Способ преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в энергетике, автоматике вычислительной технике и других отраслях , потребляющих энергию постоянного тока. Цель изобретения - улучшение массогабаритных и энергетических характеристик. Преобразование напряжения по предлагаемому способу сводится к разложению каждой полуволны синусоиды исходного напряжения на п симметричных относительно амплитудных значений исходного напряжения импульсов разной длительности - от максимальной (Т/2) до минимальной (Т/2п), последующему изменению их мгновенных значений при условии равенства измененных импульсных напряжений (когда они не равны нулю), затем выделению абсолютных значений импульсных напряжений и сложению токов, определяемых этими напряжениями и нагрузкой. Процесс преобразования упрощается вследствие того, что не во всех каналах потоки энергии управляемые, повышение КПД и жесткости внещних характеристик осуществляется вследствие уменьшения потерь мощности из-за протекания потока энергии не по одному, а по нескольким каналам одновременно. 2 ил. (Л с:

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (В

А1 (511 4 Н 02 М 7/12

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП(РЬПИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

И А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4225684/24-07 (22) 08.04.87 (46) 15.01.89. Бюл. № 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) В.Г.Константинов (53) 621.314.632 (088.8) (56) Патент ФРГ № 1167437, кл. 21 d 1 72/02, 1964.

Авторское свидетельство СССР № 966828, кл. Н 02 М 7/02, 1981. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ

ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в энергетике, автоматике, вычислительной технике и других отраслях, потребляющих энергию постоянного тока. Цель изобретения улучшение массогабаритных и энергетических характеристик. Преобразование напряжения по предлагаемому способу сводится к разложению каждой полуволны синусоидь1 исходного напряжения на и симметричных относительно амплитудных значений исходного напряжения импульсов разной длительности — от максимальной (Т/2) до минимальной (Т/2n), последующему изменению их мгновенных значений при условии равенства измененных импульсных напряжений (когда они не равны нулю), затем выделению абсолютных значений импульсных напряжений и сложению токов, определяемых этими напряжениями и нагрузкой. Процесс преобразования упрощается вследствие того, что не во всех каналах потоки энергии управляемые, повышение КПД и жесткости внешних характеристик осуществляется вследствие уменьшения потерь мощности из-за протекания потока энергии не по одному, à по нескольким каналам одновременно.

2 ил.

1451822

1 кт, v тс ч к, к, (2) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в энергетике, автоматике, вычислительной технике и других отраслях, потребляющих энергию постоянного тока.

Цель изобретения — улучшение энергетических характеристик. 10

На фиг.1 изображены временные диаграммы напряжений и токов (а,б,в,г, д) для случая разбиения полупериода исходного переменного напряжения на два временных интервала (n=2) по два .участка в каждом; на фиг.2 — принв. ципиальная схема устройства для осуществления способа, пример выполнения.

На фиг. 1 показаны: а — деление исходного переменного напряжения Uc (с амплитудой Ч ) на составляющие напряжения; на первом интервале с

T T участками. от О до t и от — — t до—

2 2 25 исходное напряжение U равно перс

И вому составляющему напряжению U„, на втором интервале с участками от

Т Т Т до — и от — до — — t исходное

4 4 2 напряжение U делится на два сос(г) тавляющих напряжения — первое U,„ (г) с амплитудой Ч и второе U, с амплитудой V ; б — измененные мгно(1)

1I

35 венные значения первого составляющего напряжения на первом интервале—

U и втором интервале — U, ; в — из(() мененное мгновенное значение второго составляющего напряжения н а втором интервале — U г — выделенные (1) . гг абсолютные значения измененных составляющих напряжений, д — сложение средних значений (постоянных coc(i) тавляющих) токов (ток 1, на первом 45 (1) (2-) интервале и сумма токов I и Id на (г втором интервале, обусловленные выделенными абсолютными значениями составляющих напряжений, равны постоянной составляющей тока нагрузки 1к)).

Исходное переменное напряжение Uc делят на составляющие напряжения. На первом интервале оно содержит в соответствии с фиг. 1а одно напряжение, мгновенное значение которого равно исходному, т.е. У« =Б, а на вто55 ром — два составляющих напряжения (2) (1)

U «, и U, сумма которых равна исход1 ) (1) (1), ному напряжению, т.е. U 1) +U

1 при этом среднее значенйе напряже(I I ния Чс на участке первого интерр« вала равно среднем значению исход(s ного напряжения V на этом интер(I) вале, т. е. Ч =Ч () . На участке ср«срс второго интервала среднее значение первого составляющего напряжения

V равно среднему значению пер(1) ср« вого составляющего напряжения на первом интервале и среднему значению исходного напряжения на первом ин(1) (i) (1) тервале T° . e. Чср« =V «« =V« среднее значение второго составляю(z) щего напряжения V на втором инС 2I тервале равно разности средних значений исходного напряжения на втором Ч и на первом Ч< интерва(2) (()

cqc (z) (г) (z)C c (1) ()) е ° Чср г, Чср Чср „Чсрг Чср

Мгновенные значения составляющих напряжений изменяют: на первом интервале напряжение U (— в К)- раз, на (к) (z.i (1) втором интервале йапряжения U, и U, соответственно в К и Кт раз

I (фиг. 1б,в). При неравных временных интервалах коэффициент К составляет: (I) (1)

Кт «) — ЧИК, (1) где V — среднее значение измененной

ro напряжения на каждом участке, а коэффициент Кт определяется иэ условия равенства измененных значений составляющих напряжений на втором (Z) (1) интервале, т.е. из условия U, =Б или V = V и равен (z) (.1

« 11 («11

В выражениях для К и К„коэффициенты К (и Кг определяются Р«« кием системы уравнений для числа временных интервалов и = 2:

1451822

arcsin—

К, ч»

1 .. 1 г"

2 (— — sin(()dy= (sing- — )J(p, q

» 1 о 1 агсв п—

К, 1

Ц1 arcsin—

Й (sing - — )3q =К (— — sing)dq, К г К

arcs in— М»

1

arcsin—

К2 (— — s in(I») Ч =

К2

Ч1 а

1 н - arcsin—

К2 (sin 9 - — ) 4»р.

К2.

rcsin—

К2

20 !

В случае равенства временных интервалов при n = 2 коэффициенты К, Кт составляют: т

0 ) К 1 К

sining, т,Г2» т (4) 8

25 при этом oc,=

При любом количестве временных ин- >o rye К; — коэффициенты, определяемые тервалов и для коэффициента Кт спра- из уравнений:

arcpin— Ч

К» г (— — sinter)J(g=)(sin(p - — )ду, cp, = — " ; l .. 1 2») »

К, 1 К, Т о are sinâ

К, 1

К»

))i)))f)dq, 1».

arcsln

К;, (sin(g—

1 — )dq=К; (—

1 1

Т (6) arcsln—

К;;

1 1

arcsin— B -arcsin—

К)» Кп (— — sin(f)J(p= (sing — — )4<, 1 .. 1

К»» К», 1

P»)-i arcsin—

Кп

Уравнения (6), как и уравнения (3), являющиеся частным случаем, 55 получены из условий равенства средних значений измененных напряжений на всех интервалах и равенства вольт-секундных площадей положиЖ,Ч,,, >„, соответственно угловые и временные координаты участков, расположенных в первой четверти периода исходного напряжения, первого, i 1 и и-1-го интервалов. ведливы выражения (1) и (4). При неравных временных интервалах коэффициенты Kò ° ° ° ° ° K » ° ° ° Кт

1 к,.

vdK; ., Кт.

3" при этом 2 -i n (5) 1451822 6 тельных и отрицательных полуволн переменной составляющей выделенного абсолютного значениv измененного напряжения переменного тока.

При равных временных интервалах: д М, V 2sin < соз2(1-1) Ы.

II при этом eL = —, 2 i и.

4п (7) Устройство, реализующее способ, пример принципиальной схемы которого показан на фиг.2, содержит основной и дополнительный трансформаторы

1, 2 с последовательно соединенными первичными обмотками, свободными выводами подключенными к входным выводам, и вторичными обмотками, подключенными к входам выпрямителей 3 и 4, выходы которых соединены параллельно и подключены к фильтру 5 (если он необходим) или к нагрузке (показано пунктиром), управляемый ключ 6.1, выводы 6.2 и 6.3 рабочих контактов которого соединены параллельно с первичной обмоткой дополнительного трансформатора 2, а управляющий вывод 6.4 подключен к выходу коммутатора 7 управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом селекто" ра 8, подключенного к входным выводам устройства.

Выпрямители 3 и 4 могут быть выполнены по схеме со средним выводом (на фиг.2 показан пунктиром) или по однофазной мостовой схеме.

Рассмотрим работу устройства для случая, когда каждый полупериод исходного напряжения разбивают на два временных интервала: первый интерТ Т вал — от 0 до t и от — — t до

1 2 2 (или от -, до t, ) и второй интерТ вал — от t до — — t (фиг. 1а) . Это

2 разбиение осуществляется управляемым ключом 6,1, выводы 6.2 и 6.3 которого на первом интервале замкнуты,первичная обмотка трансформатора 2 закорочена и исходное напряжение приложено к первичной обмотке трансформатора 1. На втором интервале указанные выводы ключа разомкнуты и исходное напряжение делится между последовательно соединенными первичными обмотками основного и дополнительного трансформаторов 1, 2 (фиг.

1а). Операция изменения мгновенных

Временной интервал определяется селектором 8, который может быть выполнен по схеме, например, амплитуд- ного или временного селектора. При равенстве временных интервалов селектор выполняется по более простой схеме задающего генератора. Равенство временных интервалов, на которые разбивается полупериод исходного переменного напряжения, позволяет, кроме упрощения схемы селектора, уменьшить установленную мощность управляемых ключей, при этом сохраняется коэффициент формы выделенного абсолютного значения напряжения. значений составляющих напряжений в определенное число К> и К раз, 1 тк как и операция деления, осуществляется трансформаторами 1 и 2 при условии равенства на каждом интервале мгновенных значений напряжений на вторичных обмотках тех трансформаторов, первичные обмотки которых не закорочены (фиг ° 1б,в). Выпрямители 3 и 4 осуществляют на всех интервалах операцию выделения абсолютных .значений измененных составляющих напряжений (фиг.1г),а выпрямитель 3, кроме того, функцию ключа, разрывающего связь между параллельно соединенными выходами выпрямителей 3 и 4 и вторичной обмоткой трансформатора

2, когда напряжение обмотки равно нулю, !

Если число дополнительных трансформаторов больше двух, то соответствующие выпрямители разрывают связи между параллельно соединенными выходами всех выпрямителей и вторичными обмотками дополнительных трансформаторов, у которых напряжение равно нулю.

При разбиении полупериода исходного напряжения на и временных интервалов число дополнительных трансформаторов, дополнительных выпрямителей и управляемых ключей равно и — 1.

Сложение токов, обусловленных выделенными абсолютными значениями измененных составляющих напряжений, больших нуля, осуществляется в нагрузке °

Ключ 6.1 на фиг.2 управляется сигналами с выхода коммутатора 7, который может быть выполнен, например, по схеме пересчетного кольца.

7 1 из обретения

Формула

Способ преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, включающий операции определения нулевого, минимального и максимального значений исходного переменного напряжения, разбиения каждого полупериода исходного напряжения на и временных интервалов, при этом каждый интервал состоит из двух участков, расположенных симметрично относительно амплитудных значений исходного напряжения, изменения на каждом интервале мгновенного значения переменного напряжения и выделения абсолютного значения напряжения переменного тока, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, после разбиения на интервалы произ4 4, 451822 8 водят операции деления мгновенного значения исходного переменного напряжения на составлякнцие напряжения так, чтобы среднее значение того сос5 тавляющего напряжения, которое образуют на участке i-го интервала (где п i > 1), равнялось разности среднего значения исходного напряжения

1О на этом участке и среднего значения его на участке (i-1)-ro интервала, изменения мгновенных значений составляющих напряжений в свое определенное "число раз при условии равен15 ства измененных мгновенных значений всех составляющих напряжений на каждом интервале, выделения абсолютных значений измененных составляющих напряжений и сложения токов, обус20 ловленных выделенными абсолютными значениями измененных составляющих напряжений.

145! 822

Составитель Е.Мельникова

Редактор А.Маковская Техред M.Äèäûê

Корректор M Самборская

Заказ 7088/53 Тираж 645 Подписное

ВЦИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4