частей секций

ВО, а также действующее значение их токов относительно тока нагрузки равны 1 и, соответственно, О, 1 при

D = Тд / |.пу равном +2D = 0,58, в случае йагрузки или при фильтре индуктивного характера (когда фильтр начинается с дросселя в первой продольной ветви) без учета потерь мощности на внутренних элементах (секциях, ПЭ и пр ° ).

Амплитуда обратного напряжения на

ПЭ, определяющая их вентильную проч ность (надежность), не превышает удвоенного значения амплитуды напряжения на секции ВО: U0 /Vo=I1,82;

00бр 0

2,1) при g = (30;60) эл.1раде без учета бросков от переходных процес»

6967 6 сов, Действующее значение напряжений на частях секций определяется коэф- ;

В,,(= U0

sin(60 -ф и (Я«(2 /3) sin((P-30 ) = е 1,481 s in ((— 30 ), что при тех же значениях угла (.Р = 60;303 (или

О; 30 эл.град. дает j (< /340;OJ =

"-(0,43;0 и 1 О, 1 /3-(2Д â€”" $0;О, 74$ °

Отсюда следуе т, что при заданном (одинаковом или разных P) значении

V число витков или напряжение на каж дой секции уменьшается в « 3 раз при переходе от g =60 (или О) к Cf =30 эле град, Во столько же раз увеличивается выходное напряжение 7 при фиксиро ванном напряжении или числе витков каждой секции БО, причем такое изме нение V осуществляется без изменения угла управления ПЭ,:т,е» при ус» тановке неуправляемых ПЭ или при фик™ сированном значении этого угла Q4 в случае наличия управляемых ПЭ (ти» ристоров, транзисторов, магнитных усилителей с диодами и пр ° ).

Так как значения 60 (О) и 30 эл

30 rpap,, угла р соответствуют реализациям схем шб и В б (фиг.3 и4), то в пределах значений, свойственных этим схемам, изменяются соответствующим образом и другие показатели: коэффи циент мощности, коэффициент искаже» ний, спектральный состав потребляе мого тока, уровни помех в смысле электромагнитной совместимости и пр, Аналогичны результаты в случае нагрузки емко стного характера, ког

pа к выходным выводам источника под ключена нагрузка, содержащая постоян ную противо-ЭДС, работы на двигатель, зарядки аккумулятора и пр, или фильт

45 ра с конденсатором в первой попереч ной ветви. В этих случаях значения указанных коэффициентов F, D и В ап ределяются известными способами как для обычной шестилучевой схемы с П=б, а для полУчения Во1(, В((1 ((и В0(=

= Вц,(- В „) умножают найденное,зна» чение В на (24) ° sing 1,155 sing и (2/ 3) з3п(6С -Я) =1, 155 sin (60 -() что для краиних случаев диапазона угла (= (60; ЗОД эл,град, дает (1; 1/Г3 (Е (1;0,58(и (О;1/ 3 J = (0;0,058(соответственно, При этом активное сопротивление г внутренней ветви, определяющее актив

1636967 ные потери, равно сумме сопротивле ний: r г „, + r, где гп - прямое сопротивление ПЭ; rq> = rax + raiÕ

ra„Pl + sin(60 -Q)/sin(gg=

r cos ((Р -30 ) /s in (Р,. что для тех же частных значений угла g = 60;30)эл. град, дает pl;2)ra>. В общем случае в r может входить также сопротивле ние дросселя r и/или балластного сопротивления r y продольной ветви фильтра в случае использования Р-образных фильтров, Но в любом случае число Вп вентильных.плеч или ПЗ, че» рез которые протекает ток нагрузки„

15 в каждом р-м контуре токопрохождения, не превышает 1 (В = 1 Д p E ), 6), что и обусловливает целесообразность преимущественного применения устройства в качестве низковольтного ИЗП, так как именно при низких и особен20 но при инфранизких напряжениях нагрузки существенны потери напряжения и мощности на ПЭ, влияющие на КПД и

ИГСП устройства. В известных мостовых .схемах число В равно двум и боП лее, в связи с чем в модификациях схемы по фиг 1 показатели КПД и

МГСП лучше, чем в мостовых источниках питания, особенно при увеличении тока нагрузки, При выполнении устройства управляемым (регулируемым, стабилизированным) возможно использование дискретного регулирования.при изменении положения отводов, а также плавного 35 изменения выходного напряжения за счет уменьшения или раста угла управления Q преобразовательными эле- ментами либо путем управления вклю 40 .ченного дополнительно регулирующего элемента внутри дискретных поддиапа зонов В результате по сравнению с известными устройствами с широкими пределами изменения угла g обеспечи

45 ваются существенно меньший уровень пульсации выходного напряжения, луч шие массогабаритные показатели фильтров а также лучше коэффициент мощ ности, спектры потребляемого тока и КПД, Рассмотренные реализации могут быть дополнены аналогичными структурами, а выходные их выводы могут служить для подключения автономных

55. нагрузок либо могут быть соединены между собой однополярно или разнопо лярно параллельно непосредственно либо через магнитно связанные или несвязанные между собой элементы Раз» нополярно соединенные структуры могут работать на реверсивную нагрузку при соответствующем управлении их

ПЭ, либо одна из структур может работать в режиме выпрямпения, а другаяв режиме инвертирования, обеспечивая преобразование переменного напряжения в переменное

Формула и з о б р е т е н и я

1, Шестилучевой источник электропитания, содержащий электромагнитный аппарат, трехфазная вентильная обмотка которого разделена в каждой фазе на две секции и соединена в две синфазные трехлучевые звезды, нулевые точки которых образуют выходные выводы, а к свободным выводам одной и другой звезд подключены по одному анодами и, соответственно, катодами шесть преобразовательных элементов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, свободные электроды преобразователь ных элементов одной звезды подключены по одному к соответствующему pополнительно введенному отводу секций другой звезды, образуя основную преобразовательную структуру

:2 Источник по:п, l, о т л и ч а к шийся тем, что указанные отводы выполнены равноудаленными в каждой секции относительно одноименных их выводов

:3, Источник по.п 2, о т л и ч а ю" шийся тем, что отвод выполнен с числом витков от образующего нулевую точку звезды вывода данной секции в соотношении sin(f:sin(60 -ф: 1 при

0»

О « g < 30 или в соотношении

sin(60ц-$ ):sing 1 при 30 < (P< 60 относительно витков всей секции, где (f - некоторый фазовый угол

4 ° Источник по ïï,1-3, о т л и ч а ю шийся тем, что соединен-. ные между собой через данный преоб разовательный элемент секции разных звезд разноименны по фазе.

:5 Источник по п,4, о т л и ч а н шийся тем, что секция одной звезды соединена через преобразова» тельный элемент с отводом смежной.по фазе секции другой звезды в порядке прямой или обратной индексной последовательности фаз.

)636967

$g (б) Ь» ,. а i 8 (r) оно ! 2(Г) Ф З® = 9F3Sinrp = 12ЛЯ3; K p=f26,Ч,5 В2

ФУГ. 2

Др6

" 6

:6. Источник по:п,5, о т л и ч а юшийся тем, что указанные секции соединены между собой в прямом порядке фаз при 30 (60, а в обратномо 5 порядке при 0 <Ñð а30 . 7 ° Источник по an.16, о т л и ч а ю шийся тем, что он дополниTGHbHo дополнен по меньшей мере еще одной аналогичной преобразовательной структурой, выходные выводы которой образуют автономные выводы или соединены с выводами основной структуры однополярно либо разнополярно, па раллельно, непосредственно или через магнитно«связанные либо не связанные между собой вспомогательные элементы °

8. Источник по:п.7, о т л и ч а к . шийся тем, что при соединении разнополярных выводов разных струк тур одна из них выполнена с обеспе чением режима выпрямпения, а другая режима инвертирования, либо эти структуры выполнены с возможностью их поочередного включения, 1636967

1 г® ) l

8g (5) О

Составитель:В,Горохов

Техред А.Кравчук Корректор:Н,Король

Редак тор: O,Юр ко вец кая

Заказ 822 Тираж 384 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

:1роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101