@ -фазный умножитель напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4(51) Н 02 М 7/25

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3618899/24-07 (22) 30.05.83 (46) 07.02.85. Бюл. ))у 5 (72) С.ИеЩербинин и A.ЕеКаханков (71) Тольяттинский политехнический институт (53) 621.314.5(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

В 832676, кл. Н 02 М 7/10, 1981.

2. Патент США У 3849717> кл. 321-15 1974

3. Авторское свидетельство СССР

))б 748821) кл. Н 03 Н 3/53, 1980.. (54) (5.7) In -ФАЗНЫИ УМНО)КИТЕЛЬ НАПРЯ. ЖЕНИЯ, содержащий входные выходы для подключения m-фазного источника питающего напряжения, цепочку иэ rl последовательно соединенных диодов, концы которой образуют выходные выводы для подключения нагрузки и h конденсаторов, объединенных попарно в последовательные цепочки., каждая из которых включена параллельно относительно средних диодов так, что первая цепочка конденсаторов включена параллельно двум средним диодам, вторая — параллельно четырем средним диодам и т.д., причем общая точка соединения конден- . саторов каждой цепочки соединен с об. щей точкой соединения конденсаторов (m+1)-й цепочки, а общая точка соединения конденсаторов rn --й цепочки подключена к общей точке соединения двух средних диодов. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения энернетических характеристик и увеличения диапазона регулирования выходного напряжения, в него ьведены д дополнительных цепочек, каждая иэ которых выполнена в виде двух параллельно соединенных ветвей. каждая из которых состоит из последовательно соединенных тиристора, включенного @

Ф встречно относительно тиристора другой ветви, и обмотки индуктивного элементе причем обмотки индуктивных См элементов каждой из дополнительных цепочек расположены на общем магии- д топроводе и включены согласно, а общая точка соединения конденсаторов каждой из N; цепочек соединена с одним из входньм выводов для подключения соот.:--е"""вующей фазы питающего напряжения через.одну из дополнительных цепочек;

1138904

Наиболее близким к изобретению является Q -фазный умножитель напряжения, содержащий входные выводы для подключения р-фазного источника пи- 45 тающего напряжения, цепочку из tt по". следовательно соединенных диодов, концы которой образуют выходные выводы для подключения нагрузки и конденсаторов, объединенных попар- 50 но в последовательные цепочки, каждая из которых включена параллельно относительно средних диодов так; что первая цепочка конденсаторов включена параллельно двум средним диодам, вторая — параллельно четырем средним диодам и т.д., причем общая точка соединения конденсаторов каждой

Изобретение относится к электронике, а именно к вь1прямителям переменного тока с умножением напряжения, и может использоваться в бестрансфор" маторных источниках постоянного тока большой мощности с выходным напряжением, существенно превьппающим линейное напряжение питающей сети.

Известны выпрямители с умножением напряжения, обладающие высоким коэффициентом мощности, содержащие три вертикально-конденсаторных моста,. выходные диагонали которых через дополнительные вентили, включенные согласно и последовательно с вентиля- 15 ми мостов, поцключены к конденсатору, соединенному с выходнйми зажимами, причем входные диагонали мостов включены треугольником относительно зажимов трехфазной сети, а между вен- щ тилями, стоящими в соседних плечах, включены обмотки, расположенные на общем магнитопроводе и соединенные согласно, средние точки которых и точки соединения конденсаторов в со- 25 седних плечах образуют входные зажимы мостов Ц...

Однако такое устройство имеет сравнительно невысокий коэффициент умножения, равный трем, и относитель-З0 но большое число вентилей.

Известны также однофазные выпрямители с умножением напряжения, содержащие вентильно-конденсаторные удвоители напряжения, соединенные последов ательйо (2) .

Однако такие выпрямители имеют низкие коэффициенты мощности и полезного действия, а также не могут регулировать выходное напряжение в 40 широком диапазоне. цепочки соединена с общей точкой соединения конденсаторов (и +1)-й цепочки, а общая точка соединения конденсаторов m-й цепочки подключена к общей точке соединения двух средних диодов.

Выходное напряжение, снимаемое с последней пары последовательно соединенных конденсаторов, формируется в результате заряда этих конденсаторов под действием линейного напряжения источника переменного тока и напряжения на предшествующем конденсаторе, которое, в свою очередь, определяется линейным напряжением другой фазы и напряжением очередного предшествующего конденсатора. В итоге каждая пара конденсаторов заряжается до напряжения, равного удвоенной амплитуде линейного напряжения, умноженной на номер соответствующей пары конденсаторов, а выходное напряжение превышает амплитуду линейного напряжения (3) .

Недостатками известного устройства являются низкие энергетические хаЯ рактеристики такие, как: коэффициент мощности и коэффициент полезного действия, а также невозможность плавной регулировки выходного напряжения трехфазного умножителя напряжения в широких пределах, Известный умножитель напряжения можно выполнять с любым количеством. фаз причем принцип работы умножи) теля от числа фаз не зависит.

Цель изобретения — улучшение энергетических характеристик и увеличение диапазона регулирования выходного напряжения трехфазного умножителя напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в N-фазный умножитель напряжения, содержащий входные вшводы для подключениями-фазного источ-. ника питающего напряжения, цепочку из д последовательно соединенных диодов, концы которой образуют выходные выводы для подключения нагрузки и tl конденсаторов, объединенных попарно в последовательные цепочки, каждая из которых включена параллельно относительно средних диодов так, что первая цепочка конденсаторов включена параллельно двум средним диодам, вторая — параллельно четырем средним диодам, и т.д.. причем общая точка соединения конден11389 саторов каждой цепочки соединена с общей точкой соединения конденсаторов (гтг+1)-й цепочки, а общяя точка соединения конденсаторов в-й цепочки подключена к общей точке соединения двух средних диодов, введены г)) дополнительных цепочек, каждая из которых выполнена в виде двух параллельно соединенных ветвей, каждая из которых состоит из последовательно сое- 10 диненных тиристора, включенного встречно относительно тиристора другой ветви., и обмотки индуктивного элемента,.причем обмотки,индуктивI ных элементов каждой из дополни- 15 тельных цепочек расположены на общем магнитопроводе и включены согласно, а общая точка соединения конденсаторов каждой изЛгг цепочек соединена с одним из входных выводов для 20 .подключения соответствующей фазы питающего напряжения через одну из дополнительных цепочек.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема умножителя.напряжения 25 при числе фаз,Ф = 3; на фиг. 2 — диаграммы фазных (u) и линейных (о) напряжений и тока первой фазы (гг) трехфазного умножителя напряжения, на фиг. 3 — принципиальная схема умножи-щ теля напряжения при числе фаз N..

Так какгт1-фазный умножитель напряжения по физическим процессам. протекающим в нем, не отличается от трехфазного умножителя, то устройство и принцип работы умножителя рассмотрим на примере трехфазного умножителя, т.е. при 1 = 3.

04 4

16-33 и конденсаторов 34-51, соединенных по два последовательно. Первая пара конденсаторов 34 .и 35 включается параллельно средним двум диодам 16 и

17, вторая пара конденсаторов 36 и 37 включается параллельно четырем средним диодам 19, 17, 16 и 18 и т.д.

Последняя пара конденсаторов 50-51 соединена с выходными зажимами 52 и 53. При этом точка соединения пер,вой пары конденсаторов 34 и 35 соединена с такой же точкой четвертой, седьмой и т.д, пар конденсаторов. Точка соединения второй пары конденсаторов 36 и 37 соединена с такой же точкой пятой, восьмой и т.д, пар конденсаторов, и точка соединения третьей пары конденсаторов 38 и 39 соединена с такой же точкой шестой, девятой и т.д. пар конденсаторов, а также точкой соединения средних диодов 16 и 17, .Точки соединения первых трех пар конденсаторов 34 и 35, 36 и 37, 38 и 39 представляют собой вход непосредственно каскадной схемы умножения и подключается к точкам соединения обмоток 10 и 11, 12 и 1 3,,14 и 15.

Умножитель работает следующим образом.

Рассмотрим работу трехфазного умножителя напряжения, считая, что ток через обмотгси !0-15 в результате влияния индуктивности этих обмоток возрастает скачком от нуля до какойто постоянной величины. Этого легко . добиться, поскольку все обмотки включены согласно и создают магнитУмножитель содержит источник переменного тока с фазными выводами 40

1-3, три цепи, каждая из которых выполнена в виде двух параллельно соединенщгх ветвей, каждая из кот орых содержит тиристоры 4-9) вклю-. ченные встречно относительно тиристо- 45 ров другой ветви. Тиристоры 4-9 соединяются последовательно с обмотками 10-15, выполненными на общем магнитопроводе и вклгаченными согласно. Точки соединения тиристоров 4 и 50

5, б и 7, 8и 9 подключены соответственно к фазным выводам 1-3 источника переменного тока а с точек соеди) нения обмоток 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15 напряжение подается на вход 55 непосредственно каскадной схемы умножения, состоящей из последовательно и согласно включенных диодов ныи поток в сердечнике одного направления. При непрерывном магнитном потоке в сердечнике дросселя в результате перподичггости протекающих процессов ргтительность совместной работь: двух тиристоров равна одной шестой части периода, а длительность работы одного тиристора составляет одну треть периода. В,каждый момент времени в проводящем состоянии находятся те тиристоры 4-9, к, которым приложено наибольшее по модулю линейное напряжение; В конце интервала проводимости тиристоры закрываются под действием результирующего напряжения на конденсаторах, обмотке дросселя.и напряжения источник переменного тока. (Конденсаторы 34 и 35 заряжаются под действием линейного напряжения

1138904 фаз 1 и З..Все последующие, как в четной группе конденсаторов, так и в нечетной, заряжаются под действием подведенного к данному конденсатору линейного напряжения и напряжения на 5 предшествующем конденсаторе этой же группы.: При этом получаем, что токи заряда первых. и каждых последующих трех пар конденсаторов разделены во времени, а общее время протекания этих токов равно периоду переменного напряжения.

Так, при положительной полуволне, когда линейное напряжение е„ наибольшее по величине (фиг. 2h), включены 15 тиристоры 4 и 7 и заряжаются конденсаторы 36, 42 и т.д. (фиг. 26). При отрицательной полуволне этого напряжения работают тиристоры 5 и 6 и заряжаются конденсаторы 37, 43 и т.д, 20

После того, как напряжение е 1 превысит по модулю напряжение е происходит выключение в зависимости от полярности полуволны напряжения тиристоров 7 или 6 и включаются ти- 25 ристоры 9 или 8. Происходит заряд конденсаторов 34, 40 и т.д. при положительной полуволне и конденсаторов, г 35, 41 и т.д. при отрицательной полуволне.. Ток положительной полуволны первой фазы складывается из токов конденсаторов 36, 42, и конденсаторов 35, 41, ..., а отрицательной полуволны — из токов конденсаторов 37, 43, ... и конденсаторов 34, 40, ... (фиг. 20). Сравнивая разное напряжение источника (фиг. 2a) с фазным током (фиг. 2 ), видно, что при угле включения тиристоров 4-9, соответствующему моменту 40 естественной коммутации вентилей, первая гармоника фазового тока совпадает с синусоидой фазного напряже- ния. Форма фазного тока так же, как и тока заряда конденсаторов, близка 4 . к прямоугольной.

Процессы, происходящие при формировании токов других фаз, протекают аналогично.

При задержке импульсов управления о тиристоров 4-9 уменьшается величина линейного напряжения,,прикладываемого. к каждому из конденсаторов умножителя. Это позволяет обеспечить плавную регулировку выходного напряжения от нуля до максимальной величины при использовании an всех каскадах умножения неуправляемых вентилей.

Включение между фазными выводами источника переменного тока и точками соединения первых и пар конденсаторов цепей, состоящих из двух параллельных ветвей, каждая.из которых содержит включенные встречно относительно дру гой ветви вентили, соединенные последовательно с обмотками, выполненными на общем магнитопроводе и включенными согласно, позволяет получить в ф-фазном умножителе напряжения прямоугольную форму фазных токов и токов заряда конденсаторов всех каскадов . умножения, а также нулевой угол сдвига первой гармоники фазного тока относительно фазного напряжения.

Коэффициент мощности в этом случае увеличивается по сравнению с непосредственным зарядом емкости от источника напряжения и достигает величины 0,9-9,95.

При заряде конденсаторов постоянным током йовышается коэффициент полезного действия по сравнению с зарядом конденсатора от источника напряжения в результате уменьшения потерь на активных сопротивлениях в цепи заряда. Таким образом увеличивается коэффициент полезного дейст. вил N- Üàçíoãî умножителя напряжения, поскольку ток заряда каждого из конденсаторов умножителя можно считать постоянным.

Выполнение обмоток дросселя магнитосвязанными и включенными согласно дает возможность уменьшить величины индуктивностей обмоток для формирования постоянного тока заряда конденсаторов и, следовательно, уменьшить размеры и массу дросселя.

Введение в качестве вентилей

У включаемых последовательно с обмотками дросселя, тиристоров обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения независимо от числа каскадов умножения.

Достаточно-высокие коэффициенты мощности и полезного действия, а также плавная регулировка выходного напряжения позволяют использовать предлагаемый Щ-фазный умножитель напряжения в бестрансформаторных источниках питания с повышенным выходным напряжением при больших мощностях нагрузки, в результате чего достигается резкое уменьшение массы и габаритных размеров устройства в целом.

1138904

1138904

1138904

ВНИИПИ . Заказ 10703/43

Тираж 646 Подписное

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

@ -фазный умножитель напряжения @ -фазный умножитель напряжения @ -фазный умножитель напряжения @ -фазный умножитель напряжения @ -фазный умножитель напряжения @ -фазный умножитель напряжения @ -фазный умножитель напряжения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силовой цепи электрического силового преобразователя, который с помощью полупроводниковых устройств преобразует постоянный ток в переменный и переменный ток в постоянный и предназначен для промышленного использования в различных целях, в том числе и на железнодорожном транспорте

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для повышения общего допустимого тока тиристорного преобразователя, собранного по шестифазной схеме выпрямления

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления преобразователем обмотки возбуждения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в маломощных источниках питания, предназначенных для работы с интегральными схемами

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в быстродействующих источниках питания , предназначенных для работы с интегральными схемами

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в маломощных источниках питания, предназначенных для работы с интегральными схемами

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания низковольтных интегральных схем, например устройств инжекционной логики

Изобретение относится к электротехнике
Наверх