1. lapa
Pārveidotāji maiņstrāva un frekvences pārveidotājus, ar kuru palīdzību maiņstrāva (vienfāzes vai daudzfāzes) tiek pārveidota par citas frekvences vai sprieguma strāvu.
Mūsdienu elektrorūpniecība ražo maiņstrāvas pārveidotājus divos galvenajos veidos: frekvences pārveidotāju veidā, ko darbina trīsfāžu maiņstrāvas tīkls, un autonomu sprieguma invertoru veidā, ko darbina tīkls. pastāvīgs spriegums. Frekvences pārveidotājos ietilpst jaudas taisngrieža bloks, saite līdzstrāva un autonomais sprieguma invertors. Parasti frekvences pārveidotājus izmanto viena motora piedziņas sistēmās. Pamatojoties uz autonomiem sprieguma invertoriem, ko darbina kopīgs taisngriezis (taisngriezis / rekuperācija), tiek ieviestas rentablas daudzmotoru piedziņas sistēmas.
Maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotājs, līdzstrāvas motors.
Maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājus pēc to darbības principa var iedalīt divās grupās: a) rotējošie pārveidotāji, piemēram, motora ģeneratori un vienas bruņas umformeri, un b) stacionārie - dzīvsudraba taisngrieži.
Pēdējos gados maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājus gandrīz plaši izmanto maza izmēra, visekonomiskākie silīcija taisngrieži.
RECTIFIER, maiņstrāvas pārveidotājs strāvā vienā virzienā, kas sastāv no viena vai vairākiem vārstiem.
| Tilta digitālā ommetra diagramma. |
Instrumentam ir maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotājs. Ir BCD izeja.
Stacijas ir regulējamas vienfāzes tiristoru AC/DC pārveidotājs.
Dzīvsudraba vai pusvadītāju vārsti tiek izmantoti kā maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāji. Dzīvsudraba vārsti parasti ir ignitrona tipa, ar ūdeni dzesēti un automātiska regulēšana temperatūra. Normālai vārsta darbībai tā sieniņu temperatūra jāuztur 45 - 50 C robežās.
Vispirms pakavēsimies pie taisngriežu mērīšanas devējiem. Tie ir paredzēti maiņstrāvas iztaisnošanai (noteikšanai), pārvēršot to par pulsējošu strāvu, kuras vidējā vērtība atspoguļo izejas vērtību un var būt proporcionāla ieejas vērtības maksimumam (amplitūdai), RMS vai vidējām rektificētajām vērtībām. . Saskaņā ar to pašus pārveidotājus klasificē šādi: saskaņā ar maiņstrāvas sprieguma parametru U x~ , kas atbilst detektora izejas ķēdes spriegumam: maksimālās vērtības pārveidotājs, RMS un vidējā rektificētā sprieguma pārveidotāji; saskaņā ar ievades shēmu: pārveidotāji ar atvērtu un slēgtu līdzstrāvas sprieguma ieeju ; saskaņā ar transformācijas raksturlielumiem: lineārie un kvadrātiskie pārveidotāji.
Maksimālās vērtības pārveidotājs ir pārveidotājs izejas spriegums kas tieši atbilst U max vai U min (U in vai U n). Maksimālās vērtības pārveidotājs ir lineārs, un tam var būt atvērta (2.1. attēls, a) vai slēgta (2.1. attēls, b) līdzstrāvas sprieguma ieeja.
Maksimālā sprieguma pārveidotāju darbības princips ir uzlādēt kondensatoru C caur diodi V līdz maksimālajai (maksimālajai) vērtībai U x~, kas pēc tam tiek saglabāta, ja kondensatora C izlādes laika konstante (caur rezistoru R ) ievērojami pārsniedz uzlādes laika konstanti. Diodes V polaritāte nosaka izejas sprieguma atbilstību U x= vai U max (U c), vai U min (U n), un iespējamos pulsācijas U x= izlīdzina ķēde R f, C f. Ja detektoram ir atvērta ieeja, U x= nosaka `U un U in (U n) summa, t.i. atbilst U max (U min). Kad ieeja ir aizvērta, U x= atbilst U in (U n). Ja U x~ nesatur nemainīgu komponentu, tad 2.1. attēlā redzamās ķēdes a, b ir identiskas, un U x \u003d atbilst U m. Dažos gadījumos tiek izmantoti pilna viļņa maksimuma detektori ar sprieguma dubultošanu, kas ļauj tieši izmērīt sprieguma maksimumu līdz maksimumam.
2.1. attēls Maksimālā sprieguma pārveidotāja ķēdes:
a) - ar atvērtu ieeju; b) - ar slēgtu ieeju.
Maksimālā sprieguma pārveidotāju būtiska priekšrocība ir liela ieejas pretestība (vienāda ar R / 2 ķēdei 2.1. attēlā, a un R / 3 ķēdei 2.1. attēlā, b) un labākās frekvences īpašības salīdzinājumā ar citiem pārveidotāju veidiem. .
RMS pārveidotājs- tas ir maiņstrāvas pārveidotājs līdzstrāvai (spriegumam), kas ir proporcionāls U 2 sk. Konversijas raksturlielumam šajā gadījumā jābūt kvadrātveida un pastāvīgas sastāvdaļas klātbūtnē 
nepieciešams detektors ar atvērtu ieeju.
RMS pārveidotājs ļauj pārveidot nesinusoidālo maiņspriegumu RMS vērtību līdzstrāvas spriegumā, jo 
, kur U 2 ir nesinusoidālā sprieguma vidējā kvadrātiskā vērtība, U k ir harmonisko komponentu vidējā kvadrātiskā vērtība.
Kā nelineāru pārveidotāja elementu ar kvadrātveida strāvas-sprieguma raksturlīkni (CVC), varat, piemēram, izmantot pusvadītāju diodes CVC sākotnējo sadaļu. Tomēr šai sadaļai ir ļoti īss garums, un pusvadītāju ierīcēm ir liels parametru izplatība šajā raksturlieluma sadaļā. Tāpēc šādi pārveidotāji ir būvēti uz diodes ķēdes bāzes. Šāda ķēde ļauj iegūt CVC paraboliskās līknes pa daļām lineāras tuvināšanas rezultātā. Kvadrātpārveidotāja diagramma ar diodes ķēdi parādīta 2.2. attēlā.
Ieejas spriegums u in tiek piegādāts platjoslas transformatoram T1. Ar diožu V1 un V2 palīdzību sekundārajā tinumā tiek veikta pilna viļņa taisnošana. Rektificētais spriegums iedarbojas uz ķēdi, kas sastāv no diodes ķēdes V1 ... V8, sprieguma dalītājiem R3 ... R14 un slodzes rezistora R15. Sprieguma kritums pāri slodzei caur zemas caurlaidības filtru 
Frekvence Z1 tiek piemērota pārveidotāja izejai.
Attēls 2.2 Pārveidotāja strukturālā diagramma
efektīvā vērtība, pamatojoties uz diodes virkni.
Izejas spriegums ir proporcionāls diodes virknes vidējai strāvai. Diodes ķēdei ir strāvas-sprieguma raksturlielums, kas ir tuvu paraboliskajam. Tāpēc izejas sprieguma vidējā vērtība izrādās proporcionāla ieejas sprieguma efektīvās vērtības kvadrātam.
Kā iegūst kvadrātisko strāvas-sprieguma raksturlielumu? Sprieguma dalītāji R3 ... R14 ir pievienoti kopējam stabilizēta sprieguma avotam E. Dalītāji ir izvēlēti tā, lai diodēm pielietotie nobīdes spriegumi U i atbilstu attiecībai U 1< U 2 < ... < U 6 . Пока входное напряжение цепочки U не достигнет U 1 , все диоды закрыты и начальная часть ВАХ является прямой линией с наклоном, зависящем от сопротивлений резисторов R1, R2 и R15. Когда напряжение U превысит напряжение U 1 , откроется диод V3 и параллельно R2 подключится делитель R3, R4. Крутизна ВАХ на участке от U 1 до U 2 возрастает, ток в цепи станет i = i o + i 1 . Когда выполнится условие U >U 2, pārveidotāja ķēdē plūdīs strāva i \u003d i o + i 1 + i 2. I–V raksturlieluma slīpums palielināsies, palielinoties U. Atbilstoši izvēloties dalītāju pretestību, varam iegūt I–V raksturlielumu lauztas līnijas veidā, kas tuvojas kvadrātparabolai. Tādējādi kvadrātiskais raksturlielums tiek sintezēts no vairāku diožu elementu raksturlielumu sākotnējām sadaļām.
Šāda pārveidotāja strāvas pārveidošanas koeficients ir K "v \u003d I / U 2, kur I ir strāvas vidējā vērtība pārveidotāja izejā, U ir ieejas sprieguma vidējā kvadrātiskā vērtība.
Mūsdienu instrumenti galvenokārt izmanto kvadrātiskos detektorus ar termiskajiem pārveidotājiem, kas ir līdzīgi termoelektriskajiem ampērmetriem. Šāds pārveidotājs ir viena vai vairāku termopāru un sildītāja kombinācija. To galvenais trūkums ir transformācijas funkcijas kvadrātiskais raksturs. Šis trūkums tiek novērsts, izmantojot diferenciālo ķēdi divu (vai vairāku) termisko pārveidotāju ieslēgšanai, kā parādīts 2.3. attēlā.
Pieliekot termiskajam pārveidotājam TP 1 izmērītais spriegums U x~ izejas spriegums TP 1 U 1 = k T U 2 sk.
Papildus termiskajam pārveidotājam TP 1 ķēdē ir otrs termiskais pārveidotājs TP 2, kas ir savienots pretī TP 1. TP 2 tiek pielikts atgriezeniskās saites spriegums, tāpēc tā izejas spriegums U 2 = k T U 2 3 .
Tādējādi UPT ieejā rodas iegūtais spriegums
U 1 - U 2 = k T (U 2 sc - U 2 3), (2.1)
ko dara
U 3 \u003d k UPT k T (U 2 sk - U 2 3). (2.2)
Ja shēmas parametri ir izvēlēti tā, lai
k UPT k T U 2 3 >>U 3 , (2.3)
t 
o tad beidzot U 3 U sk, t.i. transformācijas funkcija būs vienota.
Attēls 2.3 Pārveidotāja strukturālā diagramma
R.m.s. spriegums
Vidējais rektificēts pārveidotājs- tas ir maiņstrāvas pārveidotājs līdzstrāvai, proporcionāls U St. Šāda pārveidotāja strāvas-sprieguma raksturlielumam jābūt ar lineāru sekciju ieejas spriegumu diapazonā. Šāda pārveidotāja piemērs ir pilna viļņa pusvadītāju taisngriezis ar zemas caurlaidības filtru. Visizplatītākās ir tiltu shēmas (2.4. att.). Att. shēmā. 2.4, un strāva caur tilta diagonāli plūst vienā virzienā abos maiņstrāvas sprieguma pusciklos. Pozitīvajā pusciklā strāva plūst caur ķēdi: augšējā ieejas spaile - diode V1 - tilta diagonāle - diode V4 - apakšējā ieejas spaile; uz negatīvu: apakšējā spaile - V3 diode - tilta diagonāle - V2 diode - augšējā ieejas spaile.
Strāvas virziens atbilst minēto diožu vadošajam virzienam. Reālo diožu raksturlielumiem nav stingri lineāras sadaļas, kā to prasa pārveidošanas nosacījumi. Caur diodi plūstošā strāva plkst pozitīva vērtība ieejas spriegums
,
(2.5)
kur R v (U) ir atvērtas diodes pretestība atkarībā no pielietotā sprieguma, R ir slodzes pretestība.
Raksturlieluma sākotnējā sadaļa ir tuvu kvadrātveida. Tāpēc radīsies kļūda, kas būs mazāka, jo tuvāk diodes lineārajam raksturlielumam.
Attēls 2.4 Pārveidotāja strukturālā diagramma
vidējā rektificētā sprieguma vērtība.
Lai uzlabotu strāvas-sprieguma raksturlīknes linearitāti, tilta diagonālē virknē ar rezistoru R ir iekļauts rezistors R ext, kura pretestība ir daudz lielāka par atvērtās diodes R v (U) pretestību.
Šajā gadījumā
.
(2.6)
Tiešās strāvas atkarība no sprieguma būs tuvu lineārai. Jutības samazināšanos R ext iekļaušanas dēļ var kompensēt, ieviešot papildu pastiprinājumu.
2.4,b attēlā redzamā shēma atšķiras no iepriekšējās ar to, ka diožu V3 un V4 vietā ir iekļauti rezistori R1 un R2. Sprieguma pozitīvā pusperioda laikā strāva plūst caur diodi V1 un rezistoru R1. Šajā pusciklā caur rezistoru R2 neplūst strāva, spriegums tā spailēs ir nulle. Sprieguma negatīvā pusperioda laikā strāva plūst caur diodi V2 un rezistoru R2.
Pārveidošanas vienādojumu aplūkotajām shēmām var izteikt šādi:
Ķēdei (2.4. attēls, a)
U o \u003d K v sv U sv \u003d 
, ja R v1 = R v2 = R v3 = R v4 = R v (2.7)
Ja R >> R v , tad U = U sv;
Ķēdei (2.4. attēls, b)
U o \u003d K v sv U sv \u003d 
, kad R v1 = R v2 = R v ; R1 = R2 = R, (2,8)
Ja R >> R v , tad U = U St.
Pārveidošanas kļūda galvenokārt ir saistīta ar diodes strāvas-sprieguma raksturlīknes nelinearitāti un diodes tiešās pretestības ietekmi uz strāvu, kas plūst caur taisngrieža tiltu.
Tomēr jāpiebilst, ka šādu detektoru raksturlielumu linearitāte būs labāka, jo lielāks U x~ (maziem U x~ detektors kļūst kvadrātisks). Tāpēc otrās modifikācijas voltmetros parasti izmanto vidējo rektificēto vērtību detektorus.
Darbības joma (tehnoloģija), kurai pieder aprakstītais izgudrojums
Attīstības know-how, proti, šis autora izgudrojums attiecas uz enerģiju, jo īpaši uz pārveidotāju tehnoloģiju, kas paredzēta līdzstrāvas pārvēršanai maiņstrāvā (invertēšana), tostarp sarežģītos darbības apstākļos (vakuuma vide, paaugstināta temperatūra, starojums utt.). ) un paaugstinātas prasības ekspluatācijas uzticamībai, piemēram, augstas temperatūras kosmosa atomelektrostacijās (AES).
SĪKS IZgudrojuma APRAKSTS
Ir daudz vispārējas rūpnieciskas un īpašas konstrukcijas invertoru.
Elektrības invertēšanas problēmu šobrīd risina galvenokārt tā sauktie statiskie pārveidotāji, no kuriem efektīvākie efektivitātes un svara un izmēra rādītāju ziņā ir pusvadītāju pārveidotāji, a.s. N584418 (IPC 6 H 02 M, 7/537), Apvienotās Karalistes pieteikums N1569836 (IPC 6 H 02 M, 1/06).
Izgudrojuma analogs var būt jebkurš no zināmajiem invertoriem, piemēram, jebkurš statisko pusvadītāju pārveidotājs, ko veic uz tilta vai diferenciālā ķēde vienfāzes pilna viļņa pārveidošana.
Visiem zināmajiem invertoriem (gan statiskajiem, gan mehāniskajiem) ir kopīgs fiziskais trūkums: invertējošā fizika tajos balstās uz līdzstrāvas elektrisko ķēžu pārslēgšanu (atvēršanu un aizvēršanu) ar noteiktu frekvenci ar noteiktiem komutētiem vai galvenajiem elementiem (tranzistori, tiristori, elektriskajām mašīnām). - kolekcionāri). Turklāt līdzstrāvas ķēdes aizvēršanas un atvēršanas augstfrekvences procesu pavada virkne būtisku pārslēgšanas problēmu (dzirksteļošana, sabojāšanās utt.), Kas ierobežo ierīču apstākļus un kalpošanas laiku.
Šis trūkums ir īpaši akūts smagos ekspluatācijas apstākļos. Piemēram, kosmosa vakuumā ar pasliktinātiem siltuma izdalīšanas apstākļiem, ar radioaktīvo apstarošanu atomelektrostacijās, kur palielinās Darbības temperatūra un ir iespējami galveno elementu sadalījumi. Tādējādi tiek atklāts gandrīz visu zināmo invertoru instalāciju otrais savstarpēji saistītais trūkums: tie darbojas apmierinoši galvenokārt normālā temperatūrā, un temperatūras paaugstināšanās gadījumā tiem ir ierobežots kalpošanas laiks. Tātad, rūpnieciskie pusvadītāji darbojas līdz 70-100 o C, rūpnieciskās elektriskās mašīnas - līdz 200 o C (no elektroizolācijas klases).
Visu elektrisko ierīču uzbūves principu analīze ļauj izdarīt šādu secinājumu. Lai atbrīvotos no invertoru dabiskā trūkuma, kas raksturīgs to darbības principam, ir jāmeklē risinājums, izmantojot citu principu, nevis ķēžu elektrisko pārslēgšanu. Piemēram, magnētisko ķēžu komutācijā vai vienkārši magnētiskajā komutācijā. Šajā gadījumā elektriskā ķēde, kas ieskauj magnētisko ķēdi, izrādās neatdalāma, pastāvīgi slēgta slodzei, bet EMF jeb aizmugurējā EMF šajā ķēdē tiek inducēts ar mainīgas magnētiskās plūsmas palīdzību.
Vistuvāk izgudrojumam ir līdzstrāvas-maiņstrāvas pārveidotāja konstrukcija ar līdzstrāvas motoru un induktora ģeneratoru (378. lpp., 5.1.b, c att.). Induktora ģeneratora darbības principā ietvertā magnētiskā komutācija veic indukciju (indukciju) maiņstrāvas statorā, izmantojot rotora zoba zonas (zoba - rievas) magnētiskās caurlaidības neviendabīgumu, ierosinot to no līdzstrāvas spoles. vai no pastāvīgajiem magnētiem. Tomēr trūkstošo elektrisko ķēžu pārslēgšanu induktora ģeneratoros D-G sistēma pārnests uz primārā līdzstrāvas motora kolektoru ar visām pārslēgšanas problēmām, un divu vienību kombinācijas kopējā efektivitāte izrādās diezgan zema: dzinēja un ģeneratora efektivitātes produkts. Kā prototips tiek uzskatīta dzinēja-ģeneratora sistēma (D-G) kopumā, jo induktors ir šīs sistēmas ģenerējošā daļa un nav invertori paredzētajam mērķim.
Induktora ģeneratori ir konstruēti tā, lai tajos tiešā veidā nenotiktu līdzstrāvas pārvēršana maiņstrāvā. Tie pārveido līdzstrāvas elektromotoru piegādāto mehānisko enerģiju maiņstrāvas elektriskajā enerģijā, un līdzstrāva tiek izmantota ierosmes magnētiskās plūsmas uzturēšanai. Dažos gadījumos ierosmes spoles tiek aizstātas ar pastāvīgajiem magnētiem. Induktora ģeneratoros saražotās elektroenerģijas daudzums (ņemot vērā efektivitāti) ir tuvu mehāniskajai enerģijai, kas tiek piegādāta vārpstai no elektromotora (tvaika vai hidrauliskās turbīnas), nevis ierosmes tinumam.
E-G sistēmā induktora ģenerators arī nav invertors, jo tajā redzamās magnētiskās plūsmas pārslēgšanās notiek tikai mašīnas darba spraugā un sākotnējais (kopējais) magnētiskais lauks un magnētiskais spēks. ierosmes tinums paliek nemainīgs. Tajā pašā laikā saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu būtībā nav iespējams nenozīmīgu daļu no enerģijas, ko ievada tiešā ierosmes strāva, pārveidot maiņstrāvā. Turklāt no mainīgā komponenta ierosmes ķēdē, ja tāds ir, viņi mēdz atbrīvoties un uzskatīt to par papildu jaudas zudumu avotu.
Tādējādi prototipam ir divi trūkumi: nespēja ražot elektroenerģiju bez mehāniskās enerģijas piegādes un nespēja apgriezt līdzstrāvas enerģiju (kopējās) magnētiskās plūsmas noturības dēļ.
Strukturāli prototips sastāv no cilindriskas slēgtas magnētiskās sistēmas, uz tās izvietotiem līdzstrāvas ierosmes tinumiem un vienfāzes vai daudzfāžu tinuma maiņstrāvas ierosināšanai, kā arī no rotējoša rotora, ko darbina kolektora līdzstrāvas motora veidā, aprīkots ar magnētiskās plūsmas pārslēgšanas līdzekli (zobu zona) - neviendabīgi virsmas magnētiskajai caurlaidībai.
Izgudrojuma mērķis ir palielināt līdzstrāvas-maiņstrāvas pārveidotāja uzticamību un palielināt tā resursus, likvidējot elektriskās komutācijas ķēdes. Šis uzdevums tiek sasniegts ar to, ka līdzstrāvas-maiņstrāvas pārveidotājs, kas satur magnētisko ķēdi ar līdzstrāvas tinumu un maiņstrāvas tinumu, kā arī rotoru ar nevienmērīgām magnētiskās vadītspējas sekcijām un piedziņu, ir realizēts formā. no vismaz divām magnētiskajām ķēdēm, no kurām katra ir aprīkota ar līdzstrāvas tinumu.strāva ar tām kopīgu maiņstrāvas tinumu, savukārt primārais līdzstrāvas tinums ierosina daudzvirzienu magnētiskās plūsmas magnētiskajās ķēdēs, sekcijas ar neviendabīgu rotora vadītspēju atrodas starp katras magnētiskās ķēdes katra polu pāra stabi un sekciju skaits ar neviendabīgu vadītspēju ar simetrisku magnētisko ķēžu izvietojumu ap rotora apkārtmēru ir proporcionāls vērtībai 2(p+1), kur p ir visu magnētisko ķēžu polu pāri.
Izgudrojums ir ilustrēts ar zīmējumiem:
1. attēls — vispārīgs skats; 2. attēls — sadaļa gar AA, kur:
1,2-magnētiskā ķēde;
3,4 - līdzstrāvas tinumi;
5 - maiņstrāvas kopējais tinums;
6 - rotors;
7.8 - nevienmērīgi rotora vadītspējas sekcijās;
9 - braukt.
Izgudrojuma konstrukciju (1. att.) veido vismaz divi magnētiskie serdeņi (1,2), katrā no kuriem ir līdzstrāvas tinumi (3,4), maiņstrāvas tinums, kas kopīgs magnētiskajām shēmām (5), rotējoša rotora. (6) ar nevienmērīgiem magnētiskās vadītspējas laukumiem (7.8) un tā piedziņu (9).
Piedāvātā invertora darbības princips ir balstīts uz magnētiskās plūsmas pārslēgšanas izmantošanu un ir šāds. Ja divu magnētisko ķēžu (1.2.) spraugās ar atšķirīgi virzītu magnētiskās ierosmes plūsmu no primārajiem tinumiem ar apgrieztu līdzstrāvu, ko darbina no līdzstrāvas avota (3.4.), pagrieziet rotoru (6) ar magnētisko un nemagnētisko. vadošajos posmos (7.8), magnētiskajās ķēdēs (1,2) notiks mainīgas magnētiskās plūsmas pulsācijas un saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu kopējā (sekundārajā) tiks inducēts fāzu nobīdes mainīgais EMF tinums (5), un primārajos tinumos (3,4) - pret-EMF.
Ķēžu elektriskā pārslēgšana, ko prototipā veic primārā dzinēja kolektors, tiek aizstāta ar magnētiskās ķēdes pārslēgšanu vai rotora (6) magnētisko pārslēgšanu, ko īsteno sekcijās (7,8) ar ne vienmērīga magnētiskā vadītspēja.
Līdzstrāvas tinumi (3.4) pilda nevis palīgfunkciju (ierosmei), bet jaudas lomu - apgrieztas līdzstrāvas enerģijas padevei un vienlaikus magnētiskās ķēdes vienvirziena ierosmes uzturēšanai. Šim nolūkam tie atrodas magnētiskās plūsmas pulsācijas zonā un tajā tiek inducēta fāzes nobīdīta mainīgā komponente (back EMF), kas pārmaiņus tiek izmantota kā atslēgas bloķēšanas elements. elektriskā ķēde Līdzstrāvas avots. Līdzstrāvas enerģijas daļas pārnešana (pārveidošana) no līdzstrāvas tinumiem tiek veikta ar pulsējošās magnētiskās plūsmas enerģiju.
Mainīgās magnētiskās un nemagnētiskās sekcijas atrodas uz rotora saskaņā ar noteiktu likumu, proti, tā, ka sekciju skaits ar nehomogēnu vadītspēju ar simetrisku magnētisko serdeņu izvietojumu ap rotora apkārtmēru ir proporcionāls 2(p + 1), kur p ir visu magnētisko serdeņu polu pāru skaits. Tajā pašā laikā magnētiskā vadītāja sekcijas izeju no vienas magnētiskās ķēdes pavada līdzīgas sekcijas ieiešana citā, nodrošinot stingrā rotora spēka un inerces savstarpēju vilkšanas un turēšanas spēku kompensāciju, un līdz ar to minimālais, gandrīz nulle, moments uz rotora vārpstas.
Piedāvātajai konstrukcijai nav nepieciešams īpaši izstrādāts aprīkojums, un to var plaši izmantot iekārtās ar paaugstinātām ekspluatācijas prasībām.
LITERATŪRA
1. Strāvas avoti ieslēgti pusvadītāju ierīces. Projektēšana un aprēķins. Ed. S.D. Dodiks un E.I. Galperins. - M.: Padomju radio, 1969, lpp. 282, att. V.16.
2. Lidmašīnu elektriskie ģeneratori. A.I. Bertinovs. M.: Valsts. ed. aizsardzības rūpniecība, 1959, (5. nodaļa, 377.-378. lpp.).
Pretenzija
Līdzstrāvas-maiņstrāvas pārveidotājs, kas satur magnētisko ķēdi ar līdzstrāvas tinumu un maiņstrāvas tinumu, rotoru ar magnētiskās vadītspējas ziņā nevienmērīgām sekcijām, piedziņu, kas raksturīgs ar to, ka katrā no vismaz divām magnētiskajām ķēdēm ir primārā līdzstrāva tinumu un tiem kopēju sekundāro tinumu maiņstrāvas tinumu, savukārt primārie tinumi ierosina daudzvirzienu magnētiskās plūsmas magnētiskajās ķēdēs, sekcijas ar neviendabīgu rotora vadītspēju atrodas starp katras magnētiskās ķēdes katra polu pāra poliem, un sekciju skaits ar nehomogēnu vadītspēju ar simetrisku magnētisko ķēžu izvietojumu ap rotora apkārtmēru ir proporcionāls vērtībai 2(p + 1) , kur p ir visu magnētisko ķēžu polu pāru skaits.
Izgudrotāja vārds:
S.P. Koroļeva vārdā nosauktā atklātā akciju sabiedrība Raķešu un kosmosa korporācija Energia
Patenta īpašnieka vārds:
S.P. Koroļeva vārdā nosauktā atklātā akciju sabiedrība Raķešu un kosmosa korporācija Energia Ļeņina 4a, S. P. Koroļeva vārdā nosauktais RSC Energia, Rūpnieciskā īpašuma un inovāciju departaments
Pasta adrese korespondencei:
141070, Maskavas apgabals, Koroļeva, st. Ļeņina 4a, S. P. Koroļeva vārdā nosauktais RSC Energia, Rūpnieciskā īpašuma un inovāciju departaments
Patenta sākuma datums:
1999.05.11
Maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāju var izmantot līdzstrāvas patērētāju barošanai, jo īpaši elektrificētās barošanas sistēmās dzelzceļi. Piedāvātais pārveidotājs satur trīsfāzu transformatoru (1) ar diviem sekundārajiem tinumiem, no kuriem katrs satur divus tinumus, no kuriem viens ir izgatavots saskaņā ar zvaigznes ķēdi, otrs - saskaņā ar apgrieztās zvaigznes ķēdi, kas ar nulles punktiem savienots sešos. fāzes zvaigzne un divpadsmit vārsti (2 ... 13) . Fāzes tinumu apgriezienu skaits, kas veido apgrieztās zvaigznes (vai zvaigznes), un fāzes tinumu, kas veido zvaigznes (vai apgrieztās zvaigznes), apgriezienu skaits ir vienāds. Katrs no sešiem vārstiem (3, 5, 7, 9, 11, 13) savieno divu sešfāžu zvaigžņu fāzes tinumu pretfāžu spailes. Šajā gadījumā vārstu anodi (3, 7, 11, 9, 13, 5) ir attiecīgi savienoti ar vienas sešfāzu zvaigznes fāžu a, b, c, x, y, z spailēm un katodus attiecīgi pie otrās sešfāzu zvaigznes fāžu x', y', z', a', b', c' spailēm. Vārstu grupas (2, 6, 10) un (8, 12, 4) veido attiecīgi anoda un katoda vārstu zvaigznes; anoda zvaigznes vārstu katodi ir savienoti attiecīgi ar vienas sešfāzu zvaigznes fāzēm x, y, z, bet katoda zvaigznes anodi attiecīgi ar fāzēm x', y', z' citas sešfāžu zvaigznes. Anoda un katoda vārstu zvaigžņu kopējie punkti veido ierīces izejas spailes, attiecīgi (14) un (15), kurām ir pievienota slodze (16). Piedāvātais maiņstrāvas uz līdzstrāvas pārveidotājs nodrošina tehnisko rezultātu - augstāku pārveides kvalitāti. 4 slim.
Izgudrojums attiecas uz pārveidotāju tehnoloģiju jomu un var tikt izmantots līdzstrāvas patērētāju barošanai, jo īpaši elektrificētu dzelzceļu elektroapgādes sistēmās.
Zināms maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs, kas nodrošina divpadsmit impulsu rektificētu spriegumu, satur 12 vārstus, veido divas tilta ķēdes un transformatoru, kura sekundārais tinums, kas sadalīts trīs sekcijās katrā fāzē, ir savienots divpusējā pretī pretējā virzienā. nevienlīdzīgs zigzags - trīsstaru zvaigzne (A.s. SU Nr. 1282291, IPC H02M 7/162 Bridge power converter / A.M. Repin Bull. Nr. 1, 1987).
Šim pārveidotājam ir zema energoefektivitāte, kas ir saistīts ar slodzes strāvas plūsmas ķēžu parametrisko asimetriju blakus viļņošanās veidošanās laikā. Tinumu daļu klātbūtne ar trim šo detaļu pagriezienu skaitliskām vērtībām sarežģī detaļu vienmērīgas novietošanas tehnoloģiju uz transformatora stieņiem un dažos gadījumos izraisa sekundāro tinumu radīto spriegumu strukturālo asimetriju, kas samazina elektroenerģijas pārveides kvalitāte.
Zināms maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs nodrošina divpadsmit impulsu rektificētu spriegumu, kas satur trīsfāzu transformatoru ar sekundāro tinumu, kura daļas veido regulāru slēgtu sešstūri, līdz trim, pārmaiņus pa vienu, kura virsotnes ir savienotas ar papildu tinumi pretī tiem atbilstošajam galveno daļu pārim, kas atrodas blakus fāzei, un sešu šūnu vārstu tilts (A.S. SU Nr. 1347133, IPC H02M 7/08. Tilts līdzstrāvas sprieguma avots (tā varianti) / A.M. Repin. Bull. Nr. 39 , 1987).
Šis pārveidotājs ir pakļauts arī energoefektivitātes samazinājumam strāvas ķēžu parametriskās asimetrijas dēļ blakus esošo viļņu veidošanās laikā. Turklāt liela tinumu daļu apgriezienu skaita atšķirība sarežģī to vienmērīgas novietošanas tehnoloģiju uz transformatora stieņiem un dažos gadījumos izraisa konstruktīvu tinumu sprieguma asimetriju, kas samazina elektroenerģijas pārveidošanas kvalitāti. parametrus.
Vistuvākais izgudrojumam, kas pieņemts kā prototips, ir maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs (Repin A.M. Jauni pamata tehniskie risinājumi un vārstu enerģijas pārveidotāju klasifikācija // Radioelektronikas jautājumi. OVR sērija, 1985. - 6. izdevums. - P 71, 10. att., h), kas nodrošina divpadsmit impulsu taisnošanu un satur divpadsmit vārstus, kas savienoti divos trīsfāzu vārstu tiltos, veidojot sešu fāžu vārstu tiltu no sešām vārstu šūnām ar diviem vārstiem, kas savienoti virknē katrā, un trīsfāzu transformators ar sekundāro tinumu, kas izgatavots pēc asimetriskas sešfāzu zvaigznes shēmas, kas sastāv no simetriskām zvaigznēm, kas ir savstarpēji apgrieztas un savienotas ar nulles punktiem, ar zvaigžņu fāzes tinumu apgriezienu skaita attiecību savstarpēja kustība ir vienāda ar sešu fāžu tilts, no kuriem katru veido divu vārstu zvaigžņu vienādu elektrodu kopīgi savienojuma punkti (anoda zvaigznes vienam spailei un katoda zvaigznes otram), veido ierīces izejas spailes.
Šī pārveidotāja trūkums ir salīdzinoši zemā pārveidošanas kvalitāte, kuras samazināšanās ir saistīta ar slodzes strāvas plūsmas ķēžu parametrisko asimetriju blakus rektificētu sprieguma pulsāciju veidošanās ciklos, kas izraisa nekanonisku harmoniku parādīšanos. rektificētā sprieguma spektrā.
Izgudrojuma mērķis ir izveidot maiņstrāvas līdzstrāvas pārveidotāju ar augstāku konversijas kvalitāti.
Šis uzdevums tiek sasniegts ar to, ka maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājā, kurā ir divpadsmit vārsti, kas veido divas vārstu grupas, no kurām katrā ir trīs vārstu elementi no diviem virknē savienotiem vārstiem, un tie paši brīvie elektrodi pusei vārstu vārstu. pirmā vārstu grupa un otras brīvie elektrodi ir savienoti nosaukumi, kas pieder pusei otrās grupas vārstu, tādējādi veidojot anoda un katoda vārstu zvaigznes, vārstu elektrodu kopīgos savienojuma punktus, kuros veido izejas spailes. ierīce un trīsfāzu transformators ar sekundāro tinumu, kas izgatavots pēc asimetriskas sešfāzu zvaigznes shēmas, kas sastāv no simetriskiem apgriezieniem viena pret otru no zvaigznēm, kas savienotas ar nulles punktiem, un apgriezienu skaita attiecību zvaigžņu fāzes tinumu, kas ir apgriezti viens pret otru, ir vienāds ar un, kas pieder pie pirmās vārstu grupas, pārveidotāja transformators ir aprīkots ar papildu līdzīgu sekundāro tinumu, kura katra zvaigznes (reversās zvaigznes) fāzes tinuma izeja ar lielāku apgriezienu skaitu ir savienota ar neizmantotu savienojumu. Otrajai vārstu grupai piederošo šūnu vārstu punkts ar katru fāzes tinuma brīvo izeju, kas pieder vienai sešfāžu zvaigznei, ir savienots ar brīvo elektrodu vienam no vārstu grupu vārstiem, no kuriem otrais elektrods ir savienots ar fāzes tinuma ārpusfāzes izeju, kas pieder citai sešfāžu zvaigznei.
1. attēlā parādīts galvenais ķēdes shēma piedāvātais pārveidotājs; 2. attēls - vektoru sprieguma diagrammas, kas parādītas fāzes tinumu spriegumu amplitūdas-fāzu portretu veidā, un paplašinātas vektoru diagrammas, kas izskaidro iegūto spriegumu vektoru veidošanās principu; 3. attēls - pārveidotāja sekundāro tinumu un vārstu diagramma; 4. attēls - rektificētā sprieguma, reverso spriegumu un vārstu strāvu laika diagrammas.
Pārveidotājs (1. att.) satur trīsfāzu transformatoru 1 ar diviem sekundārajiem tinumiem, no kuriem katrs satur divus tinumus, no kuriem viens ir izgatavots pēc zvaigznes shēmas, otrs - saskaņā ar apgrieztās zvaigznes shēmu, kas savienots ar nulles punktiem sešfāzu zvaigzne un divpadsmit vārsti 2 ... 13 . Fāzes tinumu apgriezienu skaits, kas veido apgrieztās zvaigznes, un fāzes tinumu, kas veido zvaigznes, apgriezienu skaits ir proporcijā. Katrs no sešiem vārstiem 3, 5, 7, 9, 11, 13 savieno divu sešfāzu zvaigžņu fāzes tinumu pretfāžu izeju pāri. Šajā gadījumā vārstu 3, 7, 11, 9, 13, 5 anodi ir savienoti attiecīgi ar vienas sešfāzu zvaigznes fāžu a, b, c, x, y, z spailēm un katodus attiecīgi pie otrās sešfāzu zvaigznes fāžu x', y', z' , a', b', c' spailēm. Vārstu grupas 2, 6, 10 un 8, 12, 4 veido attiecīgi anoda un katoda vārstu zvaigznes; anoda zvaigznes vārstu katodi ir savienoti attiecīgi ar vienas sešfāzu zvaigznes fāzēm x, y, z, bet katoda zvaigznes anodi attiecīgi ar fāzēm x', y', z' citas sešfāžu zvaigznes. Anoda un katoda vārstu zvaigžņu kopējie punkti veido ierīces izejas spailes attiecīgi 14 un 15, kurām ir pievienota slodze 16.
Pārveidotāja darbības principu (1. attēls) ilustrē vektoru sprieguma diagrammas, kas parādītas fāzes tinumu spriegumu amplitūdas fāzes portretu veidā (2. attēls, a)), kas veido divus asimetriskus (amplitūdu izteiksmē). fāzes spriegumu) sekundāro tinumu sešfāzu sprieguma sistēmas un izvietotas fāzes plaknē ar kombinētu vektoru diagrammu, kas parāda radušos spriegumu veidošanās principu, ko attēlo vektori S1...S12 (2. att., b)). Katrā sekundārajā tinumā, kas sastāv no galvaniski savstarpēji savienotiem tiešo un apgriezto zvaigžņu nulles punktiem, fāzes tinumu, kas veido (šajā gadījumā) apgrieztās zvaigznes, apgriezienu skaita attiecība pret fāzes tinumu apgriezienu skaitu, kas veido. zvaigznes ir vienādas ar 
. Ar šo apgriezienu skaita attiecību iegūtie spriegumi ir vienādi amplitūdā un fāzes nobīdes starp tām ir 30 el. grādiem.
Divpadsmit impulsu rektificēta sprieguma veidošanos pie slodzes ilustrē vektorshēmas, kuras 2. att. apvienotas ar sekundāro tinumu spriegumu fāzu portretu pieslēguma strāvas sastāviem. Tātad iegūtā sprieguma S1 pirmais vektors ir fāžu x, a, x′ sekundāro tinumu fāzes spriegumu kolineāro vektoru summa un atpaliek par 60 el. gr. transformatora fāzes z′ fāzes sprieguma vektors. Vektora S12 veidošanā fāzes z′ sprieguma vektora vietā ir iesaistīts fāzes y′ vadošais sprieguma vektors. Tādējādi var pārliecināties, ka šo un katru nākamo iegūto spriegumu vektoru pāri veido fāzes spriegumu vektori, kas ir vienādi absolūtā vērtībā. Perioda laikā veidojas divpadsmit identiski iegūtie spriegumi, veidojot divpadsmit fāzu sistēmu no iegūtajiem rektificētajiem spriegumiem. Abas sešfāzu sprieguma sistēmas ir fāzē viena ar otru. Piemēram, 2. attēlā c) parādīta cita no daudzajām iespējamajām vārsta tinumu versijas, kuras pamatā ir pareizais sešstūris.
Tinumu un vārstu darbības shēma (3. attēls), kas iegūta, analizējot diagrammas 2. attēlā, b), ļauj noteikt, ka visi fāzes tinumi, kas veido apgrieztās zvaigznes, vada strāvu 180 el. gr. tīkla sprieguma periodam, un tinumiem, kas veido taisnas zvaigznes - 60 el. gr. (izņemot pārslēgšanu). Anoda un katoda vārstu zvaigžņu vārstiem vadītspējas leņķis ir 120 el. gr. Atlikušo vārtu vadīšanas leņķis ir 60 el. gr. Slodzes strāva pulsācijas intervālā plūst ap trim vārtiem. Vārstu 2...13 ieslēgšanas secība ir atspoguļota to numerācijā 1. att. diagrammā.
Pamatojoties uz iegūto spriegumu vektoru diagrammu ģeometrisko konstrukciju (2. attēls), tika noteikta rektificētā sprieguma maksimālā vērtība ideālai pārslēgšanai un attiecīgi tā vidējā vērtība. Ņemot par relatīvu vienību (r.u.) sprieguma amplitūdu uz sekundārās fāzes tinuma, kuram ir vislielākais apgriezienu skaits, saskaņā ar vektoru diagrammām 2. attēlā, rektificētā sprieguma vidējā vērtība U do =3,308 p.e.
Pamatojoties uz sekundāro tinumu darbības analīzes rezultātiem (3. attēls), tika noteikta pārveidotāja transformatora sekundāro tinumu jauda, kas sastādīja 1,29 P d (P d - slodzes jauda). Piedāvātā pārveidotāja aprēķinātā tipiskā transformatora jauda ir 1,15 P d , taču šis rādītājs palielinās par 5-6%, ja tinumi tiek izgatavoti pēc sešfāzu zvaigznes shēmas, jo ir nepieciešams kompensēt mainīgo magnetizācijas plūsmu. Tomēr, veicot tinumus saskaņā ar slēgta tipa ķēdēm, šis rādītājs uzlabojas. Piemēram, veicot tinumus pēc 2. att., c diagrammās redzamā varianta), transformatora tipiskā jauda ir 1,083 R d, bet tā izgatavošanas tehnoloģija kļūst sarežģītāka.
4. attēlā a) parādīta rektificētā sprieguma laika diagramma, kas iegūta ar ķēdes simulāciju un apstiprinot pārveidotāja divpadsmit impulsu režīmu. Modelēšana parādīja, ka, ja pieņemtā attiecība starp dažāda izmēra vārstu tinumu apgriezienu skaitu tiek pārkāpta vairāk nekā par 15%, piemēram, ar attiecību
nav būtisku iztaisnošanas sprieguma līknes izkropļojumu no kanoniskās formas. Amplitūdas asimetrijas trūkums rektificētā sprieguma viļņos šajā gadījumā ir saistīts ar pārveidotājam pieņemto iegūto sprieguma veidošanās ķēžu topoloģiju (2. attēls). Tiek novērota tikai neliela fāzes nobīdes neatbilstība starp radītajiem spriegumiem (pulsācijas maksimumiem). Attēlā 4, b) parādītas strāvas un apgrieztā sprieguma līkņu diagrammas vienam no katoda grupas vārstiem (8. vārsts) un 4. attēlā c) - līdzīgas diagrammas grupas vārstam, kas savieno sešfāzu zvaigznes (vārsts). 5). Salīdzinot jaunākās laika diagrammas (vai no vektoru diagrammu analīzes), var redzēt, ka maks. reversie spriegumi anoda un katoda grupu vārsti ir 0,524 no rektificētā sprieguma vidējās vērtības, bet pārējiem vārstiem pievadītais spriegums ir 1,0472 reizes lielāks par rektificētā sprieguma vidējo vērtību.
Ļoti zīmīgi ir tas, ka, pat ņemot vērā dažāda šķērsgriezuma vadu izmantošanu, veicot zvaigžņu un reverso zvaigžņu fāzu tinumus, strāvas ķēžu aktīvās pretestības visu radušos spriegumu veidošanā ir vienādas un pretestības. ar tāda paša veida tinumu izvietojumu gar transformatora stieņiem arī būs vienāds (neņemot vērā korekciju, kas saistīta ar plakanas serdes magnētiskās ķēdes izmantošanu). Tinumu izgatavojamību, labāku plūsmas savienojumu un noplūdes induktivitātes samazināšanu veicina salīdzinoši neliela zvaigznēm un reversajām zvaigznēm piederošo fāzes tinumu apgriezienu skaita atšķirība. Tas viss ļauj samazināt parametrisko asimetriju un turklāt dažos gadījumos (pie dažādām pārveidotāja jaudām un (vai) dažādiem rektificēta sprieguma līmeņiem) kļūst iespējams precīzāk izpildīt pieņemto aprēķināto attiecību starp tinumu apgriezienu skaitu. kad tie ir veseli skaitļi. Tādējādi tiek uzlabota konversijas kvalitāte.
Šo pārveidotāju var uzbūvēt uz divu viena tipa transformatoru bāzes un papildinot to ar līdzīgu pārveidotāju ar primāro tinumu transformatorā, kas veic maiņu līnijas spriegumi sekundārie tinumi 30 el. gr. attiecībā pret oriģinālā transformatora sekundāro tinumu lineārajiem spriegumiem ir iespējams dubultot rektificētā sprieguma pulsācijas frekvenci.
Tādējādi piedāvātajam maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājam ir augstāka konversijas kvalitāte nekā prototipam.
Maiņstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājs, kas satur divpadsmit vārstus, kas veido divas vārstu grupas, no kurām katrā ir trīs vārstu elementi no diviem vārstiem, kas savienoti virknē, un brīvie elektrodi ar tādu pašu nosaukumu pusei pirmās vārstu grupas vārstu un brīvie elektrodi cita nosaukuma, kas pieder pusei no otrās grupas vārstiem, ir savienoti, tādējādi veidojot anoda un katoda vārstu zvaigznes, vārstu elektrodu kopīgos savienojuma punktus, kuros veido ierīces izejas spailes, un trīsfāzu transformators ar sekundāro tinumu, kas izgatavots pēc asimetriskas sešfāzu zvaigznes shēmas, kas sastāv no simetriskām apgrieztām zvaigznēm, kas savienotas viena ar otru, savienotas ar nulles punktiem, un apgriezto zvaigžņu fāzes tinumu apgriezienu skaita attiecība viens otram ir 
, un katra zvaigznes (reversās zvaigznes) tinuma fāzes spaile ar lielāku apgriezienu skaitu ir savienota ar neizmantotu pirmās vārstu grupas šūnas vārstu savienojuma punktu, kas raksturīgs ar to, ka pārveidotāja transformators ir aprīkots ar papildu līdzīgs sekundārais tinums, katra zvaigznes fāzes tinuma izeja (apgrieztā zvaigzne ), kura ar lielāku apgriezienu skaitu ir savienota ar neizmantotu otrās vārstu grupas elementu vārstu savienojuma punktu, un katra brīvā izeja vienai sešfāzu zvaigznei piederošā fāzes tinuma daļa ir savienota ar viena no vārstu grupu vārstiem brīvo elektrodu, kura otrais elektrods ir savienots ar pretfāzi, ko dod izvads ar citu sešu fāzes tinuma izvadi. -fāzes zvaigzne.
Izgudrojums attiecas uz ierīci tiešā sprieguma ģenerēšanai no maiņstrāvas sprieguma ar pieslēgtu paralēli diožu tilti, galvenokārt dzelzceļa elektroapgādei
Izgudrojums attiecas uz pārveidotāju tehnoloģiju, un to var izmantot, lai izveidotu regulējamas līdzstrāvas elektriskās piedziņas darbgaldiem, lai palielinātu to ātrumu, kā arī pārveidotāju apakšstacijās elektrificētu dzelzceļu barošanai elektrometalurģijas un ķīmiskajā rūpniecībā, lai samazinātu rektificētā sprieguma pulsāciju un samazināt augstāko harmonisko komponentu saturu maiņstrāvas līknē
Izgudrojums attiecas uz pārveidotāju tehnoloģiju un var tikt izmantots regulējamu līdzstrāvas elektrisko piedziņu izveidošanai, kas neuzliek paaugstinātas prasības ātrumam, kā arī dažādu elektroinstalāciju darbināšanai, kas neizvirza paaugstinātas prasības rektificētai sprieguma pulsācijai.