Сетевой трехфазный управляемый выпрямитель

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания в радиоэлектронной аппаратуре. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей. Устройство состоит из выпрямителя на диодах 1 - 12, подключенного к трехфазной сети. К выходу выпрямителя подключен конденсатор 18, включенный через управляемые ключи 16, 17 параллельно конденсатору 19. В цепь диодов 3, 6, 9 включены управляемые ключи 13 - 15. Возможность бестрансформаторного подключения выпрямителя к сети, а также небольшое время разряда емкости конденсаторов улучшают массу и габариты устройства. Ток, потребляемый от сети, не содержит постоянной составляющей, что увеличивает коэффициент мощности. В устройстве возможно использовать общую нейтраль. Нагрузка в зависимости от требуемой полярности выходного напряжения может подключаться к выходным выводам 27, 25 или 27, 26. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 H 02 M 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф

° °

Ов Ф (21) 4428463/24-07 (22) 23.05,88 (46) 30.12.90. Бюл, М 48 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Л.М.Браславский и А.М.Сажнев (53) 621.314,632(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 637929, кл. Н 02 М 7/12, 1974.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 523402, кл. Н 02 M 7/12, 1973. (54) СЕТЕВОЙ ТРЕХФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания в радиоэлектронной аппаратуре. Цель изобретения— улучшение энергетических показателей, Ус Ы „1617579 Al тройство состоит из выпрямителя на диодах

1-12, подключенного к трехфаэной сети. К выходу выпрямителя подключен конденсатор 18. включенный через управляемые ключи 16, 17 параллельно конденсатору 19. В цепь диодов 3, 6, 9 включены управляемые ключи 13 — 15. Возможность бестрансформаторного подключения выпрямителя к сети, а также небольшое время разряда емкости конденсаторов улучшают массу и габариты устройства. Ток, потребляемый от сети, не содержит постоянной составляющей, что увеличивает коэффициент мощности. В устройстве возможно использовать общую нейтраль. Нагрузка в зависимости от требуемой полярности выходного напряжения может подключаться к выходным выводам

27, 25 или 27, 26. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1617579

Изобретение относится к преобразовательной 1ехниге и может быть использовано в ка естее источника электропитания в радиоэлектронной аппаратуре, Цель изобретения — улучшение энергетических показателей.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема блока управления; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу выпрямителя; на фиг. 4 — диаграммы, поясняющие работу блока управления.

Устройства (фиг, 1) содержит диоды 112, управляемые ключи 13-17, конденсаторы 18 и 19, блок 20 управления, входные выводы 21 — 24 и выходные выводы 25, 26 и

27.

Входной фазный вывод 21 соединен с катодом диода 1 и анодом диода 2. Анод диода 1 соединен с анодом диода 3 и с одним выводом управляемого ключа 13, другой вывод которого соединен с катодом диода 2. Входной фаэный вь вод 22 соединен с катодом диода 4 и анодом диода 5

Анод диода 4 соединен с анодом диода 6 и одним выводом ключа 14, другой вывод которого соединен с катодом диода 5. Входной фазный вывод 23 соединен с катодом диода 7 и анодом диода 8. Анод диода 7 соединен с анодом диода 9 и одним выводом ключа 15, другой вывод которого соединен с катодом диода 8. 1атоды диоцов 3, 6 и

9 обьединены и саед 1нены с катодом диода

11» одной обкладкой конденсатора 18, а через управляемый ключ 16 — c одной обкладкой конденсатора 19 и выходным выводом 25, Катоды диодов 2, 5 и 8 обьединены и через диод 10 в обратном включ нии соединены с анодом диода 12. другой обкладкой конденсатора 18 и через управляемый ключ 17 — с другсп обкладкой конденсатора

19 и выходным выводам 26. Анод диода 11 и ка1ад диода объединены и ссединень с объединенными входным выводом 24 >I выходным выводом 27, Вход блока управления 20 соединен с входными выводами 2124, а выход (фиг. 2) — с управгяющими электродами 28-3i соответствующих ключей 13 — 17. Источ:1ик переменного напряжения (или четырехпроводная сеть) подключается фазными шинами А, В, С и нейтралью 0 к соответствующим входным выводам 21-24. Нагрузка (г,отребитель) выпрямителя подключается к выходному выводу 27 и к одному из выходных выводов 25 или 26 (в зависимости от требуемой полярности выходного напряжения относит..льна вывода 27), при этом другой из выводов 25 или 26 соединяется с выводом 27, Блок 20 управления (фиг. 2) содержит генератор ЗЗ тактовых импульсов ГТИ), три

ЗО

45 . 0

55 одинаковых по составу синхронизатора 34, 35 и Зв, комбинационный узел 37 и четыре согласующих каскада 38-41. Каждый синхронизатор состоит из порогового устройства 42, счетчика 43 и четырех компарат : ое

44-47.

Выход ГТИ 33 шиной 48 соединен с Свходом счетчика 43 в каждом синхронизаторе 34, 35 и 36. Р-вход счетчика 43 соедин. н с выходом порогового устройства 42, вход которого соединен с соответствующим входным фаэным выводом 21, 22 или 23.

Выход счетчика 43 соединен информационной шиной 49 с входом каждого из компарлторов 44 — 47, на другие входы которых заведены опорные числа (для синхронизатора А — это А>, Аъ Аз и А4). Выход компара . опав через комбинационный узел 37 соединен с входами согласующих каскадов

33 — 41, выходы KGTop&x саед.!HGHI I с сооТ ветствующими управляющими электродами

28 — 32 ключей 13-17. Блок управления упo."-.вляет работой ключей е соответствии с диаграммами, показанными на фиг. 3 и 4, где Um — амплитудное значение напряжения сети 01; 11 — ток, потребляемый о1 сети; 1д, з,!с — токи фазы А, В и С соответственно, U, Ll0 — напряжение на нагрузке и его среднее 3начение; Т3, тр — время заряда и разряда конденсатора 18; Т вЂ” период преобразуемоI c на;1ряжения; Al —.Ал, 31-В4 и С1-С4 — выходные синхроимпульсы соответственно синхронизаторов А, В и С.

:". этим блокoм упDàâëeíèÿ выпрямитель работает в двухполупериодном двенадцатитактном ре киме. преобразуя напряжение сети на уровне 0,7 от амплитудного значени,я.

Устройство работает следующим образом.

К выводам 21, 22 и 23 (фиг, 1) подключаются фазные шины P. А и С первично о источника или сети, а к выводу 24 — нейтраль

О. Пусть. на нагрузке требуется напряжение положительной полярности относительно нейтрали. Тогда нагрузка подключается к выводам 25 и 27, а клемма 26 должна быть ссединена с клеммой 27.

В установившемся режиме на кондеH" саторах 18. 19 имеется напряжение, полярность кот рого указана на фиг. 1, а форма— на >иr. 3 и 4.

С момента t> (фиг. 3) до момента р управляемь и ключ 13 (фиг. 1) открыт, а ключи

14 — 17 закрыты. В это время заряда конденсатор 18 подзаряжается от фазы A током ip, по цепи; вывод 21 — диод 2 — ключ 13 — диод

3 — конденсатор 18 — диод 12 — вывод 24, а напряжение на нагрузке поддерживается разряжающимся конденсатором 19 ilo цепи:

16,7579

35

45

55 конденсатор 19 — вывод 25 — нагруэка— соединенные выводы 26, 27 — конденсатор

19. С момента t2 после задержки для полного закрывания ключа 13 (фиг. 4) открываются ключи 16 и 17 и конденсатор 18 до момента сз разряжается на конденсатор 19 и нагрузку по цепи: конденсатор 18 — ключ

16 — конденсатор 19 и нагрузка — ключ 17— конденсатор 18. При этом форма напряжения на подэаряжающемся конденсаторе 19 и на нагрузке UH будет такой, как показано на фиг. 3 и 4. В момент сз (отрицательный полупериод для фазы В) вступает в работу фаза В. С момента сз и до момента с4 ключ

14 открыт, а остальные управляемые ключи закрыты. В это время конденсатор 18 подзаряжается от фазы В током 1в по цепи: вывод 24 — диод 11 — конденсатор 18 — диод

10 — ключ 14 — диод 4 — вывод 22, а напряжение на нагрузке поддерживается конденсатором 19, как и в первом цикле. В течение времени t4 — ts конденсатор 18 разряжается через открытые ключи 16 и 17 по . казанной ранее цепи. В третьем цикле работы (t5 — t7) с момента t5 и до момента с6 (отрицательный полупериод для фазы С) ключ 15 открыт, а остальные ключи закрыл ы. В это время конденсатор 18 подзаряжается от фазы С током

1с по цепи: вывод 24 — диод 11 — конденсатор

18 — диод 10 — ключ 15 — диод 7 — вывод 23, а напряжение на нагрузке поддерживается конденсатором 19, как и в предыдущих циклах. В течение времени to — t7 конденсатор

18 разряжается через открытые ключи 16 и

17 по указанной ранее цепи. В четвертом цикле работы (ст — tg) с момента ст и до момента св(положительный полупериод для фазы А) ключ 13 открыт, а остальные ключи закрыты, В это время конденсатор 18 подзаряжается от фазы А током iA второй раэ за половину периода преобразуемого напряжения. Дальнейшая работа выпрямителя легко усматривается из диаграмм фиг. 3 и 4.

Таким образом, каждая фаза сети за период преобразуемого напряжения работает четыре раза: два цикла (такта) заряд — разряд в положительный полупериод и два цикла в отрицательный полупериод. Длительность одного цикла равна Т/12.

Блок 20 управления (фиг. 2) работает следующим образом (на примере работы фазы А}.

Пороговое устройство 42 синхронизатора 34 в моменты перехода напряжения сети

V< фазы А (фиг. 4) через нуль вырабатывает синхроимпульсы, которые поступают на вход установки нуля счетчика 43 и каждый раз прерывают счет, На счетный вход счетчика 43 поступают импульсы с выхода генератора 33 тактовых импульсов. С выходов счетчика 43 текущее значение счета по информационной шине 49 поступает на входы компаоаторов 44 — 47, на другие входы которых заведены опорные числа А, Аг, Аз и А4, определяющие моменты (t<, t2, t7 и сз, фиг. 4) чачала и конца заряда конденсатора 18 по уровню 0,7 Um фазы А, В момент равенства числа импульсов, поступающих от ГТИ 33 через счетчик 43, и опорного числа каждый компаратор вырабатывает синхроимпульсы

А1. А2, Аз и А4. Эти иллпульсы поступаюг на комбинационный узел 37, который формирует управляющие импульсы заряда, разряда и, задержки (фиг. 4) соответствующей длительности, Эти импульсы через согласующие каскады 36 — 41 управляют работой ключей 13 — 17.

Г!о этому же принципу работает блок управления и под воздействием двух других фаз.

Таким образом, предлагае ь:и выпрямитель потребляет энергию от сети для накопления ее в конденсаторе 18 и в положительный, и в отрицательный полупериоды преобразуемого напряжения каждой фазы, т.е. он является двухполупериодным.

В отличие от трехфазных мостовых выпрямителей у него общая нейтраль.

Преимущества предлагаемого выпрямителя заключаются в возможности иметь общую заземленную нейтраль, что особенно важно в бортовой РЭА; разделении по времени потребления энергии от сети и потребление энергии нагрузкой, что уменьшает обратную помеху (через первичный источник) при импульсном токе нагрузки; более полному использованию установленнои мощности первичного источника и, как следствие, уменьшению массы, объема и стоимости первичHого источника и системы электропитания в целом, При этом частота первой гармоники пульсации выпрямленного напряжения равна 12f сети. Поэтому при дальнейшем сглаживании пульсации дополнительное фильтрующее устройство будет иметь меньшие массу и обьем.

Формула изобpeTeния

1. Сетевой трехфазный управляемый выпрямитель, содержащий три цепочки последовательно согласно соединенных основных диодов, общие точки которых образуют три входных вывода, аноды диодов каждой из цепочек подключены к ссответ тующим одним выводам управляемых ключей. другие выводы которых объединены, а такжедва выходных вывода, четвертый и пятый ключи и блок управления, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью улучшения э ер;етических показателей, до-.олнительно введены шесть диодов и два конденсато1617579 ра, при этом аноды каждого из трех дополнительных диодов подключены к соответствующим анодам основных диодов, входящих в указанные цепочки и соединенных с выводами ключей, катоды трех дополнительных диодов объединены и подключены к катоду четвертого дополнительного диода, соединенному согласно последовательно с пятым дополнительным диодом, анодом соединенным с анодом шестого дополнительного диода, катод которого подключен к объединенным катодам указанных цепочек основных диодов и объединенным выводам трех управляемых ключей, точка соединения четвертого и пятого дополнительных диодов образует четвертый входной и третий выходной выводы, первый дополнительно введенный конденсатор включен параллельно цепочке четвертого и пятого диодов, выводы этого конденсатора подключены к соответствующим первым силовым выводам четвертого и пятого ключей, вторые выводы которых подключены к первому и второму выходным выводам и зашунтированы вторым дополнительно введенным конденсатором.

2. Выпрямитель поп.1, отлича ющийс я тем, что блок управления содержит ге5 нератор тактовых импульсов, комбинационный узел, четыре согласующих каскада и три синхронизатора, каждый из которых состоит из порогового устройства, счетчика и 2N, компараторов, где N — число, показывающее

10 сколько раз за половину периода преобразуемого напряжения работает одна фаза, причем вход порогового устройства соединен с соответствующим входным выводом, а выход — с R-входом счетчика, С-вход кото15 рого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен информационной шиной с каждым компаратором, на другие входы которых заведены соответствующие опорные числа, при этом

20 выходы компараторов соединены с входами комбинационного узла, выходы которого через соответствующие согласующие каскады соединены с управляющими электродами управляемых ключей выпрямителя, 1617579 ! J

Фиг. 5

1617579

0,7 Um

Оорог А ус-Оо

Синк. имп. задврж

ИОну. зщ и раз ю з узел

0м

Фи8. 4

Составитель Л. Устинкина

Редактор М. Келемеш Техред М.Моргентал Корректор М, Шароши

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4126 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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