Выпрямитель с утроением напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 060779 (21) 2790995/24-07

<1>832676

-Ф (51)М. Клз

Н 02 М 7/10 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230581 Бюллетень N9 19

М) УДК б21.З14.. 6 (088. 8) Дата опубликования описания 230581

Г

С.И. Щербинин, Б.A. Багинский и М.М. @таей й,, .,!- ° <;

l

У (Тольяттинский политехнический инсФйтут ---... (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВЫПРЯМИТЕЛЬ С УТРОЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к выпрямителям переменного тока с умножением напряжения, и может использоваться в бестрансформаторных источниках питания с повышенным выходным напряжением.

Известны выпрямители с умножением напряжения, применяемые для питания маломощных нагрузок, содержащие вен- . тили и, конденсаторы. В течение части полупериода переменного напряжения конденсаторы заряжаются, подключаясь через вентили параллельно входным зажимам выпрямителя. При изменении по-15 лярности входного напряжения происходит разряд конденсаторов. При этом они включаются последовательно между собой и входным напряжением, обеспечивая на нагрузке повышенное напря- 20 жение (1) и E2g.

Однако сравнительно небольшая длительность прохождения токов заряда и разряда, различие их по величине и форме приводят к низкому коэффициенту 25 мощности выпрямителей с умножением напряжения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст- ройство утроения напряжения, выпол- 30 ненное по мостовой схеме, в двух противоположных плечах которой включены конденсаторы, а в двух других— вентили. Одна иэ диагоналей моста образует входные зажимы, а другая через дополнительный вентиль, включенный согласно и последовательно с одним из вентилей моста, подключена к конденсатору, соединенному с выходными зажимами. В течение одного полупериода конденсаторы моста заряжаются одновременно от входного напряжения. Во второй полупериод они, включаясь последовательно с .входным напряжением, разряжаютсл, поддерживая на .выходном конденсаторе и нагрузке утроенное постоянное напряжение (3g °

Недост аткоМ из вест н ого умножителя является низкий коэффициент мощности.

Цель изобретения — увеличение коэффициента мощности выпрямителя с утроением напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь, состоящий иэ вентильно-конденсаторных мостов, выходные диагонали которых через дополнительные вентили, включенные согласно и последовательно с вентилями

832676 мостов, подключены к конденсатору, соединенному с выходными выводами, содержит три моста, включенные треугольником относительно входных выводов в трехфазную сеть, а между вентилями, стоящими в соседних плечах, включены обмотки, расположенные на

Общем магнитопроводе и соединенные соглано, средние точки которых и точки соединения конденсаторов в соседних плечах .образуют входные выводы мостов

На фиг. 1 изображена принципиальная схема выпрямителя с утроением напряжения, на фиг. 2 — диаграммы фаэных (а) и линейных (б) напряжений, токов заряда (в) и разряда i5 (г) конденсаторов мостов и результирующего тока (д).

Выпрямитель содержит три вентильно-конденсаторных моста. Одна ветвь первого моста состоит из вентилей 1 Щ() и 2, которые включены согласно в соседних плечах и соединяются между собой через обмотку сглаживающего дросселя 3. Другая ветвь образуется последовательно включенными конденса- Z5 торами 4 и 5. Точки соединения вентилей и конденсаторов являются выход-. ной диагональю мостов, а средняя точка обмотки, 3 и точка соединения конденсаторов 4 и 5 — входными зажимами моста. Второй и третий мосты выполнены аналогично и содержат, соответ.ственно, вентили 6, 7 и 8, 9, конденсаторы 10, 11 и 12, 13 и обмотки сглаживающего дросселя 14 и 15. Обмотки 3, 14 и 15 расположены на общем магнитопроводе и включены согласно.

Ток, проходящий по обмоткам 3, 14 и 15, создает в магнитопроводе дросселя магнитный поток одного на- 40 правления. Входные зажимы мостов подключаются по схеме треугольника в трехфазную сеть.. Выходные диагонали мостов через дополнительные вентили катодной группы 16-18 и анодной группы 19-21, включенные согласно с вентилями мостов, соединены с общим конденсатором 22, параллельно которому подключается нагрузка 23.

Выпрямитель работает следующим образом.

Можно считать, что ток в процессе заряда и разряда конденсаторов не изменяется во времени. Переход зарядмего тока с одной обмотки дросселя ма другую, а также переход разрядного асма с одного дополнительного веитмля на другой происходит мгновенно.

Зарядный ток конденсатора проходИт сщну шестую часть периода, когда ли- go меймое напряжение, подводимое к входным зажимай соответствующего моста, имеет но модулю наибольшую величину ао сравнению с напряжениями на входах других мостов. В течение остального 65 времени вентиль, стоящий в цепи заряда конденсатора, закрыт под действием результирующего напряжения на конденсаторе, обмотке. дросселя и линейного напряжения сети.

Ток разряда конденсаторов мостов проходит в течение одной трети перио1ца. Дополнительные вентили анодной группы 19-21 поочередно включаются в моменты времени, когда соответствующее фазное напряжение, подводимое в точку соединения конденсаторов мостов, наиболее отрицательно. При этом разряжается конденсатор, соединенный с катодом открытого вентиля.

Дополнительные вентили катодной группы 16-18 поочередно включаются в моменты времени, когда фазное напряжение, подводимое к ним соответственно через конденсаторы 4, 10 и 12, наиболее положительно. Ток разряда проходит в этом случае через конденсатор, соединенный с анодом открытого вентиля. Конденсаторы мостов заряжаются до напряжения, пропорционального линейному напряжению сети. Их разряд происходит по цепи, образуемой последовательным включением линейного напряжения сети и двух конденсаторов, .расположенных в различных мостах. На конденсаторе 22 и нагрузке 23 формируется напряжение, пропорциональное утроенному линейному напряжению сети.

Так, для фазы А в моменты времени, соответствующие наибольшей по модулю величине линейного напр=..жения Одс, проходят токи i4 u ig и заряжаются конденсаторы 4 и 5 (фиг. 2б, в). tIocле того, как напряжение U gp, превысит по модулю напряжение Одс, начинают проходить токи i a . и 1 О образуют положительную а токи 110 . и ig — Отрицательную полуволны зарядного тока, первая гармоника которого совпадает по фазе с напряжением U+. Ток разряда фазы А состоит из токов i „ и i|| конденсаторов 10 и 11. При положительной полуволне фазного напряжения Up, работает вентиль 17 и разряжается конденсатор 10, при отрицательной включается вентиль 20 и разряжается конденсатор 11 (фиг. 2а, r).

В течение времени, когда 108 ).>

)UA I, разряд конденсатора 10 происходит по цепи вентиль 21-конденсатор

13 — источник маиряжения UgA - конденсатор 10 - вентиль 17. При i0дс!)

lU8pl разряд продолжается по цепи вентиль 19 — конденсатор 5 - источник напряжения 0 С - конденсатор 10вентиль 17. В обоих случаях к конденсатору 22 и нагрузке 23 прикладывается утроенное напряжение на конденсаторе моста. Аналогичные процессы происходят при разряде конденсатора 11.

Включение вентилей в соседние плечи мостов позволяет получить симмет 832676 ричную форму зарядного тока в фазе относительно фазного напряжения. Введение магнитосвязанных обмоток сглаживающего дросселя обеспечивает пря. моугольную форму этого тока с длительностью, равной одной трети периода. В итоге первая гармоника д результирующего тока фазы !д, который рпределяется, как сумма зарядного и разрядного токов, имеет нулевой угол ! сдвига относительно фазного напряже ния (фиг. 2д) . Коэффициент мощности выпрямителя в этом случае увеличивается и достигает величины, которую имеют наиболее совершенные в этом отношении выпрямители.

Использование трех вентильно-кон- t5 денсаторных мостов с включением вентилей в соседние плечи магнитосвязанных обмоток сглаживающего дросселя выгодно отличает предлагаемый выпрямитель с утроением напряжения от () известного значительным увелнчением коэффициента мощности.- Это позволяет применять его в бестрансформаторных источниках питания с повышенным выходныгл напряжением при средних .и боль- ших мощностях нагрузки, в результате. чего достигается резкое уменьшение веса и габаритных размеров устройства в целом. Так, для вторичных источников питания с выходным напряжением 1300-1500 В при мощности нагруз- ЗО ки порядка 20 кВт прииенение предлагаемого выпрямителя позволяет уменьшить вес с 200-250 кг до 50-60 кг.

Коэффициент мощности выпрямителя при этом составляет 0,9-0,95 (0,4-0,6 у известного.).

Формула изобретения

Выпрямитель с утроением напряжения, состоящий из вентильно-конденсаторных мостов, выходные диагонали которых через дополнительные вентили, включенные согласно и последовательно с вентилями мостов, подключены к конденсатору, соединенному с выходны« ми выводами, отличающийся тем, .что, с целью увеличения коэффициента мощности, он содержит три моста, включенные треугольником относительно входных выводов в трехфазную сеть, а между вентилями, стоящими в соседних плечах, включены обмотки, расположенные на общем магнитопроводе и соединенные согласно, средние точки которых и точки соединения конденсаторов в соседних плечах образуют входные выводы мостов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 560307, кл. Н 02 М 7/10, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 615576, кл. H 02 М 7/10, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

9 408436, кл. Н 02 М 7/10, 1971.

832676

Составитель Мельникова

Техред М. Голинка Корректор Ю. Макаренко

° Редактор Г. Кацалап .Заказ 3668/69 Тираж .730 Подписное

ВНИИБИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4