Стабілізоване високовольтне джерело електроживлення

Реферат: UA 73502 U UA 73502 U 5 10 15 20 25 Пристрій (корисна модель) належить до електротехніки і може бути використаний в системах електроживлення для стабілізації величини напруги постійного струму. Відомі пристрої для високовольтного електроживлення, що містять однофазний або трифазний трансформатор з декількома вторинними обмотками, які безпосередньо підключені до входів відповідних випрямлячів. Високу напругу в таких джерелах напруги отримують шляхом послідовного з'єднання випрямлячів по виходу [1,2]. Недоліком відомих пристроїв є неможливість стабілізації вихідної наруги при змінах значень вхідної напруги. Найбільш близьким технічним рішенням є високовольтне джерело живлення [3]. Даний пристрій (Фіг.1) містить високовольтний трансформатор 1, що має первинну обмотку W 0 і N груп вторинних трифазних обмоток (W b … W N). Кожна з груп вторинних трифазних обмоток з фазами А, В, С об'єднана в комірки 2, 3…К, які містять в собі трифазний випрямляч 4 та струмообмежувальний фільтр 5. Виходи всіх комірок з'єднані послідовно. Високовольтне джерело постійної напруги працює в такий спосіб. Змінна напруга живильної мережі надходить на первинну обмотку трансформатора. Трансформатор перетворює рівень напруги на первинній обмотці в заданий рівень напруги на кожній із вторинних обмоток. Змінна напруга на кожній із вторинних обмоток надходить на вхід відповідного випрямляча. На виході кожного випрямляча формується постійна напруга величиною U, що дорівнює амплітудному значенню напруги на вторинних обмотках. На виході кожного фільтра, та відповідно, кожної комірки, формуються той же зазначений рівень напруги U. З урахуванням послідовного з'єднання всіх комірок по виходу, на виході джерела живлення формується сумарне значення постійної напруги, що дорівнює NU. Алгоритм роботи даного джерела живлення передбачає можливість включення чи відключення кожної з комірок від навантаження. Це дозволяє здійснювати покрокове регулювання вихідної напруги та її стабілізацію. Однак дане технічне рішення дозволяє забезпечувати похибку стабілізації вихідної напруги 5 тільки на рівні, який не нижче ніж половина величини вихідної напруги однієї комірки та може бути прорахованим за допомогою формули  30 35 40 45 50 55 1 1 ,  2 n1 де n - кількість некерованих комірок. Крім того, дане технічне рішення не дозволяє вирівнювати фазні напруги в разі несиметрії живлячої мережі. Такі недоліки призводять до недостатньої надійності та ефективності в роботі пристрою. Задачею корисної моделі є створення пристрою для стабілізації величини вихідної напруги, у якому за рахунок розділення фазних обмоток на дві частини в пропорції 1:2 в одній із комірок, введення додаткових елементів випрямляча та зміни зв'язків між цими елементами випрямляча досягається новий технічний результат: зменшення похибки стабілізації вихідної напруги джерела живлення при збереженні заданої кількості комірок та забезпечення можливості вирівнювання фазних напруг при несиметрії живлячої мережі. Це приводить до підвищення ефективності і надійності роботи джерела живлення. Вирішення поставленої задачі досягається за рахунок того, що у стабілізоване високовольтне джерело електроживлення, що містить трифазний високовольтний трансформатор з N групами вторинних обмоток, які об'єднані в N комірок, кожна з яких містить в собі трифазний випрямляч на основі першого, другого, третього, четвертого, п'ятого та шостого тиристорів, струмообмежувальний фільтр, причому в кожній із комірок групи вторинних обмоток (фази А, В, С) підключені до входу випрямляча, вихідні клеми випрямляча підключені до входу струмообмежувального фільтра, вихідні клеми фільтра являють собою вихідні клеми комірки, по виходу всі комірки з'єднані послідовно, в одну із комірок додатково введено сьомий вісімнадцятий тиристори, причому у кожній фазній обмотці (фаза А, фаза В, фаза С) в цій комірці виконаний відвід таким чином, що кількість витків в утворених першій та другій секціях обмоток співвідносяться як 1:2, катоди першого - третього тиристорів, сьомого - дев'ятого тиристорів, тринадцятого - п'ятнадцятого тиристорів об'єднані в катодну групу та підключені до позитивного входу струмообмежувального фільтра, аноди четвертого - шостого тиристорів, десятого - дванадцятого тиристорів, шістнадцятого - вісімнадцятого тиристорів об'єднані в анодну групу та підключені до негативного входу фільтра, маркований вивід першої секції обмотки фази А підключений до анода першого тиристора і катода четвертого тиристора, немаркований вивід другої секції обмотки фази А підключений до анода третього тиристора та катода шостого тиристора, загальний відвід обмотки фази А підключений до анода другого тиристора та катода п'ятого тиристора, маркований вивід першої секції обмотки фази В підключений до анода сьомого тиристора і катода десятого тиристора, немаркований вивід 1 UA 73502 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 другої секції обмотки фази В підключений до анода дев'ятого тиристора та катода дванадцятого тиристора, загальний відвід обмотки фази В підключений до анода восьмого тиристора та катода одинадцятого тиристора, маркований вивід першої секції обмотки фази С підключений до аноду тринадцятого тиристора і катода шістнадцятого тиристора, немаркований вивід другої секції обмотки фази С підключений до анода п'ятнадцятого тиристора та катода вісімнадцятого тиристора, загальний відвід обмотки фази С підключений до анода чотирнадцятого тиристора та катода сімнадцятого тиристора. Порівняльний аналіз із прототипом показує, що пропоноване технічне рішення (корисна модель) відрізняється наявністю нових елементів, а саме - додаткових тиристорів випрямляча в одній із комірок, а також новими зв'язками, що полягають у відповідному з'єднанні існуючих елементів та нових зазначеним чином. Нові елементи та зв'язки пропонованої корисної моделі розраховані на її практичну реалізацію з досягненням поставленої задачі: зменшення похибки стабілізації вихідної напруги джерела живлення при збереженні заданої кількості комірок та забезпечення можливості вирівнювання фазних напруг при несиметрії живлячої мережі. На підставі вищевикладеного можна зробити висновок про те, що сукупність істотних відмінних ознак, викладених у формулі корисної моделі, дозволяє досягти нового технічного результату, а саме підвищення надійності та ефективності роботи пристрою. Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де: на фіг. 1 зображена структурна схема прототипу; на фіг. 2 зображена структурна схема технічного рішення, що заявляється. Пропонований пристрій (фіг.2) містить трифазний високовольтний трансформатор 1, що має первинну обмотку W 0 і N груп вторинних обмоток (W 1, … W n). Кожна з груп вторинних трифазних обмоток з фазами А, В, С об'єднана в комірки 2, 3…К, які відповідно містять в собі трифазний випрямляч 4,5…М та струмообмежувальний фільтр 6,7…J. Виходи всіх комірок з'єднані послідовно. В пропоноване стабілізоване високовольтне джерело електроживлення в одну із комірок (комірка 2) додатково до існуючих тиристорів 8-13 введено тиристори 14-25, а в обмотках W] фаз А, В, С цієї комірки виконані відводи таким чином, що кількість витків в утворених перших секціях (26, 28, 30) та других секціях (27, 29, 31) цих обмоток співвідносяться як 1:2, катоди тиристорів 8, 9, 10, 14, 15, 16, 20, 21, 22 об'єднані в катодну групу та підключені до позитивного входу струмообмежувального фільтра 6, аноди тиристорів 11, 12, 13, 17, 18, 19,23, 24, 25 об'єднані в анодну групу та підключені до негативного входу фільтра 6, маркований вивід секції 26 обмотки фази А підключений до анода тиристора 8 і катода тиристора 11, немаркований вивід секції 27 обмотки фази А підключений до анода тиристора 10 та катода тиристора 13, загальний відвід обмотки фази А підключений до аноду тиристора 9 та катоду тиристора 12, маркований вивід секції 28 обмотки фази В підключений до анода тиристора 14 і катода тиристора 17, немаркований вивід секції 29 обмотки фази В підключений до анода тиристора 16 та катода тиристора 19, загальний відвід обмотки фази В підключений до анода тиристора 15 та катода тиристора 18, маркований вивід секції 30 обмотки фази С підключений до анода тиристора 20 і катода тиристора 23, немаркований вивід секції 31 обмотки фази С підключений до анода тиристора 22 та катода тиристора 25, загальний відвід обмотки фази С підключений до анода тиристора 21 та катода тиристора 24. Пристрій працює в такий спосіб. Змінна напруга живильної мережі надходить на первинну обмотку трансформатора. Трансформатор перетворює рівень напруги на первинній обмотці в заданий рівень напруги на кожній із вторинних обмоток. Змінна напруга на кожній із вторинних обмоток надходить на вхід відповідного випрямляча. На виході кожного випрямляча формується постійна напруга з відповідною величиною, що дорівнює амплітудному значенню напруги на вторинних обмотках. На виході кожного фільтра, та відповідно, кожної комірки, формуються той же зазначений рівень напруги. З урахуванням послідовного з'єднання всіх комірок по виходу, на виході джерела живлення формується сумарне значення постійної напруги. Алгоритм роботи даного джерела живлення передбачає можливість включення чи відключення кожної з комірок від навантаження [4]. Нехай в пропонованому стабілізованому джерелі живлення маємо сумарну кількість комірок, що дорівнює 10, з однаковим значенням вихідної напруги кожної комірки Um. Одна з комірок 2 виконана в запропонованому вигляді фіг.2. Інші дев'ять комірок є некерованими та постійно підключеними до навантаження. Мінімальне значення вихідної напруги вдається отримати при всіх відключених тиристорах випрямляча 4. В такому разі вихідна напруга джерела живлення дорівнює сумарній напрузі дев'яти підключених до навантаження комірок 9Um. Підвищення вихідної напруги на один ступінь регулювання здійснюється за допомогою включення випрямляча на основі тиристорів 8, 9, 11, 12 з підключенням регулювальної секції 26 у фазовій 2 UA 73502 U 5 10 обмотці А одночасно з включенням випрямлячів на основі тиристорів 14, 15, 17, 18 та 20, 21, 23, 24 з підключенням відповідних регулювальних секцій 28 та 30 у фазових обмотках В та С. В такому разі вихідна напруга джерела підвищується на величину, що дорівнює Um/3. В таблиці наведено алгоритм роботи тиристорів у випрямлячі комірки 2, де вказано величини вихідної напруги джерела живлення для трьох ступенів зміни напруги. При цьому враховується, що число витків в секціях фазних обмоток співвідноситься між собою в пропорції 1:2. Особливістю роботи випрямляча комірки 2 є можливість як синхронного підключення однакового набору секцій в фазах випрямляча, так і підключення різного набору секцій по фазах в разі несиметрії напруги трифазної вхідної мережі, що дозволяє симетрувати рівень напруги в фазах. Номер стану 1 2 3 4 15 25 30 Вихідна напруга 9Um 9Um+Um/3 9Um+2Um/3 9Um+Um З урахуванням можливості зміни вихідної напруги на величину Um/3 при підключенні секцій обмоток, можна вичислити похибку стабілізації 5 пропонованого джерела живлення: '   20 Включені тиристори випрямляча 4 Включена секція всі тиристори відключені всі секції відключені 8,9,11,12 26 14,15,17,18 28 20,21,23,24 30 9,10,12,13 27 15,16,18,19 29 21,22,24,25 31 8,10,11,13 26+27 14,16,17,19 28+29 20,22,23,25 30+31 1 1 1,   2 n1 3 де n - число некерованих комірок. При n  9 маємо '  0.0167 , або '  1.67% . Похибка стабілізації прототипу при n  9 дорівнює   5% . Таким чином, у порівнянні з прототипом, при однаковій кількості некерованих та керованих комірок пропоноване джерело живлення має втричі меншу похибку стабілізації вихідної напруги та дозволяє вирівнювати фазні напруги в разі несиметрії живлячої мережі, що дозволяє досягти нового технічного результату - підвищити ефективність і надійність роботи джерела живлення. Джерела інформації: 1. Заявка Великобританки №1259ю311, im.H2F, 1972 2. А.С. СРСР №752684, БВ №28, 1980 3. Патент України № 85316, Н02М 7/10 - Опубл. 12.01.2009. - Бюл. №1 4. Липковский К. А., Руденко Ю. В. Пути повышения точности стабилизации выходного напряжения секционированных источников вторичного электропитания // Праці Інституту електродинаміки НАНУ: зб. наук, праць. - К.: ІЕД НАНУ, 2009. - Вип. 22. - С.49-52. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Стабілізоване високовольтне джерело електроживлення, що містить трифазний високовольтний трансформатор з N групами вторинних обмоток, які об'єднані в N комірок, кожна з яких містить в собі трифазний випрямляч на основі першого, другого, третього, четвертого, п'ятого та шостого тиристорів, струмообмежувальний фільтр, причому в кожній із комірок групи вторинних обмоток (фази А, В, С) підключені до входу випрямляча, вихідні клеми випрямляча підключені до входу струмообмежувального фільтра, вихідні клеми фільтра являють собою вихідні клеми комірки, по виходу всі комірки з'єднані послідовно, яке відрізняється тим, що в одну із його комірок додатково введено сьомий - вісімнадцятий тиристори, причому у кожній фазній обмотці (фаза А, фаза В, фаза С) в цій комірці виконаний відвід таким чином, що кількість витків в утворених першій та другій секціях обмоток співвідносяться як 1:2, катоди першого - третього тиристорів, сьомого - дев'ятого тиристорів, тринадцятого - п'ятнадцятого тиристорів об'єднані в катодну групу та підключені до позитивного входу струмообмежувального фільтра, аноди четвертого - шостого тиристорів, десятого дванадцятого тиристорів, шістнадцятого - вісімнадцятого тиристорів об'єднані в анодну групу та підключені до негативного входу фільтра, маркований вивід першої секції обмотки фази А 3 UA 73502 U 5 10 підключений до аноду першого тиристора і катоду четвертого тиристора, немаркований вивід другої секції обмотки фази А підключений до анода третього тиристора та катода шостого тиристора, загальний відвід обмотки фази А підключений до анода другого тиристора та катода п'ятого тиристора, маркований вивід першої секції обмотки фази В підключений до анода сьомого тиристора і катода десятого тиристора, немаркований вивід другої секції обмотки фази В підключений до анода дев'ятого тиристора та катода дванадцятого тиристора, загальний відвід обмотки фази В підключений до анода восьмого тиристора та катода одинадцятого тиристора, маркований вивід першої секції обмотки фази С підключений до анода тринадцятого тиристора і катода шістнадцятого тиристора, немаркований вивід другої секції обмотки фази С підключений до анода п'ятнадцятого тиристора та катода вісімнадцятого тиристора, загальний відвід обмотки фази С підключений до анода чотирнадцятого тиристора та катода сімнадцятого тиристора. 4 UA 73502 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5