Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, на стержнях которого расположены секции первичной обмотки, подключенные к входным выводам, и секции вторичной обмотки, общая точка соединения которых образует первый выходной вывод, а свободные выводы подключены к одноименным выводам двух вентилей, другие выводы которых объединены, образуя второй выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем снижения уровня пульсации выходного тока, магнитопровод снабжен дополнительным безобмоточным стержнем, выполненным с немагнитным зазором.

СОЮЗ С(:6ЕТСКИХ

INIINC Ì

РЕСПУБЛИК ()9) ((!) 4(5!) Н 02 M 7/06

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф !

1

r i

} (!

l

Фиа:1 (21) 3591615/24-07

:(22) 18.05.83 (46) 28.02.85..Бюп. Ф 8 (72) В.Г.Соколов и В.Н.Филатов

i(7t) Научно-исследовательский, :проектно-конструкторский и техноло-! гический институт силовой полунроводниковой техники Завода ™Электровыпрпиит ель" (53) 621 314.6(088.8) (56) 1. Размадзе Ш.N. Преобразовательные схемы и система. М., "Высшая школа", 1967, с. 15..

2. Каганов И.Л. Электронные и ионнь!е преобразователи. И.-Л., ГЭИ, f956. с. 62. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом; на стержнях которого расположены секции первичной обмотки, подключенные к входным выводам, и секции вторичной обмотки, общая точка соединения которых образует первый выходной вывод, а свободные выводы подключены к одноименным выводам двух вентилей, другие выводы которых объединены, образуя второй выходной вывод, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем Я снижения уровня пульсации выходного тока, магнитопровод снабжен дополнительнь)м безобмоточным стержнем, выполненным с немагнитным зазором.

11428

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может найти применение в качестве вторичных источников питания постоянным сглаженным током. S

Известны однофазные двухполупериодные однотактные преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие трансформатор с одной первичной и двумя последовательно (согласно между собой) соединенными вторичными обмотками, общая точка соединения которых образует один (нулевой) вывод преобразователя, а их свободные начало и конец подключены через вентили к второму выводу преобразователя (1) .

При подаче на вход преобразователя однофазного переменного напряжения на вторичных обмотках трансформатора формируется две системы однофазных напряжений, сдвинутые между собой по фазе на 180 эл. град. Так как каждая из вторичных обмоток выпрямляет только одну полуволну тока, они рабо- 25 тают в однократном режиме, в то время как на выходе преобразователя формируется двухпульсное выпрямленное напряжение.

Для устранения подмагничивания З0 магнитопровода .трансформатора постоянной составляющей токов, протекающих в его вторичных обмотках, при выполнении трансформатора броневой конструкции первичная и обе вторич 35 ные обмотки располагаются на одном стержне магнитопровода с обеспечением им жесткой магнитной связи, чтобы постоянные составляющие намагничивающих сил обоих вторичных обмоток ком- пенсировали друг друга. Одновременно достигается и уравновешиваниепеременных составляющих намагничивающий сил.

А при выполнении трансформатора стержневой конструкции его магнитопровод содержит два стержня с разнесенными на них первичными полуобмотками и вторичными обмотками. В этом случае взаимокомпенсация постоянных составляющих намагничивающих сил обоих вторичных обмоток достигается разбивкой вторичных обмоток на две секции и размещением по одной из них на каждом из стержней (соединением вторичных обмоток В зигзаг), Зтим 55 же обеспечивается и уравновешивание переменных составляющих намагничивающих сил .

77 3

Кроме того, в известных преобразователях высокий уровень пульсации выходных тока и напряжения, что требует установки на их выходе сглаживающих фильтров.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, секционированную первичную обмотку. и две вторичные обмотки, расположенные на соответствующих стержнях магнитопровода, общая точка согласнопоследовательно соединенных вторичных обмоток образует первый выходной вывод преобразователя, а их свободные начало и конец подключены через вентили к второму выходному выводу преобразователя (2j .

При подаче на вход преобразователя однофазного переменного напряжения вследствие поочередной работы вентилей обеспечивается двухтактный режим выпрямителя с формированием на выходе преобразователя двухпульсного постоянного тока и напряжения.

Выпрямленный ток содержит постоянную и наложенную на нее переменную составляющую удвоенной частоты. СлеI довательно, через вентили и вторичные обмотки трансформатора протека- ет ток второй гармоники. Однако cosдаваемые ими магнитные потоки удвоенной частоты направлены встречно и взаимокомпенсируют друг друга, т.е. собственное индуктивное сопротивление вторичных обмоток равно нулю и в сглаживании выпрямленного тока принимает участие только небольшая индуктивность рассеивания вторичных обмоток трансформатора.

Кроме того, у данного преобразователя высокий уровень пульсации выходного тока, что ухудшает его энергетические показатели.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей путем снижения уровня пульсации выходного тока преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, на стержнях которого расположены секции первичной обмотки, подключенные к входным выводам, и секции вторичной обмотки, общая точка соединения которых обрараллельно подключенные по отношению к нагрузке две цепи, состоящие из последовательно соединенных вентиля и одной секции вторичной обмотки трансформатора, вентиль 7 — секция 5 и вентиль 8 — секция 6 °

При отсутствии среднего стержня в магнитопроводе 2 трансформатора 1 создаваемые секциями 5 и 6 вторичной обмотки магнитные потоки второй гармоники направлены встречно, замыкаются через крайние стержни и взаимокомпенсируются, обеспечивая ничтожно малое суммарное потокосценление вторичных обмоток. Следовательно, собственная индуктивность секций вторичных обмоток трансформатора в этом случае не оказывает токоограничивающего сглаживающего эффекта по отношению к второй и кратном ей гармоникам выпрямленного тока.

Однако вследствк . введения дополнительного третьего среднего безобиоточного стержня с магнитопроводе 2 создается дополнительный путь протекания магнитного потока второй и кратным ей гармоникам. Поскольку по крайним стержням магнитопровода магнитные потоки направлены встречно, они в этом случае проходят, складываясь, через средний стержень.

Следовательно, в крайних стержнях магнитопровода, не происходит компенсеции магнитного потока второй и кратных ей гармоник. За счет собственного потокосцепления в размещенных на них секциях 5 и 6 вторичной обмотки наводится противо-ЭДС, компеисирующая вторую гармонику в выпрямленном напряжении, что обеспечивает снижение уровня пульсации выпрямленных тока н напряжения с 67 до 20-40X..

Обеспечивается эффект сглаживания выпрямленного тока собственной индуктивностью вторичной обмотки трансформатора.

При этом магнитный поток, обусловленный первой гармоникой тока, направлен в крайних стержнях согласно-последовательно и поэтому замыкается через крайние стержни даже при наличии дополнительного стержня, т.е. сам процесс выпрямления при этом не изменяется.

Поскольку собственная индуктивность секций вторичной обмотки трансформатора соизмерима с требуемой з, 142877 зует первый выходной вывод, а свооодные выводы подключены к одноименным выводам двух вентилей, другие выводы которых обьединены, образуя второй выходной вывод, магнитопровод снаб- 5 жен дополнительным безобмоточным стержнем, выполненным с немагнитным зазором.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 — 1О диаграммы токов и напряжений, харак, теризующие работу преобразователя.

Преобразователь содержит однофаз; ный трансформатор 1 с двух стержневым магнитопроводом 2, первичной об- 15 моткой с двумя секциями 3 и 4 вторичной обмоткой с двумя секциями 5 и 6, и вентили 7 и 8.

Первичная обмотка трансформатора 1 содержит две соединенные после- 20 довательно между собой секции 3 и 4 и размещенные на крайних стержнях магнитопровода 2. Секции 5 и 6 вторичной обмотки также размещены на разных крайних стержнях магнитопро- 25 вода 2 трансформатора 1 и соединены между собой согласно-последовательно.

Общая точка соединения секций 5 и 6 вторичной обмотки образует первый выходной вывод преобразователя, 30 а их свободные начало Й конец подключены через вентили 7 и 8 к второму выходному выводу преобразователя.

Иагнитопровод дополнительно содержит средний (третий) стержень, выполнен- З5 ный безобмоточным, с немагнитным зазором.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче на входные выводы сете-4О вого напряжения на его вторичных обмотках формируются две однофазные системы напряжений, .сдвинутые между собой по фазе на 180 эл. град. Вслед ствие этого вентили 7 и 8 работают 45 поочередно. со сдвигом ло фазе на

180 эл. град., обеспечивая формирова.ние на выходе преобразователя двухпульсного выпрямленного напряжения °

При подключении к преобразователю активной нагрузки.в цепи последней протекает постояннь1й ток, содержащий постоянную составляющую и наложенную на нее переменную составляющую удвоенной частоты с коэффициентом пульса-55 ции К„ 0,67.

Вторая гармоника тока нагрузки замыкается соответственно через па1142877

ЗИИИПИ Заказ 748/44 Тираж 646 Подписное

Филиала ШШ "Патежт", r. Ужгород, щ.Ярщцдиая, 4 индуктивностью сглаживающего реактора, происходит ограничение тока второй гармоники, протекающего по контуру, образованному нагрузкой н цепями, состоящими из секций вторичной обмдтки.и вентилей 7 и 8. Следовательно, результирукиций ток нагрузки имеет пониженный уровень пульсации. . Ha фиг. 2q приведена форма тока и напряжения на выходе преобразователя при отсутствии дополнительного среднего стержня и работе его на чис" то активную нагрузку.

Выходное напряжение содержит основную вторую гармонику, величина которой достигает 67,0Х, что обеспечивает недопустимо высокий уровень пульсации выходных тока и напряжения.

Вторая гармоника практически полностью выделяется на нагрузке, так как.собственная индуктивность обмоток трансформатора имеет для нее нулевое значение.

При наличии дополнительного среднего стержня вторичные обмотки транс-25 форматора оказывают второй гармонике сопротивление, обусловленное их собственной индуктивностью. Происходит перераспределение напряжения второй гармоники между нагрузкой и вторич- 30 ными обмотками трансформатора со снижением ее уровня на нагрузке, а следовательно, и пульсации выпрямленного напряжения.

Одновременно за счет собственной индуктивности секций вторичной обмотки трансформатора происходит и ограничение тока второй гармоники в цепи нагрузки и снижение уровня пульсации выпрямленного тока (фиг. 28-),.

Однофазные двухполупернодные однотактные схемы выпрямления с двухстержневым трансформатором широко применяются на практике в качестве различных вторичных источников питания малой и средней мощности в соче танин со сглаживающими фильтрами (в простейшем случае со сглаживающими реакторами).

Наличие сглаживающего реактора приводит не только к увеличению мас-" со-габаритных показателей преобразователей, но и к снижению КПД. Так как потери в .реакторах соизмеримы с sso- терями в трансформаторе преобразователя. При использовании в качестве сглаживающего реактора собственной ,индуктивности вторичных обмоток трансформатора эти потери полностью исчезают.

Поскольку постоянная составляющая выпрямленного тока создает во вторичных обмотках трансформатора постоянный подмагничивающий ноток, направленный по крайним стержням встречно и замыкающий через средний стержень, то необходимо ввести в средний стержень немагнитный зазор, вследствие этого суммарные массогабаритные показатели и КПД преобразователя улучшаются.