Система электропитания а. м. репина

(91 (ьц 7 06 5) Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРНТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИвидетел 2 М 7/О ТРОПИТА АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 2. Авторское с ьсФ 731529, кл. Н 0 6,54 ),СИСТЕМА ЭЛЕК НИА. И, РЕПИНА,(57). Система электропитания, со-держащая двенадцать вентилей и дваисточника ортогональных ЭДС, каждыйиз которых состоит из двух отдельныхчастей, соединенных попарно с разноименными частями другого источникаЭДС, образуя две ортогонально сдвинутые по фазе Т-образные схемы, свободные выводы которых нрн помощишести линий связаны с точками соединения соответствующей пары последовательно согласно включенных вентилей, прн этом свободные аноды трехвентилей в первой Т-образной схемеи соответственно свободные катодытрех вентилей во второй Т-образнойсхеме объединены между собой, образуя выходные выводы, о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что, с целью улуч-щения энергетических, массогабаритныхи стоимостных показателей, остальные шесть вентилей соединены междусобой последовательно попарно одноименными электродами, образуя щестивентильное кольцо, к объединенныманодам вентилей которого подключенылинии первой Т-образной схемы, а кобъединенным катодам вентилей кольца подключены линии второй Т-образнойсхемы, причем обе Т-образные схемысвяэаны между собой разноименнымивыводами через вентили кольца,а все соединения образуют основнуюструктуру,11576332. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что модули значенийпервой и второй частей каждого источника ортогональной ЭДС установленыв соотношении 1: б/2,3. Система по пл. 1 и 2, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что источникиортогональных ЭДС снабжены дополнительными частяии, соединенными покрайней мере в дье дополнительныеортогональные Т-образные схемы,образующие с дополнительно введенньгми 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, разнополярныии либо однополярныии 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 теи, что Т-образные схемы синфазны.7. Система по и. 6, о т л и - ч а ю щ а я с я теи,что присоединенные к вентилям выводы вторых частей источников ЭДС в Т-образных схемах разноииенны.8, Система по пп. 5 и 6, о т л и - ч а ю щ а я с я темчто 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 7 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 переиенного тока по Т-образной схеме Скотта. Весть отдельных частей вентильных обмоток, выполненных со средней точкой и двумя отводами в каждойиз 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 иостУстройство обеспечивает теоретичес.ки малый уровень выходной пульсацйи,и высокую, равную двенадцати, кратность П ее частоты ( П), однакооно отличается сложностью электрической схемы, а также конструкции итехнологии изготовления, как следствие, более худвмми, 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 Ю источника ортогональных ЭДС, сформированных посредством двух однофазных трансформаторов. Их сетевыеобмотки подкрючеиы к трехфазной сетипеременного тока по Т-образной схе 2 ф ие Скотта либо к однофазной сетичерез фазосдвиганщие устройства.При этом вентильные обмотки каждоготрансформатора состоят из двух отдель.ных частей со средней точкой в одной 30 из них, к которой одним своим выво3 1157дом подключена другая часть обмоткидругого трансформатора, а соединениявсех четырех нентильных обмоток образуют две ортогонально сдвинутые пофазе Т-образные схемы Скотта, свободные выводы которых посредствомшести линий связаны с точками соединения соответствующей пары последовательно согласно включенных вентилей,образующих шестиячейконый нентильный мост. При этом объединенныекатоды и соответственно аноды еговентилей образуют ньгходные нынодыэа укаэанные части вентильных обмоток каждого трансформатора ныполиены в соотношении 1:1 между собойи 1:2/3 между частями обмоток разных трансформаторон 1 2 1,Недостатками известного устройства являются плохие энергетические 2 Ои массо-габаритные показатели, атакже низкая надежность и высокаястоимость, невозможность его практической реализации при сравнительно высоковольтной нагрузке. Кроме 5того, при указанных соотношенияхчастей вентильных обмоток устройствообеспечивает лишь двухкратную пульсации по первой гармоээии 1,П=2) идоволэно большой ее уровеньЗОКп= Ю 1.ЭО/Ч "42 э 5 Х . УлУчшение качестваээреобразоваиия энергии возможнопри этом путем введения дополнительных громоздких сглаживающих фильтров, что, с учетом сравнительно. 35повышенного для П 2 общего числасиловых элементов обмоток, вентилей и пр.), является для практики -неоправданным,Цель изобретения - улучшение энер 40гетических, массо-габаритных и стоимостных показателей,Эта цель достигается тем, чтов системе электропитания, содержащей двенаццать вентилей и два источ- ф 5ника ортогональных ЭДС, каждый изкоторых состоит иэ двух отдельныхчастей, соединенных попарно с разноименньэьвэ частями другого источникаЭДС, образуя две ортогонально сдвинутые но Фазе Т-образные схемы,свЬбодньэе выводы которых при помощишести линий связаны с точками соединения соответствующей пары последовательно согласно включенных вентилей, прээ этом свободные аноды трехвентилей в первой Т-образной схемеи соответственно свободные катоды 633 фтрех вентилей во второй Т-образной схеме объединены между собой,образуя выходные выводьэ, остальныешесть вентилей соединены междусобой последовательно попарно одноименными электродами, образуя шестинентильное кольцо, к объединенныманодам вентилей которого подключенылинии первой,Т-образной схемы, а кобъединенным катодам вентилей кольца подключены линии второй Т-образной схемы, причем обе Т-образныесхемы связаны между собой разноименнымивыводами через вентили кольца,а все соединения образуют основнуюструктуру.Модули значений первой и второйчастей каждого источника ортогональной ЭДС установлены в соотношении 1:гЗ/2.С целью дополнительного улучшениятехнико-эксплуатационных и качественных показателей источники ортогоиальных ЭДС снабжены дополнительнымичастями, соединенными по крайнеймере в две дополнительные ортогональ.ные Т-образные схемы, образующие сдополнительно введенными линиями ивентилями 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 выводывторых частей источников ЭДС в Тобразных схемах разнонменны,Вентили, на стыке структур, соединены в шестивентильное кольцо,Стыкующиеся Т-образные схемы связаны между собой через вентили кольцаразноименными выводами.На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема источникав одноструктурном исполнении; нафиг, 2 - векторная диаграмма токообразующих ЭДС 5 (с=1,12 в фазовойплоскости, поясняющая принцип формирования выходного напряжения 0на фиг. 3 - система при реализациис основной и дополнительной структурами и разээоименными Т-.образнымисхемами на стыке соединенных последовательно структур при подключениистыкующих вентилей в шестивеытиль115ное кольцо; на фиг. 4 - векторнаядиаграмма системы по фиг. 3.При этом использованы следующиеобозначения:- общее число схемСкотта, и - общее чиспо звеньев,/ В - число линий и вентилей водной схеме Скотта, Л и В - то же,общее число, В - число вентилейодновременно последовательно обтекаемых током нагрузки в каждомц;м контуре токопрохождения,Щ,и Я - суммарное витковоег.очисло соответственно относительноамплитудного О,ю и среднего Чзначений выходного напряжения,5 , Б , О , О, - соответственноамйлитудные и действующие значенияЭДС большей и меньшей их частей,5 ВП, Э з - соответственно выигрыш( разность ) и экономия (в разах )в числе В я вентильных плеч примодинаковом с известным устройствомчисле 1 последовательно соединенНых ступеней,Устройство (фиг. 1) содержитдвенадцать вентилей 1-12 шесть изкоторых, соединенные по три анодами (вентили 1, б и 10) и катодами(вентили 3, 5 и 9 ), образуют выходныевыводы, а шесть остальных вентилей2, 4, 7, 8, 1 и 12 соединены между .собой последовательно попарно одноименными электродами, образуя вестивентильное кольцо,Ортогональные ЭДС сформированы посрецством обмоток а и Ь, разделенных каждая на две части, которые соединены попарно в две ортогональные по фазе Т-образные схемы Скотта, Выводы а, а и Ь первой .схемы Скотта присоединены посредством линий к объединенным анодам вентилей кольца (к его стокам , а к его объединенным катодам (истокам кольца )подключены посредством других трех линий выводы Ь, Ь 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 пер 1вой схемы Скотта связан через вентиля 2 и 12 с началом Ь н 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 Ь второй и началом 7 б 33а 2 первой частей источника ЭДСпервой схемы Скотта, которые всвою очередь связаны соответственно через вентили 4 и 11 с началомЬ и концом Ь первой части источника ортогональной ЭДС второй схемыСкотта,Такие связи обеспечивают сущест-:венно более лучшие энергетические,массогабаритные и стоимостные показатели, а также реальную возможностьпрактической осуществимости устройства при более высокой надежностии ресурсоемкости в случае обеспечения питанием высоковольтнойнагрузки.Работу устройства (фиг. 1) поясняет векторная диаграмма на фиг, 2,Показано формирование каждой токообразующей ЭДС 5,(ц=1,12 ) путемгеометрического векторного сложения соответствующих частей ортогональных ЭДС, а также ука.заны поэиционНые Номера проводящих ток вентилейдля каждого из двенадцати циклически сменяющихся во времени контуровпротекания тока нагрузки. Причем,при установленном соотношении1:)3/2 первых и вторых частей каждой из ортогональных ЭДС (а а :аз ВЬЬ: Ьз формируемое на выходеустройства знакопостоянное напряжение а содержит незначительную поуровню переменную составляющую(Кд=лОд/у =3,453 при высокой, равной 12-ти, кратности ее частоты(П=12).Этим обеспечивается улучшениекачества преобразования энергии посравнению с прототипом вследствиеповышения частотной кратности пульсации в КП/П =12:2=6 раз и сниФРжения ее уровня более чем в 12 раэ(Ч = 1 и р . К =42, 5 .3,45 щ 12,37, ),Тем самым непосредственно связанныес П и К массогабаритнь 1 е и стоимостные показатели сглаживающих фильтровтакже улучшаются,Кроме того, введенная диоднаяразвязка отдельных частей ЭДС (в частности обмоток трансформаторов, электрических машин и других подсобных формирователей ортогональным ЭДС ), а также последовательное53 (а не параллельное, как в аналоген прототипе ) их соединение черезвентили обеспечивает существенноеулучшение энерегетических показателей устройства, в частности увели"чение более чем в 2 раза ( в 2,1)среднего значения Ч выходного напряжения при одинаковой с известнымустройством амплитуде Э ЭДС большей ее части,Одинаковое с известным устройством выходное напряжение может бытьобеспечено в устройстве в 2 с лишнимраза меньшим значением амплитуд ортогональных ЭДС, что при высоковольтном питании существенно упрощаетрешение сложных проблем изоляции,конструктивной и технологическойреализации, снижает массу, объем,стоимость, существенно повьшаетнадежность и сроки работы.При реализации источников ортогоиальных ЭДС посредством электромагнитных аппаратов существенноснижается требующееся суммарноечисло витков их силовых обмоток.В частности, суммарное витковое11 ичисло Ю относительно Ч снижаетсяг.ов Э во =3,65:1,951,9, т.е,почти в 2 раза при одинаковомс известным устройством значении Чои в Э и 2, =5,53:1,95=2 Г 22,83,т.е,. почти в 3 раза по сравнениюс аналогом, Причем относительнопоследнего, обеспечивающего, в отличие от прототипа, теоретическиту же 12-кратную частоту пульсации,устройство содержит в 6:4=1,5 разаменьшее число частей источниковЭДС (обмоток ) при одновременномотсутствии в них дополнительныхотводов, в 24:12=2 раза меньшеечисло силовых вентилей, существенно более простые связи (соединения ),монтаж, конструкцию, технологию изготовления, лучшее ( в реальнойсхеме ) качество преобразованияэнергии, а также массогабаритныеи.стоимостные показатели.Дальнейшего улучшения различных показателей н решения проблемизоляции, габаритов и веса системы при высококольтной нагрузке, можно достичь, снабдив ее хотябы еще одной дополнительной структурой, которые могут быть соедине ны между собой различным образом.В частности, упомянутые схемы Скоттана 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 ЭДСпри сннфазных первых их частях ).15 При таком выполнении устройстварассмотренные существенные положительные эффекты при одновременном появлении новых усиливаются практическипропорционально числу структуР л, 20 что особенно выгодно при созданиисистемы именно с относительно высоким выходным напряжением.Кроме того, следует отметить,что шесть вентилей в преобразователе, 25 кроме их соединения в шестивентильное кольцо, могут соединяться междусобой по три, соответственно анодами н катодами в Т-оброзных схемах.,образуя совместно с присоединенными 11 к ним вентилями два трехячейковыхвентильных моста;Достижение эффектов, наряду суказанными мерами, обеспечиваетсятакже введением и умелым использованием естественных структурной,функциональной и режимной избыточностей, что существенно повышаетэксплуатационную надежность источника - важного потребительского показа теля объекта. Этим совместно с показанными эконоьяей энергии и материалов конкретном решены, применительно к описанным средствамэнергоснабжения, актуальные совре-менные задачи по повышению эффективности и качества, а также по активно.му капитало-, энерго- и материалосбереженню.