Преобразователь переменного напряжения

Преобразователь переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>928564

Союз Советских

Социалистических республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 17.04.80 (21) 2910823/24-07 с присоединением заявки М Ю 2929396/24-0?

{23)приоритет " (51)М. Кл.

Н 02 М 5/12

Н 02 M 7/12 Ьеударстааииый комитат

СССР ио далек изобретеиий и открытий

Опубликовано 15.05.82. Бюллетень Юе 18

Дата опубликования описания 15.05.82 (53) УДК 621.316. ..722(088.8) (72) Авторы изобретечи я

Б.К.Жарский, И.А.Инякин, В.М.Градоблян и А.Г.Прядко

Киевский научно-исследовательский и конструкторский;;;

1 институт периферийного оборудованцш (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Преобразователь переменного .напряжения относится к электротехнике и может быть использован при построении систем питания электро-радиоаппаратуры различного назначения, 5

Известны устройства, содержащие трансформатор и вольтодобавочный узел

Известно устройство содержащее тиристорный вольтодобавочный узел с трансформатором и входным выпрямитето лем. Устройство работает по принципу добавления напряжения, наводимого первичными полуобмотками вольтодобавочного трансформатора с положительным или отрицательным знаком отно15 сительно напряжения питающей сети во вторичной обмотке, включенной последовательно между одним из входных и вь ходных выводов устройства, и обеспечивает получение трех уровней выходного напряжения на зажимах нагрузки.

Данное устройство обеспечивает регулирование (или стабилизацию) в заданных пределах сетевого напряжения, а для получения низких или повышенных напряжений, по сравнению с сетевым, необходима установка дополнительного силового трансформатора, что существенно ухудшает массогабаритные показатели рассматриваемого устройства(1).

Известно устройство содержащее силовой трансформатор, выпрямитель, два вольтодобавочных трансформатора, преобразовательную схему, выполненную на диодах и регулирующем транзисторе, а также схему управления. Стабилизация напряжения в нагрузке производится путем изменения состояния регулирующего транзистора, которое приводит к изменению напряжения на вольтодобавочных трансформаторах.

В этой схеме вольтодобавочные трансформаторы работают с постоянным подмагничиванием, а перемагничивание их происходит в отрицательной полупериод входного напряжения, за счет энергии, накапливаемой в обмотках этих же трансформаторов, через об8564

Зо

3 92 ратное сопротивление диодов выпря мителя. По этой причине, в качестве сердечников для трансформаторов используются материалы с малой коэрцитивной силой, типа ферритов. А это означает, что такие схемы работоспо.собны на высоких частотах (порядка десятков килогерц}. На промышленной частоте такая схема неэффективна изза очень резкого повышения массы и абаритовССНаиболее близким по техническому решению к изобретению является преоб разователь переменного напряжения, содержащий входной трансформатор первичная и вторичная силовые обмотки которого связаны с входными и с выходными выводами соответственно, вольтодобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя, выводы переменного тока которого соединен с дополнительной обмоткой входного трансформатора, а выходы постоянного тока подключены через фильтр к входу мо- . дулирующего блока, выходная цепь которого соединена последовательно с одной из силовых обмоток входного трансформатора (3 J.

Недостатком известного устройства является сравнительная сложность,изза наличия дополнительного узла вольтодобавочного трансформатора и двух управляемых блоков на ключевых weментах (управляемого выпрямителя и инвертора1. Кроме того устройство имеет сравнительно больше массу и габариты.

Цель изобретения - упрощение, уменьшение массы и габаритов..

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения модулирующий блок выполнен по мостовой схеме.

Выходная цепь модулирующего блока включена последовательно с первичной обмоткой входного трансформатора.

Кроме того, при использовании предлагаемого устройства для питания цепей постоянного тока введены два диода и дополнительный трансформатор, при этом вторичная обмотка входного трансформатора выполнена в .виде двух полуобмоток, каждая из которых включена последовательно с диодом и формирует плечо выходного выпрямителя, а выход модулирующего блока включен в цепь вторичной обмотки трансформатора через дополнительный трансформатор, вторичная обмотка которого вы4 полнена со средней точкой и включен между выводами полуобмоток вторичной обмотки входного трансформатора.

Такое построение преобразователя позволяет, с одной стороны, исключить вольтодобавочный трансформатор, что упрощает схему и снижает массогабаритные показатели устройства. С другой стороны при выполнении отдельной обмотки входного трансформатора с коэффициентом трансформации можно до нуля окомпенсировать пульсации в выходном напряжении и получить на первичной обмотке трансформатора прямоугольное напряжение со стабильной амплитудой. При отсутствии

Фильтров на нагрузке коэффициент трансформации отдельной обмотки определяется уровнем постоянной составляющей в выпрямленном напряжении и равен 2Я:. При наличии фильтров в нагрузке коэффициент трансформации ее снижается пропорционально величине постоянной времени фильтров. Формирование прямоугольника со стабильной амплитудой на перцичной стороне входного трансформатора позволяет расширить функциональные возможности преобразователя при построении многоканальных стабилизированных источников электропитания без существенного увеличения массы и габаритов устройства.

Предлагаемый преобразователь переменного напряжения может быть использован и для регулирования или стабилизации переменного напряжения, когда требуется гальваническая развязка первичной и вторичной обмоток входного трансформатора или при согласовании входного и выходного напряжений. Эта цель достигается тем,что отдельная обмотка трансформатора выполнена с коэффициентом трансформации, пропорциональным требуемому диапазону регулирования выходного напряжения, и подключена непосредственно на вход модулирующего блока вольтодобаночного узла. При этом выпрямитель и фильтр вольтодобавочного узла исключаются.

На фиг. 1 изображена схема устройства, нагруженного на вход выпрямителя с фильтром; на фиг. 2 - вариант схемы при выполнении на N силовых трансформаторов; на фиг. 3 - эпюры токов и напряжений, поясняющие работу устройства на фиг. 4 — вариант преобразователя переменного нап5 9 ряжения, используемый для питания цепей постоянного тока.

Преобразователь (фиг. 1) содержит входной трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2, вторичную обмотку

3, к которой подключены выходной выпрямитель на диодах 4 со сглаживающим фильтром 5, и дополнительную обмотку 6, питающую выпрямитель вольтодобавочного узла на диодах 7 с фильтром на конденсаторе 8, и модулирующий блок, выполненный по мостовой схеме на ключах 9 - 12. Модулирующий блок включен последовательно с обмоткой 2 и управляется от блока 13 управления, который входными зажима" ми подсоединен к нагрузке, а. выходными - к цепям управления ключей 912.

Величина напряжения на обмотке 6 ,и, соответственно, выпрямителя на . диодах 7 выбирается из условий компенсации пульсаций в выпрямленном напряжении согласно диапазону регулирования выходного напряжения. Ключи 9 - 12 по командам с блока управления подключают напряжение конденсатора 8 в фазе или в противофазе с напряжением сети. Кроме того, с их помощью первичную обмотку можно подключать непосредственно к питающей сети. В блоке 13 .управления выходное напряжение преобразователя сравнивается с опорным. Если это напряжение не равно опорному, то напряжение конденсатора 8, в зависимости от знака рассогласования, вычитается или складывается с напряжением об" мотки 2. При равенстве опорного и выходного напряжений регулирующий элемент подключает обмотку 2 непосредственно к питающей сети.

При построении преобразователя на

N силовых трансформаторах (фиг. 2) обмотки 2 этих трансформаторов включены параллельно. Обмотки 6 могут быть выполнены на каждом трансформаторе отдельно,или же на одном трансформаторе (согласно мощности компенсирующего сигнала). Выпрямитель на диодах. 7, конденсатор 8 и ключи 9- 12 остаются подключенными также, как и в схеме на фиг. 1. Обратную связь при этом можно замкнуть на один из входов источника.

При использовании устройства для питания цепей постоянного тока вторичная обмотка выполнена в виде двух ! полуобмоток 3 и 3 а на выход мо-!

28564 б. дулирующего блока включена обмотка дополнительного трансформатора 14, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой и включена между выводами полуобмоток 3 и 3 трансt форматора 1 (фиг. 4).

На фиг. 1 и 2 приведены эпюры токов и напряжений, в цепях преобразо" вателя, 1о где U - напряжение питающей сети; U> — идеальное по форме напряжение, которое необходимо сформировать на обмотке 2 трансформатора l,÷òîáb! на нагрузке получить идеально сгла15 женное стабильное напряжение, О„, " напряжение на выходе без фильтра при активной нагрузке; U - постоянная составляющая выпрямленного напряжения на выходе; U - идеальное щ напряжение, которое необходимо по" лучить на выходе моста на ключах 9"

12, чтобы полностью скомпенсировать пульсации в выходном напряжении;

U,„- реальное напряжение на выходе вь!х и моста на ключах 9-12, !1вьх!- напряжение на выходе выпрямителя на диодах 7.,с конденсатором 8; U „ - опорное напряжение узла управления 13;

Ull ö - реальное напряжение на выходном выпрямителе с фильтром на входе блока 13 управления; i>„>9-12 - ток управления ключами 9-12.

Сущность работы заявляемого преобразователя заключается в.том, что в

35 идеальном случае, на первичной обмотке 2 силового трансформатора 1 формируется напряжение прямоугольной формы U со стабильной амплитудой.

Тогда на выходе выпрямителя на дио40 дах 4 с фильтром 5 получаем идеально сглаженное и стабильное напряжение Uo ъ (на фиг. 3 через К обозначен коэФфициент трансформации). Для это. го напряжение компенсации Ц на выход регулирующего элемента должно иметь

4S форму, приведенную на фиг. 3 {П 1 ).

Реальный спектр компенсирующего напряжения 11вых.!имеет несколько дру. гую форму и формируется следующим образом.

SQ

При включении напряжения питающеи с сети напряжение на нагрузке 0„ равно нулю. Блок управления 13 сравни" вая это. напряжение с опорныа !! „,Bbl» даст сигналы для включения ключей 9 и 11 (для положительного полупериода питающего напряжения) или 1О и 12 (для отрицательного полупериода). Нарастает напряжение на выходе устрой7 9285 ства и одновременно заряжается конденсатор 8. Когда напряжение U peвысит Ц>д на величину Ац (зависящую ,эт чувствительности сравнивающего элемента узла 13) включается ключ

10 и выключается ключ 9 (фиг. 3 д „ 9-12). В дальнейшем работа протекает аналогично. Когда напряжение

БМ превыситЦ ппроисходит смена включения и выключенных ключей таким образом, l0 что они работают на вычитание. При смене полупериода питающей сети алгоритм работы ключей 9-12 меняется на обратный. Таким образом, напряжение

Б„в,поддерживается равным опорному, tS а размах пульсации определяется чувствительностью сравнивающего элемента узла 13.

Работа устройства (фиг. 2) аналогична работе преобразователя 20 (фиг. 1).

Процесс преобразования переменного напряжения в постоянное стабилизированное, а устройстве, показанном на фиг. 4 протекает аналогично рас- 25 смотренным вариантам, с той лишь разницей что прямоугольное напряжение со стабильной амплитудой формируется на выходе (вход двухполупериодного выходного выпрямителя) .

Вольтодобавочный трансформатор 14 в предлагаемом преобразователе рассчитывается на повышенную частоту (на спектр компенсируемых гармоник) а выходной фильтр выполняется без дросселей (на конденсаторе, с. достаточно малой емкостью), что приводит к улучшению массогабаритных и динамических характеристик преобразователя.

Предлагаемое устройство имеет меньшую массу и габариты и более простую схему, за счет исключения вольтодобавочного трансформатора и за счет исключения цепей рассыщения 4> при использовании его для питания цепей постоянного тока.

Формула изобретения

1. Преобразователь переменного на- пряжения, содержащий входной транс64 8 форматор, первичная и вторичная силовые обмотки которого связаны с входными и с выходными выводами соответственно, вольтодобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя, выводы переменного тока которого соединены с дополнительной обмоткой входного трансформатора, а выводы постоянного тока подключены через фильтр к входу модулирующего блока, выходная цепь которого соединена последовательно с одной из силовых обмоток входного трансформатора,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения, уменьшения массы и габаритов, модулирующий блок выполнен по мостовой схеме.

2. Преобразователь по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что выходная цепь модулирующего блока включена последовательно с первичной обмоткой входного трансформатора.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что при использовании его для питания цепей постоянного тока введены два диода и дополнительный трансформатор,при этом вторичная обмотка входного трансформатора выполнена в виде двух полуобмоток, каждая из которых включена последовательно с диодом и формирует плечо выходного выпрямителя, а выход модулирующего блока включен в цепь вторичной обмотки трансформатора через дополнительный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой и включена между выводами полуобмоток вторичной обмотки входного трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1 547739, кл. 6 05 F 1/22, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

И 547015, кл. Н 02 И 7/04, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР и 396674, кл. 8 05 F 1/30, 1971 °

928564

Составитель И.Головикова

Редактор Н.Воловик Техред Т. фанта Корректор А.Ференц

/ °

Заказ 3278/72 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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