Преобразователь напряжения

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевые элементы, состоящие из электродов с расположенными между ними управлярцими током слоями , и ВЫХОДНОЙ трансформатор с отводом от его средней точки, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массо-габаритных характеристик путем совмещения функций ключевых элементов и обмоток трансформатора на стороне низкого напряжения, ключевые элементы вьтолнены в виде разомкнутых в ОДНОМ месте колец или спиралей, обхватывающих сердечник трансформатора . 00 о со со 00

0% (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

IIIIIt

РЕСПУБЛИН g „Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

В ° \

° °

АА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТВЙ

Н АВТОАСНОВУ СВНВВТВТВСТВУ (2 1) 354 1338/24-0 7 (22) 10. 01. 83 (46) 23. 12.84 Бюл. М- 47 (72) А.Л.Баранников, М.M.Êàïóñòèí, И.ВАСерединин и А.В.Терехов (53) 621.314.57(088.8) (56) 1. Лекоргийе. Управляемые электрические вентили и их применение. М., "Энергия", 1971.

2. Чиженко В.М. и др. Основы преобразовательной техники. М., "Высшая школа", 1974, с. 227, рис. 8.4б., (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевые элементы, состоящие из электродов с расположенными между ними управляющими током слоями, и выходной трансформатор с отво-. дом от его средней точки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массо-габаритных характеристик путем совмещения функций ключевых элементов и обмоток трансформатора на стороне низкого напряжения, ключевые элементы выполнены в виде разомкнутых в одном месте колец или спиралей, обхватывающих сердечник трансформатора.

1t30998 раза снизить потери мощности в ключевых элементах и на 5-107 повысить

КПД инвертора или выпрямителя (2) . !

Недостатком известного преобразователя является то, что в трансфор-. маторе необходимо иметь две обмотки, через каждую из которых проходит половина мощности. Кроме того, при большой силе тока приходится либо увеличивать площадь .сечения провода обмотки и шин, соединяющих ее с клю40 чевыми элементами (что приводит к росту массы и размеров трансформатора и преобразователя в целом), либо мириться с повышенными омическими потерями в шинах и обмотке.

Цель изобретения — повышение КПД и улучшение массо-габаритных характеристик преобразователя путем совмещения функций ключевых элементов и обмоток трансформатора на стороне низкого напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе напряжения, . содержащем ключевые элементы, состоящие из электродов с расположенными между ними управляющими током слоями и выходной трансформатор с отводом от его средней точки, ключевые

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке мощных источников вторичного электропитания.

Известны преобразователи, служащие для преобразования постоянного тока в переменный с целью изменения его напряжения — инверторы и устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный — выпрямители. Эти преобразователи включают в себя газоразрядные или полупроводниковые элементы и трансформатор (1) .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь напряжения постоянного тока со средней точкой трансформатора, в котором ключевыЕ элементы состоят из электродов с расположенными между ними управляющими током слоями, при этом силовые переходы ключевых элементов соединены последовательно с обмотками выходного трансформатора. В этом преобразователе ток проходит только через один ключевой элемент, а не по-. следовательно через два, как в мостовой схеме. Это позволяет в два

25 элементы выполнены в виде разомкнутых в одном месте колец или спиралей, обхватывающих сердечник трансформатора.

На фиг.1 показана конструктивная схема преобразователя, на фиг.2 вариант исполнения ключевого элемента.

Преобразователь содержит ключевой элемент (в данном случае диод), который имеет два кольцевых металлических электрода — анод 1 и катод 2, между которыми помещается управляющий током слой 3 — полупроводник с р-п-переходом или плазма. Электроды и управляющий слой разделены изоляторами 4. Внутри кольца помещается сердечник трансформатора 5 с выходной обмоткой 6. Управляющий слой не обязательно должен быть сплошным. Он может быть набран из.отдельных элементов (фиг.2), стрелками показаны направления токов и электрических полей).

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с законом электромагнитной индукции в пространстве вокруг сердечника трансформатора 5, в котором имеется магнитный поток Ф гАФ возникает ЭДС Гин =- д =

Ж

Ключевой элемент является незамкнутым проводящим контуром, между кон-! цами к отор or о АА и ВВ наводится

ЭДС щу. Если начало точки А анода t соединить с концом В катода 2 через нагрузку, как в выпрямителе, или через источник питания, как в инверторе, то происходит следующее. Если управляющий слою 3 находится в проводящем состоянии, то анод 1 и катод 2 закорочены между собой по всей их поверхности,и представляют из себя виток обмотки трансформатора, между концами которого находится ЭДС у .

%- д

Ч8 Чв

4 д В» А .Синд.

Так как точки А,А и В,В замкнуты через нагрузку или источник питания, то по электродам ключевого элемента 1 и 2. и управляющему слою 3 течет ток . Его направление показано стрелками.

Если управляющий слой 3 находится в непроводящем состоянии, т.е. не проводит ток в направлении анодФиг 3

Составитель И.Никитин

Редактор Н.Лазаренко Техред М.Надь Корректор М.Леонтюк

Заказ 9624/42 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 11309 катод, то электроды 1 н 2 ключевого элемента представляют собой два витка обмотки, концы которой разомкнуты. Для выпрямителя, когда точки

В и А замкнуты через нагрузку, мож/ но записать

,=Ч„

Ч В (. в инд. откуда следует 10 4 " в 4в4на, в (ин3.

Таким образоМ, по всей поверхности анода 1 и катода 2 между ними имеется разность потенциалов а

Р равная gg g, но ток не течет, так как анод 1 и катод 2 разделены непроводящим управляющим слоем 3, а точки В и А — диэлектриком 4.

Для инвертора . = 4 ист а -в= Сина Оист

Таким образом, в предлагаемом преобразователе отсутствует обмот98 4 ка трансформатора на стороне низкого напряжения, поскольку ее функции выполняют ключевые элементы. От- сутствуют также н шины, соединяющие ключевые элементы с обмотками трансформатора. Отпадает необходимость в шасси и деталях крепления ключевого элемента, так как для этой цели используется сердечник трансформатора. Все это позволяет снизить массу и габариты устройства, повысить

его КПД за счет отсутствия омических потерь в шинах и обмотках низкого напряжения.

Эти преимущества наиболее полно выявляются.в сильно точных преобразователях, когда размеры электродов ключевых элементов достаточны, чтобы обернуть их вокруг сердечника трансформатора, а масса шин и обмоток и потери в них составляют значительную величину в общей массе и потерях в преобразователе.