RU151667U1

RU151667U1 - RECTIFIER WITH POWER FACTOR CORRECTOR FOR AIRCRAFT POWER SUPPLIES

Info

Publication number: RU151667U1
Application number: RU2014134148/07U
Authority: RU
Inventors: Станислав Борисович Резников; Владимир Владимирович Бочаров; Игорь Александрович Харченко; Андрей Вячеславович Лавринович
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2015-04-10

Abstract

1. Выпрямитель с корректором коэффициента мощности для самолётных систем электропитания, содержащий входные выводы для подключения источника питания переменного тока, основные выходные выводы, включая плюсовой, минусовой и заземлённый промежуточный, для подключения к нагрузке постоянного тока, зашунтированные двухконденсаторной фильтровой стойкой, электронный коммутатор переменного тока, выпрямительную двухдиодную стойку, два блокирующих диода, подключённых к силовым выводам электронного коммутатора, два дросселя и блок управления с основными цепями обратных связей, имеющих датчик входного тока, датчик входного напряжения и датчики выходных потенциалов, а также с основной группой модуляторных выходных выводов, подключённых к управляющим выводам электронного коммутатора с заземлённым первым силовым выводом, отличающийся тем, что в него введены дополнительные выходные выводы для подключения нагрузки переменного тока, зашунтированные выходным фильтровым конденсатором, управляемый двунаправленный вентиль, а блок управления снабжён основной группой релейных выходных выводов, подключённых к управляющим выводам двунаправленного вентиля, подключённого своим первым силовым выводом через дроссели к незаземлённому первому входному выводу, второй входной вывод которого заземлён и через электронный коммутатор, зашунтированный блокирующими диодами, подключён к общему выводу дросселей и к среднему выводу двухдиодной стойки, крайние разноимённые выводы которой подключены к плюсовому и минусовому основным выходным выводам.2. Выпрямитель с корректором коэффициента мощности для самолётных систем элек1. A rectifier with a power factor corrector for aircraft power supply systems, containing input terminals for connecting an AC power source, main output terminals, including positive, negative, and grounded intermediate, for connecting to a direct current load, shunted by a two-capacitor filter rack, electronic alternating current switch , rectifier two-diode rack, two blocking diodes connected to the power terminals of the electronic switch, two chokes and a control unit with the main feedback circuits having an input current sensor, input voltage sensor and output potential sensors, as well as with the main group of modulator output terminals connected to the control terminals of the electronic switch with the ground first power terminal, characterized in that additional output terminals are introduced into it for connecting AC loads, shunted by the output filter capacitor, a controlled bidirectional valve, and the control unit is equipped with a main group of relay outputs one of the outputs connected to the control terminals of a bi-directional valve connected by its first power output through inductors to an ungrounded first input terminal, the second input terminal of which is grounded and through an electronic switch shunted by blocking diodes, connected to the common output of the inductors and to the middle terminal of the two-diode rack, extreme the opposite terminals of which are connected to the plus and minus main output terminals. 2. Power factor corrector rectifier for aircraft electrical systems

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в авиационно-бортовых системах электроснабжения.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended for use in aircraft-on-board power supply systems.

Известен выпрямитель с корректором коэффициента мощности (аналог-), содержащий входной дроссель, зашунтированный вместе с входными выводами электронным коммутатором, однофазный двухдиодный выпрямитель с выходной двухконденсаторной фильтровой стойкой с заземленным средним выводом, собранный по схеме удвоителя напряжения, и блок управления с модуляторным выходным выводом и цепью обратной связи с датчиком входного тока и датчиками входного и выходного напряжений, являющийся однофазный фрагмент известного трехфазного Виенна-выпрямителя (В. Климов, С. Климова, Ю. Карпиленко. Корректоры коэффициента мощности однофазных источников бесперебойного питания. Силовая электроника, №3, 2009 г., с. 40-42, с. 41, рис. 2а).Known rectifier with a power factor corrector (analog-), containing an input inductor, shunted together with the input terminals by an electronic switch, a single-phase two-diode rectifier with an output two-capacitor filter rack with an earthed middle terminal, assembled according to the voltage doubler circuit, and a control unit with a modulator output terminal and feedback circuit with an input current sensor and input and output voltage sensors, which is a single-phase fragment of a known three-phase Vienne-straighten la (V. Klimov, S. Klimova, Yu. Karpilenko. Power factor correction for single-phase uninterruptible power supplies. Power Electronics, No. 3, 2009, pp. 40-42, p. 41, Fig. 2a).

К недостатком указанного устройства (аналога) относятся: узкие функциональные возможности, а именно - невозможность раздельного регулирования потенциалов плюсового и минусового выходных выводов относительно заземленного среднего вывода, а также отсутствие дополнительного выходного канала со стабилизированным переменным напряжением в случае питания устройства нестабильным переменным напряжением.The disadvantages of this device (analogue) include: narrow functionality, namely the impossibility of separately controlling the potentials of the plus and minus output terminals relative to the grounded middle output, as well as the absence of an additional output channel with stabilized alternating voltage in case of unstable alternating voltage supply to the device.

Известен выпрямитель с корректором коэффициента мощности для самолетных систем электропитания (прототип), содержащий однофазный двухдиодный выпрямитель, два дросселя, зашунтированные каждый вместе с соответствующими диодами выпрямителя соответствующим ключом двухключевого электронного коммутатора переменного тока, два блокирующих диода и выходную двухконденсаторную фильтровую стойку, шунтирующую выходные выводы устройства, включая плюсовой, минусовой и средний заземленный, объединенный с входным выводом (см. там же, с. 41, рис. 4б). В нем, в отличие от аналога, обеспечивается возможность раздельного регулирования потенциалов плюсового и минусового выходных выводов относительно заземленного среднего вывода.Known rectifier with a power factor corrector for aircraft power systems (prototype), containing a single-phase two-diode rectifier, two chokes, each shunted together with the corresponding diodes of the rectifier with the corresponding key of a two-key electronic AC switch, two blocking diodes and an output two-capacitor filter rack, shunting the output terminals of the device , including the plus, minus and medium ground, combined with the input output (see ibid., p. 41, Fig. 4b). In it, unlike the analogue, it is possible to separately control the potentials of the plus and minus output terminals relative to the grounded middle terminal.

Недостатком известного выпрямителя с корректором коэффициента мощности (прототипа) являются: узкие функциональные возможности устройства, а именно - отсутствие дополнительного выходного канала со стабилизированным переменным напряжением в случае питания устройства нестабильным переменным напряжением, а также низкий коэффициент потребляемой мощности, высокий уровень создаваемых электромагнитных помех и искажений формы питающего напряжения из-за высокочастотных пульсаций и асимметрии разнополярных форм входного тока.A disadvantage of the known rectifier with a power factor corrector (prototype) is: the narrow functionality of the device, namely the lack of an additional output channel with stabilized alternating voltage in the case of unstable alternating voltage supply to the device, as well as low power consumption coefficient, high level of electromagnetic interference and distortion forms of supply voltage due to high-frequency ripples and asymmetry of bipolar forms of input current.

Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно - обеспечение его дополнительным выходным каналом со стабилизированным переменным напряжением.The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device, namely, providing it with an additional output channel with stabilized alternating voltage.

Дополнительным техническим результатом является повышение коэффициента потребляемой мощности и снижение уровня создаваемых электромагнитных помех и искажений формы питающего напряжения за счет снижения высокочастотных пульсаций и исключения асимметрии разнополярных форм входного тока.An additional technical result is an increase in the coefficient of power consumption and a decrease in the level of electromagnetic interference and distortions in the shape of the supply voltage by reducing high-frequency ripple and eliminating the asymmetry of the bipolar input current forms.

Указанные технические результаты обеспечиваются БЛАГОДАРЯ тому, что в выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности для самолетных систем электропитания, содержащий входные выводы для подключения источника питания переменного тока, основные выходные выводы для подключения к нагрузке постоянного тока, зашунтированные двухконденсаторной фильтровой стойкой, электронный коммутатор переменного тока, выпрямительную двухдиодную стойку, два блокирующих диода, два дросселя и блок управления с основными цепями обратных связей, имеющих датчик входного тока, датчик входного напряжения и датчики выходных потенциалов, а также с основной группой модуляторных выходных выводов, ВВЕДЕНЫ дополнительные выходные выводы для подключения нагрузки переменного тока, зашунтированные выходным фильтровым конденсатором, управляемый двунаправленный вентиль, а блок управления СНАБЖЕН основной группой релейных выходных выводов, и БЛАГОДАРЯ тому, что в него ВВЕДЕНЫ трансреактор с двумя последовательно-согласно соединенными обмотками, первый и второй однонаправленные модуляторные ключи с последовательно-встречно подсоединенными управляемыми блокирующими вентилями, управляемая однонаправленная двухвентильная стойка и спаренный двухпозиционный переключатель, а блок управления СНАБЖЕН дополнительной группой модуляторных выходных выводов, дополнительной группой релейных выходных выводов, командным выходным выводом и дополнительными цепями обратных связей, имеющими датчики напряжения и тока в цепях дополнительных выходных выводов, причем первый переключающий контакт переключателя заземлен, а также БЛАГОДАРЯ тому, что дроссели выполнены с общим магнитопроводом и соединены между собой последовательно-встречно.The indicated technical results are provided THANKS to the fact that a rectifier with power factor correction for aircraft power supply systems contains input terminals for connecting an AC power source, main output terminals for connecting to a DC load, shunted by a two-capacitor filter rack, an electronic AC switch, a rectifier two-diode rack, two blocking diodes, two chokes and a control unit with main feedback circuits having yes input current sensor, input voltage sensor and output potential sensors, as well as with the main group of modular output terminals, additional output terminals for connecting an AC load, shunted by the output filter capacitor, a bi-directional valve, and a control unit with the main group of relay output terminals, are introduced AND THANKS that a transreactor with two series-connected windings is introduced into it, the first and second unidirectional modulator keys in series-counter-connected controlled blocking valves, a controlled unidirectional two-valve rack and a paired on-off switch, and the control unit is SUPPLIED with an additional group of modulator output terminals, an additional group of relay output terminals, a command output terminal and additional feedback circuits having voltage and current sensors in additional circuits output terminals, the first switching contact of the switch being grounded, and also THANKS that the chokes are made with a common magnetic circuit and are interconnected in series and counter.

Экспериментальные исследования лабораторного макета и компьютерное моделирование предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.Experimental studies of the laboratory layout and computer simulation of the proposed device confirmed its efficiency and the feasibility of wide industrial use.

На чертеже (Фиг.) представлены принципиальная силовая схема с каналами управления предлагаемого выпрямителя с корректором коэффициента мощности.The drawing (Fig.) Shows a circuit diagram with the control channels of the proposed rectifier with a power factor corrector.

Выпрямитель с корректором коэффициента мощности содержит: входные выводы 1-2 для подключения источника питания переменного тока, основные выходные выводы 3-4-5, включая плюсовой, минусовой и заземленный промежуточный, для подключения к нагрузке постоянного тока, зашунтированные двухконденсаторной фильтровой стойкой 6-7, электронный коммутатор переменного тока 8, 9, выпрямительную двухдиодную стойку 10-11, два блокирующих диода 12, 13, шунтирующие в обратном направлении левые выводы электронного коммутатора, два дросселя 14, 15 и блок управления 16 с основными цепями обратных связей 17, 18, имеющих датчик 19 входного тока, датчик 20 входного напряжения и датчики 21, 22 выходных потенциалов, а также с основной группой 23 модуляторных выходных выводов. Устройство содержит также: дополнительные выходные выводы 24-25 для подключения нагрузки переменного тока, зашунтированные выходным фильтровым конденсатором 26, управляемый двунаправленный вентиль 27-28, а блок управления снабжен также основной группой 29 релейных выходных выводов. Кроме этого устройство содержит: трансреактор с двумя последовательно-согласно соединенными обмотками 30-31, первый и второй однонаправленные модуляторные ключи 32, 33 с последовательно-встречно подсоединенными управляемыми блокирующими вентилями 34, 35, управляемую однонаправленную двухвентильную стойку 36-37 и спаренный двухпозиционный переключатель 38. Блок управления снабжен дополнительной группой 39 модуляторных выходных выводов, дополнительной группой 40 релейных выходных выводов, командным выходным выводом 41 и дополнительными цепями 42 обратных связей, имеющими датчики 43, 44 напряжения и тока, установленные в цепях дополнительных выходных выводов. Переключатель имеет первый и второй переключающие контакты 45 и 46, а также первый второй и третий общий неподвижные контакты 47, 48 и 49. Входные выводы зашунтированы входным фильтровым конденсатором 50.A rectifier with a power factor corrector contains: input terminals 1-2 for connecting an AC power source, main output terminals 3-4-5, including positive, negative, and grounded intermediate, for connecting to a DC load, shunted by a double-capacitor filter rack 6-7 , an electronic AC switch 8, 9, a rectifier diode rack 10-11, two blocking diodes 12, 13, shunting the left leads of the electronic switch, two chokes 14, 15 and a control unit 16 backbones of feedback 17, 18 having a sensor 19 of the input current, input voltage sensor 20 and the sensors 21, 22 output potentials, and also with the main group 23 of output terminals modulator. The device also contains: additional output terminals 24-25 for connecting an AC load, shunted by the output filter capacitor 26, a controlled bi-directional valve 27-28, and the control unit is also equipped with a main group of 29 relay output terminals. In addition, the device includes: a transreactor with two series-connected windings 30-31, first and second unidirectional modulator keys 32, 33 with series-opposite connected controlled blocking valves 34, 35, a controlled unidirectional two-valve rack 36-37 and a paired on / off switch 38 The control unit is equipped with an additional group of 39 modulator output terminals, an additional group of 40 relay output terminals, a command output terminal 41 and additional circuits 4 2 feedbacks having voltage and current sensors 43, 44 installed in the circuits of additional output terminals. The switch has first and second switching contacts 45 and 46, as well as a first second and third common fixed contacts 47, 48 and 49. The input terminals are shunted by the input filter capacitor 50.

Дроссели 14 и 15 выполнены с общим магнитопроводом и соединены между собой последовательно-встречно.The chokes 14 and 15 are made with a common magnetic circuit and are interconnected in series and counter.

Электронный коммутатор 8-9 переменного тока своим первым силовым выводом заземлен. Двунаправленный вентиль 27-28 своим первым выводом подключен через дроссели 14-15 к незаземленному первому входному выводу 1 устройства, второй входной вывод 2 которого вместе с промежуточным основным выходным выводом 5 заземлен и через электронный коммутатор 8-9 подключен к общему выводу дросселей 14, 15 и к среднему выводу двухдиодной стойки 10-11, крайние разноименные выводы которой (катод и анод) подключены к плюсовому и минусовому основным выходным выводам 3-4. Свободный вывод первого дросселя 14 подключен к первому незаземленному входному выводу 1 устройства. Первый переключающий контакт 45 переключателя 38 заземлен, а второй 46 через управляемый двунаправленный вентиль 27-28 подключен к свободному выводу второго дросселя 15. Неподвижные первый и второй неподвижные контакты 47 и 48, соответствующие первой позиции первого переключающего контакта 45 и второй позиции второго переключающего контакта46, подключены к первому дополнительному выходному выводу 24 устройства и к среднему выводу двухвентильной стойки 36-37, а третий общий неподвижный контакт 49, соответствующий второй позиции первого переключающего контакта 45 и первой позиции второго переключающего контакта 46, подключен ко второму дополнительному выходному выводу 25 устройства и к общему выводу обмоток 30, 31 трансреактора, крайние разноименные выводы которых (начало и конец) непосредственно подключены к соответствующим разноименным крайним выводам (катоду и аноду) вентильной стойки 36-37 и через соответствующие модуляторные ключи 32, 33 - к крайним выводам фильтровой стойки 6-7 с заземленным средним выводом. Каждый модулирующий ключ 32, 33 вместе с двухвентильной стойкой 36-37 зашунтирован соответствующим блокирующим вентилем 34, 35.The electronic switch 8-9 of the alternating current with its first power output is grounded. The bi-directional valve 27-28 is connected with its first output through the inductors 14-15 to the non-grounded first input terminal 1 of the device, the second input terminal 2 of which, together with the intermediate main output terminal 5, is grounded and connected to the common terminal of the inductors 14, 15 through the electronic switch 8-9 and to the middle terminal of the dual-diode rack 10-11, the extreme opposite terminals of which (cathode and anode) are connected to the plus and minus main output terminals 3-4. The free output of the first inductor 14 is connected to the first non-grounded input terminal 1 of the device. The first switching contact 45 of the switch 38 is grounded, and the second 46 is connected via a controlled bi-directional valve 27-28 to the free terminal of the second inductor 15. The fixed first and second fixed contacts 47 and 48 corresponding to the first position of the first switching contact 45 and the second position of the second switching contact 46, connected to the first additional output terminal 24 of the device and to the middle terminal of the two-valve rack 36-37, and the third common fixed contact 49 corresponding to the second position of the first contact 45 and the first position of the second switching contact 46, is connected to the second additional output terminal 25 of the device and to the general output of the transreactor windings 30, 31, the extreme opposite terminals of which (beginning and end) are directly connected to the corresponding opposite terminal terminals (cathode and anode) valve rack 36-37 and through the corresponding modulator keys 32, 33 to the extreme terminals of the filter rack 6-7 with a grounded middle terminal. Each modulating key 32, 33 together with a two-valve rack 36-37 is shunted by a corresponding blocking valve 34, 35.

Выпрямитель с корректором коэффициента мощности для самолетных систем электропитания работает следующим образом.A rectifier with a power factor corrector for aircraft power systems operates as follows.

Назначениями основных узлов и элементов силовой схемы являются:The main components and elements of the power circuit are:

- 14-8, 9, 11, 12-10, 11-6, 7, 3, 4 - повышающий (бустерный) высокочастотный импульсный конвертор с реверсивным (знакопеременным) входным и знакопостоянным (выпрямленным) выходным напряжением (фрагмент однофазного Виенна-выпрямителя по схеме удвоителя напряжения с корректором коэффициента мощности), который формирует синусоидальную форму входного тока, совпадающую по временной фазе с питающим напряжением, и регулирует величину среднего значения выпрямленного напряжения на основных выходных выводах 3-4;- 14-8, 9, 11, 12-10, 11-6, 7, 3, 4 - step-up (booster) high-frequency pulse converter with reverse (alternating) input and alternating (rectified) output voltage (fragment of a single-phase Vienna-rectifier in a voltage doubler circuit with a power factor corrector), which generates a sinusoidal input current that matches the time phase with the supply voltage, and adjusts the average value of the rectified voltage at the main output terminals 3-4;

- 15-27, 28-38-26, 24, 25 - индуктивно-емкостный низкочастотный фильтр в цепи переменного прямоугольного импульсно-модулированного напряжения подаваемого с входных выводов однофазного диодного выпрямителя (10, 11-5) на дополнительные выходные выводы 24-25 для питания нагрузки переменного тока (в соответствии с расширением функциональных возможностей устройства - основным техническим результатом);- 15-27, 28-38-26, 24, 25 - inductive-capacitive low-pass filter in the circuit of an alternating rectangular pulse-modulated voltage supplied from the input terminals of a single-phase diode rectifier (10, 11-5) to additional output terminals 24-25 for AC load power supply (in accordance with the expansion of the device’s functionality - the main technical result);

- 30, 31, 35, 36, 37 - инвертор синусоидального тока для улучшения формы переменного напряжения на дополнительных выходных выводах (24, 25) на базе двух высокочастотных импульсных конверторов с общим трансреактором: одновременно с этим он выполняет функцию активного делителя выпрямленного напряжения путем двунаправленного взаимообмена энергией конденсаторов 6 и 7;- 30, 31, 35, 36, 37 - a sinusoidal current inverter for improving the shape of the alternating voltage at the additional output terminals (24, 25) based on two high-frequency pulse converters with a common transreactor: at the same time, it acts as an active rectifier of the rectified voltage by bidirectional interchange of energy of capacitors 6 and 7;

- 38 - двухпозиционный спаренный переключатель для переключения указанных импульсных конверторов с режима понижения напряжения (первая позиция со сплошными подвижными контактами 45, 46 на чертеже) на универсальный (понижающее-повышающий) режим с дозированием энергии, в зависимости от требуемого диапазона соотношений между постоянными напряжениями на основных выходных выводах (3-4-5) и амплитудой переменного напряжения на дополнительных выходных выводах (24-25).- 38 - two-position paired switch for switching the specified pulse converters from undervoltage mode (first position with solid movable contacts 45, 46 in the drawing) to universal (step-up) mode with energy metering, depending on the required range of ratios between DC voltages the main output terminals (3-4-5) and the amplitude of the alternating voltage at the additional output terminals (24-25).

Работа первого из перечисленных узлов подробно рассмотрена в описании аналога и во многих литературных источниках.The work of the first of these nodes is discussed in detail in the description of the analogue and in many literary sources.

Работа второго узла из перечисленных отличается от работы общеизвестных аналогичных низкочастотных Г-образных фильтров только поочередным включением каждого из тиристоров двунаправленного вентиля 27-28 в соответствии с полупериодом переменного питающего напряжения. Запираются тиристоры самопроизвольно при нулевом токе. Наличие указанных тиристоров предотвращает появление высокочастотных колебательных процессов в образуемых Z-C-цепях. Его работа не зависит от позиции переключателя 38, согласующего его работу с работой третьего из перечисленных узлов, который должен осуществлять синхронную подпитку (подзарядку) конденсатора 26.The operation of the second node from the above differs from the work of well-known similar low-frequency L-shaped filters only by alternately turning on each of the thyristors of the bi-directional valve 27-28 in accordance with the half-period of the alternating supply voltage. Thyristors are locked spontaneously at zero current. The presence of these thyristors prevents the appearance of high-frequency oscillatory processes in the formed Z-C chains. Its work does not depend on the position of the switch 38, coordinating its work with the work of the third of the listed nodes, which should carry out synchronous feeding (recharging) of the capacitor 26.

Третий из перечисленных узлов работает в разных режимах по разному, в зависимости от позиции переключателя 38.The third of these nodes operates in different modes in different ways, depending on the position of the switch 38.

При первой позиции переключателя 38, обозначенной на чертеже сплошными линиями подвижных переключающих контактов 45, 46, импульсные конверторы, образуемые двумя группами элементов схемы: 6, 32, 30, 26, 47, 45 и 7, 45, 47, 26, 31, 33 работают в режиме понижения напряжения. В течение первого полупериода напряжения на выводах 24-25 при очередном включении ключа 32 ток в обмотке 30 трансреактора нарастает по цепи: 6-32-30-26-47-45-6, заряжая конденсатор 26 (V₂₅>V₂₄, где V - потенциалы дополнительных выходных выводов) в течение длительности импульса: t_и=γ_и·T_шим,, где γ_и - коэффициент заполнения (относительная длительность) импульса, Т_шим - постоянный период широтно-импульсной модуляции.At the first position of the switch 38, indicated in the drawing by solid lines of the moving switching contacts 45, 46, pulse converters formed by two groups of circuit elements: 6, 32, 30, 26, 47, 45 and 7, 45, 47, 26, 31, 33 operate in undervoltage mode. During the first half-cycle of voltage at terminals 24-25, when the switch 32 is next turned on, the current in the transreactor winding 30 increases along the circuit: 6-32-30-26-47-45-6, charging the capacitor 26 (V ₂₅ > V ₂₄ , where V - additional potential output terminals) during the pulse duration: t _and = γ · T _{and the} _PWM ,, where γ _and - the duty ratio (the relative duration) pulse _PWM T - constant period pulse width modulation.

После выключения ключа 32 с одновременным включением вентиля 36 ток в обмотке 30 частично спадает по цепи: 30-26-36-30 продолжая заряжать конденсатор 26 за счет э.д.с. самоиндукции обмотки в течение оставшегося от периода Т_шим времени: Т_шим-t_и=(1-γ_и)·T_шим, - Далее указанные процессы периодически-высокочастотно качественно повторяются, пока выполняется соотношение потенциалов: V₂₅>V₂₄ и условие понижения напряжения: U₆>V₂₅-V₂₄.After turning off the key 32 while turning on the valve 36, the current in the winding 30 partially drops along the circuit: 30-26-36-30 while continuing to charge the capacitor 26 due to the emf. self-induction of the winding for the time remaining from the period _Tshim : _Tshim -t _u = (1-γ _u ) · _Tshim , - Further, these processes are periodically-high-frequency qualitatively repeated until the potential ratio is satisfied: V ₂₅ > V ₂₄ and the reduction condition voltage: U ₆ > V ₂₅ -V ₂₄ .

На втором полупериоде переменного напряжения u_вых на дополнительных выходных выводах 24, 25 (когда V₂₄>V₂₅) при аналогичном условии понижения напряжения: u₇>(V₂₄-V₂₅) аналогичным образом работает второй импульсный конвертор, образуемый группой элементов: 7, 45, 47, 26, 31, 33.In the second half-cycle of the alternating voltage u _output at the additional output terminals 24, 25 (when V ₂₄ > V ₂₅ ) under the same condition of undervoltage: u ₇ > (V ₂₄ -V ₂₅ ) the second pulse converter formed by the group of elements works in the same way: 7 , 45, 47, 26, 31, 33.

В рассмотренном режиме понижения напряжения при условии непрерывности полного потокосцепления трансреактора (т.е. токов в обмотках 30 и 31 на соответствующих полупериодах переменного выходного напряжения: u_вых(t)=u₂₆(t)) среднеимпульсное значение выходного напряжения по абсолютной величине изменяется при регулировании параметра у в соответствии с известной для понижающих конверторов с непрерывным потокосцеплением регулировочной характеристикой: |u_вых|=γ·u_вх, где u_вх≈u₆≈u₇ - среднеимпульсные значения напряжений на конденсаторах 6, 7 фильтровой стойки.In the considered mode of undervoltage under the condition of continuity of the complete flux linkage of the transreactor (i.e., the currents in the windings 30 and 31 at the corresponding half-periods of the alternating output voltage: u _output (t) = u ₂₆ (t)), the average pulse value of the output voltage changes in absolute value at regulation parameter y in accordance with known to buck converters with a continuous flux regulating characteristic: | u _O | = γ · u _Rin, where _Rin u ≈u ≈u ₆ ₇ - sredneimpulsnye voltage values on the capacitors 6, 7 phi trovoy rack.

При второй позиции переключателя 38. обозначенной на чертеже пунктирными линиями подвижных переключающих контактов 45, 46, импульсные конверторы работают в универсальном (понижающее-повышающем) режиме с дозированием энергии, накопленной трансреактором. В течение первого полупериода напряжения на дополнительных выходных выводах 24-25 (V₂₅>V₂₄) при очередном включении ключа 32 ток в обмотке 30 трансреактора нарастает по цепи: 6-32-30-49-45-6, накапливая дозу электромагнитной энергии трансреактора в течение длительности импульса: t_и=γ_и·T_шим. После выключения ключа 32 с одновременным (или запаздывающим) включением вентиля 36 ток в обмотке 30 частично спадает по цепи: 30-26-36-30, заряжая конденсатор 26 за счет э.д.с самоиндукции обмотки в течение оставшегося от периода T_шим времени: T_шим-t_и=(1-γ_и)·Т_шим. Далее указанные процессы периодически-высокочастотно качественно повторяются на данном полупериоде вне зависимости от соотношения между величинами U₆ и (V₂₅-V₂₄)=u_вых.At the second position of the switch 38. indicated in the drawing by the dashed lines of the moving switching contacts 45, 46, the pulse converters operate in a universal (step-up) mode with the dosing of energy accumulated by the transreactor. During the first half-cycle of voltage at the additional output terminals 24-25 (V ₂₅ > V ₂₄ ), the next time the key 32 is turned on, the current in the winding 30 of the transreactor rises along the circuit: 6-32-30-49-45-6, accumulating a dose of electromagnetic energy of the transreactor during the pulse duration: t _and = γ _and · T _PWM . After turning off the switch 32 simultaneously (or retarded) switching valve 36, the current in winding 30 decays partly along the chain: 30-26-36-30, charging capacitor 26 due to the self-induction electromotive force in the coil during the remaining period of time T _PWM : T _shim -t _u = (1-γ _u ) · T _shim . Further, these processes are periodically-repeated high frequency qualitatively on this half cycle, regardless of the ratio between the values U and ₆ (V ₂₅ -V ₂₄₎ = u _O.

На втором полупериоде переменного напряжения u_вых на дополнительных выходных выводах 24, 25 (когда V₂₄>V₂₅) аналогичным образом работает второй импульсный конвертор на базе ключа 33.On the second half-cycle of the alternating voltage u _output at the additional output terminals 24, 25 (when V ₂₄ > V ₂₅ ), the second pulse converter based on switch 33 works similarly.

В рассмотренном универсальном (понижающее-повышающем) режиме с дозированием энергии при условии непрерывности полного потокосцепления трансреактора (т.е. токов в обмотках 30 и 31 на соответствующих полупериодах переменного выходного напряжения: u_вых(t)=u₂₆(t)) среднеимпульсное значение выходного напряжения по абсолютной величине изменяется при регулировании параметра γ в соответствии с известной для понижающее-повышающих («полярноинвертирующих») конверторов регулировочной характеристикой: |u_вых|=(γ/(1-γ))·u_вх.In the considered universal (step-up) mode with energy metering, provided that the transreactor has full flux linkage (i.e., currents in windings 30 and 31 at the corresponding half-periods of the alternating output voltage: u _output (t) = u ₂₆ (t)), the average pulse value output voltage varies in magnitude in the regulation parameter γ in accordance with known for lowering-raising ( "polyarnoinvertiruyuschih") converters adjusting characteristic: | u _O | = (γ / (1-γ)) · u _Rin.

Таким образом на интервале полного периода переменного выходного напряжения рассмотренная группа элементов: 30, 31, 32, 35, 36, 37 реализует функцию инвертора синусоидального тока, периодически подпитывающего выходной фильтровый конденсатор 26 для улучшения формы его переменного напряжения, совпадающего по частоте с частотой питающего напряжения устройства (u_1-2(t)), а по временной фазе - с фазой входного напряжения диодного выпрямителя (10-11).Thus, on the interval of the full period of the alternating output voltage, the considered group of elements: 30, 31, 32, 35, 36, 37 implements the function of a sinusoidal current inverter periodically feeding the output filter capacitor 26 to improve the shape of its alternating voltage, which coincides in frequency with the frequency of the supply voltage devices (u _1-2 (t)), and in the time phase - with the phase of the input voltage of the diode rectifier (10-11).

Одновременно с указанной функцией рассмотренная группа элементов выполняет функцию активного делителя выпрямленного напряжения (на основных выходных выводах 3-4) в равном (половинном) или ином заданном соотношении U_3-5/U_5-6 путем двунаправленного взаимообмена энергией конденсаторов 6 и 7.Simultaneously with the specified function, the considered group of elements performs the function of an active divider of the rectified voltage (at the main output terminals 3-4) in an equal (half) or other specified ratio U _3-5 / U _5-6 by bi-directional interchange of energy of capacitors 6 and 7.

Наиболее просто рассмотреть указанный взаимообмен во второй позиции переключателя 38, обозначенной на чертеже пунктирными линиями подвижных переключающих контактов 35, 46.It is most simple to consider this interchange in the second position of the switch 38, indicated in the drawing by the dashed lines of the movable switching contacts 35, 46.

При очередном выключении ключа 32 одновременно включается подсоединенный к нему и обмотке 30 катодом блокирующий вентиль 35, через который протекает ток зарядки конденсатора 7 по цепи: 30-49-45-7-35-30 в течение интервала запаздывания: Δt=Δγ₀·Т_шим, а затем (с запаздыванием на At после выключения 32 подается сигнал на включение вентиля 36. При этом конденсаторы 7 и 26 имеют возможность подключения к обмотке 30 трансреактора в параллель через соответствующие вентили 35 и 36. Однако до тех пор, пока напряжения на конденсаторах 7 и 26 не сравняются, вентиль, соединенный с конденсатором, имеющим большее напряжение, будет заперт превышением (разностью) напряжений, и заряжаться от э.д.с. самоиндукции обмотки 30 будет конденсатор с меньшим напряжением. После сравнивания напряжений указанных конденсаторов они будут подключены к обмотке в параллель и будут заряжаться одновременно расщепленными токами, пропорциональными их электроемкостям. Аналогичный процесс происходит при выключении другого модулирующего ключа 33 в другом полупериоде.The next time the key 32 is turned off, the blocking valve 35 connected to it and the winding 30 by the cathode is turned on, through which the charging current of the capacitor 7 flows through the circuit: 30-49-45-7-35-30 during the delay interval: Δt = Δγ ₀ · T _PWM , and then (with a delay at At after turning off 32, a signal is sent to turn on valve 36. In this case, capacitors 7 and 26 have the ability to connect to the transformer winding 30 in parallel through the corresponding valves 35 and 36. However, as long as the voltage across the capacitors 7 and 26 are not equal, valve, connections A capacitor with a higher voltage will be blocked by an excess (difference) in voltage, and a capacitor with a lower voltage will be charged from the self-induction emf of the winding 30. After comparing the voltages of these capacitors, they will be connected in parallel to the winding and will be charged simultaneously split currents proportional to their capacitance.A similar process occurs when you turn off another modulating key 33 in another half-cycle.

Регулируя величину относительного запаздывания γ с помощью блока управления 16 производится двунаправленный взаимообмен энергией конденсаторов 6 и 7 для выполнения функции активного делителя выпрямленного напряжения U_3-4 в равном (половинном) или ином заданном соотношении U_3-5/U_5-4. Следует отметить, что при использовании дополнительных выходных выводов 24, 25 для питания нагрузки 5-4 переменного тока это соотношение должно быть половинным для симметрии формы выходного напряжения.By adjusting the value of the relative delay γ using the control unit 16, bi-directional energy exchange of the capacitors 6 and 7 is performed to act as an active divider of the rectified voltage U _3-4 in an equal (half) or other predetermined ratio U _3-5 / U _5-4 . It should be noted that when using additional output terminals 24, 25 to power a load of 5-4 alternating current, this ratio should be half for the symmetry of the shape of the output voltage.

Сумма указанных напряжений U_3-5=U₆ и U_5-4=U₇, составляющая величину выпрямленного напряжения t/3.4 по своему среднему за период значению, регулируется и стабилизируется корректором коэффициента мощности, роль которого выполняет регулируемый коммутатор переменного тока 8-9, путем регулирования амплитуды переменного (синусоидального) входного тока (при одновременном регулировании временной фазы этого тока для приближения коэффициента мощности по основной гармонической составляющей к единице).The sum of the indicated voltages U _3-5 = U ₆ and U _5-4 = U ₇ , which amounts to the rectified voltage t / 3.4 in terms of its average value for the period, is regulated and stabilized by the power factor corrector, the role of which is played by the adjustable AC switch 8-9 , by adjusting the amplitude of the alternating (sinusoidal) input current (while simultaneously adjusting the time phase of this current to approximate the power factor in the main harmonic component to unity).

Снижение высокочастотных пульсаций и улучшение гармонического состава частотного спектра входного тока производится не только с помощью импульсного регулирования коммутатора 8-9, но и за счет введения взаимоиндуктивной связи между дросселями 14, 15, выполненными с общим магнитопроводом и включенными последовательно-встречно. Пульсации напряжения, возникающие на выводах второго дросселя 15 из-за коммутационных процессов, наводят в первом дросселе 14 э.д.с. взаимоиндукции с полярностями, компенсирующими пульсации падения напряжения на собственной индуктивности первого дросселя, снижая пульсации тока в нем.Reducing high-frequency ripples and improving the harmonic composition of the frequency spectrum of the input current is carried out not only by means of pulse regulation of the switch 8-9, but also by introducing a mutually inductive coupling between the chokes 14, 15, made with a common magnetic circuit and connected in series. Voltage ripples occurring at the terminals of the second inductor 15 due to switching processes are induced in the first inductor 14 emf. mutual inductions with polarities that compensate for the ripple of the voltage drop across the inductance of the first inductor, reducing the ripple of the current in it.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом выпрямителе с корректором коэффициента мощности обеспечиваются основной технический результат: расширение функциональных возможностей устройства, а именно - обеспечение его дополнительным выходным каналом со стабилизированным переменным напряжением (с частотой питающего источника переменного тока), а также дополнительный технический результат: повышение коэффициента потребляемой мощности и снижение уровня создаваемых электромагнитных помех и искажений формы питающего напряжения в первичной (питающей) сети.Thus, in comparison with the prototype in the proposed rectifier with a power factor corrector, the main technical result is provided: expanding the functionality of the device, namely, providing it with an additional output channel with stabilized alternating voltage (with the frequency of the AC supply), as well as an additional technical result : increasing the coefficient of power consumption and reducing the level of electromagnetic interference and distortions in the shape of the supply voltage living in the primary (supply) network.

Claims

1. A rectifier with a power factor corrector for aircraft power supply systems, containing input terminals for connecting an AC power source, main output terminals, including positive, negative, and grounded intermediate, for connecting to a direct current load, shunted by a two-capacitor filter rack, electronic alternating current switch , rectifier two-diode rack, two blocking diodes connected to the power terminals of the electronic switch, two chokes and a control unit with the main feedback circuits having an input current sensor, input voltage sensor and output potential sensors, as well as with the main group of modulator output terminals connected to the control terminals of the electronic switch with the ground first power terminal, characterized in that additional output terminals are introduced into it for connecting AC loads, shunted by the output filter capacitor, a controlled bidirectional valve, and the control unit is equipped with a main group of relay outputs one of the outputs connected to the control terminals of a bi-directional valve connected by its first power output through inductors to an ungrounded first input terminal, the second input terminal of which is grounded and through an electronic switch shunted by blocking diodes, connected to the common output of the inductors and to the middle terminal of the two-diode rack, extreme the opposite terminals of which are connected to the plus and minus main output terminals.

2. A rectifier with a power factor corrector for aircraft power supply systems according to claim 1, characterized in that a transreactor with two series-coherently connected windings, first and second unidirectional modulator keys with series-counter-connected controlled blocking valves, controlled unidirectional two-valve are introduced into it rack and paired on-off switch, and the control unit is equipped with an additional group of modulator output terminals connected to the control modulating switch outputs, an additional group of relay output outputs connected to the control outputs of the two-valve rack and blocking valves, command output output connected to the actuator of the switch, and additional feedback circuits having voltage and current sensors installed in the circuits of additional output outputs, moreover, the free output of the first inductor is connected to the first ungrounded input terminal of the device, the first switching contact of the switch is blown, and the second through a controlled bidirectional valve is connected to the free terminal of the second inductor, the first and second fixed contacts corresponding to the first position of the first and second positions of the second switching contacts are connected to the first additional output terminal of the device and to the middle terminal of the two-valve rack, and the third common fixed the contact corresponding to the second position of the first and first position of the second switching contacts is connected to the second additional output terminal of the device and to present transreaktora conclusion windings, oppositely extreme terminals are directly connected to respective terminals of opposite extreme gate post and through the corresponding modulator keys - a filter to extreme conclusions racks earthed middle terminal, and modulating each key with dvuhventilnye counter bypassed respective check valve.

3. A rectifier with a power factor corrector for aircraft power supply systems according to claim 1, characterized in that the chokes are made with a common magnetic circuit and are interconnected in series with each other.