Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е < »во зтя

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. с вид-ву— (22)Заявлеио19.06.81 (2»} 3302511/24-0 (g ) щ К т

Н 02 М 7/12

5 05 F 1/46 с присоединением заявки М—

Гкумретвеввьй квмктет

CCCP (23) Приоритет— (53) УДК 621;314. .6(088.8}

Опубликовано 28.02.83.Бюллетень М 8

Дата опубликования описания 28.02.83

t»e алвзм кзебретевик и аткрмтий т »i

Ю, А. Мордвинов я С. И. Королер..., F .: . (1

1.

Научно-исследовательский институт е атомцтики и электромеханики

%и радиоэлектроники 1 (72) Авторы изобретеФия (7i) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям переменного напряжения в и остоянное.

Известен преобразователь, содержащий с огласуюший трансформатор, выпрямитель- 5 ные диоды и дросселя насыщенкяя. Регулирование величины выходного напряже-. ния осуществляется подмагничиваннем дросселей насыщения постоянным током Pl) . то

Недостатками данного преобразователя являются большая инерционность его в замкнутых системах, большая масса и габариты, обусловленные дросселями насьппения и выходным сглаживающим .фильтром.

Известен управляемый выпрямитель, содержащий согласующий трансформатор, ключевые элементы, сглаживающий фильтр и схему управления. Регулирование величины выходного напряжения осуществляется изменением угла регулирования тиристора Г2 ) .

Недостатками указанного устройства являются низкие коэффициент сдвига и коэффициент мощности, плохие массогабаритные и динамические характеристики, особенно при широком диапазоне регулирования величины выходного напряжения.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности управляемый вып- . рямитель со ступенчатым регулированием выходного напряжения, содержащий согласующий трансформатор, вторичные обмотки которого имеют несколько промежуточных отводов, к которым подключены ключевые элементы, сглаживающий фильтр и схему управления. Минимальное выходное напряжение формируется при подключении только обмотки согласующего трансформатора с минимальным количеством витков. Изменение угла регулирования ключевых элементов, подключактпях обмотки согласующего трансформатора с большим количеством витков, позволяет регулировать величину.

3 10013 выходного напряжения в заданном диапазоне (3 3 .

Такое построение управляемого выпрямителя (когда регулируется только часть мощности) позволяет повысить его коэффициент искажения и мощности, однако не обеспечивает высокого качества электрической энергии, особенно в динамических режимах. Объясняется это тем, что

1 при необходимости регулирования величины выходного напряжения в широком диапазоне мощности масса и габариты выходного фильтра очень большие. Поэтому, например, при сбросе (набросе) нагрузки наблюдаются большое перерегулировиние (провал) напряжения, С уменьшением мощности выходного фильтра при больших углах регулирования наблюдается низкое качество выходного напряжения (большая переменная составляющая).

Пель изобретения — улучшение качест+ ва выходного напряжения, в также уменьшение массы габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем выпрямительный мост„диагональ переменного тока которго образует входные выводы, а в диагональ постоянного тока включен сглаживающий фильтр с несколькими параллельно включенными дросселями, в также схему упрввл ния, дроссели фильтра содержит средние точки, которые объединены и подключены к анодам вентилей выпрямительного моста, в свободные выводы дросселей через

35 дополнительно введенные ключевые элементы с двусторонней проводимостью обьединены и подключены через дополнительно введенные диоды соответствен4О но к катодам вентилей выпрямительного моста и отрицательному выходному выводу, при этом цепи управления ключевых элементов связаны с выходом схемы управления, обеспечиваюшей изменение

g5 частоты переключения ключевых элементов пропорционально модулю амплитуды входного напряжения и сигналу paccor ласоввния, вход которой подключен к входным выводам и задающему генератору.

При этом схема управления содержит задающий генератор и амплитудный компарвтор, подключенные к сети переменного тока кольцевую пересчетную схему, вход которой соединен с задающим генератором, блок формирования импульсов управления, входы которого соединены с амплитудным компврвтором

78 4 и кольцевой пересчетной схемой, при этом задающий генератор связан выходными выводами выпрямителя через датчик рассогласования.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя; ни фиг. 2 — диаграммы напряжений, поясняющие управление преобразователем.

Преобразователь содержит выл| рямительный мост нв вентилях 1"- 4, к диагоншти переменного тока которого подключена сеть переменного тока, в к дииГОнили постОяннОГО тОки — СГлвживиюший фильтр с несколькими параллельно включенными дросселями 5,1 — 5.М.

Обмотки 6.1 — 6.М дросселей фильтра содержат средние точки, которые обьединены и подключены к анодам вентилей выпрямигельного моста, и свободные концы обмоток через дополнительно вве— денные ключевые элементы 7 ° 1 — 7,N и 8.1 — 8.N с двусторонней проводимостью обьединены и подключены через дополнительные диоды 9. 1 — 9,М к катодам вентилей выпрямительного моста, и диоды 10. 1 — 10, М . — к клемме нагрузки 11. Схема управления содержит задающий генератор 12 и амплитудный компаригор 13, подключенные к сети переменного тока, кольцевую пересчет1 ную схему 14, вход которой соединен с задающим генератором, в также блок 15 формирования импульсов управления, входь которогосоединены с амплитудным компарвгором, кольцевой пересчетной схемой и датчиком 16 гока, включенным в цепь нагрузки, .при этом звдвкхций генератор связан.с выходными выводами преобразователя через датчик 17 рассогласования.

На фиг. 2 представлены выпрямленное .. напряжение 18, форма импульсов 19 управления ключевыми элементами 7. 1 и 8.1 (Э „,„), сигнал 20 нв выходе амплитудноГО KQMn apaTopa 1 3 (3 „ форма импульсов 21 управления ключевы + ми элементами 7, 1 и 8.1 (Оэср а 2), в также сигнал 22 на выходе амплитудного компаратора (ОЭ „ „2) при 0 2С (О 1, зс д

ЗС1 Д Э уф, Устройство работает следующим образом, В нормальном режиме переменное напряжение сети преобразуется выпрямительным мостом в пульсирующее 18.

Дроссели 5.1 - 5 М, которые включены последовательно с нагрузкой и индуктивное сопротивление которых изменяется в течение полупериода напряжения сети переменного гока, осуществляют регу1001378 4 лирование величины напряжения На нагрузке путем изменения частоты коммутации дополнительных ключевых элементов

7. 1 — 7.М и 8.1 — 8,М. При этом частота коммутации указанных ключевых элементов во много раз превышает частоту входного напряжения. Управление дополнительными кпючевыгли элементами

7.1 — 7.М и 8.1 — 8.М. осуществляется от бпока 15 формирования импульсов управления, куда поступаютсигналы с кольцевой пересчетной схемы 14 и амплитудного компара-ора 13. На .вход амппитуд ного компаратора 13 поступает переме ное напряжение, которое затем выпрямляется и сравнивается с задающим напряжением. На выходе амппитудного ком.паратора 13 формируются сигналы 20 (11- Ь, t3 — Ф >... > -первые wmepaaznr, О t2 З ". — вторые интервалы), 2О которые определяют интервалы начала и коммутации допопнитепьных ключевых элементов 7.1 — 7.М и 8.1 — 8.М.

Такое выделение интервалов, в которых изменяется закон управпения ключе- 25 вых элементов 7.1 — 8.1, позвопяет подкпючать нагрузку непосредственно через сгпаживаюший фильтр к неуправляемому выпрямителю при малых величинах амплитуды выпрямленного напряжения и вво- щ дить в цепь нагрузки регулируемое сопротивпение при больщйх амплитудах вьшрямпенного напряжения (соответственно р р О- „, 2- 3, - H

+2) 13 ++, ). ЭГО пОзВОлит сок- 35 ратить до минимума мощность сглаживающего фипьтра. Кольцевая пересчегная схема 14 формирует m--фазную систему прямоугопьных импульсов 19, сдвинутых друг относитепьно друга на длительность одного тактового интервала задающего генератора (дпительность между тактовыми импульсами). Частоту выходных импульсов кольцевой пересчетной схемы

14 определяет задающий генератор 12, рабочая частота тактовых импульсов которого изменяется пропорционально модулю амплитуды входного. напряжения и напряжению рассогласования, поступающему с датчика 17 рассогласования. Датчик рассогласования осушествпяет формирование сигнала рассогласования (К10Вых 2 (эс>>д, и в виде сигнала постоянного тока поступает в задающий генератор 12. В задающем генераторе полученный сигнал буммируется с моду55 пем выпрямленного входного напряжения

Ky(U+ 1 и полученная величина и форма напряжения определяет частоту тактовых импульсов задающего генератора, которые поступают на кольцевую пересчетную схему 14. Блок 15 формирования импульсов управления обеспечивает усиление по мощности выходных импульсов кольцевой пересчетной схемы в интервапах времени „-k2,+ - 4,, и подачу постоянного напряжения на ключевые элементы (7.1 — 7.М) в интервале времени — 1., — т.3, ... Согласно импульсам 19 в интервапе времени + -+ кол>о мутация ключевых элементов 7.1 и 8.1 не осушествпяется (вкпючены 7.1 — 7.M) и структура преобразователя состоит из обычного фильтра с дроссепями 5.1—

5.М. В момент времени 11 выключается ключевой эпемент 7.1 и вкпючается:

8.1, что приводит к перекачке реактивной мощности, запасенной в дроссепе

5.1, в нагрузку и дроссепи 5.2, 5.3,- -

5.M по цепи: полуобмотка дросселя

5.1 — ключевой элемент 8.1 — дополнительный диод 9 . 1 — нагрузка 1 1 — дроссели 5.2 — 5.М вЂ” полуобмотка дроссепя 5.1. В таком режиме диод 10,1 закрыт > a все остальные диоды 10.2—

10.М пропускают ток нагрузки. При снижении тока указанной цепи до нуля вкпючается диод 10.1 и выключается диод

9.1. Ток через дроссель начинает увеличиваться до величины, определяемой параметрами нагрузки. Затем переключаются ключевые элементы 7.2 и 8.2 и т.д.

Очевидно, что увеличение параппепьно включенных дроссепей приводит к уменьшению переключаемого тока и уменьшению пульсаций напряжения. С изменением задающего напряжения (сигнап 22 меньше, чем сигнал 20) изменяется и мол|ент начала отсчета +< (коммутации первой пары дополнительных ключевых элементов 7.1,8.1) .

Резкое уменьшение нагрузки приводит. к увеличению напряжения на выходе за счет дроссепей с регулируемым индуктивным сопротивлением. B таком режиме на выходе датчика рассогласования к появпяется сигнал (K<(ИЬ!х р с,д) который, суммируясь с сигналом

КЗ 0, обеспечивает резкое увепиченйе рабочей частоты тактовых импульсов задающего генератора 12 (в BopMBJtbКРвь х- г "зс,д=( что приводит практическй к мгновейной коммутшши ключевых элементов нескольких ячеек и снижению напряжения на нагрузке.

В общем случае допапнительно мажет быть введен датчик 16 тока, вкпюченный в

7 1001 Й78

Формула и з о б.р е т е н и я

1, Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содерЖащий выпрямительный мост, диагональ переменного тока которого образует входные выводы, цепь нагрузки, который определяет мс: мент резкого изменения тока нагрузки (di /8t ) и выдает дополнительно сиг нал B блок 15 формирования импупьсов управления на повьппение .естоты выходных сигналов управления.

Hpï резком увеличении нагрузки напряжение на нагрузке уменьшвется и сигнал на выходе датчика рассогласования (<U ) имеет отрицательный знак, который, вычитаясь из сигнале

К ) @< I, обеспе швает резкое умень шение рабочей частоты тактовых импульсов звдекхцего генератора 12, что приВодит практически к исключению очередных (по отношению к статическому режиму) коммутаций ключевых элементов ячеек. Такое управление ключевыми элементами ячеек позволяет получить минимально возможные длительности провЦ- 20 ла напряжения, на нагрузке.

Таким образом, предлагаемый преобразователь имеет меньшую мессу и габариты сглаживакяцего фильтра, по сравнению с известным,так как фильтр в про- 25 тоти определяется в режиме максимального утла регулирования, а дпя предлагаемого преобразователя максимальная. величина сглаживающего фильтра (его месса и габариты) определяется при gg максимальном задающем угле, что соответствует нулевому углу регулирования в прототипе. Причем с увеличением диапазоне регулирования выходного напряжения эффективность устройства повышаетсяя. Меныцая мощность сглаживающего фильтра обеспечивает и лучшие динамические хврактеристики устройства в целом. Кроме того, преобразователь во всем диапазоне регулирования напряжения имеет коэффициент мощности

СжФ =- 1,0. а в диагональ постоянного токе включен сглаживвю ций фильтр с несколыа ми параллельно включенными дросселями, а также схему управления, о r л и ч a— ю ш и и с я тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения, а также уменьшения массы и габари тов, дроссели фильтра содержвт средние точки, которые объединены и подключены к анодам вентилей выпрямительного мосте, а свободные выводы дросселей через дополнительно введенные ключевые элементы с двусторонней проводимостью объединены и подключены через дополнительно введенные диоды соответственно к катодам вентилей выпрямительного моств и отрицательному выходному выводу, при этом цепи управления ключевых элементов связаны с выходом схемы управления, обеспечивающей изменение частоты переключения ключевых элементов пропорционально модулю вмплитуды входного напряжения и сигналу рассогласования,вход которой подключен к входным выводам и задающему генератору.

2. Преобразователь по п, 1, о т —. лич аюши йся тем, чтосхема упрввления содержит задающий генератор и амплитудный компвратор, подклк ченные к сети переменного тока, кольцевую пересчетную схему, вход которой (. соединен с задающим генератором, блок формирования импульсов управления входы которого соединены с амплитудным компаратором и кольцевой пересчетной схемой,. при этом задающий генератор связан с выходными выводами выпрямителя через датчик рассогласоввния.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чиженко И. М., Руденко В. С., Сенько В. И. Основы преобразовательной техники. М., "Высшая школа, 1977, с. 110.

2. Руденко В. С., Сенько В. И.

Чиженко И. М., Основы преобразовательной техники. М., Высшая школа

1980, с, 42.

3. Там же, стр. 90.

10013lh

Фиф.!

ibbih78

Составитель Е, Мельникова

Редактор Л. Пчелннская ТехредЖ.Кастелевич Корректор O. Билак

Заказ 1439/70

Тирщк 685 П одпнсн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

3.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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