Преобразователь переменного напряжения в повышенное постоянное

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалнсткческнк

Республик 1 936293 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 302680 (21) 294 714/24-07 с присоединением заявки ¹ (23)приоритет

Опубликовано 15. 06. 82. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 15. 06. 82 (51)М. К.а.

Н 02 М 7/12

9>еударетаеньй кемитвт

CCCP аа давал вмбретеккВ и еткрыта» (53) УДК621. 314.6 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б.А. Багинский, М. М. Штейн и С . И. Цербинин

1! (Томский ордена Октябрьской Революции 1и ордена ТрудовоГо, Красного Знамени политехнический инсТитут. им. С.М;КировМ .

1 (Vl) Заявитель (543 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОВЫШЕННОЕ ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания, преобразующего переменное напряжение в постоянное повышенного уровня.

Известен регулируемый источник повышенного постоянного напряжения, содержащий вентильный мост и подключенную к его выводам постоянного тока цепочку из последовательно соединенных конденсаторов, общей точкой подключенных через выключатель ко входному выводу Г1 1.

Известен также стабилизатор выпрямленного напряжения, содержащий вентильный мост, сглаживающий дроссель, фильтровой конденсатор, причем сглаживающий дроссель выполнен с отводом и подключен к управляющему тиристору, позволяющему регулировать выходное напряжение j2).

Недостатками известных устройств являются низкие энергетические характеристики, так как энергия от ис точника переменного напряжения потребляется в течение части полупериода питаоцей сети, когда входное напряжение выше напряжения на конденсаторе фильтра. Ток заряда ограничен лишь внутренним сопротивлением источника и сопротивлением вентилей, Малое время протекания тока, его большая амплитуда приводят к низкому

iÎ значению коэффициента искажения тока и уменьшению коэффициента мощности устройства в целом.

Наиболее близким к изобретению ! является преобразова тель переменного

IS напряжения в повышенное постоянное, содержащий разнополярно подключенные к одному из входных выводов вентили, другими концами соединенные с двухобмоточным дросселем, свободные выводы которого подключены к цепочке из последовательно соединенных конденсаторов, общей точкой связанных с другим BxoAHblM выводом (3).

Недостаток этого преобразователь относительно низкий коэффициент мощности и высокий уровень амплитуды пульсаций выходного напряжения, что влияет на качество энергетических характеристик устройства.

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик.

Эта цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в повышенное постоянное, содержащем основной выпрямитель, двух - . обмоточный дроссель, концы которого соединены с цепочкой из последовательно соединенных конденсаторов, общей точкой подключенных к одному из входных выводов, двухобмоточный дроссель выполнен с отводами от обеих обмоток, подключенными к выводам постоянного тока основного выпрямителя, и введен дополнительный выпрямитель, выводы постоянного тока кото рого подключены к свободным концам двухобмоточного дросселя, а между об щей точкой соединения конденсаторов и входным выводом включен ключевой элемент.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы(с(Д4)напряжений и токов, потребляемых из сети и на дросселе.

Преобразователь содержит основной выпрямитель, вь.полненный на вентилях

1 - 4, дополнительный выпрямитель на вентилях 5 — 8, двухобмоточный дроссель 9, выполненный с отводами, подключенными к выводам постоянного тока основного выпрямителя. Выводы постоянного дополнительного выпрямителя соединены с концами двухобмоточного дросселя. 9, свободные концы которого подключены к цепочке из пос ледовательного соединенных конденсаторов 10 и 11, общей точкой подключенных через ключевой элемент 12 ко входному выводу. Нагрузка 13 подсоединяется к выводам конденсаторов

10 и 11.

На фиг. 2 представлены следующие диаграммы: а) .напряжения на дросселе и токов е его обмотках при разомкнутом ключе 12; б) напряжения на дросселе и токов в его обмотках при замкнутом ключе 12; в). сетевое напряжение и потребляемый из сети ток.

6293

to

1$. энергии, ток протекает через витки обмоток Ч„, W< конденсаторы 10 и 11 с нагрузкой 13 и вентили дополнительного моста (на диаграммах фиг.2 а

2$ временные интеРвалы t u т.д.) . При этом вентили 5-8 основного моста закрыты обратным напряжении ем, приложенным с обмоток Чу, Ч, 30

3$

ФО

4$

Ю ф

Устройство работает следующим образом.

Если ключевой элемент 12 разомкнут, то выпрямленный 1, ток замыкается через последовательно соединенные обмотки дросселя Ч1 и Ч . В соответствии с фиг. 1, Ч,1- вйтки одной обмотки двухобмоточного дросселя 9, Ч2 витки другои обмотки двухобмо точного дросселя 9.Ч1 Ч - Ч,, Ч = W + W< ",где W< и W - части

1 витков соответствующей обмотки от вывода постоянного тока дополнительного выпрямителя от отвода, 1(Ч„ и Ч" - части витков от отвода ао места подключения к выводам кон" денсатора.

Когда входное напряжение больше напряжения нагрузки, в двухобмоточном дросселе происходит накопление

Когда входное напряжение меньше напряжения нагрузки, двухобмоточный дроссель отдает энергию, выпрямленный ток протекает через все витки обмоток Ч<, И и вентили основного моста 5 - 8 (интервалы tz- t4, на фиг. 2 а). При этом к вентилям дополнительного выпрямителя приложено обратное напряжение и они заперты. Непосредственно в момент равенства входного и нагрузочного напряжений {1„, t<, й4, t ) происходит коммутация тока из одних витков обмоток в другие с одновременным скачкообразным изменением его амплитуды.

Так в моменты t<, й4 ток, потребляемый от сети и поступающий в конденсаторы и нагрузку, скачком возрастает, а соответственно в моменты

t< - уменьшается. Скачкообразное изменение тока обусловлено тем, что при переводе его из одних витков в другие в силу неизменности энергии дросселя до и после моментов коммутации выполняется равенство

1„W l W

t где W,,1 . - число витков части обмотки дросселя и ток, протекающий по ним;

5 9362

W=W +W, - соответственно число ! д витков всей обмотки дросселя и ее ток.

Если двунаправленный ключ замкнут, то на каждом из полупериодов подза- 5 ряжается один из конденсаторов и ток поочередно протекает по обмотке Ч( или М .Так, при положительной полуволне входного напряжения на интервале t - t (фиг. 2 б) ток сети протекает через вентиль 5, обмотку (ь

Wq W + У,(, конденсатор 10 и ключ

12. На интервале с„- и вентиль 5 закрыт, а заряд конденсатора 10 производится током, протекающим через вентиль 1 и обмотку Ч„. На интервале ( и - t ток сети вновь замыкается через диод 5 и обмотку W . При отрицательной полуволне входного напряжения заряжается конденсатор 20

11 током, протекающим на интервалах

tg- tg, t — tg через вентиль 7 и обмотку 5 = Н + W а на интервале и - t< через вентиль 3 и обмотку W<.

Потребляемый из сети ток как при 25 разомкнутом, так и при замкнутом ключе 12 имеет ступенчатую форму (фиг. 2 в) с уменьшенным содержанием высших гармонических составляющих, причем первая гармоника тока совпада-зв ет по фазе с питающим напряжением.

Коэффициент мощности преобразователя зависит от соотношения витков

W

Ч + Ч " 35 и при и = 2 — 3 достигает значения

0,98. Величина выходного напряжения также зависит от- и. При разомкнутом ключе 12 в указанном диапазоао не изменения и выходное напряжение составляет 0,72 — 0,77 от амплитуды . питающего, а при замкнутом ключе увеличивается в 2 раза. Если в качестве ключа 12 использовать симис45 тор с системой фазового управления, то, изменяя фазу его включения, можно в.2 раза регулировать выходное напряжение.

Использование двухобмоточного дросселя и дополнительного выпрями50

93 теля позволяет улучшить энергетические характеристики преобразователя. Так, в известном устройстве коэффициент мощности не превышает

0,9. В обычной однофазной мостовой схеме выпрямителя с индуктивной реакцией фильтра коэффициента мощности также составляет величину 0,9.

Отмеченное достоинство позволяет эффективно применять преобразователь для получения повышенного выпрямленного напряжения при средних и больших мощностях нагрузки. При этом по сравнению с классической схемой источника с согласующим тран" сформатором достигается значительное уменьшение массы и габаритов устройства.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в повышенное постоянное, содержащий основной выпрямитель, двухобмоточный дроссель, концы которого соединены с цепочкой из последовательно соединенных конденсаторов, общей точкой подключенных к одному из входных выводов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик, двухобмоточный дроссель выполнен с отводами от обеих обмоток, подключенными к выводам постоянного тока основного выпрямителя, и введен дополнительный выпрямитель, выводы постоянного тока которого подключены к свободным концам двухобмоточного дросселя, а между общей точкой соединения конденсаторов и входным выводом включен ключевой элемент.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 410368,кл. G 05 F 1/24, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

/ 669340, кл. H 02 И 1/12, 1977.

3- Патент СНА И 3177421, кл. 321-15, 1965.

936293

Put.1

lwt

" с

Фиа 2

ВНИИПИ Заказ 4244/69 Тираж 721 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4