Бестрансформаторный источник постоянного тока



Бестрансформаторный источник постоянного тока
Бестрансформаторный источник постоянного тока

 


Владельцы патента RU 2451384:

Меньших Олег Фёдорович (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве простого и экономичного источника постоянного тока низкого напряжения, включаемого к сети переменного тока. Бестрансформаторный источник постоянного тока содержит две параллельно включенные однополупериодные цепи из последовательно включенных диода и накопительного конденсатора, работающие поочередно от положительного и отрицательного полупериодов переменного напряжения сети, накопительные конденсаторы в которых соединены с одним полюсом конденсатора фильтра через разделительные диоды, а с другим полюсом - через тиристоры, управляющие электроды которых подключены к фазному и нулевому проводникам сети, к которым подключены также однополупериодные цепи через стабилитроны поочередного запуска тиристоров. Параллельно конденсатору фильтра нижних частот подключен стабилитрон защиты от перенапряжения. Технический результат - упрощение конструкции и существенное уменьшение активной составляющей потребляемой энергии. Упрощение конструкции связано с исключением из схемы низковольтного источника постоянного тока понижающего трансформатора, включаемого к сети переменного тока. Учет электроэнергии, проводимый с помощью электросчетчика активной энергии, покажет лишь около 20% от реально потребляемой энергии в заявляемой схеме, поскольку последняя представляет собой комплексную нагрузку для сети переменного тока с подавляющей долей реактивной составляющей энергии емкостного типа. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве простого и экономичного источника постоянного тока низкого напряжения, включаемого к сети переменного тока.

В приборах бытовой техники нашли широкое применение низковольтные источники постоянного тока, подключаемые к сети переменного тока 220 В 50 Гц. Основными элементами таких источников являются понижающие трансформаторы, выпрямительные схемы и фильтры нижних частот [1].

Одним из недостатков таких устройств является применение в них понижающих трансформаторов.

Указанный недостаток устранен в заявляемом техническом решении.

Целью изобретения является упрощение конструкции и существенное уменьшение активной составляющей потребляемой энергии от источника переменного тока по сравнению с энергией постоянного тока в активной нагрузке.

Указанные цели достигаются в заявляемом бестрансформаторном источнике постоянного тока, содержащем однополупериодные выпрямители и конденсатор фильтра нижних частот, отличающемся тем, что включает две параллельно включенные однополупериодные цепи из последовательно включенных диода и накопительного конденсатора, работающие поочередно от положительного и отрицательного полупериодов переменного напряжения сети, накопительные конденсаторы в которых соединены с одним полюсом конденсатора фильтра через разделительные диоды, а с другим полюсом - через тиристоры, управляющие электроды которых подключены к сетевому источнику переменного тока - соответственно к его фазному и нулевому проводникам, к которым подключены также указанные выше однополупериодные цепи через стабилитроны поочередного запуска тиристоров, кроме того, параллельно конденсатору фильтра нижних частот подключен стабилитрон защиты от перенапряжения.

Достижение указанных целей объясняется отсутствием в схеме источника понижающего трансформатора, а также комплексным характером устройства для сетевого источника переменного напряжения, в котором доля реактивной (емкостной) составляющей является доминирующей.

Схема устройства представлена на рис.1, а действие его поясняется диаграммами напряжений, представленными на рис.2.

Схема источника включает следующие элементы:

Д1 - выпрямительный диод первой зарядной цепи,

C1 - накопительный конденсатор первой зарядной цепи,

Д2 - выпрямительный диод второй зарядной цепи,

C2 - накопительный конденсатор второй зарядной цепи,

Д3 - разделительный диод второй зарядной цепи,

Д4 - разделительный диод первой зарядной цепи,

T1 - тиристор второй зарядной цепи,

T2 - тиристор первой зарядной цепи,

S1 - стабилитрон запуска тиристора Т1 второй зарядной цепи,

S2 - стабилитрон запуска тиристора Т2 первой зарядной цепи,

С3 - конденсатор фильтра нижних частот,

S3 - стабилитрон защиты от перенапряжения на конденсаторе С3.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

Переменное напряжение электрической сети (рис.2,а) с периодом Т и амплитудой Uo прикладывается через стабилитроны запуска S1 и S2 к параллельно включенным однополупериодным выпрямительным цепям из выпрямительных диодов Д12) и накопительных конденсаторов C12) соответственно. Последние заряжаются попеременно от положительных и отрицательных полуволн сетевого переменного напряжения до амплитудных значений Uo в течение времени четверти периода Т/4, как это видно из рис.2,b и 2,с. Разряд этих конденсаторов через соответствующие разделительные диоды Д43) и тиристоры Т2 (T1) на конденсатор фильтра нижних частот С3 происходит поочередно: когда в первой четверти положительной полуволны сетевого напряжения происходит заряд накопительного конденсатора C1 и далее сохраняется неизменным и равным Uo до момента времени (Т/2)+Δt1, как это видно на рис.2,b, от указанного момента времени происходит разряд накопительного конденсатора С2 на конденсатор фильтра нижних частот С3, наоборот, во время заряда от отрицательного полупериода сетевого напряжения накопительного конденсатора С2 происходит разряд с накопительного конденсатора C1 на конденсатор фильтра нижних частот С3. Причем разряд накопительного конденсатора C1 осуществляется при открытии тиристора Т2, а для разряда накопительного конденсатора С2 открывается тиристор T1. Указанные тиристоры поочередно открываются управляющими напряжениями, образующимися на стабилитронах запуска S2 и S1 соответственно.

Временные диаграммы напряжений на накопительных конденсаторах uC1(t) и uC2(t) представлены на рис.2,b и 2,с. Когда напряжение сети достигает некоторого небольшого уровня, соответствующего напряжению пробоя стабилитронов запуска S1 для положительного полупериода и стабилитрона запуска S2 для отрицательного полупериода, открываются тиристоры T1 и Т2 соответственно через интервал времени Δt1. Разряд накопительных конденсаторов C1 и C2 поочередно и в соответствующие полупериоды сетевого напряжения на конденсатор фильтра нижних частот С3 происходит быстро в течение времени Δt2, как это видно на рис.2,d. Частота подзарядов конденсатора С3 равна 2F=2/T.

Важно отметить, что емкость конденсатора фильтра нижних частот С3 выбирают во много раз большей емкости накопительных конденсаторов C1 и C2, как это следует из соотношения С3>>C12. Нетрудно понять, что при этом напряжение UH на конденсаторе фильтра нижних частот С3 оказывается существенно меньше амплитуды сетевого напряжения Uo. Действительно, энергия заряженного накопительного конденсатора W1, как известно, определяется выражением W1=C1Uo2/2. С учетом неравенства С3>>C1 можно считать, что при разряде накопительного конденсатора на конденсатор фильтра нижних частот практически вся энергия W1 передается на конденсатор фильтра нижних частот, энергия которого становится приблизительно равной WФ≈C3UH2/2. Из этого следует величина так называемого коэффициента трансформации напряжения в такой схеме, равная k=UH/Uo≈(C13)1/2.

Величина емкости накопительных конденсаторов C1 и С2 определяет мощность источника постоянного тока Р=F C1 Uo2≈UH2/RH, где RH - сопротивление нагрузки (рис.1). Средний ток в нагрузке I=UH CP/Rн (см. рис.2).

При отключении нагрузки напряжение на конденсаторе фильтра нижних частот С3 будет возрастать, и этот низковольтный конденсатор электролитического типа может разрушиться от пробоя. Чтобы предотвратить опасность разрушения этого конденсатора, параллельно ему устанавливают стабилитрон защиты от перенапряжения S3 с напряжением пробоя (стабилизации) несколько большим расчетного напряжения UH. Поэтому при подключенной нагрузке RH этот стабилитрон не работает (является непроводящим). Рабочий ток через стабилитрон защиты S3 при отключенной нагрузки должен быть порядка тока I.

Рассмотрим пример реализации заявляемого устройства.

Пусть устройство подключено к сети напряжением 220 В, при этом Uо=310 В. Если емкости накопительных конденсаторов выбрать равными C12=30 мкФ с рабочим напряжением 400 В, то для получения выходного напряжения UH=12 В емкость конденсатора фильтра нижних частот С3 следует выбрать равной

С3=C1 (Uo/Uн)2≈20000 мкФ. Мощность такого источника питания с напряжением 12 В равна Р≈144 Вт, рассеиваемая в нагрузке Rн=1 Ом (ток в нагрузке 12 А).

Расчеты показали, что данная схема для источника переменного напряжения представляет собой комплексную нагрузку, активная составляющая потребляемой энергии которой существенно меньше реактивной (емкостной) с соотношением приблизительно 1:4 и, следовательно, электросчетчик активной энергии, как правило устанавливаемый в квартирах и частных домах граждан, покажет лишь 20% от реально потребленной энергии от сети переменного тока. Действительно, когда сетевое напряжение достигает максимума (величины Uo), ток в накопительном конденсаторе равен нулю, хотя он максимален в случае чисто активной нагрузки. Правильный учет расходуемой от сети энергии электрического тока возможен при установке дополнительно последовательно подключенного электросчетчика реактивной энергии. Если совместно с рассматриваемой схемой в том же помещении работают электродвигатели с малым cosφ, то возможна полная или частичная компенсация реактивностей (емкостной и индуктивной), и учет энергии электросчетчиком активной энергии будет более правильным.

Возможна дополнительная электронная фильтрация выходного постоянного тока с помощью широко известных схем.

Заявляемое устройство может найти спрос у разработчиков бытовых электронных приборов - телевизоров, компьютеров, музыкальных центров, радиотелефонов, светильников на светодиодных матрицах и др.

Заявляемое техническое решение следует запатентовать в основных зарубежных странах по соображениям экономической целесообразности.

Литература

1. 750 практических электронных схем. Справочное руководство под ред. Р.Фелпса, пер. с англ. В.А.Логинова, М., «Мир», 1986, с.3-40.

Бестрансформаторный источник постоянного тока, содержащий однополупериодные выпрямители и конденсатор фильтра нижних частот, отличающийся тем, что включает две параллельно включенные однополупериодные цепи из последовательно включенных диода и накопительного конденсатора, работающие поочередно от положительного и отрицательного полупериодов переменного напряжения сети, накопительные конденсаторы в которых соединены с одним полюсом конденсатора фильтра через разделительные диоды, а с другим полюсом - через тиристоры, управляющие электроды которых подключены к сетевому источнику переменного тока - соответственно к его фазному и нулевому проводникам, к которым подключены также указанные выше однополупериодные цепи через стабилитроны поочередного запуска тиристоров, кроме того, параллельно конденсатору фильтра нижних частот подключен стабилитрон защиты от перенапряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано на электроподвижном составе. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано на электроподвижном составе для регулирования мощности тягового электродвигателя и других потребителей электроэнергии, получающих питание от электрической сети переменного и постоянного тока.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в первом варианте для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное на двух однофазных трансформаторах, вторичные обмотки которых включены по мостовой схеме выпрямления на 4-х диодах, а во втором варианте - тоже в постоянное, 12-пульсное.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для оптимизации преобразователей, например для преобразования однофазного переменного напряжения в переменное или/и постоянное, с опережающим углом отсечки регулируемого напряжения естественно коммутируемыми тиристорами с первичной стороны трансформатора, выполненного на двух магнитопроводах, или унификации трансформаторного и вентильного оборудования.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное или 12-пульсное, на двух выпрямляющих диодах при регулировании напряжения тиристорами с первичной стороны группового трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в измерительной технике, преимущественно, в высоковольтной и силовой электронике. .

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве зависимого многозонного инвертора на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве простого и экономичного источника постоянного тока низкого напряжения, включаемого к сети переменного тока, и содержит однополупериодные выпрямители и конденсатор фильтра нижних частот, две последовательно включенные однополупериодные цепи из последовательно включенных первого и второго диодов и первого и второго накопительных конденсаторов, заряжаемых от сети переменного тока поочередно от разнополярных полупериодов переменного напряжения, последовательно включенные накопительные конденсаторы подключены к конденсатору фильтра нижних частот через высокочастотную катушку индуктивности и силовой тиристор, управляющий электрод которого подключен через разделительный трансформатор к выходу компаратора, управляющий импульс которого образуется в момент достижения максимального напряжения в последовательно включенных первом и втором накопительных конденсаторах

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано для питания автономных инверторов, станций катодной защиты, установок микродугового оксидирования и для питания других различных электротехнологических установок. Импульсный регулятор постоянного напряжения содержит соединенные последовательно первый диод, управляемый ключ, индуктивность фильтра и нагрузку, два нулевых диода и конденсаторы фильтра, управляющий микроконтроллер, драйвер управления, цепь обратной связи и пульт ручного управления, блок синхронизации, два входа которого соединены со вторыми разноименными выводами первых диодов, а два выхода подключены, соответственно, к входам драйвера управления и управляющего микроконтроллера. Индуктивности фильтра выполнены на общем магнитопроводе магнитосвязанными. Дополнительно импульсный регулятор содержит два дополнительных конденсатора и два вторых диода. Каждая из индуктивностей фильтра выполнена с дополнительным выводом. Выводы дополнительных конденсаторов присоединены к дополнительным выводам соответственно индуктивностей фильтра и общей клемме первичного источника питания переменного тока, а выводы вторых диодов подключены к дополнительному и выходному выводам соответствующих индуктивностей фильтра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания приборов и устройств измерительной техники. Технический результат - снижение значения потребляемой активной мощности и повышение стабильности выходного напряжения. Преобразователь напряжения состоит из двух одинаковых секций узла гашения избыточного напряжения, выполненных в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, включенных соответственно в оба провода между выводами для подключения источника питания и входами первого и второго мостовых выпрямителей, выход первого выпрямителя подключен параллельно со входом стабилизатора напряжения, а в обоих проводах на выходе второго выпрямителя введены первый и второй регулирующие элементы, которые включены последовательно со входом стабилизатора напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначено для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных авиакосмических летательных аппаратах с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Технический результат заключатся в расширении функциональных возможностей устройства при его реализации, а именно получении выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной, при сохранении свойств простоты схем реализации его и жесткой нагрузочной характеристики. Для этого заявленное устройство, содержащее нагрузку, первую и вторую входные клеммы, первую и вторую выходные клеммы, ключевой транзистор, индуктивность, разрядный диод, конденсатор, образующий с индуктивностью индуктивно-емкостной фильтр Г-образного типа, резистивный датчик выходного напряжения, блок сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения и блок управления ключевым транзистором, дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в нагрузке, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в нагрузке. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Техническим результатом является увеличение надежности и повышение коэффициента полезного действия. Двухтактный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит первичную обмотку первого трансформатора, конец которой соединен со стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, исток которого соединен с отрицательным полюсом входного напряжения, а затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр1; начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, сток которого соединен с положительным полюсом входного напряжения, а затвор является входом для управляющего сигнала Uупр2. Один вывод накопительного конденсатора соединен между концом первичной обмотки первого трансформатора и стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, второй вывод которого соединен между началом первичной обмотки второго трансформатора и истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом первого выпрямительного диода, катод которого соединен с положительными выводами нагрузки, выходного конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом нагрузки. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом второго выпрямительного диода, катод которого соединен с положительным выводом нагрузки. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях трехфазного переменного напряжения в постоянное 9-пульсное с купированием всех видов намагничивания трансформатора и равными углами коммутации вентилей. Технический результат - отсутствие всех видов намагничивания трансформатора и равные углы коммутации вентилей. Преобразователь содержит трехфазный трансформатор с тремя группами вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в звезду. Вывод каждой фазной обмотки первой подключен к одноименным электродам вентилей, другие электроды которых подключены к свободным одноименным с ним выводам разноименных фазных обмоток второй группы и свободному разноименному с ним выводу одноименной фазной обмотки третьей группы. Число витков фазной обмотки второй группы равно 1,8794·w, а число витков фазной обмотки третьей группы - 1,5321·w, где w - число витков фазной обмотки первой группы. Трансформатор дополнительно содержит четвертую и пятую группы вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в разомкнутый треугольник. Общая точка одноименных выводов второй группы фазных обмоток соединена с одноименным с ней крайним выводом фазной обмотки четвертой группы. Общая точка одноименных выводов третьей группы фазных обмоток соединена с одноименным с ней крайним выводом фазной обмотки пятой группы. Общая точка свободных крайних выводов фазных обмоток четвертой и пятой групп и общая точка одноименных выводов фазных обмоток первой группы образуют выходные выводы. Фазная обмотка четвертой группы состоит из основной и дополнительной частей. Число витков фазной обмотки пятой группы и основной части фазной обмотки четвертой группы соответственно равно 0,844·w и 0,2931·w. Дополнительная часть фазной обмотки четвертой группы состоит из пары равных встречно последовательно соединенных частей, число витков каждой из которых равно 0,21756·w. 1 ил.
Наверх