Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Использование: преобразование переменного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания Сущность изобретения: на выходе преобразователя частоты включены последовательно соединенные по первичной стороне основной и дополнительный трансформаторы. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение основного трансформатора с конденсатора фильтра снимается и подается к мостовому обратимому инвертору, с помощью которого дополнительное напряжение добавляется вычитается или отсутствует в цепи первичной обмотки основного трансформатора 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5012116/07 (22) 21.1 1.91 (46) Э0.1193 Б %43-44 (75) Коновалов СИ„голиков В.Ф„Васильевский АА;

Малашин АН„Клопов С В. (73) Коновалов Сергей Иванович (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Использование: преобразование переменного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания. Сущность изобретения: на выходе (19) RU (И) 2О04055 Cl (51) 5 Н02М7 219 преобразователя частоты включены последова— тельно соединенные по первичной стороне основной и дополнительный трансформаторы. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение основного трансформатора с конденсатора фильтра снимается и подается к мостовому обратимому инвертору, с помощью которого дополнительное напряжение добавляется, вычитается или отсутствует в цепи первичной обмотки основного трансформатора 2 ил.

2004055

30

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного напряжения входной частоты в постоянное напряжение при построении источников вторичного электропитания различного назначения, Известны преобразователи переменногс напряжения в постоянное, содержащие входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором. выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра, а также блок управления инвертором повышенной частоты (авт,св, СССР М

505100, кл, Н 02 M 5/12, 1976), К недостаткам таких устройств следует отнести сравнительно низкое качество массогабаритных показателей, так как они зависят от степени приближения огибающей выпрямленного напряжения к прямоугольной форме, которая определяется как количество отводов первичной обмотки силового трансформатора (а также ключевых элементов для их переключения), так и длительностью переднего и заднего фронтов. В идеальном случае в известном преобразователе можно получить выпрямленное напряжение с формой равнобедренной трапеции, боковыми сторонами которой явля-ются отрезки синусоиды, 8 спектре напряжения такой формы гармоника удвоенной частоты входного напряжения имеет значительную амплитуду, что приводит к сравнительно большим массе и габаритам сглаживающего фильтра.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий в одном канале однополупериодный выпрямитель, а в другом — высокочастотные преобразователь и выпрямитель, причем оба канала подключены к выходному сглаживающему фильтру (авт,св. СССР М 1182612, кл. H 02 M 7/06. 1985).

Недостаток известного устройства— низкое качество массогабаритных показателей из-за сравнительно больших массы и габаритов сглаживающего фильтра, поскольку в спектре выпрямленного напряжения присутствуют низкочастотные составляющие значительной амплитуды.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение (авт.св. СССР N

851692, кл, Н 02М 7/04, 1981), содержащий входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты на ключевых элементах с силовым трансфорMGTopoM, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра. Кроме того, в преобразователе имеется вольтодобавочный канал, посредством сглаживающего фильтра которого выход входного выпрямителя соединен с управляемым генератором на ключевых элементах с трансформатором напряжения. Блок управления служит для формирования и распределения сигналов управления ключевыми элементами либо по величине напряжения на нагрузке, либо по командам от внешнего устройства.

Недостатками такого устройства являются сравнительно низкое качество массогабаритных показателей и достаточная сложность из-за необходимости применения в вольтодобавочном канале выпрямителя и низкочастотного сглаживающего фильтра.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи упрощения устройства и улучшения его массогабаритных показателей при сохранении показателей качества выходного напряжения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в упрощении устройства путем исключения входного выпрямителя, а также в улучшении массогабаритных показателей устройства на 10.„15 в зависимости от мощности устройства за счет исключения низкочастотного фильтра вольтодобавочного канала при сохранении показателей качества выходного напряжения преобразователя такими же, как и в известным устройстве.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном устройстве, содержащем основной инвертор с повышенной в пять раз по отношению к входной частотой, подключенный входом к входным выводам преобразователя, а выходом — к последовательно соединенным первичной обмотке силового трансформатора и первой обмотке дополнительного трансформатора, вторая обмотка которого соединена с выходом дополнительного мостового обратимого инвертора. выходной выпрямитель, подключенный входом к вторичной обмотке силового трансформатора, а выходом — к входу основного сглаживающего LC-фильтра, блок управления, введен дополнительный сглаживающий LC-фильтр. вход дополнительного мостового обратимого инвертора подключен к конденсатору основного сглаживающего LC-фильтра и к входу дополнительного сглаживающего фильтра, выход которого соединен с выходными выводами преобразователя.

2004055.

10

45

55

Отличительными признаками предлагаемого устройства по отношению к известному устройству я вля ются; наличие дополнительного сглаживающего LC-фильтра подключение входа дополнительного сглаживающего фильтра к выходу основного фильтра: подключение выхода дополнительного фильтра к выходным выводам преобразователя; соединение входа мостового обратимого иФвертора с выходом основного сглаживающего фильтра.

На фиг, 1 представлена электрическая схема преобразователя переменного напряжения входной частоты в постоянное напряжение; на фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя, Устройство содержит канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно преобразователя 1 повышенной частоты на ключевых элементах с двухсторонней проводимостью с силовым трансформатором 2, выпрямителя 3 и двухзвенного сглаживающего фильтра 4 и 5, выход которого соединен с нагрузкой 6, вольтодобавочный канал, состоящий из мостового обратимого инвертора 7 с ключевыми элементами 7.1 — 7.4, силовой вход которого подключен к выходу основного сглаживающего фильтра 4. дополнительного трансформатора 8, вторая обмотка которого соединена с выходом инвертора 7,а первая включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора 2. Блок 9 управления служит для формирования и распределения сигналов управления ключевыми элементами блоков

1 и 7 по величине напряжения на нагрузке в соответствии с выбранным законом управленияя.

Преобразователь работает следующим образом. При подключении источника переменного напряжения Uex с частотой fex (фиг.2) к входным выводам и поочередном включении ключевых элементов преобразова геля 1 частоты на его выходе формируется нгпря>кение U<> с частотой f<=5f>x, которое затем поступает на последовательно включенные первичную обмотку трансформатора 2 и первую обмотку трансформатора 8. Поскольку в исходном состоянии конденсаторы сглаживающего фильтра разряжены, входным напряжением инвертора 7 является напряжение, формирующееся во второй обмотке трансформатора 8, пропорциональное напряжение U>i, Управление ключевыми элементами инвертора 7 на начальном этапе осуществляется таким образом, что происходит выпрямлсние импульсного энакопеременного напряжения, формирующегося во второй обмотке трансформатора 8, При этом на вторичной обмотке трансформатора 2 формируется напряжение, по форме аналогичное напряжению Ом1, а по величине — пропорциональное коэффициенту трансформации этого трансформатора, которое затем выпрямляется выпрямителем 3 и поступает на сглаживающий фильтр. В результате такого управления происходит заряд конденсаторов фильтра напряжениями, поступающими с выхода выпрямителя 3 и силового входа инвертора 7, При достижении напряжения на конденсаторе основного фильтра 4 некоторого установленного уровня это напряжение становится входным для инвертора 7, поскольку оно будет превышать по абсолютной величине амплитуду импульсов напряжения, формирующегося во второй обмотке трансформатора 8 от работы основного инвертора, При этим управление ключевыми элементами инвертора 7 осуществляется таким образом, что в первой обмотке трансформатора 8 формируется импульсное знакопеременное вольтодобавочное напря- . жение Омг.г, пропорциональное выходному напряжению Омг.1 инвертора 7. По окончании переходного процесса в фильтре на выходе выпрямителя 3 формируется напряжение Оз, показанное на фиг. 2. Для преобразователя характерны три режима работы; вольтодобавки, вольтоотбавки и закоротки. В первом случае происходит сложение напряжений О л и Омг,г, во втором— их вычитание. Режим закоротки, когда напряжение первой обмотки трансформатора

8 равно нулю. обеспечивается при одновременном включении элементов 7.1, 7.2 или

7.3, 7.4. Коэффициент трансформации трансформатора 8 выбирается исходя из получения минимального коэффициента пульсаций напряжения Оз и, в отличие от известного устройства, будет определяться коэффициентом трансформации трансформатора 2 основного канала преобразования. Дополнительный сглаживающий фильтр 5служитдля сглаживания пульсаций выходного напряжения основного фильтра

4, вызванных коммутацией ключевых элементов инвертора 7. С целью получения различных номиналов выходного напряжения трансформатор 2 может содержать дополнительные вторичные обмотки, подключенные к последовательно соединенным выпрямителям и сглаживающим фильтрам.

В качестве ключевых элементов в конструкции устройства применяются диоднотранзисторные ключи переменного тока, 2004055 каждый из которых выполнен на двух биполярных транзисторах и двух диодах, включенных встречно-параллельно. Блок 9 управления содержит синхронизированный с входным переменным напряжением управляемый формирователь импульсов упФормула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий преобразователь частоты с повышенной в пять раз по отношению к входной частотой, подключенный входом к входным выводам преобразователя, а выходом - к последовательно соединенным первичной обмотке силового трансформатора и первой обмотке дополнительного трансформатора, вторая обмотка которого соединена с равления силовыми транзисторами и усилительно-развязы вающий узел. (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1182612, кл. Н.02 М 7/06, 1985.

5 Авторское свидетельство СССР

N 851692, кл. Н 02 M 7/04, 1979. выходом мостового обратимого инвертора,! выходной выпрямитель, подключенный входом к вторичной обмотке силового трансформатора, а выходом - к входу основного сглаживающего С-фильтра, и блок управления, отличающийся тем, что вход мостового обратимого инвертора подключен к конденсатору основного сглаживающего LC-фильтра и входу введенного дополнительного сглаживающего фильтра, 20 выход которого соединен с выходными выводами преобразователя.

2004055

Составитель С. Коновалов

Техред М.Моргентал Корректор С. Патрушева

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Заказ 3327

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101