Преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качествевторичного источника электропитания. Цель изобретения - улучшение формы потребляемого тока. Преобразователь однофазного переменного напряжения -в. постоянное состоит из трансформатор^ первичная обмотка 2 которого подключена к однофазному источнику переменного то^ ка, а вторичная обмотка 3 выполнена с симметричными относительно среднёгр вывода ' 4 отводами 7 и 8. Крайние выводы 5 и 6 вторичной обмотки 3 и ее отводы через OQ-. новные 15 и 16, вспомогательные 17 и 18 и дополнительный 19 диоды соединенЬ1 с соответствующими выводами общей обмотки : дросселя 9. При этом отводы 10,12 и 12,13 дросселя 9 образуют первую и вторую ос-, новные обмотки, а отводы 13 и 11 - дополнительную обмотку дросселя 9. Указанное выполнение устройства позволяет формировать плавную кривую потребляемого тока, близкую к. синусоиде, с заранее заданными искажениями за счет возможности переключения чисел витков в обмотках дросселя. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.слс"МI:3

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ((() (5!)5 Н 02 М 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ, КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«4

О

О

4ъ. 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4802202/07 (22) 23,01.90 (46) 30.01.92. 6юл ЛФ4 (71) Центральный научно-исследователь= . ский институт автоматики и гидравлики (72) В.Н.Бродовский, Б.Н.Кзржааов;Т,Т.Прохорова, Q.A.Ñòîðoæeâ и В,А.Шатило (53) 621.314;5 (088.8) (56) Иванов.-Цыганов А.И. Электротехниче- ские устройства радиосистем. М.: Высшая. школа, 1973, с.113, рис.6 — 10.

Авторское свидетельство СССР

М 412658, кл. Н 02 М 1/14, 1974, Каржавов Б.Н. Некоторые вопросы,аппроксимации синусоиды ступенчатой кривой

Электронные средства преобразования электрической энергии (материалы семинара, с.95), M. ЦНИИ информации и техникоэкономических исследований, 1986.

, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится.к электротехнике и может быть использовано в качестве

2 вторичного источника электропитания.

Цель изобретения — улучшение формы потребляемого тока. Преобразователь однофаэного переменного напряжения .в постоянное состоит. из трансформаторв,- первичная обмотка 2 которого подключена к однофазному источнику переменного тока, а вторичная обмотка 3 выполнена с симметричными относительно среднего вывода

4 отводами 7 и 8. Крайние выводы 5 и 6 вторичной обмотки 3 и ее отводы через ос-.. новные 15 и 16, вспомогательные 17 и 18 и дополнительный 19 диоды соединены с соответствующими выводами общей обмотки, дросселя 9. При этом отводы 10, 12 и 12, 13 дросселя 9 образуют первую и вторую ос-, новные обмотки, а отводы 13 и 11 — допол- нительную обмотку дросселя 9. Указанное выполнение устройства позволяет формировать плавную кривую потребляемого тока, близкую к.синусоиде, с заранее заданными искажениями эа счет возмо®ности переключения чисел витков в обмотках дросселя. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1709479 чение F не изменяется за полупериод выпрямляемого напряжения.

Преобразователь однофазного-пере. менного напряжения в постоянное работает следующим образом.

При отсутствии напряжения на входе преобразователя (выпрямителя), т,е, когда мгновенное значение (01 = Umsln в t) вход-ного напряжения равно нулю, все диоды (кроме диода 19) закрыты, т.е. находятся под обратным напряжением, равным напряжению на выходе (на R»), По мере увеличения мгновенного значения 01= Umsln et äî величйны, когда напря5 жение между отводами 4 — 7 (или 4 —. 8) вторичной обмотки становится больше напряжения на выводах 11 — 13 вспомогательной обмотки дросселя, диод 17 (или 18) открывается, а диод 19 закрывается. Ток в

0 обмотке дросселя, протекавший ранее через всю обмотку дросселя с числом витког Л1==. Ц+1М+W3, где W f, Wz, йlз-числа витков обмоток, образующих общую обмотку дросселя„с этого момента протекает че-.

5 рез часть обмотки (между выводами 13 — 10) с меньшим числом витков И/и = Wz+ М/з. При этом амплитуда тока в дросселе увеличивается с Il до! и (фиг.3) и этот ток трансформируется . в первичную обмотку

0 трансформатора 1. Амплитуда тока в этот . момент (фиг.4) равна: пг 21 = — Ill

1 п1 где n> — число витков первичной обмотки 2

5 трансформатора 1;

nz — число витков между отводами 4 — 7. (или 4- 8) вторичной обмотки 3 трансформатора 1.

При дальнейшем увеличении мгновен0 кого значения выпрямляемого напряжения, когда напряжение между отводами 5-7(или

6 — 8) обмотки 3 (фиг.1) становится больше напряжения между выводами Ц вЂ” 13 второй обмотки дросселя 9, диод 15 (или 16) откры5 вается, а диод 17 (или 18) закрывается. Ток в дросселе в этом случае протекает через первую основную обмотку дросселя с меньшим числом витков (М/з), С этого момента амплитуда тока в дросселе становится рав0 ной 1л (фиг.3), а амплитуда тока в первичной обмотке трансформатора (фиг.4) пг + пз ,!з1 — ш:

nj

Такал величина тока существует в схеме

5 до тех пор, пока мгновенное значенйе выИзобретение относится к электротехни.ке и может найти применение в схемах выпрямления переменного напряжения, в частности, для вторичных источников питания, .Э

Целью изобретения является улучшение формы потребляемого тока.

На фиг.1 представлена схема предлага-. емого преобразователя с вспомогательной обмоткой; на фиг.2 --то же, с дополнитель»- 10 ной обмоткой (в общем случае N > 1, где N— количество дополнительных обмоток); нэ фиг.3 и 4 — временные диаграммйтоков в предлагаемом преобразователе, на фиг,5— осциллограмма потребляемого тока в маке- 1 те преобразователя.

Преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное (фиг.1) содержит. трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 для подключения к источнику вы- 2 прямляемого напряжения и вторичной обмоткой 3 с отводом 4 от середины ее витков, крайними выводами 5 и 6 и симметричными отводами 7 и 8, дроссель 9, обмотка которого снабжена выводами 10 — 13, при- 2 чем выводы 10, 12 и 12, 13-образуют соответственно первую и вторую основные обмотки, а выводы 13 и 11 — вспомогательную обмотку, конденсатор 14, включенный между первым выводом 10. (являющимся 3 первым выходным выводом преобразователя) первой основной обмотки дросселя 9 и отводом 4 (являющимся вторым выходным выводом) вторичной обмотки 3 трансформатора, основные встречно включенные дио- 3 ды .15 и 16, включенные между крайними выводами 5 и 6 вторичной обмотки З.трансформатора 1 и общим выводом 12 основных обмоток дросселя 9, и вспомогательные диоды 17 и 18, включенные между симметрич- 4 ными отводами 7 и 8 вторичной обмотки 3 и выводом 13 обмотки дросселя 9, Отвод 4 обмотки 3 через дополнительный диод 19 соединен со свободным выводом 11 общей обмотки дросселя 9. Выходом устройства 4 являются клеммы конденсатора 14, к которым подключается нагрузка (R» на фиг.1). В . общем случае диод 19 и соединенная с ним вспомогательная обмотка могут отсутствовать (как показано, например, на фиг.2, где 5 обмотка с числом витков W1) является дополнительной обмоткой).

Принцип работы. предлагаемого преобразователя основан на постоянстве величины намагничивающей силы в дросселе (F = 5

Щза время, равное полупериоду выпрямляемого напряжения. Поэтому при переключении (с помощью диодов) числа витков (W) в общей обмотке дросселя происходит изменение величины тока (I), поскольку знапрямляемого напряжения, уменьшаясь (с увеличением значения аа > и/2); не станет на отводах 5-,7 или 6 — 8 трансформатора 1. меньше напряжения на выводах 13 — 12 вто1709479 рой основной обмотки дросселя (с числом витком Ф/г)„после этого диод 15.или 16 as.крывается и.ток протекает через открывшийся диод 17 или 18 и часть обмотки (между выводами 13 — 10) дросселя 9 (c чис- 5. лом витком Щ1 = W2+ Nf3). Величина тока в дросселе 9 и трансформаторе 1 соответот-венно уменьшаются до величин. Ill и !21. При дальнейшем уменьшении мгновенного зйsчения найряжения U> происходит выключе- 10

we диода 17 или 18 и включение диода 19;

С этого момента времени ток в дросселе . протекает по полной обмотке с числом вит- ков М/1 = W> + W2 + W3, а его величина становится равной Il. Ток в обмотках транС- 15 форматора исчеэает и в его кривой появляется нулевая ступень. При отсутствии диода

19 (фиг.2) кривая тока нулевую ступень не имеет.

Таким образом, форма потребляемого 20 тока приближается к синусоиде, причем чем больше сделано выводов в обмотке дрос-— селя и отводов во вторичной обмотке трансформатора (с соответствующим уве.личением числа диодов), тем больше абра- 25 зуется ступеней в кривой потребляемого . тока.

В схеме, приведенной на фиг 1, чйсло ступеней (для упрощения описания) выбра-, но равным пяти, за полупериод выпрямляе- 30 мого напряжения, причем использован. оптимальный способ построения ступенча- той кривой с неравномерным шагом квантования. Поэтому переключение чисел витков производится при значении йй, равном. 35

14,4; 45,4 ; 134,6,и,165,6, В этом случае

- отношение

31 $1и 67,6 1 856

121 з1и 29,9 . 40 а соотношение витков вторичной обмотки трансформатора (п) и обмотки дросселя (W)выбрано следующим: /г + 3 — 0 66.

W +W2+Яз

У /3 — P 55

1/1/г + У /3 иг+"3 =102 иг

При этом

121 (у1/2 + W3) — = 131 W3 и1 и1 иг пг + пз"

Il (W1 + юг + ЧЧ3) = 1я (W2+ W3) = 1иМз = F.

Разложение в ряд Фурье кривой потребляемого тока показывает, что наиболее низкие гармоники 3, 5 и 7 имеют амйлитуду не более 4, а наибольшую амплитуду имеют 11 и 13 гармоники (до 10®. При этом

I коэффициент гармоник в кривой тока со- ставляет 15 .

В предлагаемой схеме ореобразователя за счет,.переключения чисел витков в обмотках дросселя выходное напряжение увеличивается на 12 по сравнению с выходным напряжением стандартного 1 Сфильтра.

Таким образом, в предлагаемом преоб-: разователе формируется более плавная кривая потребляемого тока, чем в известных, которая (за счет увеличения числа отводов в обмотках и диодов) может быть приближена к синусоиде с заранее заданными искажениями. Так, при увеличении выводов в обмотке дросселя на 1.и отводов (и диодов) вторичной обмотки на 2 (симметричных относительно средней точки) коэффициент гармоник уменьшается до 11,4, а амплитуды гармоник 3, 5, 7, 9 и 11 не превышают 2О/, Амплитуды 15 и 17 гармоник (которые имеют наибольшие из высших амплитуды) не превышают 7 g, и т;д. . По предлагаемой схеме (фиг.1) был.собран макет преобразователя; При напряжении питания 40В частоты 1000 Гц выхоДное напряжейие было выбрано 50 В. Выпрямитель работал на нагрузку RH = 49 Ом. Он был собран на трансформаторе ОЛ40/64 32 с обмотками: n< = 70 витков, пг = 84 витка, из =. 2 витка и дросселе ШЛ25х32 с обмотками W< = 140 витков, W2= 128 витков, W3=

= 16Ñ витков с использованием диодов

2Д213А. Осциллограмма потребляемого тока приведена на фиг.5. При этом.эффективное значение потребляемого тока равнялось 1,38 А.

Формула изобретения

1. Преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника питающего напряжения, а крайние выводы для его вторичной обмотки, выполненной с отводом ат середины ее витков, соединены между собой через два встречна включенных основных диода, два вспомогательных и адин дополнительный диоды, включенные в том

0 же направлении, что и основные диоды, дроссель с двумя основными обмотками, один из выводов первой обмотки которого соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки и выводом первой

5 обкладки конденсатора, вывод второй обкладки. которого соединен с укаэанным отводом вторичной обмотки трансформатора, образующим второй выходной вывод, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения формы потребляемого тока, в негодопални1709479

Фиг.4

Фиг.5

Составитель Л,Устинкина

Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий

-Редактор А,Лежнина

Заказ 434 . Тираж . Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, ж-35. Раушская.наб., 4/5 .

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тельно введены 2N вспомогательных диодов, дроссель,снабжен N äoïîëíèòåëüíûìè обмотками, вклюЧенными-совместно с основными обмотками последовательно-согласно, обре зуя общую обм отку с соответствующими выводами, а вторичная обмотка трансформатора снабжена симметричными относительно указанного отвода дополнительными 2(N + 1) отводами, при этом общая точка соединения основных ди- одов подключена к общему выводу основных обмоток дросселя, а упомянутые симметричные- отводы вторичной обмотки трансформатора через вспомогательные диоды подключены к соответствующим выводам общей обмотки дросселя, 5 2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю-шийся тем, что дроссель снабжен вспомогательной обмоткой включенной последовательно-согласно с N-й дополнительной обмоткой, свободный конец которой через .

10 дополнительный диод подсоединен к указанному отводу от середины витков вторичной обмотки трансформатора.