Бестрансформаторный источник питания с регулируемым выходным напряжением

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресвубпик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.04.77 (21) 2477541/24-07 с присоединением заявки №вЂ”!

Государствениый комитет

СССР по делан изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15.06.79. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 25.06.79 (72) Авторы изобретения!

А. В. Андрианов, Г. В. Ерошин и Г. П. Капустин (71) Заявитель

Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. А. Н. Туполева (54) БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫй ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

С РЕГУЛИРУЕМЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Изобретение относится, к созданию систем и источников электропитания для различной электронной аппаратуры и систем автоматики.

Из известных мощных устройств электропитания с регулируемым или стабилизируемым выходным напряжением являются широтно-импульсные преобразователи пбстоянного напряжения и преобразователи, использующие принцип индуктивно-емкостного преобразования энергии.

Особенностью использования таких преобразователей при питании их от сети переменного тока является необходимость применения выпрямителей для предварительного преобразования переменного напряжения в постоянное. Для получения требуемого уровня выходного напряжения выпрямителя или выполняются по бестрансформаторным схемам, или требуют применения силовых трансформаторов.

Известные бестрансформаторные схемы выпрямителей имеют больше число реактивных элементов (конденсаторов и дросселей), которые на пониженных частотах характеризуются низкими удельными показателями.

Этот же недостаток относится и к трансфор. маторным схемам выпрямителей, что существенно ограничивает возможность получения высоких удельных показателей всего устройства электропитания в целом.

5 Известен бестрансформаторный источник питания с регулируемым выходным напряжением, содержащий резонансный преобразователь, неуправляемый выпрямитель, к вы ходу которого подключен емкостной фильтр, и блок управления.

Этот источник может быть использован дня преобразования однофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное напряжение. Для этой цели в качестве твердотельных переключателей должны быть применены либо симметричные тиристоры (симисторы), либо группа включенных встречно-параллельных тиристоров. Включение твердотельных переключателей осуществляется по сложным функциональным во и логическим законам, определяемым величиной и полярностью входного и выходного напряжений. Цикл работы преобразователя содержит, в общем случае, три такта: прием (или передача) .энергии из сети; под668051

1$

3$

$0

$$ готовка контура Х,С,; передача (или прием) энергии в нагрузку. В процессе изменения полярности напряжений очередность следования такта и частота управляющих импуль-. сов изменяются.

Таким образом, одним из недостатков прототипа является сложность закона управления твердотельными переключателями.

Кроме того, в случае, когда источником питания служит сеть однофазного переменного напряжения известный источник питания имеет низкий коэффициент мощности преобразователя из-за наличия входного емкостного фильтра С! и необходимость включения большой выходной емкости С с целью снижения пульсаций выходного напряжения.

Цель изобретения — улучшение удельных и энергетических показателей источников питания.

Указанная цель достигается тем, что в бестрансформаторном источнике питания с регулируемым выходным напряжением, содержащем резонансный преобразователь, по- 10 следний выполнен в виде управляемого выпрямителя, вход которого соединен с выводами для подключения питающей сети, а параллельно его выходу включен последовательный индуктивно-емкостный контур, зашунтированный цепочкой из тиристора и второй индуктивности, а между конденсаторами контура и филЬтра включен неуправляемый выпрямитель.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит управляемый выпря митель 1, преобразователь 2 постоянного напряжения и блок 3 управления.

Управляемый выпрямитель 1 в зависимости от питающей сети может быть выполнен как по однофазной, так и по трехфазной схеме выпрямления. Преобразователь 2 постоянного напряжения состоит из резонансного инвертора, образованного индуктивно-емкостным контуром, состоящим из реактора с двумя полуобмотками 4 и 5 и конденсатора 6, и неуправляемого выпрямителя 7 (вентиля). В цепь индуктивно-емкостного контура включен управляемый выпрямитель 1 и управляемый вентиль 8 (тиристор). К выходу неуправляемого выпрямителя 7 подключен емкостной фильтр 9.

Повышение удельных характеристик преобразователя достигается за счет такого выбора параметров последовательных LC — контуров, при которых собственная частота указанных колебательных контуров значительно превышает частоту питающей сети и orраничивается лишь допустимои частотои коммутации применяемых тиристоров, . TIpv таком выборе параметров уменьшаются масса и габариты конденсаторов и индуктивных реакторов и повышается коэффициент мощности выпрямителя. Настройка схемы управления должна осушествляться таким образом, что в номинальном режиме частота следования управляющих импульсов на управляемые вентили источника питания определяется приближенным выражением

1 (+ 1 +

1 и 2 33 где <,> Ы <3 †часто собственных коле. > 2 З баний последовательных L!C(, LgCg иЕ (С$

+ С ) — контуров соответственно.

Импульсы управления, поступающие на тиристоры выпрямителя 1 и на ти1>истор 8 сдвинуты во времени на величину —, в pe(d4 зультате чего процессы приема энергии из сети и передачи ее в нагрузку разделены во времени, чем достигается электрическая развязка нагрузки и питающей сети.

За счет соответствующего выбора. индуктивностей и емкостей выходное напряжение источника может быть значительно больше или меньше напряжения питающей сети.

Достоинством бестрансформаторного источника питания является возможность простой реализации функций регулирования и стабилизации выходного напряжения, защиты нагрузки от перенапряжений сети и других подобных задач. Регулирование (или стабилизация) выходного напряжения осушествляется путем изменения частоты следования управляюших импульсов на тиристоры, при этом сравнительно просто могут быть решены вопросы компенсации изменений условий работы выпрямителя. Такими условиями являются изменения входного и выходного напряжений, тока нагрузки, температуры и т.д. Введением соответствующих связей в блок управления можно получить желаемые показатели выходного напряжения в широком диапазоне изменения условий работы источника питания. Зависимость периода следования управляющих импульсов на тиристоры близка к линейной при сравнительно небольших изменениях (в пределах ++50%) одного из следующих параметров: входного илц выходного напряжений; или тока нагрузки. При больших изменениях названных величин зависимость периода коммутации сушественно нелинейна.

Работа схемы в установившемся режиме для йекоторого цикла коммутации тиристоров происходит следующим образом.

В начальный момент одновременно подаются импульсы на управляющие электроды тиристоров выпрямителя 1. В зависимости от распределения потенциалов на фазах питающей сети происходит включение одного из тиристоров выпрямителя 1. В этот момент напряжение на конденсаторе 6 (на схеме полярность его укзана в скобках) и напряжение сети действуют согласно, и в

6680Й

Составитель Л. Устинкина

Ре акт дактор Т. Янова Техред О. Луговая, Корректор.Ю.Макаренко

Заказ 3480 48 Тираж 850 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 цепи происходит колебательный перезаряд конденсатора 6. За время перезаряда вентили 8 и 7 закрыты, а конденсатор фильтра 9 разряжается на нагрузку. Когда перезаряд конденсатора 6 заканчивается, напряжение на нем (полярность на схеме без скобок) становится по величийе больше начального напряжения и напряжения сети. Под действием этого напряжения тиристоры выпрямителя 1 закрываются, затем включается тиристор 8 и вновь происходит колебательный перезйряд конденсатора 6 по цепи: полуобмотка 5 — конденсатор 2 — тиристор 8.

Когда напряжение на нем становится больше напряжения на нагрузке, открывается вентиль 7 и энергия, накопленная в полуобмотке 5, отдается в нагрузку. На этом цикл коммутации заканчивается.

Формула изобретения

Бестрансформаторный источник питания с регулируемым выходным напряжением, содержащий резонансный преобразователь, неуправляемый выпрямитель, к выходу которого подключен емкостный фильтр и блок управления, отличающийся тем, что, с целью улучшения удельных и энергетических показателей, резонансный преобразователь выполнен в виде управляемого выпрямителя, вход которого соединен с выводами для под10 ключения питающей сети, а параллельно его выходу включен последовательный индуктивно-емкостной контур, защунтированный цепочкой из второй индуктивности и тиристора, а между конденсаторами контура и фильтра включен неуправляемый выпрямительь.