Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания пониженным напряжением с изменяемой полярностью и рекуперацией энергии в сеть, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и экономия электроэнергии. Устройство содержит выпрямитель 1, схему 6 накопления энергии и деления напряжения , инвертор 4, ведомый сетью, управляемые ключевые элементы 2,3,7, 8,9,10, дроссель 5 и устройство управления 12. Схема накопления энергии и деления напряжения через дроссель 5, соединенный с ключевым элементом 2, и ключевой элемент 3 соединена входом с выходом выпрямителя 1, входом соединенным с входными выводами 23,24 для подключения источника питания, Выход схемы 6 через ключевые элементы 7-10 соёди-: нен с выходными выводами 26,27 для подключения нагрузки 11. Инвертор 4 включен между входными выводами 23, 24 и выводами 25,14 схемы 6. Введение инвертора 4 обеспечивает дополнительный разряд конденсаторов 17 схемы 6 через дроссель 5 и полупроводниковые ключи 20 в сеть, а введение дополнительных ключевых элементов 8,9 позволяет получить на выходе устройства напряжения разных полярностей. 2 йл. i (Л со со

СОЮЗ СОБЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) (51) 4 H 02 M 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4043923/24-07 (22) 28.03.86 (46) 15,11,87, Бюл. N - 42 (71) Ленинградский политехнический институт им, М, И. Калинина (72) Ю, И, Бочаров, Ю, Д. Моторыгин и А, Н. Северцев (53) 621.314.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1181092, кл. Н 02 M 7/10, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Ф !325641, кл. Н 02 M 7/10,. 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть исполь-. зовано в качестве источника питания пониженным напряжением с изменяемой полярностью и рекуперацией энергии в сеть. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и экономия электроэнергии, Устройство содержит выпрямитель 1, схему 6 накопления энергии и деления напряжения, инвертор 4, ведомый сетью, управляемые ключевые элементы 2,3,7, 8,9,10, дроссель 5 и устройство управления 12. Схема накопления энергии и деления напряжения через дроссель 5, соединенный с ключевым элементом 2, и ключевой элемент 3 соединена входом с выходом выпрямителя входом соединенным с входными выводами 23,24 для подключения источника питания ° Выход схемы 6 через ключевые элементы 7-10 соединен с выходными выводами .26,27 для подключения нагрузки 11, Инвертор 4 включен между входными выводами 23, 24 и выводами 25,14 схемы 6, Введение инвертора 4 обеспечивает дополнительный разряд конденсаторов 17 схемы 6 через дроссель 5 и полупроводниковые ключи 20 в сеть, а введение дополнительных ключевых элементов 8,9 позволяет получить на выходе устройства напряжения разных полярностей. 2 ил, 13525

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания пониженным напряжением с изменяемой полярностью и рекуперацией энергии в сеть.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и экономия электроэнергии. 10

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 — даны эпюры токов и напряжений, где U — напря- 15 жение задания; U. — напряжение и ток конденсаторов; i„ i„ — токи нагрузки и питания.

Преобразователь состоит из неуправляемого выпрямителя 1 с кон- 20 денсатором фильтра на выходе, управляемых полупроводниковых ключей

2 и 3, инвертора 4 ведомого объекта, индуктивности 5, схемы 6 накопления энергии и деления напряжения, выходных ключей 7 — 10 нагрузки 11 и системы 12 управления. Схема накопления энергии и деления напряжения имеет входные выводы (точки)

13 и 14 и выходные шины 15 и 16 и состоит из параллельно соединенных цепочек из конденсатора 17, двух разрядных вентилей 18 и 19 в каждой, ! соединяющих конденсатор 17 с выходными шинами 15 и 16 управляемых

35 ключевых элементов 20, включенных между разноименными обкладками конденсаторбв смежных цепочек, например, между точками 21 и 22, Выпрямитель 1 и инвертор 4 вхо- 40 дами 23 и 24 соединены с сетью.

Выходы выпрямителя 1 через управляемые ключевые элементы 2, 3 и индуктивность 5 соединены с входами

13 и 14 схемы накопления энергии и 45 деления напряжения. Инвертор подключен к точкам 25 и 14.

Положительная выходная шина 15 схемы накопления энергии и деления напряжения соединена с разноименны- 50 ми выходными выводами 26 и 27 через управляемые ключевые элементы 7 и 8, Отрицательная выходная шина 16 соединена с разноименными выходными выводами 26 и 27 через управляемые ключевые элементы 9 и 10.

Система 12 управления состоит из задающего генератора 28, формирователя и распределителя 29 импульсов

99 2 и усилителей 30 — 34 мощности, управляющих ключами инвертора 4 и уппранляемыми ключевыми элементами

2у Зв 20> 7в 8ю 9в 10 °

Преобразователь работает следующим образом, В установившемся режиме напряжение переменного тока Un преобразуется в пульсирующее напряжение постоянного тока и сглаживается выпрямителем 1 с конденсатором фильтра. Входная индуктивность элемента

5 выбирается из условия обеспечения добротности контура заряда конденсаторов 17 Q » l. Выражение добротности контура имеет вид где L — индуктивность контура;

С вЂ” емкость контура;

R — суммарное сопротивление контура.

В соответствии с напряжением задания U (фиг. 2) система 12 управления вырабатывает импульсы управления, которые через усилители 31 и 32 мощности, обеспечивающие гальваническую развязку и усиливающие сигнал, поступают на входные управляемые, ключевые элементы 2, 3 и 20, Ключи

2, 3 и 20 открываются, и конденсаторы 17 начинают заряжаться током 1 (полагая Q h) 1)

ЙП2 xa U 4

= С вЂ” ->"- — --sin — —, ГГС WLС

-", Г= в момент времени t = I ЬС ток заряда 1.с проходит через нуль, после чего меняет направление на обратное, При этом осуществляется естественная коммутация полупроводниковых ключей 2, 3 и 20 (данный способ позволяет в качестве полупроводниковых ключей применить тиристоры с естественной коммутацией), При одинаковой емкости конденсаторов 17, каждый из них заряжается примерно до 1/N части удвоенного амплитудного значения напряжения (Ucg — напряжение на конденсаторе, изменяющееся по закону

-я

U =Up(1-e cost/ LC, в момент времени t = .С напряжения на конденсаторах достигают величины ь

Ц» (1-e ) при Q» 1 UcÄ«

После прекращения заряда конденсаторов ключи 2, 3 и 20 запираются

1352599 и от системы 12 управления через усилитель 34 мощности импульсы управления поступают на полупроводниковые ключи 7 и 10 при напряжении

11 11

5 задания + Ут или через усилитель

33 мощности — на полупроводниковые ключи 8 и 9 при напряжении задания "-" U . Ключи 7 и 10 или 8 и 9 открываются и происходит параллель- 10 ный .разряд конденсаторов 17 через разрядные вентили 18 и 19 и полупроводниковые ключи 7 и 10 или 8 и 9 на нагрузку, частным случаем которой может быть двигатель постоянного то- 15 ка. Направление тока в нагрузке определяется напряжением задания. Благодаря полному разряду конденсаторов (фиг. 2) емкость последних определяется по формуле

20 (NU ) С

Ы

40 Преобразователь переменного на45

Ро

С

1 с м О <С где P — тре буемая мощно с ть на выходе преобразователя;

f — частота коммутаций, и минимальна по сравнению с прототипом, что уменьшает массогабаритные показатели преобразователя, Регулирование среднего значения напряжения на нагрузке происходит изменением частоты коммутаций полупроводниковых ключей. Преобразователь осуществляет гальваническую развязку между напряжением питания и нагрузкой, Гальваническая развязка реализуется благодаря последовательной работе зарядных 2, З.и 20 и разрядных 7, 10 или 8, 9 полупроводниковых ключей.

При изменении знака напряжения или резком уменьшении величины напряжения на нагрузке, или, если в качестве нагрузки используется электродвигатель и он работает в генераторном режиме, в преобразователе предусмотрен режим возврата энергии в питающую сеть, В режиме рекуперации энергии в сеть преобразователь работает следующим образом, После разряда конденсатора 17 через разрядные вентили 18, 19 и полупроводниковые ключи 7, 10 или 8, 9, ключи 7, 10 или 8, 9 запираются.

С системы 12 управления приходят импульсы управления на полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 соответственно. При этом полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 открываются и конденсаторы 17 через вентили 18, 19 переэаряжаются энергией, накопленной в нагрузке, причем на-, пряжение U будет противоположного знака по сравнению с напряжением U при заряде конденсаторов от напряжения питающей сети, После перезаряда полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 закрываются и система 12 управления вырабатывает импульсы управления, которые через усилители

30 и 32 мощности поступают на полупроводниковые ключи инвертора 4, ведомого сетью, и на полупроводниковые ключи 20, Конденсаторы 17 через полупроводниковые ключи 20 соединяются последовательно и через индуктивные элемент 5 и инвертор 4, ведомый сетью, разряжаются в сеть. Энергия, отдаваемая в сеть преобразователем, определяется из выражения где U — напряжение на нагрузке.

Введенные в схему преобразователя функциональные узлы: инвертор, ведомый сетью, задающий генератор (преобразователь напряжение — частота), формирователь и распределитель импульсов, усилители мощности могут быть выполнены по известным схемам.

Формула изобретения пряжения в постоянное, содержащий соединенный входом с входными выводами для подключения источника питающего напряжения выпрямитель с конденсатором фильтра, подключенным к его выходу, одна из обкладок которого подключена через первый входной управляемый ключевой элемент к первому входу, а другая через последовательно соединенные второй входной управляемый ключевой элемент и индуктивный элемент — к второму входу схемы накопления энергии и деления напряжения, состоящую иэ параллельно соединенных цепочек, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных конденсатора и двух вентилей, один из которых катодом подключен к одной иэ выходных шин

99 фиг. 2

Составитель Л. Устинкина

Редактор Н. Слободяник Техред M.Õoäàíè÷

Корректор, М. Шароши

Подписное

Заказ 5573/54 Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4

5 13525 схемы, а анодом — к одной из обкладок конденсатора, другой анодом подключен к другой выходной шине схемы, а катодом — к другой обкладке кон5 денсатора, и выходных ключей, каждый иэ которых включен между разноименными обкладками конденсаторов соответствующих смежных цепочек, причем положительная выходная шина )0 схемы накопления энергии и деления напряжения подключена к аноду одного ключевого элемента, катод которого соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, а ее отрицательная выходная шина соединена с катодом другого ключевого элемента, анод которогб соединен с вторым выходным выводом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью рас- О ширения функциональных возможностей и экономии электроэнергии, между точкой соединения второго входного управляемого ключевого элемента с индуктивным элементом, первым входом схемы накопления энергии и деления напряжения и входными выводами включен дополнительно введенный инвертор, ведомый сетью, указанные выходные ключи выполнены в виде управляемых ключевых элементов и введены два дополнительных ключевых элемен- . та,,причем положительная выходная шина схемы накопления энергии и деления напряжения соединена с катодом одного из указанных дополнительных ключевых элементов, анод которого соединен с вторым выходным выводом, а ее отрицательная шина соединена с анодом другого дополнительного ключевого элемента, катод которого соединен с пе рвым выходньи в ыво— дом.