Корректор коэффициента мощности



Корректор коэффициента мощности
Корректор коэффициента мощности

 


Владельцы патента RU 2473109:

Наумова Галина Алексеевна (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении КПД и надежности устройства, а также в уменьшении его габаритов. Корректор коэффициента мощности содержит мостовой выпрямитель, выходной конденсатор, накопительный дроссель-трансформатор, генератор тактовых импульсов, ключевой полевой транзистор, первый выпрямительный высокочастотный диод, причем корректор дополнительно содержит один вспомогательный и один выходной конденсатор, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам коррекции коэффициента мощности в источниках переменного напряжения, и может найти широкое применение в устройствах питания электроники и в линиях энергоснабжения.

Известен преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное с корректором коэффициента мощности, включающий входной выпрямитель, датчик тока, транзистор, дроссель, отсекающий диод, конденсатор, параллельно которому подключены нагрузки и датчик выходного напряжения, схему управления с источником опорного напряжения, выход которого подключен к одному входу схемы сравнения, другой вход которой соединен с выходом датчика выходного напряжения, и выход схемы сравнения через корректирующее устройство и интегратор с тактирующим входом подключен к одному из входов компаратора, выход которого подключен к счетному входу триггера, вход которого соединен с выходом задающего генератора, прямой выход триггера через драйвер подключен к затвору транзистора, инверсный выход задающего генератора связан с тактирующим входом интегратора. Дополнительно введены датчик выпрямленного напряжения сети и второе корректирующее устройство, включенное между выходом первой схемы сравнения и входом компаратора. Вторая схема сравнения выполнена трехвходовой, к входам которой подключены выходы обоих датчиков напряжения и источника питающего напряжения. Выход через корректирующее устройство связан с входом интегратора и одним из входов первой схемы сравнения, а тактирующий вход интегратора соединен с выходом задающего генератора. К положительному выводу выпрямителя подключен коллектор транзистора, эмиттер которого через дроссель и датчик тока соединен с его отрицательным выводом. Параллельно дросселю подключена цепь из последовательно соединенных конденсатора и отсекающего диода (см. описание патента РФ на полезную модель №92261, МПК H02M 9/06, публикация 10.03.2010).

Недостатком известного преобразователя и корректора является наличие 3-х датчиков (2 напряжения и 1 тока), приводящих к усложнению схемы управления. Наличие 3-х компараторов, интегратора, корректирующих устройств приводит к снижению КПД устройства за счет рассеяния энергии на элементах управления.

Известно устройство зарядки, включающее взаимосвязанные между собой вторичный источник с входным конденсатором, узел сетевого напряжения с мостовым выпрямителем и диодным мостом, корректор коэффициента мощности, который выполнен в виде блока управления, индуктивности, диода с ключом, делителей на резисторах, блока контроля превышения напряжения и ключа замыкания - размыкания (см. описание патента РФ на полезную модель №50058, МПК H02J 7/00, публикация 10.12.2005).

Недостатком известного устройства зарядки является наличие делителей напряжения, приводящих к дополнительным потерям энергии, и не указано функциональное назначение некоторых узлов в процессе стабилизации и коррекции формы тока.

Известен корректор коэффициента мощности (фиг.1), содержащий сетевой выпрямитель (1), дроссель (2), датчик тока (3), ключ (4), схему управления ключом (5), первый трансформатор (6), второй трансформатор (9), ограничитель напряжения (12), выходной резистивный делитель (13), первый, второй, третий, четвертый и пятый выпрямительные диоды (14-18), выходной емкостный фильтр (19), выходные шины (20, 21) для подключения нагрузки (см. описание изобретения к патенту РФ №2379743, МПК G05F 1/70, публикация 20.01.2010).

Недостаток известного устройства состоит в том, что для управления работой корректора коэффициента мощности требуется три сигнала, снимаемых с выхода устройства, что потребовало ввести резистивные делитель выходного напряжения и датчик тока, два трансформатора тока (входного и выходного), стабилитрон, ухудшающие массогабаритную характеристику и КПД устройства, потери на которых составляют более двух порядков в сравнении с входной мощностью микросхемы.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение корректора коэффициента мощности с целью повышения КПД и надежности устройства, а также уменьшения его габаритов.

Сущность изобретения выражается в том, что заявляемый корректор коэффициента мощности содержит мостовой выпрямитель, выходной конденсатор, накопительный дроссель-трансформатор, генератор тактовых импульсов, ключевой полевой транзистор, первый выпрямительный высокочастотный диод и дополнительно содержит один вспомогательный и один выходной конденсатор, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды.

С целью минимизации потерь энергии в корректоре мощности, управление выходным напряжением и ограничение максимального тока осуществляется только величиной напряжения питания устройства управления, которое является постоянной частью выходного напряжения корректора коэффициента мощности, запускается и стабилизируется без применения дополнительных элементов самим корректором коэффициента мощности.

Заявленное изобретение позволяет упростить структуру корректора коэффициента мощности и повысить его КПД исключением резистивных датчика тока, делителей входного и выходного напряжения и стабилизированного источника питания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан прототип - корректор коэффициента мощности по патенту РФ №2379743, МПК G05F 1/70. публикация 20.01.2010, а на фиг.2 приведена схема электрическая принципиальная заявляемого корректора коэффициента мощности.

Заявляемый корректор коэффициента мощности содержит мостовой выпрямитель 1, конденсатор 2, накопительный дроссель (трансформатор) 3, генератор тактовых импульсов 4, ключевой полевой транзистор 5, первый выпрямительный высокочастотный диод 6, первый выходной конденсатор 7, второй выходной конденсатор 8, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды 9 и 10.

Отличие заявляемого корректора коэффициента мощности от прототипа заключается в том, что он дополнительно содержит вспомогательный конденсатор 2 и выходной кондексатор 8, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды 9 и 10 и в нем исключены элементы, ухудшающие массогабаритные характеристики и КПД устройства: датчик тока, оба трансформатора, ограничитель напряжения, выходной резистивный делитель и четыре выпрямительных диода,

Корректор коэффициента мощности работает следующим образом.

Если частота fT тактового генератора 4 много больше частоты fс сети (fТ/fс≈103), то за один период тактовой частоты, ТT=1/fТ, сетевое напряжение практически не меняется:

[Uс(t+TТ)/Uс(t)]≤fТ/fс≈0

Среднее значение силы пилообразного тока, потребляемого из сети за один период тактовой частоты при времени τT открытого состояния ключевого транзистора (5), определяется соотношением:

Iср(TT)=τTUс(t)/2TTLдр=Uс(t)[kТ/2Lдр],

где Iср(TТ) - среднее за период тактовой частоты значение силы тока,

Uс(t) - текущее значение напряжения питающей сети,

Lдр - индуктивность дросселя 3,

kТТ/TТ - коэффициент заполнения тактовых импульсов.

Следовательно, средняя за период тактовых импульсов сила тока пропорциональна напряжению питающей сети, т.к. индуктивность дросселя определяется только его конструкцией при отсутствии насыщения сердечника.

Форма тока, потребляемого из сети, пропорциональна мгновенному значению напряжения сети при постоянной в течение полупериода питающей сети скважности импульсов управления.

Среднее значение силы тока, потребляемого из сети гармонического напряжения, также определяется только скважностью тактовых импульсов и амплитудой сетевого напряжения:

Iср(Tс)=kТU/πLдр

где U - амплитудное значение напряжения сети.

Максимальная сила тока в нагрузке не может выйти за пределы, определяемые максимальным значением коэффициента заполнения kТ=kТmax на уровне:

Imах=U(t)[kТmax/2Lдр]

Если сила тока, потребляемого из сети, не равна силе тока Iн нагрузки корректора коэффициента мощности (ККМ), то напряжение на накопительном конденсаторе ККМ изменяется:

ΔUвых=[Iср(Tс)-Iн]Δt/Cвых

где ΔUвых - изменение напряжения на выходном конденсаторе,

Δt - время изменения напряжения,

Свых - емкость выходного конденсатора.

Т.е. при управлении ККМ нецелесообразно включать высоковольтные резистивные делители напряжения и резистивный датчик тока, теряя на них энергию:

,

.

Достаточно лишь следить за выходным напряжением ККМ.

Это позволяет упростить ККМ (см. фиг.2).

Корректор работает следующим образом.

Входное напряжение (переменное или постоянное) подается на мостовой выпрямитель 1, с него через последовательно соединенный дроссель 3 и выпрямительный диод 6 поступает на последовательно соединенные высоковольтный 7 и низковольтный 8 конденсатор, выполняющие функции делителя выходного напряжения и накопителя энергии для питания нагрузки. Напряжение, возникающее на конденсаторе 8, используется для питания устройства 4 управления транзистором 5. Транзистор включен стоком к точке соединения дросселя 3 (вывод 2) с анодом диода 6, а истоком к минусу выпрямителя 1. После зарядки конденсатора 8 (за время <10 мс) начинает работать генератор 4 и транзистор 5. Импульсы, возникающие на стоке транзистора 5, выпрямляются диодом 6 и заряжают конденсаторы 7 и 8 до напряжения, превышающего максимальную амплитуду сетевого питающего напряжения. Импульсное напряжение, возникающее на дросселе 3 (обмотка I, выводы 1-2), с помощью вспомогательной обмотки II (выводы 3-4), конденсатора 2 и выпрямительных диодов 9-10, подзаряжает конденсатор 8. Напряжение конденсатора 8 является постоянной частью выходного напряжения, зависящей только от соотношения числа витков в обмотках дросселя и остаточного напряжения на диодах 9-10, используется для питания устройства управления 4 и для изменения скважности импульсов, формируемых генератором.

Заявленное изобретение, позволяет увеличить КПД устройства, не требует резистивных делителей напряжения и датчика тока, что значительно упрощает логику и структуру схемы, снижает потери энергии и повышает надежность устройства.

Корректор коэффициента мощности, содержащий последовательно соединенные мостовой выпрямитель, накопительный дроссель-трансформатор, первый выпрямительный высокочастотный диод, вспомогательный и выходной конденсаторы, генератор тактовых импульсов, ключевой полевой транзистор; ключевой полевой транзистор с накопительным дросселем-трансформатором и первым выпрямительным высокочастотным диодом, а также с мостовым выпрямителем; последовательно соединенные накопительный дроссель-трансформатор, выходной конденсатор, второй и третий выпрямительные высокочастотные диоды и выходной конденсатор, отличающийся тем, что выходной высоковольтный конденсатор включен последовательно со сглаживающим конденсатором низковольтного выпрямителя, что обеспечивает запуск и питание генератора, а управление скважностью генератора тактовых импульсов осуществляется напряжением, снимаемым от полумостового выпрямителя питания генератора тактовых импульсов, которое является постоянной частью выходного напряжения корректора, что позволяет исключить резистивный с тепловыми потерями делитель выходного напряжения без потери работоспособности корректора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в устройствах контроля и управления, в системах освещения, автоматики и роботехники, измерительной технике.

Изобретение относится к области электронных датчиков магнитного поля, а более конкретно к магниточувствительным интегральным схемам (МЧИС). .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного тока в постоянный с последующим преобразованием в переменный для питания электроприводов электровозов переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных трехфазных электроэнергетических сетях. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в серийно выпускаемых асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, используемых в качестве генераторов энергетических установок для преобразования механической энергии в электрическую.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано во вторичных источниках питания. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам автоматического управления многофункциональным энергетическим комплексом (МЭК), встроенным в энергосистему, работающим на пассивную нагрузку, т.е.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах и системах бесперебойного питания переменного тока, а также в устройствах автоматики и измерительной техники.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, например синхронными генераторами, снабженными регуляторами напряжения этих источников.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в повышающих преобразователях

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано и может быть использовано в силовой электронике

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электроснабжения потребителей, расположенных вдоль трасс

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в схеме управления коэффициентом мощности и к универсальному сетевому источнику электропитания

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока содержит параллельные ключевые мосты, трансформатор с одной или более вторичными обмотками, диодное плечо, образующие схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазного регулирования, соединенного с коллекторным электродвигателем, датчик тока первичной сети и датчик напряжения первичной сети, подключенные к системе управления. Каждое ключевое управляемое плечо состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль). При зонно-фазном управлении выпрямительно-инверторным преобразователем после момента перехода напряжения через ноль с помощью управляемых ключевых плеч на электродвигатель сначала подается напряжение с малой обмотки трансформатора, а через некоторое время подается дополнительное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора, которое через некоторое время снимается. Время включения и выключения дополнительной обмотки трансформатора выбирают такими, чтобы сдвиг тока сети относительно напряжения сети на первой гармонике сетевой частоты уменьшить до нуля. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях, входящих в состав системы энергообеспечения электронной, электромеханической и осветительной аппаратуры. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования энергии и точности работы однофазного безмостового корректора коэффициента мощности. В способе управления корректором коэффициента мощности во время интервала положительной полуволны питающего напряжения сети первый силовой ключ поддерживается во включенном состоянии, а на второй силовой ключ поступают импульсы управления. Во время интервала отрицательной полуволны питающего напряжения сети второй силовой ключ поддерживается во включенном состоянии, а на первый силовой ключ поступают импульсы управления, при этом входное напряжение измеряется системой управления, основанной на цифровом сигнальном процессоре с помощью двух однополупериодных выпрямителей с идентичными коэффициентами деления. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для пуска и компенсации реактивной мощности асинхронных двигателей большой мощности с вентиляторной нагрузкой или пускаемых без нагрузки. Технический результат - уменьшение потерь в рабочем режиме за счет исключения перекомпенсации асинхронного двигателя и повышение надежности. Устройство для пуска и компенсации реактивной мощности обеспечивает ограничение пускового тока в процессе пуска и оптимальную компенсацию реактивной мощности асинхронного двигателя в рабочем режиме. Устройство содержит обмотки статора с двумя параллельно включенными в каждой фазе конденсаторами, которые в процессе пуска в заданной точке переходного режима автоматически переключаются с параллельного на последовательное соединение конденсаторов и параллельно фазам сети. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в однофазных и трехфазных выпрямителях. Достигаемый технический результат - преобразование однополупериодного корректора коэффициента мощности в двухполупериодный с сохранением общей точки входного и выходного напряжения. Однофазный безмостовой корректор коэффициента мощности содержит два полностью управляемых вентиля, три диода, индуктивный накопитель и конденсатор фильтра, диод 1 анодом подключен к фазе сети, катодом - к аноду управляемого вентиля 2, катод которого подключен к соединенным между собой катодом диода 3 и первым выводом индуктивного накопителя 4, анод диода 3 соединен с нейтралью сети, второй вывод индуктивного накопителя 4 подключен к соединенным между собой анодами управляемого вентиля 5 и диода 6, катод управляемого вентиля 5 соединен с нейтралью сети, катод диода 6 подключен к положительному выводу конденсатора фильтра 7, отрицательный вывод которого соединен с нейтралью сети, отличающийся тем, что введены диод 8 и диод 9, анодами подключенные к катоду управляемого вентиля 5, катод диода 8 подключен к фазе сети, катод диода 9 - к нейтрали сети. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является максимально эффективное использование электромагнитной энергии, накопленной в цепи выпрямленного тока, для питания тяговых электродвигателей. При зонно-фазовом управлении выпрямительно-инверторным преобразователем, силовая схема которого основана на использовании IGBT транзисторов (модулей) в качестве управляемых силовых ключей, плечи, обеспечивающие работу нерегулируемой обмотки тягового трансформатора, включаются каждый полупериод напряжения в момент ωt=0 эл. град. Их выключение производится в момент, когда ωt=140-150 эл. град., что совпадает со временем выключения регулируемой обмотки тягового трансформатора. За счет такого управления обеспечивается максимальная компенсация индуктивной нагрузки и максимально потребляется активная мощность из сети и полностью используется электромагнитная энергия, накопленная в цепи выпрямленного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, используемых в устройствах питания силовой электроники. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия, надежности и долговечности преобразователя. Корректор коэффициента мощности содержит входной выпрямитель, выходной конденсатор, диод, схему заряда выходного конденсатора, вход которой соединен с выходами входного выпрямителя, а выход - с выходным конденсатором. Входной выпрямитель, диод и выходной конденсатор образуют замкнутый контур цепи. Диод включен между входным выпрямителем и выходным конденсатором встречно по отношению к полярности входного выпрямителя, а выход корректора подключен параллельно входному выпрямителю. В рабочем режиме напряжение на выходном конденсаторе меньше пикового напряжения входного выпрямителя. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх