Преобразователь переменного тока в постоянный

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 1782091

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.01.79 (21) 2703670)24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М К 3

Н02М7jl2

Государственный комитет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.11.80. Бюллетень № 43 (53) УДК 62! .314..6 (088.8) Дата опубликования описания 28.11.80 (72) Автор изобретения

А. Г. Николаев (7I ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В ПОСТОЯННЫИ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразованию переменного тока источника в постоянный (в том числе регулируемого значения) . и может быть использовано в преобразовательной технике для питания нагрузки выпрямленным током.

Известно устройство для питания нагрузки выпрямленным постоянным током (УПН ВПТ) от источника переменного тока (ИПТ), содержащее однофазный лучевой выпрямитель. Выпрямление тока в этом устройстве осуществляется вентилем-кенотроном или полупроводниковым диодом {1) .

При необходимости регулирования среднего значения выпрямленного тока в нагрузке в качестве вентиля используется управляемый вентиль-тиристор (2! .

Однако однополупериодное потребление тока источника в таких УПН ВПТ характеризуется плохим использованием типовой (габаритной) мощности ИПТ, низким качеством выпрямленного тока и весьма плохими удельными энергетическими показателями устройства в целом. Кроме того, при активно-индуктивной нагрузке (например двигатель постоянного тока или выпрямитель с индуктивным фильтром низких частот) схема такого выпрямителя, затягивая процесс коммутации вентиля, затрудняет запирание тиристора, что практически приводит к дополнительному уменьшени1о коэф5 фициента мощности устройства и к резкому сокращению диапазона его применяемости.

Лучшими показателями характеризуются устройства с мостовыми выпрямителями тока, однако они содержат не менее четырех вентилей, а протекание тока в них через !

О два диода одновременно, вдвое увеличивая потери в выпрямителе, соответственно снижает его КГ1Д.

Известно УПН ВПТ, содержащее две входные клеммы для подключения однофазного ИПТ и две выходные — для подключения сопротивления нагрузки, одна из которых, преимущественно отрицательная, включается со второй входной клеммой через вентиль лучевого выпрямителя (напри П мер, тиристор, буферный диод), шунтирующий выходные клеммы и блок контроля напряжения и фазового управления тиристором (БКН ФУТ). В этом устройстве буфер782091 ный диод, облегчая условия самопогасания тиристора, способствует повышению коэффициента мощности и расширяет диапазон применения выпрямителя. При использовании его для питания двигателей постоянного тока, а также для заряда аккумуляторов или конденсаторов фильтра низких частот, сглаживание тока в цепях которых осуществляется линейным дросселем, последний, запасая энергию импульсов выпрямленного тока, затягивает процесс коммутации вентиля лучевого выпрямителя, буферный диод, создавая путь току из индуктивности в нагрузку, улучшает процесс коммутации вентиля выпрямителя и несколько повышает коэффициент мощности устройства (3).

Однако однополупериодное использование мощности источника приводит к сравнительно низкому качеству напряжения на нагрузке и плохим удельным энергетическим показателям устройства в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий две цепочки, одна из которых состоит из последовательно соединенных первого токоограничиваюшего конденсатора и первого диода, а другая — из последовательно соединенных управляемого ключа и токоограничивающего дросселя, второго диода и второго токоограничивающего конденсатора, причем, первая из указанных цепочек включена между первым входным выводом и общей точкой соединения управляемого ключа и токоограничивающего дросселя второй цепочки, включенной между первым входным и положительным выходным выводами, катод второго диода подключен к обшей точке соединения первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а его анод соединен с одной из обкладок второго токоограничивающего конденсатора и их общая точка соединения подключена ко второму входному выводу (4).

Недостатком этого устройства является значительная сложность его электрической схемы и относительно большое падение напряжений на вентилях, проводящих ток в нагрузку, обусловленное тем, что ток в нагрузку проходит через два соединенных последовательно вентиля. Это, увеличивая активное сопротивление в цепи нагрузки, уменьшает КПД устройства, что особенно заметно при малых выходных напряжениях, когда напряжение на нагрузке соизмеримо с падением напряжения на вентилях.

Цель изобретения — упрощение схемы устройства и повышение его КПД.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем две цепочки, одна из которых состоит из последовательно соединенных первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а другая — из последовательно соединенных управляемого ключа и токоограничивающего дросселя, второго диода и второго токоограничивающего конденсатора, причем, первая из указанных цепочек включена между первым входным выводом и общей точкой соединения управляемого ключа и токоограничивающего дросселя второй цепочки, включенной между первым входным и положительным выходным выводами, катод второго диода подключен к общей точке соединения первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а его анод соединен с одной из обкладок второго токоограничивающего конденсатора и их общая точка соединения подключена ко второму входному выводу, другая обкладка второго токоограничивающего конденсатора подключена к катоду второго диода, анод которого соединен с отрицательным выходным выводом.

На фиг. 1 представлена схема преобразо20 вателя переменного тока в постоянный; на фиг. 2 и фиг. 3 — его варианты.

Устройство (фиг. 1) содержит два выходных вывода — положительный 1 и отрицательный 2 — для подключения нагрузки

3 и два входных вывода 4 и 5 для подключения ИПТ 6. Входной вывод 4 соединен с входным выводом 5 через первый токоограничивающий конденсатор (ТК) 7 и диод 8.

Цепочка, образованная управляемым ключом 9 и токоограничивающим линейным дросселем (ТЛД) 10, включена между входным выводом 4 и положительным выходным выводом l. Цепочка, состоящая из последовательно соединенных первого ТК 7 и диода 11, включена между входным выводом 4 и точкой соединения ключа 9 и ТЛД

10. Катод диода 8 соединен с анодом диода 11 и одной из обкладок второго ТК 12, а анод диода 8 соединен с другой обкладкой второго ТК 12, входным выводом 5 и отрицательным выходным выводом 2.

В вариантах схемы по фиг. 2 и фиг. 3 в качестве ключа 9 применен обычный неуправляемый диод 13. В простейшем варианте схемы по фиг. 3 ТК 1 2 и диод 11 отсутствуют, что дополнительно упрощает схему устройства.

4s При рассмотрении работы устройства ключ 9 замкнут, т. е. открыт и работает как обычный диод. При этом предложении схемы по фиг. 1 и 2 становятся идентичными и работают одинаково.

Устройство работает следуюгцим образом.

В полупериоде изменения тока ИГIT 6, когда его положительное напряжение приложено к аноду управляемого ключа 9 (к выводу 4), а ключ замкнут (т. е. полностью открыт), ток источника протекает по цепи

6 — 4 — 9 — 10 — 1 — 3 — 2 — 5 — 6. Этот ток ограничивается сопротивлением нагрузки 3 и сопротивлением ТЛД 10. Кроме того, ток проходит по контуру 6 — 4 — 7 — 12 — 5 — 6.

78209

Дроссель, ограничивая скорость передачи энергии ИПТ в нагрузку, запасает в своем поле энергию, величина которой пропорциональна индуктивности ТЛД и квадрату значения тока, протекающего по его обмотке.

Этот ток вначале увеличивается, а затем достигает максимального значения. В этот момент энергия, запасаемая ТЛД, достигает наибольшего значения и под действием

ЭДС самоиндукции, стремящейся поддержать значение тока и его направление неизменным, ключ 9 закрывается (размыкается) и энергия, запасенная дросселем, передается в нагрузку -по цепи 10 — 1 — 3 — 2—

12 — 11 — 10. В это время ТК 12, передавая в нагрузку энергию, запасенную им ранее от источника, разряжается. После того, 35 как он разрядится, открывается диод 8 и энергия дросселя передается в нагрузку по контуру 10 в 1--3 — 2 — 8 — 11 в 10, поддерживая ток в нагрузке и в следующем полупериоде изменения тока ИПТ.

B полупериоде изменения тока источника, когда его положительное напряжение приложено к выводам 2 и 5, а напряжение увеличивается по абсолютному значению, ток проходит по цепи 6 — 5 — 8 — 7 — 4 — 6 и

ТК 7 запасает энергию ИПТ. Величина этой энергии пропорциональна емкости конденсатора и квадрату напряжения на его оокладках, т. е, квадрату амплитуды напряжения источника.

Заряд ТК 7 завершается в момент времени, когда мгновенное напряжение ИПТ достигает своего амплитудного значения. Затем в этом же полупериоде, по мере уменьшения мгновенного значения напряжения

ИПТ (изменяющегося от максимума до нуля по закону косинуса), напряжение, прикладываемое к диоду 8 (плю- з сом к катоду и минусом к аноду), увеличивается, в результате чего через нагрузку протекает ток разряда ТК 7, изменяющийся, в общем случае, по закону синуса, а конденсатор отдает запасенную ранее от источника энергию на нагрузку.

Так как эта передача энергии осуществляется через ТЛК, т. е. по цепи 6 — 4 — 7—

l1 — 10 — 1 — 3 — 2- — 5 — 6, дроссель переходит в режим ограничения тока и запасает в своем поле энергию источника, которую в после- 4 дующем передает в нагрузку. Далее процессы повторяются циклически с частотой изменения тока ИПТ.

Если в момент времени, когда к аноду ключа 9 приложено положительное напряжсние, сигнал на его открытие не подается, 0 последний тока не проводит. В этом случае ТК 7, заряжаясь через диод 8 в одной четверти периода (когда положительное напряжение ИПТ приложено к клеммам 5 и

2), в следующей четверти периода отдает запасенную им энергию в пагрузку. Конденсатор 7 вначале разряжается на нагрузку до нуля, а затем, при изменении полярности напряжения источника, перезаряжается. Если в это время замкнуть ключ 9, ток

6 в нагрузку потечет через ключ 9. Этот ключ позволяет регулировать ток в нагрузке. Далее процессы повторяются аналогично.

В тех случаях, когда ток в нагрузке регулировать не требуется, тройство можно выполнять по схеме фиг. 3, в которой ТК 7 заряжается в одной и разряжается в другой четвертях периода изменения тока ИПТ, а диод 13 проводит ток в нагрузку аналогично рассмотренному ранее, в результате чего энергия ИПТ в нагрузку передается в течение двух полупериодов.

Таким образом, объединение отрицательногЬ выходного вывода с одним входным выводом непосредственно и соединение обоих входных выводов через цепочку из двух включенных последовательно ТК, позволяет не только упростить схему устройства, но и уменьшив почти вдвое активное сопротивление в цепи нагрузки, соответственно увеличить добротность контура передачи энергии ИПТ в нагрузку, что позволяет повысить КПД устройства. Это обеспечивает улучшение технико-экономических показателей устройства.

Формула изобретения

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий д,ве цепочки, одна из которых состоит из последовательно соединенных первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а другая— из последовательно соединенных управляемого ключа и токоограничивающего дросселя, второго диода и второго токоограничивающего конденсатора, причем, первая из указанных цепочек включена между первым входным выводом и общей точкой соединения управляемого ключа и токоогр",íèчивающего дросселя второй цепочки, включенной между первым входным и положительным выходным выводами, катод второго диода подключен к общй точке соединения первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а его анод соединен с одной из обкладок второго токоограничивающего конденсатора и их общая точка соединения подключена ко второму входному выводу, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД, другая обкладка второго токоограничивающего конденсатора подключена к катоду второго диода, анод которого соединен с отрицательным выходным выводом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белопольский И. И. Электропитание радиоустройств. М.-Л., «Энергия», 1965, изд. 2-ое, с. 28, рис. 1 — 12.

2. Джентри П. Ф. и др. Управляемые полупроводниковые вентили. M., «Мир», 1967, с. 358, рис. 8 — 1.

3. Тиристоры. Технический справочник.

Под. ред, Лабунцова В. A. и др., М., «Энергия», 1971, с. 212, рис. 2.

4. Патент Швейцарии Уе 551715, кл; Н 02 P 13/24, 1974.

782091

Составитель Л. Устинкина

Редактор С. Патрушева Тскред К. Шуфрич Корректор Е. Папп

Заказ 8162/69 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4