Преобразователь переменного напряжения

 

Использование: в электротехнике, для преобразования переменного напряжения электросети 220 B в напряжение для питания маломощных потребителей в единицы или доли Ватта. Сущность: тиристорный преобразователь состоит из мостового диодного выпрямителя, подключенного к источнику переменного напряжения через конденсатор, к выходу диодного моста подключены включенные последовательно первичная обмотка трансформатора и тиристор со схемой управления. Выходное напряжение может плавно регулироваться от нуле до номинала путем изменения угла включения тиристора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для получения от сети 220 В напряжение необходимой величины для питания маломощных потребителей (около 1 Вт). Обычные трансформаторы на 50 Гц в этом случае должны иметь много витков в первичной обмотке (до 10000) из очень тонкого провода (до 0,02 мм). Изготовление таких трансформаторов технически сложно и требует дефицитных материалов.

Поэтому широко применяются полупроводниковые преобразователи, которые сначала выпрямляют сетевое напряжение, а затем преобразуют его в переменное повышенной частоты. В этом случае обмотки трансформатора имеют мало витков, а его сердечник может быть меньше по сечению.

Известны также схемы преобразователей с тиристорами вместо транзисторов. Тиристор открывается в определенный момент синусоиды и через трансформатор проходит высокочастотный импульс, который и создает напряжение на вторичной обмотке. Такой преобразователь описан, например, в книге Б. С.Иванова "Электроника в самоделках", Москва, ДОСААФ, 1981 г. стр. 225 и 226.

Недостатком схемы Иванова является малый КПД из-за того, что через открытый тиристор продолжает протекать ток до окончания полуволны синусоиды и закрывания тиристора. Цикл работы схемы повторяется с частотой сетевого напряжения. Для ограничения тока через открытый тиристор служит специальный резистор, который нагревается и рассеивает значительную мощность.

Целью настоящего изобретения является уменьшение тока через открытый тиристор при сохранении резкого перепада напряжения в момент открывания тиристора. Схема позволяет регулировать в некоторых пределах выходное напряжение с помощью переменного резистора в цепи управляющего электрода тиристора. Небольшое усложнение предлагаемой схемы значительно расширяет диапазон регулирования путем более устойчивого запуска тиристора в момент включения преобразователя.

Указанная выше цель достигается включением преобразователя в сеть через конденсатор и диодный мост, который позволяет подать на тиристор двухполупериодное выпрямленное напряжение. Устойчивый запуск тиристора в момент включения достигается присоединением к управляющему электроду тиристора цепочки из диода и конденсатора.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 изображена осциллограмма напряжения в точке "А"; на фиг. 3 изображена схема преобразователя с устойчивым запуском. Предлагаемый преобразователь состоит (фиг. 1) из трансформатора 1, тиристора 2, переменного резистора 3, постоянного резистора 4, диодного моста 5 и конденсатора 6. Сеть 220В подключена к диодному мосту 5 через конденсатор 6. Первичная обмотка трансформатора 1 одним концом подключается к положительному выводу диодного моста, а другим через тиристор 2 к отрицательному выводу. Управляющий электрод тиристора через резисторы 4 и 5 подключен к положительному выводу моста.

Работает схема следующим образом: переменное сетевое напряжение через конденсатор 6 поступает на диодный мост 5. Двухполупериодное выпрямленное напряжение подается на трансформатор и тиристор. Как показано на фиг. 2, в момент времени T= 0 начинается возрастание напряжения в точке "А". Но ток через тиристор остается равным нулю. В момент времени T1 в соответствии с величиной резисторов 3 и 4 открывается тиристор и через трансформатор течет ток определенной величины, но в следующий момент напряжение на выходе диодного моста резко падает из-за того, что появляется ток через трансформатор и тиристор. Так как трансформатор импульсный, то его сопротивление мало. Сопротивление тиристора в открытом состоянии также мало. Поэтому подключившаяся к диодному мосту цепь трансформатор тиристор сильно подсаживает напряжение диодного моста. На входе моста напряжение также подсаживается, а на конденсаторе 6 резко увеличивается. В результате через обмотку трансформатора каждый полупериод протекает короткий импульс тока и преобразуется в импульс на вторичной обмотке. В отличие от схемы Иванова, в оставшееся время после импульса до конца полупериода, ток через тиристор сильно уменьшается и тем уменьшает потери и увеличивает КПД преобразователя.

Включение конденсатора последовательно с нагрузкой в цепи переменного тока известно. Но работа такого конденсатора в предлагаемом преобразователе принципиально другая. Различие в том, что в известных схемах после диодного моста пульсирующее переменное напряжение сглаживается на конденсаторах фильтра и через последовательный конденсатор течет синусоидальный ток, а не импульсный, как в предлагаемом преобразователе. Конденсатор 6 служит для пропускания короткого импульса тока в момент включения тиристора и резкого уменьшения тока в оставшуюся часть полупериода. Для ограничения тока через управляющий электрод тиристора при регулировании момента включения переменным резистором 3 служит резистор 4.

Как показали испытания предлагаемого преобразователя, он работает на возрастающей половине каждого полупериода от 0 до 90 градусов, что объясняется дальнейшим падением управляющего тока. Если тиристор не открылся при 90 градусах, то на спаде синусоиды в последующие 90 градусов он тем более не откроется. В области, приближающейся к вершине полупериода, тиристор не всегда открывается, хотя при меньшем угле отсечки запускается устойчиво. Для гарантированного включения преобразователя в работу служит показанная на фиг. 3 цепочка из диода 7 и конденсатора 8. В момент подключения преобразователя к сети тиристор запускается через эту цепочку, но конденсатор 8 быстро заряжается, ток через него уменьшается и работа тиристора определяется в дальнейшем величиной резисторов 3 и 4.

Изготовленная модель преобразователя с повышающим трансформатором для маломощного источника высокого напряжения позволяет плавно менять выходное напряжение от нуля до 10 киловольт. При этом на осциллограмме не заметно неустойчивости или дребезга при срабатывании тиристора.

Формула изобретения

1. Преобразователь переменного напряжения, в котором к источнику переменного напряжения подключены последовательно включенные первичная обмотка трансформатора и тиристор, к управляющему электроду которого подключена схема управления фазой его переключения, выход вторичной обмотки трансформатора является выходом преобразователя, отличающийся тем, что он подключен к дополнительно введенному мостовому диодному выпрямителю, подключенному к источнику через конденсатор.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что между одним из выводов диодного моста и управляющим диодом тиристора включен конденсатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3