RU26707U1 - Выпрямительное устройство - Google Patents

Description

Выпрямительное устройство

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано в качестве выпрямительного устройства систем электроснабжения для питания потребителей постоянного тока, предъявляющих повышенные требования к качеству напряжения.

Известно выпрямительное устройство, содержащее трехфазный

трансформатор, имеющий сердечник, первичную трехфазную обмотку,

соединенную треугольником и подключенную к сети и вторичную трехфазную обмотку, соединенную в звезду к которой подключена трехфазная двухполупериодная схема выпрямления 1.

Данное выпрямительное устройство имеет простую электрическую схему, достаточно высокие энергетичЬские показатели: коэффициент использования трансформатора по мощности и коэффициент полезного действия, поэтому нашло применение в различных отраслях техники, однако, оно характеризуется коэффициентом пульсаций равным 6 % по первой

гармонике и 14 % по всем гармоникам выпрямленного напряжения, что

ограничивает его использование для питания микросхем и других устройств, предъявляющих высокие требования к напряжению питания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выпрямительное устройство, содержащее три трехфазных трансформатора, причем первый из них выполнен с одной первичной обмоткой в каждой фазе, второй и третий - с двумя первичными обмотками в каждой фазе, при этом они соединены в зигзаг и в треугольник, соответственно, а к вторичной, составленной из шести трехфазных обмоток, соединенных в звезду с общим

нулевым проводом подключена восемнадцатифазная однополупериодная

I I I

I I I

включенных дросселей и конденсатора, при этом одни концы указанных дросселей подключены к положительной пластине конденсатора и к плюсовой выходной шине устройстба, другие кбнцы дросселей соединены с выходом каждой из шести трехфазных однополупериодных схем выпрямления, составляюш,их восемнадцатифазную схему выпрямления, а отрицательная пластина конденсатора соединена с общим нулевым проводом и минусовой выходной шиной устройства 2. Качество выпрямленного напряжения на выходе данного устройства сравнительно высокое, однако для его достижения использованы совокупности: трех Ш-образных сердечников трехфазных трансформаторов, первичных трехфазных обмоток соединенных различными способами, вторичных трехфазных обмоток, образуюш,их одну восемнадцатифазную, вентилей i образз ощих многофазную схему выпрямления и совокупностей дросселей сглаживающего фильтра, что предопределяет сложность схемы устройства, снижающую его надежность и значительные потери мощности в стали сердечников и в меди обмоток, что

обусловливает снижение КПД, Техническим результатом полезной модели является повышение

надежности и КЕЩ за счет выполнения восемнадцатифазной схемы выпрямления из щести отдельных трехфазных двухполупериодных схем и применения сердечников тороидальной формы, один из которых обеспечивает утроение частоты выпрямляемого напряжения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве

Па фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема выпрямительного устройства. На фиг. 2 изображены кривые напряжений:

тт /1J ч

кривая напряжения сети Uc (фиг.2а), кривая выпрямленного напряжения любой группы вторичной обмотки при частоте 50 Гц Udri/so (фиг,2б), кривая выпрямленного напряжения той же группы вторичной обмотки при частоте 150 Гц (фиг.2в) и суммарная кривая выпрямленного напряжения устройства UdS (фиг.2г).,..

zc-0

I I I

Выпрямительное устройство содержит (фиг.1) составной сердечник 1, имеющий внешнее 2 и внутреннее 3 пазовые кольца с пазами, при этом в пазах внешнего кольца 2 размеш,ена первичная обмотка 4, подключенная к фазам сети ABC, соответственно, а в пазах внутреннего кольца 3 уложено шесть вторичных трехфазных обмоток 5,6,7,8,9 и 10, , подключенных к соответствуюшим двухполупериодным схемам 11, 12, 13, 14, 15 и 16 выпрямления, плюсовые 17, 18, 19, 20, 21 и 22 и минусовые 23, 24, 25, 26, 27 и 28, выводы которых соединены с соответствуюшими выходными выводами устройства (не показаны). Фазы первичной обмотки 4 размещенные в пространстве под углом 120° относительно друг друга позволяют подключать указанную обмотку к трехфазной сети с частотой//. Вторичные трехфазные обмотки 5... 10, выполненные на утроенные числа

фаз по сравнению с числом фаз первичной обмотки 4, позволяют генерировать напряжения заданной величины, но утроенной частоты (3/i).

Кривая напряжения любой фазы сети изменяется по синусоидальному закону (фиг.2а) и при частоте сети 50ГЦ частота пульсаций выпрямленного напряжения любой группы вторичной обмотки равна 300 Гц, то есть за период колебания переменного, нацряжеция на выходе любой двухполупериодной схемы выпрямления 11... 16 возникает шесть пульсаций (фиг.2б). Однако, ввиду того, что частота напряжения на каждой из шести вторичных обмоток 5... 10 равна утроенной частоте сети, то за период колебания переменного напряжения в первичной обмотке 4 число пульсаций на выходе схем выпрямления ll...16 достигает 18 (фиг.2в), тогда в суммарной кривой выпрямленного напряжения устройства возникает 108 пульсаций (фиг.2г).

Выпрямительное устройство работает следуюшим образом. В статическом состоянии напряжение сети ABC ртсутствует, и на выходных выводах 32 и 33 устройства напряжения нет. При включении сети ABC по фазам 5...7 первичной обмотки 4 протекают токи, под действием которых в

/22 J

til3

I I I

составном сердечнике 1 возникает круговое вращающееся магнитное поле, так как выполнены все условия для etro образования, а именно:

Фазы первичной обмотки 4 размещены в пространстве под углом 120° относительно друг друга;

по указанным фазам протекают токи, имеющие временные фазовые сдвиги на угол 120°;

намагничивающиеся силы фаз первичной обмотки 4 равны между собой ввиду равенства чисел витков катушек и равенства токов, протекающим по ним.

Магнитный ток указанного поля пересекает витки всех вторичных трехфазных обмоток 5... 10 и наводит в них1 в соответствии с законом электромагнитной индукции ЭДС, равную

е2 4,44 W2/2 Ф /Со,(1)

где W2 - число витков фазы вторичной трехфазной обмотки;

2 - частота ЭДС,/2 по условию; Ф - основной магнитный поток;

KQ - обмоточный коэффициент.

Ввиду того, что материал внутреннего кольца 3 является быстро насыщающимся, в воздушном зазоре между внещним 2 и внутренним 3 кольцами образуется спектр высших,гармо 1ик магнитных индукций, поэтому все шесть вторичных трехфазных обмоток 5... 10 настроены на третью гармонику, и ЭДС, определяемая по формуле (1), будет иметь тройную частоту по сравнению с частотой ЭДС сети. Увеличение частоты напряжения поступающего на двухполупериодные схемы 11... 16 выпрямления, позволяет получить улучшенное качество выпрямленного напряжения на плюсовых 17...22 и минусовых 23...28 выводах всех схем выпрямления 11-16 и на общих выводах устройства, не применяя дросселей и конденсаторов сглаживающего фильтра, что позволяет улучшить массогабаритные показатели и КПД устройства. Считается, что наиболее удобной формулой для расчета коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения является

2е

( I I

где т число фаз выпрямления, под которым понимается

произведение полупериодов (р) выпрямления на число фаз (q) входного напряжения.

Применительно к предлагаемого устройству можно записать

при этом множитель 3 в знаменателе формулы (3) свидетельствует об умножении частоты выпрямленного напряжения в три раза.

Расчеты с помощью приведенных формул показывают, что коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения в прототипе равен ,0062 %, а в предлагаемом устройстве ,00054, т.е. более чем в 11 раз пульсации напряжения в предлагаемом устройстве меньше пульсаций в прототипе при одном и том же чирле втрричн ых обмоток. Использование тороидальной формы составного сердечника 1 позволяет просто создать многофазный выпрямитель, используя эффект, положенный в основу работы электрических машин переменного тока, при этом уменьшаются потери в стали и потери в меди. Сравнительные параметры устройств сведены в таблицу, из которой следует, предпочтительнее выпрямительное устройство с тороидальным сердечником из-за числа составных частей, дающих потери в меди и в стали.

2C7c7i/Z2 :f J5

К„,(2)

III

(2.18)-1

Сравнительные параметрам устройств

Таблица

. 6

Кроме того, можно считать, что стоимость 15 катушек первичной обмотки прототипа не сравнимо больше стоимости трех фаз в первичной обмотке 4.tit

Представляя схему выпрямления прототипа составленной из шести вторичных плюс последовательно соединенных трехфазных обмоток, можно найти надежность устройства по формуле:

Рву -Р1-Р2-Рз-Р4-Р5-Рб PI (Pi Р2 РЗ Р4 - Р5 - Рб)

где Рь-.Рб - вероятности безотказной работы вторичных трехфазных обмоток и их схем выпрямления.

Ввиду того, что в предлагае лом уртройртве вторичные трехфазные обмотки 5... 10, подключенные к двухполупериодным схемам 11-16 выпрямления, включены параллельно то надежность устройства будет равна:

(l-Pi)l-(l-Pi)(5)

(4)

Таким образом, предлагаемое выпрямительное устройство характеризуется повышенной надежностью и сравнительно более высоким КПД, что позволяет достичь требуемЬхй технический результат при повышенном качестве выпрямленного напряжения. Получение большого числа пульсаций выпрямленного напряжения устройства (фиг.2г) стало возможным за счет укладки групп вторичной многофазной обмотки с фазовым сдвигом в пространстве, равном

а 2 л: P/Z2 2 ;г p/2pm2q2 2 180° 1/2. U 18. ,

где q2- число пазов на полюс и фазу;

т2 - число фаз выпрямления при двухполупериодной схеме, что достижимо при использовайии эффекта вращаюшегося кругового магнитного поля в пазовых сердечниках, подобных статорам электрических машин переменного тока.

Источники, принятые во внимание:

1 Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М., Радио и связь, 1981, стр. 70, рис. 4-13 г.

2 Источники электропитания РЭА. Под ред. Г.С. Найвельта. М., Радио и связь, 1986, стр. 155, рис. 4.18.

Автор:0/г, .j,- Кириллов П.П.

2./2

1

I I

I I I

Claims (3)

1. Выпрямительное устройство, содержащее составной сердечник, на котором расположены первичная трехфазная обмотка, подключенная к выводам для подключения трехфазной сети и вторичная восемнадцатифазная обмотка, разделенная на шесть групп по три фазы в каждой группе, при этом фазы каждой группы соединены с соответствующей схемой выпрямления, отличающееся тем, что составной сердечник выполнен в виде двух соосных внешнего и внутреннего колец, снабженных пазами, в пазах внешнего кольца уложена первичная трехфазная обмотка, а в пазах внутреннего кольца распределены фазы групп вторичной обмотки, при этом пространственный сдвиг между фазами в каждой группе составляет 120^o, а пространственный сдвиг между соседними группами, определяемый фазовым сдвигом между первыми фазами в каждой паре групп, пропорционален отношению kπ/mg, где k - целое число, k=1, 2,...; m - число фаз, а q - число пазов на полюс и фазу.

2. Выпрямительное устройство по п.1, отличающееся тем, что конструктивные параметры и материал внутреннего кольца сердечника выбраны из условия вхождения его в состояние насыщения при номинальном режиме работы выпрямительного устройства.

3. Выпрямительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждая вторичная обмотка выполнена с числом полюсов в три раза большем числа полюсов первичной обмотки.