Дроссель насыщения

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Дроссель насыщения обеспечивает возможность регулирования постоянного напряжения и (или) тока в силовых выпрямителях со значительным выигрышем в коэффициенте мощности и коэффициенте гармоник за счет использования дросселя насыщения с внутренней положительной обратной связью, содержащего магнитопровод, обмотку управления, рабочую обмотку с последовательно включенным диодом и нагрузку, а также цепь из дополнительной обмотки с последовательно включенным диодом, подключенную параллельно нагрузке, причем диод дополнительной обмотки подключен к нагрузке согласно с диодом рабочей обмотки, а дополнительная и рабочая обмотки связаны противоположными полюсами. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования и стабилизации выпрямленного тока или напряжения.

Известен дроссель насыщения (см. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. М: Энергия, 1974, с. 187; см. Ю.Г. Толстов др., Силовые полупроводниковые выпрямители. М.: Наука, 1968, с. 81; см. Ю.И. Хохлов, Компенсированные выпрямители с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечетнократных гармоник токов преобразовательных блоков. Челябинск: изд. ЧГТУ, 1995. с. 231). Известный дроссель насыщения с внутренней положительной обратной связью содержит магнитопровод, обмотку управления, рабочую обмотку с последовательно включенным диодом и нагрузку.

Недостатком известного дросселя насыщения является низкое значение коэффициента мощности (cos ϕ) при регулировании напряжения нагрузки, обусловленное линейной зависимостью значения cos ϕ от глубины регулирования напряжения.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является увеличение значения cos ϕ за счет обеспечения протекания тока в нагрузке в течение всего рабочего полупериода дросселя. При ограниченном диапазоне регулирования заявляемое изобретение обеспечивает значение cos ϕ , равное 1 в крайних точках диапазона, при незначительном уменьшении значения cos ϕ в середине диапазона.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что известный дроссель насыщения с внутренней положительной обратной связью, содержащий магнитопровод, обмотку управления, рабочую обмотку с последовательно включенным диодом и нагрузку, согласно изобретению, снабжен цепью из дополнительной обмотки с последовательно включенным диодом, подключенной параллельно нагрузке, причем диод дополнительной обмотки подключен к нагрузке согласно с диодом рабочей обмотки, а дополнительная и рабочая обмотки связаны противоположными полюсами.

На фиг.1 изображена принципиальная схема дросселя насыщения.

На фиг.2 представлены диаграммы напряжения питающей сети U_с, напряжения на рабочей обмотке U_р, напряжения на дополнительной обмотке U_д, напряжения на нагрузке U_н, тока рабочей обмотки i_р, тока дополнительной обмотки i_д.

На фиг.3 выполнен график зависимости cos ϕ от напряжения на нагрузке U_н для прототипа и заявляемого устройства.

Заявляемый дроссель насыщения содержит магнитопровод 1, обмотку управления 2, рабочую обмотку 3 с последовательно включенным диодом 4, нагрузку 5, дополнительную обмотку 6 с последовательно включенным диодом 7.

Устройство работает следующим образом. В начале положительного по отношению к диоду 4 рабочей обмотки 3 полупериода питающей сети диод 4 открыт, магнитопровод 1 дросселя ненасыщен, на этом интервале происходит процесс выведения магнитопровода 1 в сторону насыщения. В случае отсутствия дополнительной обмотки 6 все напряжение сети на этом интервале было бы приложено к рабочей обмотке 3, а напряжение на нагрузке 5 было бы равно нулю. Интервал выведения заканчивается, когда индукция в магнитопроводе 1 достигает индукции насыщения, при этом рабочая обмотка 3 теряет возможность вырабатывать противоЭДС и все напряжение питающей сети прикладывается к нагрузке 5.

Введенная по изобретению дополнительная обмотка 6 на интервале выведения образует с рабочей обмоткой 3 понижающий автотрансформатор. При этом напряжение на нагрузке 5 будет составлять ту же часть напряжения сети, какую составляет число витков дополнительной обмотки 6 по отношению к сумме числа витков рабочей 3 и дополнительной 6 обмоток.

По окончании интервала выведения, когда индукция в магнитопроводе 1 достигает индукции насыщения, обмотки дросселя перестают вырабатывать ЭДС, все напряжение питающей сети прикладывается к нагрузке 5, а диод 7 дополнительной обмотки запирается.

В начале отрицательного полупериода питающей сети диод 4 рабочей обмотки 3 запирается и отключает нагрузку 5 и рабочую обмотку 3 от питающей сети. Индукция в магнитопроводе 1 под воздействием тока обмотки управления 2, действующего в противоположном направлении по сравнению с током рабочей обмотки, начинает уменьшаться, происходит заведение магнитопровода 1. С изменением полярности напряжения питающей сети диод 4 рабочей обмотки начинает проводить намагничивающий ток и действие схемы повторяется.

Мгновенные значения напряжения на рабочей обмотке U_р, напряжения на дополнительной обмотке U_д, напряжения на нагрузке U_н, тока рабочей обмотки i_р, тока дополнительной обмотки i_д, приведенные на фиг.2, иллюстрируют процессы, описанные выше.

Таким образом, в течение положительного полупериода напряжения питающей сети напряжение на нагрузке сначала составляет часть от напряжения питающей сети, а потом переключается на полное напряжение сети. Длительность интервала до момента переключения на полное напряжение сети определяется током обмотки управления.

На фиг. 3 показаны графики зависимости cos ϕ от напряжения нагрузки для прототипа (A) и для предлагаемого устройства (B) для диапазона регулирования выходного напряжения от 0,67 до 1. Заштрихованная зона (C) характеризует выигрыш в значении cos ϕ, получаемый в результате применения предлагаемого устройства.

Соединение двух описанных дросселей насыщения между собой обеспечивает регулируемое однофазное двухполупериодное выпрямление питающего напряжения, соединение шести описанных дросселей насыщения между собой обеспечивает регулируемое трехфазное мостовое выпрямление трехфазного напряжения.

Использование заявляемого технического решения обеспечивает следующие технико-экономические преимущества: в случае применения в схемах стабилизации напряжения или тока с ограниченным диапазоном регулирования, предлагаемое устройство позволят получить значительный выигрыш в значении cos ϕ по сравнению со схемами, построенными с использованием прототипа; уменьшение коэффициента гармоник в выходном напряжении; уменьшение коэффициента гармоник в сетевых напряжении и токе, что улучшает "экологическую" электромагнитную обстановку для других потребителей энергосистемы.

Формула изобретения

Дроссель насыщения с внутренней положительной обратной связью, содержащий магнитопровод, обмотку управления, рабочую обмотку с последовательно включенным диодом и нагрузку, отличающийся тем, что он снабжен цепью из дополнительной обмотки с последовательно включенным диодом, подключенной параллельно нагрузке, причем диод дополнительной обмотки подключен к нагрузке согласно с диодом рабочей обмотки, а дополнительная и рабочая обмотки связаны противоположными полюсами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3