RU26707U1 - RECTIFIER - Google Patents

Description

Выпрямительное устройствоRectifier device

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.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used as a rectifier device for power supply systems for supplying direct current consumers with high demands on voltage quality.

Известно выпрямительное устройство, содержащее трехфазныйKnown rectifier device containing a three-phase

трансформатор, имеющий сердечник, первичную трехфазную обмотку,a transformer having a core, a primary three-phase winding,

соединенную треугольником и подключенную к сети и вторичную трехфазную обмотку, соединенную в звезду к которой подключена трехфазная двухполупериодная схема выпрямления 1.connected by a triangle and connected to the network and a secondary three-phase winding connected to a star to which a three-phase two-half-wave rectification circuit is connected 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 первойThis rectifier device has a simple electrical circuit, fairly high energy performance: transformer utilization in terms of power and efficiency, therefore it has found application in various branches of technology, however, it is characterized by a ripple factor of 6% in the first

гармонике и 14 % по всем гармоникам выпрямленного напряжения, чтоharmonics and 14% for all harmonics of the rectified voltage, which

ограничивает его использование для питания микросхем и других устройств, предъявляющих высокие требования к напряжению питания.limits its use for powering microcircuits and other devices with high demands on the supply voltage.

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 общимThe closest in technical essence to the claimed one is a rectifier device containing three three-phase transformers, the first of which is made with one primary winding in each phase, the second and third with two primary windings in each phase, while they are connected in a zigzag and in a triangle , respectively, and to the secondary, composed of six three-phase windings connected to a star with a common

нулевым проводом подключена восемнадцатифазная однополупериоднаяthe eighteen-phase half-wave connected to the zero wire

I I II I I

I I II 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, чтоchokes and capacitor are turned on, while one end of these chokes is connected to the positive plate of the capacitor and to the positive output bus of the device, the other kbn chokes are connected to the output of each of the six three-phase single-half-wave rectification circuits, we make up their eighteen-phase rectification circuit, and the negative capacitor plate is connected to the common neutral wire and the negative output bus of the device 2. The quality of the rectified voltage at the output of this device is relatively high, but for it achievements used totality: three W-shaped cores of three-phase transformers, primary three-phase windings connected in various ways, secondary three-phase windings, formed, their eighteen-phase, valves i forming a multiphase rectification circuit and sets of smoothing filter chokes, which determines the complexity of the device circuit, reducing it reliability and significant power losses in steel cores and in copper windings, which

обусловливает снижение КПД, Техническим результатом полезной модели является повышениеcauses a decrease in efficiency, The technical result of a utility model is to increase

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.reliability and KESH due to the implementation of the eighteen-phase rectification circuit from the separate separate three-phase two-half-wave circuits and the use of toroidal cores, one of which triple the frequency of the rectified voltage.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройствеThe technical result is achieved by the fact that in the device

Па фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема выпрямительного устройства. На фиг. 2 изображены кривые напряжений:Pa fig. 1 shows a circuit diagram of a rectifier device. In FIG. 2 shows the voltage curves:

тт /1J чTT / 1J h

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).,..network voltage curve Uc (Fig. 2a), the rectified voltage curve of any group of the secondary winding at a frequency of 50 Hz Udri / so (Fig. 2b), the rectified voltage curve of the same group of the secondary winding at a frequency of 150 Hz (Fig. 2c) and the total curve the rectified voltage of the device UdS (Fig.2g)., ..

zc-0 zc-0

I I I 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 числаThe rectifier device contains (Fig. 1) a composite core 1 having an outer 2 and an inner 3 groove rings with grooves, while in the grooves of the outer ring 2 is open, the primary winding 4 is connected to the phases of the ABC network, respectively, and in the grooves of the inner ring 3, six secondary three-phase windings 5,6,7,8,9 and 10 are laid, connected to the corresponding two-half-wave rectification circuits 11, 12, 13, 14, 15 and 16, plus 17, 18, 19, 20, 21 and 22 and minus 23, 24, 25, 26, 27 and 28, the conclusions of which are connected to the corresponding output terminals of the device (not shown). The phases of the primary winding 4 located in space at an angle of 120 ° relative to each other allow you to connect the specified winding to a three-phase network with a frequency //. Secondary three-phase windings 5 ... 10, made on triple numbers

фаз по сравнению с числом фаз первичной обмотки 4, позволяют генерировать напряжения заданной величины, но утроенной частоты (3/i).phases compared with the number of phases of the primary winding 4, allow you to generate voltage of a given value, but triple the frequency (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).The voltage curve of any phase of the network changes according to a sinusoidal law (Fig. 2a) and at a frequency of 50 Hz the ripple frequency of the rectified voltage of any group of the secondary winding is 300 Hz, that is, for the period of the alternating oscillation, the output voltage of any two-half-wave rectification circuit 11 ... 16 there are six ripples (figb). However, due to the fact that the voltage frequency at each of the six secondary windings 5 ... 10 is equal to the triple frequency of the network, for the period of alternating voltage fluctuation in the primary winding 4, the number of ripples at the output of the rectification circuits ll ... 16 reaches 18 (Fig. 2c), then 108 ripples occur in the total curve of the rectified voltage of the device (Fig. 2d).

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 вThe rectifier device operates as follows. In a static state, the voltage of the ABC network is absent, and there is no voltage at the output terminals 32 and 33 of the device. When the ABC network is turned on, phases 5 ... 7 of the primary winding 4 flow, under the influence of which

/22 J / 22 J

til3til3

I I I I I I

составном сердечнике 1 возникает круговое вращающееся магнитное поле, так как выполнены все условия для etro образования, а именно:In the composite core 1, a circular rotating magnetic field arises, since all the conditions for etro formation are fulfilled, namely:

Фазы первичной обмотки 4 размещены в пространстве под углом 120° относительно друг друга;The phases of the primary winding 4 are placed in space at an angle of 120 ° relative to each other;

по указанным фазам протекают токи, имеющие временные фазовые сдвиги на угол 120°;currents flowing through these phases have temporary phase shifts by an angle of 120 °;

намагничивающиеся силы фаз первичной обмотки 4 равны между собой ввиду равенства чисел витков катушек и равенства токов, протекающим по ним.the magnetizing forces of the phases of the primary winding 4 are equal due to the equality of the numbers of turns of the coils and the equality of currents flowing through them.

Магнитный ток указанного поля пересекает витки всех вторичных трехфазных обмоток 5... 10 и наводит в них1 в соответствии с законом электромагнитной индукции ЭДС, равнуюThe magnetic current of the indicated field crosses the turns of all secondary three-phase windings 5 ... 10 and induces in them1 in accordance with the law of electromagnetic induction EMF equal to

е2 4,44 W2/2 Ф /Со,(1)e2 4.44 W2 / 2 F / Co, (1)

где W2 - число витков фазы вторичной трехфазной обмотки;where W2 is the number of turns of the phase of the secondary three-phase winding;

2 - частота ЭДС,/2 по условию; Ф - основной магнитный поток;2 - EMF frequency, / 2 by condition; F is the main magnetic flux;

KQ - обмоточный коэффициент.KQ is the winding coefficient.

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 являетсяDue to the fact that the material of the inner ring 3 is rapidly saturated, in the air gap between the outer 2 and the inner 3 rings a spectrum of higher harmonics of magnetic inductions is formed, therefore all six secondary three-phase windings 5 ... 10 are tuned to the third harmonic, and the EMF, determined by the formula (1), will have a triple frequency in comparison with the frequency of the EMF network. An increase in the frequency of the voltage supplied to the half-wave rectification circuits 11 ... 16 allows to obtain an improved quality of the rectified voltage at the positive 17 ... 22 and minus 23 ... 28 terminals of all rectification circuits 11-16 and at the common terminals of the device, without using chokes and smoothing filter capacitors, which allows to improve the overall dimensions and efficiency of the device. It is believed that the most convenient formula for calculating the ripple coefficient of the rectified voltage is

2е 2nd

( I I (I I

где т число фаз выпрямления, под которым понимаетсяwhere t is the number of rectification phases, by which is understood

произведение полупериодов (р) выпрямления на число фаз (q) входного напряжения.the product of half-periods (p) of rectification by the number of phases (q) of the input voltage.

Применительно к предлагаемого устройству можно записатьIn relation to the proposed device, you can write

при этом множитель 3 в знаменателе формулы (3) свидетельствует об умножении частоты выпрямленного напряжения в три раза.the factor 3 in the denominator of formula (3) indicates a threefold increase in the frequency of the rectified voltage.

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.Calculations using the above formulas show that the ripple coefficient of the rectified voltage in the prototype is, 0062%, and in the proposed device, 00054, i.e. more than 11 times the voltage ripple in the proposed device less ripple in the prototype with the same number of triple windings. Using the toroidal shape of the composite core 1 allows you to simply create a multiphase rectifier, using the effect underlying the operation of electric AC machines, while reducing losses in steel and losses in copper. The comparative parameters of the devices are summarized in the table, from which it follows that a rectifier device with a toroidal core is preferable because of the number of components that give losses in copper and in steel.

2C7c7i/Z2 :f J52C7c7i / Z2: f J5

К„,(2)K „, (2)

IIIIII

(2.18)-1 (2.18) -1

Сравнительные параметрам устройствComparative device parameters

ТаблицаTable

. 6. 6

Кроме того, можно считать, что стоимость 15 катушек первичной обмотки прототипа не сравнимо больше стоимости трех фаз в первичной обмотке 4.titIn addition, we can assume that the cost of 15 coils of the primary winding of the prototype is not comparable to the cost of three phases in the primary winding 4.tit

Представляя схему выпрямления прототипа составленной из шести вторичных плюс последовательно соединенных трехфазных обмоток, можно найти надежность устройства по формуле:Presenting the rectification scheme of the prototype composed of six secondary plus three-phase windings connected in series, you can find the reliability of the device by the formula:

Рву -Р1-Р2-Рз-Р4-Р5-Рб PI (Pi Р2 РЗ Р4 - Р5 - Рб)Rvu - 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.where Pb - .Pb are the probabilities of failure-free operation of the secondary three-phase windings and their rectification schemes.

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:In view of the fact that, in the proposed urtroyrtve scrap, secondary three-phase windings 5 ... 10 connected to two-half-wave rectification circuits 11-16 are connected in parallel, then the reliability of the device will be equal to:

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

(4)(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, равномThus, the proposed rectifier device is characterized by increased reliability and relatively higher efficiency, which allows to achieve the required technical result with increased quality of the rectified voltage. Obtaining a large number of ripples of the rectified voltage of the device (Fig.2d) was made possible by stacking groups of the secondary multiphase winding with a phase shift in space equal to

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

где q2- число пазов на полюс и фазу;where q2 is the number of grooves per pole and phase;

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.T2 is the number of rectification phases in a two-half-wave circuit, which is achievable by using the effect of a rotating circular magnetic field in grooved cores similar to the stators of AC electric machines.

Источники, принятые во внимание:Sources taken into account:

1 Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М., Радио и связь, 1981, стр. 70, рис. 4-13 г.1 Romash E.M. Sources of secondary power supply of electronic equipment. M., Radio and communication, 1981, p. 70, fig. 4-13 g

2 Источники электропитания РЭА. Под ред. Г.С. Найвельта. М., Радио и связь, 1986, стр. 155, рис. 4.18.2 Power sources CEA. Ed. G.S. Naivelt. M., Radio and communications, 1986, p. 155, fig. 4.18.

Автор:0/г, .j,- Кириллов П.П.Author: 0 / g, .j, - Kirillov P.P.

2./22./2

11

I II I

I I II 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.1. A rectifier device containing a composite core on which there is a primary three-phase winding connected to the terminals for connecting a three-phase network and a secondary eighteen-phase winding, divided into six groups of three phases in each group, while the phases of each group are connected to the corresponding rectification circuit, characterized in that the composite core is made in the form of two coaxial outer and inner rings provided with grooves, a primary three-phase winding is laid in the grooves of the outer ring, and in the grooves of the inner the rings of the secondary winding groups are distributed, the spatial shift between the phases in each group is 120 ^o , and the spatial shift between adjacent groups, determined by the phase shift between the first phases in each pair of groups, is proportional to the ratio kπ / mg, where k is an integer , k = 1, 2, ...; m is the number of phases, and q is the number of grooves per pole and phase. 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. 2. The rectifier device according to claim 1, characterized in that the design parameters and the material of the inner ring of the core are selected from the condition that it enters the saturation state at the nominal operating mode of the rectifier device. 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.

3. The rectifier device according to claim 1 or 2, characterized in that each secondary winding is made with the number of poles three times the number of poles of the primary winding.