×
04.04.2019
219.016.fcb2

Результат интеллектуальной деятельности: ВОСЬМИФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока. Технический результат - повышение быстродействия, уменьшение величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшение содержания высших гармоник в кривой переменного тока. В преобразователе используется один трехфазный трансформатор с двойным комплектом основных вторичных обмоток с двумя вспомогательными обмотками на стержне одной из фаз и восемь вентилей; основные вторичные обмотки всех фаз трансформатора соединены узлами в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между узлами образуют шестифазную систему напряжений; каждая вспомогательная обмотка одним своим выводом подсоединена к узлу «шестиугольника», с которым не связаны основные вторичные обмотки той фазы, на стержне которой находятся вспомогательные обмотки; другой вывод каждой добавочной обмотки вместе с шестью отпайками от катушек основных вторичных обмоток представляет один из выходов восьмифазной системы напряжений. Всегда работают два вентиля - один из четырех вентилей катодной группы, потенциал на аноде которого наибольший, и один из четырех вентилей анодной группы, потенциал на катоде которого наименьший. Каждый вентиль за период включается один раз. 10 ил., 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых преобразователей напряжения для электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока.

Наиболее близким решением из уровня техники к предлагаемому, принятым за прототип, является источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации [Патент на полезную модель №53082. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации [Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Нейман Л.А., - Заяв. №2005132895; заявл. 25.10.2005; опубл. 27.04.2006; бюл. №12], содержащий два трансформаторных источника переменных ЭДС, сдвинутых по фазе ортогонально друг к другу, и шестнадцать вентилей; при этом каждый источник имеет по две вторичные обмотки, снабженные дополнительными отводами, связанными друг с другом и с вентилями, соединенными в четыре четырехвентильных моста. Таким образом, прототип требует для своей реализации трехфазную сеть, два однофазных трансформатора, первичные обмотки которых подключены к трехфазной сети по схеме Скотта, и шестнадцать вентилей.

Недостатком такого устройства является наличие довольно большого числа вентилей, что значительно усложняет конструкцию преобразователя, так как каждый вентиль должен сопровождаться блоком, формирующим сигнал, управляющий вентилем.

Задача предлагаемого изобретения - создание источника постоянного напряжения с восьмикратной частотой пульсации, обладающего вдвое меньшим числом вентилей и достаточно простой конструкцией и технологией устройства.

Поставленная задача решается посредством того, что в восьмифазном преобразователе, содержащем трехфазный трансформатор с двойным комплектом катушек основных вторичных обмоток с двумя катушками вспомогательных обмоток на стержне одной из фаз и восемь вентилей, основные вторичные обмотки соединены узлами в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между вершинами «шестиугольника» образуют шестифазную систему напряжений, при этом один из выводов вспомогательной обмотки подсоединен к узлу контура «шестиугольника», не связанному с основными вторичными обмотками той фазы, на стержне которой находятся вспомогательные обмотки, а каждый другой из выводов совместно с шестью отпайками от катушек основных вторичных обмоток представляет собой один из выходов восьмифазной системы напряжений, причем вентили соединены в две группы - анодную и катодную, при этом в анодной группе вентилей аноды соединены в один узел, представляющий собой один полюс на стороне постоянного тока, а в катодной группе вентилей катоды соединены в один узел, представляющий другой полюс на стороне постоянного тока, кроме того, каждый вентиль катодной группы своим анодом подсоединен к четной фазе восьмифазной системы напряжений, а каждый вентиль анодной группы своим катодом подсоединен к нечетной фазе восьмифазной системы напряжений.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 представлена схема восьмифазного преобразователя напряжения;

- на фиг.2 - векторная диаграмма потенциалов на вентилях;

- на фиг.3-10 - представлены эквивалентные схемы, образующиеся в преобразователе, для каждого из восьми интервалов времени.

Восьмифазный преобразователь напряжения состоит из трехфазного трансформатора, имеющего три катушки 1, 2, 3 первичной обмотки, соединенных по схеме «звезда» и подключенных к трехфазной сети, шесть соединенных между собой катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 основных вторичных обмоток, имеющих отпайки от витков 10, 11, 12, 13, 14, 15, соединенные с вентилями преобразователя, и две вспомогательные катушки вторичной обмотки 16 и 17, также соединенные с вентилями. Одноименные зажимы (начала) всех катушек помечены знаком «звездочка» (*). При этом начало катушки 4 вторичной обмотки соединено с началом катушки 9 вторичной обмотки, конец катушки 9 вторичной обмотки - с концом катушки 6 вторичной обмотки, начало катушки 6 вторичной обмотки - с началом катушки 5 вторичной обмотки, конец катушки 5 вторичной обмотки - с концом катушки 8 вторичной обмотки, начало катушки 8 вторичной обмотки - с началом катушки 7 вторичной обмотки, конец катушки 7 вторичной обмотки - с концом катушки 4 вторичной обмотки, замыкая контур катушек вторичных обмоток. Каждая катушка основных вторичных обмоток трансформатора является стороной «шестиугольника». Вспомогательные вторичные обмотки подсоединяются каждая к одной вершине «шестиугольника», с которой не связаны основные вторичные обмотки того же стержня, на котором находятся вспомогательные обмотки.

Вентили 18, 19, 20, 21 анодной группы своими катодами подсоединены к выходам восьмифазной системы напряжений (отпайкам от витков катушек основных вторичных обмоток) соответственно 12, 13, 14, 15. Вентили 22, 23, 24, 25 катодной группы преобразователя своими анодами подсоединены к выходам восьмифазной системы напряжений соответственно 16, 10, 17, 11.

На векторной диаграмме представлены векторы потенциалов на анодах вентилей катодной группы и на катодах вентилей анодной группы относительно центра «шестиугольника» и «восьмиугольника» - точки 0, потенциал которой принят равным нулю.

Восьмифазный преобразователь напряжения работает следующим образом.

Восьмифазный преобразователь напряжения может работать в двух режимах: в режиме выпрямителя и в режиме инвертора. Работа в режиме неуправляемого выпрямителя при использовании в качестве вентилей полупроводниковых диодов происходит следующим образом: всегда работают два вентиля - один из четырех вентилей катодной группы, потенциал на аноде которого наибольший, и один из четырех вентилей анодной группы, потенциал на катоде которого наименьший (фиг.3, фиг.4). Поэтому среднее значение тока, протекающего через вентиль - Iв, равно одной четвертой части среднего значения тока нагрузки - Io:Iв=1/4Io. Каждый вентиль за период включается один раз.

Во времени потенциалы на вентилях изменяются по гармоническому закону, определяемому изменением проекции вектора потенциала на ось ординат при вращении векторов против часовой стрелки с угловой скоростью ω=2πf1, где f1 - частота питающего преобразователь напряжения. Векторная диаграмма потенциалов узлов преобразователя представлена для момента времени, когда вентиль 19 анодной группы меняет работавший до этого момента времени вентиль 21 анодной группы, так как потенциал на катоде вентиля 21 стал меньше. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, определявшееся проекцией отрезка 22-21 (см. фиг.2) на ось ординат, меняется на равное ему напряжение, определяемое проекцией отрезка 22-19, и будет определяться этой проекцией до того момента, когда вентиль 22 катодной группы будет заменен другим вентилем 25 катодной группы - в тот момент времени, когда потенциал на аноде вентиля 25 станет больше потенциала на аноде вентиля 22 катодной группы.

В восьмифазном преобразователе напряжения каждый период питающего напряжения разделяется на восемь интервалов времени. В каждом последующем интервале времени закон изменения напряжения на выходе повторяет закон изменения напряжения предыдущего интервала. Введем следующие обозначения: Ni - порядковый номер интервала; Ti - момент времени начала i-го интервала (мс); Ba - работающий вентиль анодной группы; Вк - работающий вентиль катодной группы. Циклограмма работы вентилей катодной и анодной групп приведена в таблице 1.

Выразим величину среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя через амплитуду фазного напряжения на выходе шестифазного преобразователя числа фаз U6m, равную амплитуде напряжения на катушке основной вторичной обмотки фазы.

Таблица 1
Ni 1 2 3 4 5 6 7 8
Ti 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5
Ba 19 19 20 20 18 18 21 21
Bk 22 25 25 24 24 23 23 22

В пределах одного интервала времени восьмифазного выпрямителя его напряжение на выходе изменяется по гармоническому закону. Обозначим амплитуду выходного напряжения U0m. Ее можно представить отрезком 19-22 на векторной диаграмме как гипотенузу прямоугольного треугольника Е-19-22 при катетах: Е-19 и Е-22, равных соответственно U6m Sin60°Sin45° и U6m(1+Sin60°Sin45°). Тогда U0m=1,6U6m

В пределах интервала времени -T/16<t<T/16, где Т - период изменения трехфазного напряжения питающей сети, напряжение на выходе преобразователя изменяется по закону

U0(t)=U0mCosωt

Поэтому величина среднего выпрямленного напряжения на выходе преобразователя U0 определяется средним значением определенного интеграла от функции U0(t) в пределах от -Т/16 до +Т/16 за одну восьмую часть периода: U0=1,56U6m.

В момент времени, когда происходит изменение структуры схемы из-за изменившихся потенциалов на вентилях, напряжение на выходе выпрямителя минимально. Определим его величину на примере момента времени перехода к первому временному интервалу, для которого построена векторная диаграмма. Величина выходного напряжения будет минимальной и будет определяться разностью проекций векторов потенциалов вентилей 22 и 19 на ось ординат, т.е. длиной отрезка Е-22:

U0min=U6m(1+Sin60°Sin45°)=1,478U6m

Выпрямленное напряжение пульсирует с восьмикратной частотой в промежутке напряжений 1,478U6m<U0(t)<1,6U6m при среднем значении U0=1,56U6m с амплитудой 0,0265U6m, что составляет ниже 1,5% от среднего значения.

Определим теперь положение отпаек от витков основных вторичных обмоток. В катушках основных вторичных обмоток (4 и 5), расположенных на стержне, на котором находятся дополнительные вторичные обмотки (16 и 17), отпайки выводятся от половины витков. В катушках других фаз отпайка делит витки катушек на две части с соотношением витков (2Sin22,5°Sin67,5°):(1-2Sin22,5°Sin67,5°). Положение отпайки по отношению к началу обмотки показано на векторной диаграмме (Фиг.2). У катушек 7 и 8 число витков, отсчитанное от начала катушки до отпайки, составляет 0,707W2, от отпайки до конца катушки - 0,293W2. У катушек 6 и 9 наоборот: от начала до отпайки - 0,293W2, а от отпайки до конца - 0,707W2. Геометрический анализ векторной диаграммы (Фиг.2) дает следующее число витков вспомогательных вторичных обмоток: W16=W17=0,134W2. Здесь W2 - число витков одной катушки главной вторичной обмотки.

Величину токов, протекающих по катушкам вторичных обмоток, определим исходя из того, что ток нагрузки в шестиугольнике вторичных обмоток разделяется по двум параллельным ветвям, состоящим из разного числа витков, которое в различные интервалы времени разное. Примем сопротивление одной полной катушки вторичной обмотки за единицу. Тогда сопротивление ее части до ответвления можно представить числами, приведенными выше по тексту, а сопротивление каждой ветви можно представить одним из четырех полученных ниже чисел: 1+1+1+0,707=3,707; 1+1+0,293=2,293; 1+0,707+0,5=2,207; 1+1+1+0,5+0,293=3,793. Состав параллельных ветвей для каждого интервала времени можно определить по Фиг.3 для первых четырех интервалов и по Фиг.4 для остальных интервалов. Токи в катушках в долях от тока нагрузки I0 при идеальном фильтре на выходе преобразователя приведены в таблице 2.

Здесь Nk - номер катушки, Ik/Io - ток катушки в долях от тока нагрузки,

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить число вентилей преобразователя, что в конечном итоге позволяет снизить габариты, вес и стоимость преобразователя.

Анализ заявленного технического решения на соответствие требованиям условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования при создании регулируемых электроприводов постоянного тока;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Восьмифазный преобразователь, содержащий трехфазный трансформатор с двойным комплектом катушек основных вторичных обмоток с двумя катушками вспомогательных обмоток на стержне одной из фаз и восемь вентилей, отличающийся тем, что основные вторичные обмотки соединены узлами в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между вершинами «шестиугольника» образуют шестифазную систему напряжений, при этом один из выводов вспомогательной обмотки подсоединен к узлу контура «шестиугольника», не связанному с основными вторичными обмотками той фазы, на стержне которой находятся вспомогательные обмотки, а каждый другой из выводов совместно с шестью отпайками от катушек основных вторичных обмоток представляет собой один из выходов восьмифазной системы напряжений, причем вентили соединены в две группы - анодную и катодную, при этом в анодной группе вентилей аноды соединены в один узел, представляющий собой один полюс на стороне постоянного тока, а в катодной группе вентилей катоды соединены в один узел, представляющий другой полюс на стороне постоянного тока, кроме того, каждый вентиль катодной группы своим анодом подсоединен к четной фазе восьмифазной системы напряжений, а каждый вентиль анодной группы своим катодом подсоединен к нечетной фазе восьмифазной системы напряжений.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-7 of 7 items.
27.01.2013
№216.012.2155

Двадцатичетырехпульсный преобразователь

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, для питания электроподвижного транспорта и для питания электрохимических производств. Двадцатичетырехпульсный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474034
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.03.2013
№216.012.30bf

Способ изготовления деталей типа "стакан с фланцем"

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей типа стакана с фланцем. Исходную заготовку подвергают формоизменению в два перехода. На первом переходе осуществляют обратное выдавливание исходной заготовки с образованием внутренней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478017
Дата охранного документа: 27.03.2013
10.07.2015
№216.013.5cce

Способ изготовления изделий с проволочной спиралью

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении изделий с проволочной спиралью, предназначенных для ламп накаливания или датчиков анализаторов. Способ включает изготовление проволочных спиралей, перемещение спирали для соединения ее с элементами заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555299
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.6034

Устройство для изготовления изделий с проволочной спиралью

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении изделий с проволочной спиралью, предназначенных для ламп накаливания или датчиков газоанализаторов. Устройство содержит станину с размещенным на ней средством намотки спиралей на оправки в виде основания с по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556169
Дата охранного документа: 10.07.2015
23.02.2019
№219.016.c670

Четырехпульсный преобразователь

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока, не предъявляющих повышенных требований к их быстродействию, а также для питания различных электротехнических установок, не предъявляющих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002456737
Дата охранного документа: 20.07.2012
04.04.2019
№219.016.fd0a

Устройство для изготовления проволочных спиралей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении спиралей с прямолинейными концевыми участками. Устройство содержит станину, размещенное на ней средство намотки спиралей, катушку для проволоки, оправку и привод вращения вала. Средство намотки спиралей выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002466820
Дата охранного документа: 20.11.2012
13.06.2019
№219.017.82b2

Штамп для равноканального углового прессования

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. Штамп содержит бандаж, пуансон и матрицу. Матрица выполнена, по меньшей мере, с тремя пересекающимися приемным, промежуточным и выходным каналами. Приемный и выходной каналы имеют квадратное сечение. Промежуточный канал выполнен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002440210
Дата охранного документа: 20.01.2012
Showing 51-60 of 76 items.
25.06.2018
№218.016.657e

Устройство для синтеза покрытий на диэлектрических изделиях

Изобретение относится к устройству для синтеза покрытий на диэлектрических изделиях. Устройство содержит рабочую камеру, устройство планетарного вращения изделий, установленное внутри камеры с образованием зоны вращения изделий, мишени планарных магнетронов на стенках камеры, источники их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658623
Дата охранного документа: 22.06.2018
23.02.2019
№219.016.c670

Четырехпульсный преобразователь

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока, не предъявляющих повышенных требований к их быстродействию, а также для питания различных электротехнических установок, не предъявляющих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002456737
Дата охранного документа: 20.07.2012
11.03.2019
№219.016.db20

Способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали

Изобретение относится к способам упрочнения поверхности изделий комплексным ионно-плазменным методом и может быть использовано при изготовлении металлорежущего инструмента и других изделий, обладающих высокой твердостью и износостойкостью. Способ включает очистку, нагрев поверхности инструмента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002413793
Дата охранного документа: 10.03.2011
04.04.2019
№219.016.fd0b

Шпиндельное устройство для металлообработки изделий

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к элементам металлообрабатывающих станков. Шпиндельное устройство содержит корпус, приводной вал с системой его фиксации в технологически регламентированном угловом положении и средства автоматической смены инструмента. Система...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002464129
Дата охранного документа: 20.10.2012
29.04.2019
№219.017.421f

Источник быстрых нейтральных атомов

Изобретение относится к вакуумно-плазменной технике. Источник быстрых нейтральных атомов содержит рабочую вакуумную камеру, эмиссионную сетку, ограниченный эмиссионной сеткой и соединенный с ней электрически холодный полый катод, боковая поверхность которого перпендикулярна эмиссионной сетке,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002373603
Дата охранного документа: 20.11.2009
29.04.2019
№219.017.4390

Двухкомпонентный динамометр для измерения составляющих силы резания

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно для фрезерования концевыми фрезами, и предназначено для измерения составляющих силы резания. Технический результат изобретения заключается в повышении точности, удобстве эксплуатации и наглядности испытаний. Двухкомпонентный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002411471
Дата охранного документа: 10.02.2011
29.06.2019
№219.017.9d54

Пластинчатый теплообменник

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к пластинчатым теплообменным аппаратам, и может быть использовано в любых отраслях техники для подогрева или охлаждения жидких и газообразных сред, в том числе для подогрева воды в водогрейных газовых колонках. Пластинчатый теплообменник содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002350874
Дата охранного документа: 27.03.2009
05.07.2019
№219.017.a6b4

Способ крепления концевых фрез с числом зубьев не менее трех в цанговом патроне

Изобретение относится к области обработки резанием, в частности к способам крепления концевых фрез с цилиндрическим хвостовиком, в цанговом патроне, устанавливаемом в шпинделе станка. Способ включает установку цилиндрического хвостовика фрезы внутри цанги патрона с последующей его окончательной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002466832
Дата охранного документа: 20.11.2012
12.10.2019
№219.017.d482

Источник быстрых нейтральных молекул

Изобретение относится к вакуумно-плазменной технике, а именно к источникам быстрых нейтральных молекул, преимущественно к источникам потоков большого поперечного сечения быстрых нейтральных молекул для травления и нагрева изделий в рабочей вакуумной камере, в частности, перед нанесением на них...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702623
Дата охранного документа: 09.10.2019
15.10.2019
№219.017.d5e7

Устройство для синтеза покрытий

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для синтеза покрытий на изделиях в рабочей вакуумной камере. Устройство для синтеза покрытий содержит рабочую вакуумную камеру, установленное внутри последней с образованием зоны вращения изделий устройство планетарного вращения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702752
Дата охранного документа: 11.10.2019
+ добавить свой РИД