Преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕ- НИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий последовательно соединенные селектор временных интервалов и распределитель :импульсов управления, причем вход селектора временных интервалов подключен к входным выводам, управляемые ключи., число которых соответствует числу временных интервалов, управляющие выходы указанных ключей сое динены с соответствующими выходами распределителя импульсов управления, и трансформаторы, вторичные обмотки Б.мр.л - которых связаны с соответствующими . выпрямителями, выхода которых через .фильтры образуют соответствующие выходные выводы, о т ли чаю щи йс я тем, что, с целью упрощения и улучшения энергетических показателей, первичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и подключены к входным выводам, а введенные дополнительные обмотки трансформаторов подключены к силовым выврдам управляемых ключей. 2.Преобразователь по п. 1, отличающий ся тем, что, с це-. лью снижения потерь мощности в управляемых ключах, вторичные обмотки всех § трансформаторов соединены последовательно и подключены к входу соответ ствующего выпрямителя, 3.Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что, с цель снижения потерь мощности во вторичных обмотках, каждая из них подключена к входу отдельного выпрямителя, выходы которых .соединены параллельно и подключены к соответствующему фильтру. ю 4 О ОО

СОО3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3цр Н 02 М 7/217

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛМВ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3361428/24-07 (22) 09.12.81 (46) 15.04.83. Бюл. И 14 (72) В.И.Кадель, А.Л.Иванов и Н.С.До-. бробабенко (53) 621.314.6(088.8) (56) 1. Патент ФРГ и 1167437, кл. 21 dI72/02, 1964.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке М 3277581,.кл.Н 02 М7/02, 14.04.81..(54) (57) 1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ

ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий последовательно соединенные селектор вре" менных интервалов и распределитель импульсов управления, причем вход селектора временных интервалов подключен к входным выводам, управляемые ключи., число которых соответствует числу временных интервалов, управляющие выходы указанных ключей соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов управления, -и трансформаторы, вторичные обмотки,SU„„1012408 которых связаны с соответствующими выпрямителями, выходы которых через фильтры образуют соответствующие вы" ходные выводы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения и улучшения энергетических показателей, первичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и подключены к входным выводам, а введенные дополнительные обмотки трансформаторов подключены к силовым выводам управляемых ключей.

2. Преобразователь по и. 1, о т - . л и ч à е ù è é с я тем, что, с це".:. лью снижения потерь мощности в управляемых ключах, вторичные обмотки всех р трансформаторов соединены последовательно и подключены к входу соответ- . ствующего выпрямителя, 3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с цель снижения потерь мощности so вторичных обмотках, каждая из них подключена к входу отдельного выпрямителя, выходы которых, соединены параллельно и подключены к соответствующему фильтру.

1012408

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аппаратуре электромеханики, связи, вычислительной техники и автоматики, требующей питания рядом напряжений постоян- 5. ного тока.

Известен преобразователь напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока, содержащий трансформатор

10 с первичной обмоткой, подключенной к источнику переменного напряжения, одной вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке через выпрямитель, и второй вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке через свой выпрямитель

1 и управляемый ключ (1 ), Преобразователь позволяет, при несколько облегченном фильтре, полу- чить напряжение постоянного тока с заданной величиной пульсаций этбго напряжения. Однако для обеспечения

Формирования нескольких напряжений постоянного тока конструкция имеет большое количество управляемых ключей, включенных на стороне низкого напряжения. В результате имеются большие потери в ключах, объем и вес преобразователей завышен, а КПД недостаточно высок. Необходимость гальванической Развязки цепей управления си" ловыми ключами, включенными в разные выходные цейи и включение .их в цепи с постоянным током значительно усложняет схемотехнику и конструкцию таких преобразователей. 35

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь переменного тока в напряжение постоянного тока, содержащий трансформатор, один из внводов первичной обмотки которого образует первый входной вывод, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, фильтр, соединенный с выходом выпрямителя и образующий выходные выводы, селектор временных интервалов, коммутатор управляющих сигналов, дополнительные уп" равляемые ключи и дополнительные транс" форматоры, каждый из которых одним выводом первичной обмотки подключен к первому входному выводу, каждый из других выводов первичнОй обмотки соединен с первым выводом управляемого ключа, вторые выводы всех управляе" мых ключей объединены, образуя второй входной вывод, объединенные третьи вы-. воды управляемых ключей соединены с первым входным выводом, а каждый управляющий вывод управляемых ключей подключен к соответствующ у ь:ходу коммутатора управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом селектора временных интервалов, подклю" ченного к входным выводам, вторичные обмотки .всех трансформаторов соединены согласно-последовательно и подключены свободными выводами к входу выпрямителя (27 .

Недостатком известного преобразователя является выполнение ключей с двумя силовыми контактами или с перекидным контактом, а также гальваническая связь этих цепей с зажимами истбчника переменного напряжения и между собой это приводит к усложнению схемотехники силовых цепей и цепей управления ключами, что, в свою очередь приводит к усложнению конструкции преобразователя, несколько увеличиваются объем и вес, а также потери в ключах, поскольку замыкание обмоток трансформатора с каждым из зажимов источника переменного напряжения требует применения дополнительных элементов,при этом,ток,вызывающий потери в ключе, протекает по о нему в каждую из фаз управления клю" чом, т,е. постоянно.

Цель изобретения - упрощение и улучшение энергетических показателей, Эта цель достигается тем, что в преобразователе напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока, содержащем последовательно соединенные селектор временных интервалов и распределитель импульсов управления, причем вход селектора временных интервалов подключен к входным выводам, управляемые ключи, число которых соответствует числу временных интервалов, управляющие выводы указанных ключей соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов управления, и трансформаторы, вторичные обмотки которых связаны с соответствующими выпрямителями, выходы которых через фильтры образуют соответствующие выходные выводы, первичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и подключены к входным выводам, а введенные дополнительные обмотки трансформаторов подключены к силовым выводам управляемых ключей.

С целью снижения потерь мощности в управляемых ключах вторичные

10.1 2408

3 обмотки всех трансформаторов соединены последовательно и подключены к входу соответствующего выпрямителя.

Для снижения потерь мощности во вторичных обмотках каждая из них подключена к. входу отдельного выпрями теля, выходы которых соединены параллельно и подключены к соответствующему фильтру.,1В

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя.

Устройство содержит селектор 1 временных интервалов, подключенный: к входным выводам. Выход селектора 1 1з соединен с распределителем 2 импуль-. сов управления, выходы которого под" ключены к управляющим-выводам управляемых ключей 3 и 4, силовые выводы которых подключены к дополнительным -М обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и

8. Первичные обмотки 9 и 10 трансФорматоров 7 и 8 соединены между собой последовательно и подключены к входным выводам (источнику переменно-.2$ го тока) . Вторичные обмотки ll и 12 трансформаторов 7 и 8 соединены последовательно.и подключены к входу выпрямителя 13,.âûxoä которого подключен через фильтр 14 к нагрузке 15. ЗО

Схема преобразователя приведена относительно разбиения полупериода: исходного напряжения переученного тока на два временных интервала, т.е. с выделением только одного дополнительного интервала, При выделении ин" тервалов больше одного устройство

-должно содержать на каждый дополнительный интервал трансформатор, первич- ная обмотка которого включается последовательно с обмотками 9 и 10 вторичная обмотка - последовательно с, обмотками 11 и 12, к дополнительной обмотice подключаются силовые выводы своего

:управляемого ключа (аналогичного ключам 3 и 4), а управляющий вывод его подключается к выходу распределителя

2 импульсов управления. Для упрсйцения схемы на ней приведена цепь только одного напряжения постоянного тока для одной нагрузки 15. Для других нагрузок напряжения постоянного тока формируют-, ся аналогично, т.е. от своих вторичных обмоток, выпрямителей и Фильтров, соединенных аналогично вторичным обмоткам 11 и 12, выпрямителю 13 и фильтру 14.

На первом временном интервале, начало которого соответствует моменту равенства нулю мгновенного значения переменного напряжения до момента появления сигнала на выходе селектора

1, на одном из выходов (первом) распределителя.2 .формируется импульс, запирающий один иэ управляемых ключей (например, 3), а на других выходах распределителя 2, в данном Случае это второй выход, формируются импульсы, отпираащие все остальные управляемые ключи (в описываемом случае это ключ 4). Замкнутый ключ.4 эакорачива" ет вторичную обмотку 6 трансформато" ра 8 и тем самым и его первичную обмотку 10. Таким образом, на этомвре= менном интервале все входное напряже-ние, за исключением остаточного напряжения (на силовых выводах ключа 4), трансформированного в обмотку 10 трансформатора 8, оказывается приложенным к первичной обмотке 9 транс-. форматора 7. С соответствующим коэф-фициентом трансформации это напряжение трансформируется во вторичную обмотку 11 трансформатора 7. Поскольку напряжение на обмотке 12, включенной последовательно с обмоткой 11, близко к нулю, а падение напряжения на активном сопротивлении обмотки 12 от протекания тока нагрузки пренебрежительно мало по сравнению. с формируе-. мым в обмотке 11, то. практически все напряжение на обмотке. 11 прикладыва" ется через выпрямитель 13 к фильтру

14, который осредняет это напряжение.

Ila втором временном интервале на выходе селектора 1 вырабатывается такой сигнал, по которому на втором выходе распределителя 2 формируется отпирающий импульс для ранее запертого управляемого ключа (в описываемом случае. это ключ 3) и зайирающие им- . пульсы для всех остальных ключей 1 в описываемом случае это ключ 4).

В этот момент времени к фильтру

14 приложено все входное напряжение с коэффициентом трансформации от обмотки 6 и обмотки 12 трансформатора 8, так как напряжение на обмотке

11 близко к нулю.

Таким образом, в течение полупе" риода входного напряжения .к входу фильтра 14 прикладывается входное

- Устройство работает следующим об- разом. напряжение с соответствующим коэффициентом трансформации на каждом из выделенных временных интервалов.

1012

Селектор временных интервалов, для выделения дополнительных интер-, валов более одного, может быть как

Выпрямители 13 могут быть подключены входами к вторичной обмотке каждого трансформатора 7 и 8, а выходами - параллельно к входу фильтра 14, что уменьшает потери в об- S мотках 11 и 12 и является эффективным в случае формирования напряжений относительно большой величины (более 15-20 В).

В таком схемном варианте, при отпертом ключе 3 и запертом ключе

4, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке 11 трансформатора

7, заперт большим напряжением на выходе

Ф выпрямителя, подключенного к вторичной обмотке 12 трансформатора 8.

Ток rio обмотке 11 трансформатора

7 протекать не будет, и, соответственно в ней не будет рассеиваться дополнительная мощность, однако

zo ток через открытый управляемый ключ

3 несколько возрастет, так как протекание тока через обмотку 11 компенсирует часть магнитного потока трансформатора 7, создаваемого током обмотки 9 и, тем самым, уменьшает ток в обмотке 5 этого трансформатора и в ключе 3.

Для напряжений постоянного тока малой величины (до 15-20 В) потери во вторичной обмотке трансформатора меньше, чем в управляемом ключе этого трансформатора, поскольку определяющими будут потери в ди" одах выпрямителя 13 и целесообраз- . зз нее схемный вариант, приведенный. на чертеже.

При напряжениях постоянного тока большего уровня может оказаться предпочтительным подключение вы- 4@ прямителя к вторичной обмотке каждого трансформатора, так как потери в обмотках трансформаторов могут превысить потери в ключах. Однако необходимо учитывать, что такой схемный вариант ведет к увеличению необходимого числа диодов, что, в с свою очередь, увеличивает объем и вес конструкции.

Управляемые ключи 3 и 4 в схем" у> ном варианте, изображенном на чер" теже, представляют собой транзисторные ключи, через выпрямители подключенные к дополнительным обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и 8.

408 амплитудным, т.е. содержать несколь" ко параллельно включенных цепей из последовательно соединенных табилитро нов и балластных сопротивлений, так и временным, содеожащим счетчики времени, обнуляемые в моменты равенства входного напряжения нулю, или фазовым дискриминатором

Распределители импульсов управления могут быть собраны на регистрах, счетчиках, пересчетных кольцах и т.п. а управляемые ключи - йа управляемых тиристорах, симисторах, тиристорных схемах и т.п.

Селектор 1 временных интервалов, для случая выделения одного дополнительного интервала, может быть выполнен (см. чертеж) в виде диодного моста, в выходную диагональ которого включен через балластный резистор стабилитрон. На первом временном интервале, когда напряжение на входе моста ниже рабочего напряжения, стабилитрон закрыт и напряжение на выходе селектора 1 отсутствует. При превышении мгновенным значением входного напряжения рабочего напряжения стабилитрона, выбираемого равным напряжению на границе интервала, он пробивается и на выходе селектора появляется сигнал, отличный от нуля.

На выходе распределителя 2 импульсов управления от вспомогательного источника напряжения О „на первом временном интервале формйруется импульс (уровень) напряжения, отпирающий управляемый ключ 3, и уровень напряжения, близкий к нулю, запирающий ключ 4.

Включение управляемых ключей к введенным дополнительным обмоткам трансформатора существенно упрощает схемотехнику как силовой части клю-,ча, так и цепей управления.

Для реализации устройства необходим одиночный контакт, в отличие от прототипа, где управляемый ключ должен был иметь перекидной контакт, что. при реализации такого ключа на полупроводниковых элементах требует вдвое большего их количества. Благодаря тому, что первичные обмотки трансформаторов подключены последовательно и непосредственно к зажимам источника напряжения переменно"

ro тока, упрощаются и схемы управления ключами, так как они не требуют гальванической развязки. Кроме

1012408 8 того, такое включение управляемого ного тока..Уменьшаются потери в клюключа позволяет оптимально использо-. чах, поскольку.при разомкнуто..:. сосвать его по току, напряжению и мощ- тоянии ключа потери в его силовой ности, т.е. коэффициент трансформа- цепи отсутствуют. Преобразователь ции от первичной обмотки к дополни- s отличается повышенной технологичностью тельной дпя трансформатора может быть и надежностью, реализация твхничесвыбран произвольно, в отличие от схе- кого решения позволяет упростить схемы прототипа, где напряжение и ток мотехнику и конструкцию преобраэоватеключа определяются параметрами пер- ля, снизить вес, объем и стоимость вичного источника напряжения перемен- 16 устройства, повысить КПД.

Составитель. Е. йель ни кова

Редактор К.Волощук Техред Т.Иаточка Корректор И.Шулла

Ю ЮЮ ЮЮ Ю Ю Ю

Заказ 2786/68 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю» °

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

r !