RU2007828C1 - Rectifier - Google Patents
Rectifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2007828C1 RU2007828C1 SU5040583A RU2007828C1 RU 2007828 C1 RU2007828 C1 RU 2007828C1 SU 5040583 A SU5040583 A SU 5040583A RU 2007828 C1 RU2007828 C1 RU 2007828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- secondary winding
- voltage
- current
- transformer
- working
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение в сильноточных блоках питания электротехнических устройств, устройств автоматики, а также в сварочных агрегатах. The present invention relates to electrical engineering and may find application in high-current power supplies of electrical devices, automation devices, as well as in welding units.
Известны выпрямительные установки, используемые для питания электронных устройств, содержащие силовой трансформатор, комплект вентилей, выполненный в виде однофазного моста, вход комплекта вентилей соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а выход имеет выводы для подключения нагрузки [1] . Недостатком таких выпрямительных установок, работающих на низкоомную нагрузку, является низкое качество выпрямленного тока из-за большой величины коэффициента пульсаций, а также невысокий коэффициент использования электроэнергии. С целью повышения качества выпрямительного тока в таких сильноточных установках после однофазного моста включают в качестве сглаживающего фильтра индуктивный дроссель. Это приводит к увеличению массогабаритных параметров однофазных выпрямительных установок. Known rectifier installations used to power electronic devices containing a power transformer, a set of valves made in the form of a single-phase bridge, the input of a set of valves is connected to the secondary winding of the transformer, and the output has conclusions for connecting the load [1]. The disadvantage of such rectifier installations operating at low impedance load is the low quality of the rectified current due to the large ripple coefficient, as well as the low coefficient of energy use. In order to improve the quality of the rectifier current in such high-current installations, after a single-phase bridge, an inductive choke is included as a smoothing filter. This leads to an increase in the weight and size parameters of single-phase rectifier installations.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является выпрямительная установка, содержащая однофазный силовой трансформатор с основной и дополнительной частями вторичной обмотки, включенными последовательно и согласно, рабочий и вольтодобавочный комплекты вентилей имеют выводы для подключения к нагрузке, вход рабочего комплекта вентилей, выполненный в виде однофазного моста, соединен с основной частью вторичной обмотки трансформатора, а вольтодобавочный - в виде двух последовательно соединенных вентилей, общая точка которых соединена с крайним выводом дополнительной части вторичной обмотки трансформатора через коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления [2] . The closest in technical essence to the proposed one is a rectifier installation containing a single-phase power transformer with the main and additional parts of the secondary winding connected in series and according to the operating and voltage boost valve kits have outputs for connecting to the load, the input of the working valve kit, made in the form of a single-phase bridge, connected to the main part of the secondary winding of the transformer, and booster - in the form of two series-connected valves, the total the cell of which is connected to the extreme terminal of the additional part of the secondary winding of the transformer through a switch, the control input of which is connected to the output of the control unit [2].
Недостатком выпрямительной установки прототипа является не эффективное использование дополнительной части вторичной обмотки трансформатора, сужающее универсальность установки. Дополнительная часть обмотки используется только на период времени работы электромагнитных муфт, плит и другого электрооборудования станков в форсированном режиме. При отключении дополнительной части обмотки ключом коммутатора, она остается нерабочей и не используется для других целей. Недостатком установки прототипа является также большой коэффициент пульсаций выпрямленного тока, что приводит к потерям на вихревые токи в магнитопроводах электромагнитных муфт или плит, снижает КПД и коэффициент использования электроэнергии выпрямительной установкой. The disadvantage of the rectifier installation of the prototype is the inefficient use of an additional part of the secondary winding of the transformer, which narrows the versatility of the installation. An additional part of the winding is used only for the period of operation of electromagnetic couplings, plates and other electrical equipment of machines in forced mode. When the additional part of the winding is disconnected with the switch key, it remains inoperative and is not used for other purposes. The disadvantage of installing the prototype is also a large ripple coefficient of the rectified current, which leads to eddy current losses in the magnetic circuits of the electromagnetic couplings or plates, reduces the efficiency and energy efficiency of the rectifier installation.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования силового трансформатора, повышение коэффициента использования электроэнергии, улучшение качества выпрямленного тока и расширениe области использования выпрямительной установки, например в сильноточных блоках питания электроустройств с малой величиной сопротивления нагрузки, в которых необходимо сглаживание пульсаций выпрямленного тока - заряд химических источников тока, электролиз растворов и, возможно, сварка на постоянном токе проволокой и др. The aim of the invention is to increase the efficiency of use of a power transformer, increase the coefficient of energy use, improve the quality of the rectified current and expand the field of use of the rectifier installation, for example in high-current power supplies of electrical devices with a small value of load resistance, in which smoothing of the ripples of the rectified current is necessary - the charge of chemical current sources , electrolysis of solutions and, possibly, DC welding with wire, etc.
Поставленная цель достигается тем, что выпрямительная установка, содержащая однофазный силовой трансформатор с основной и дополнительной частями вторичной обмотки, включенными последовательно и согласно, рабочий и вольтодобавочный комплект вентилей, выходы которых имеют выводы для подключения к нагрузке, вход рабочего комплекта вентилей, выполненный в виде однофазного моста, соединен с основной частью вторичной обмотки трансформатора, а вольтдобавочный - в виде двух последовательно соединенных вентилей, общая точка которых соединена с крайним выводом дополнительной части вторичной обмотки трансформатора через коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления, снабжена конденсатором с переменной емкостью и разрядным резистором, подключенными параллельно коммутатору. This goal is achieved by the fact that the rectifier installation containing a single-phase power transformer with the main and additional parts of the secondary winding connected in series and according to the operating and voltage boost valve set, the outputs of which have conclusions for connecting to the load, the input of the working set of valves made in the form of a single-phase bridge, connected to the main part of the secondary winding of the transformer, and the boost-in - in the form of two series-connected valves, the common point of which is connected and with the extreme conclusion of the additional part of the secondary winding of the transformer through the switch, the control input of which is connected to the output of the control unit, is equipped with a capacitor with a variable capacitance and a discharge resistor connected in parallel with the switch.
На фиг. 1 представлена схема выпрямительной установки. In FIG. 1 shows a diagram of a rectifier installation.
Выпрямительная установка содержит однофазный силовой трансформатор 1 с основной 2 и дополнительной 3 частями вторичной обмотки, включенными последовательно и согласно. Рабочий комплект вентилей 4-7 выполнен в виде однофазного моста и подключен входом к основной части 2 вторичной обмотки трансформатора 1; вольтдобавочный комплект - из двух последовательно включенных вентилей 8 и 9, соединен их общей точкой с крайним выводом дополнительной части 3 вторичной обмотки трансформатора через коммутатор 10; управляющий вход коммутатора соединен с выходом блока 11 управления, а выходы рабочего и вольтдобавочного комплектов вентилей подключены к нагрузке 12. Выпрямительная установка содержит также конденсатор с переменной емкостью 13 и разрядный резистор 14, подключенные параллельно коммутатору 10. The rectifier installation contains a single-phase power transformer 1 with the main 2 and an additional 3 parts of the secondary winding, connected in series and according to. The working set of valves 4-7 is made in the form of a single-phase bridge and is connected by the input to the
Выпрямительная установка при использовании ее в сильноточных блоках питания электротехнических устройств, работающих на низкоомную нагрузку, когда необходимо сглаживание пульсаций выпрямительного тока, работает следующим образом. The rectifier installation when used in high-current power supplies of electrical devices operating at low impedance load, when it is necessary to smooth the ripple of the rectifier current, works as follows.
При включении выпрямительной установки в сеть напряжение основной части 2 вторичной обмотки трансформатора 1 подводится к мостовому выпрямителю, состоящему из вентилей 4,5,6,7, и в нагрузке 12 протекает пульсирующий постоянный ток с большой амплитудой. Одновременно напряжение согласно соединенных обмоток 2 и 3 трансформатора через конденсатор 13 подводится к мостовому выпрямителю, состоящему из вентилей 4,5,8,9, и в нагрузке возникает пульсирующий постоянный ток с значительно меньшей амплитудой из-за падения напряжения на конденсаторе 13. Импульсы постоянного тока с меньшей амплитудой из-за наличия конденсатора в цепи их формирования - обмотки 2,3, конденсатор 13, вентили 4,5,8,9, нагрузка, окажутся сдвинутыми по фазе относительно импульсов постоянного тока с большой амплитудой на величину, близкую к 90о. Это обеспечивает согласованную работу моста из вентилей 4,5,6,7 и моста из вентилей 8,9,4,5. Ключ коммутатора 10 и управляющие устройства 11 не используются. Разрядный резистор 14 обеспечивает разряд конденсатора 13 при отключении нагрузки 12. При отсутствии разрядного резистора напряжение заряженного конденсатора, складываясь с напряжением обмоток 2,3 трансформатора, в момент подключения нагрузки может вызвать скачек тока. Напряжение на выходе установки в момент подключения нагрузки круто падает до величины напряжения основной обмотки трансформатора.When the rectifier installation is connected to the network, the voltage of the
Выпрямительная установка при ее использовании для питания электромагнитных муфт и плит станков работает аналогично прототипу с той лишь разницей, что после времени форcировки, когда ключ коммутатора 10 под действием блока управления 11 размыкается, дополнительная часть вторичной обмотки трансформатора остается подключенной через конденсатор 13 с переменной емкостью к вольтдобавочному комплекту вентилей 8,9. Напряжение на нагрузке при этом значительно падает, а качество выпрямительного тока улучшается. When used for powering electromagnetic couplings and machine plates, the rectifier installation works similarly to the prototype, with the only difference being that after the forcing time, when the switch key 10 is opened by the control unit 11, an additional part of the secondary winding of the transformer remains connected through a capacitor 13 with a variable capacity to 8.9 volt-boost valve kit. The voltage at the load drops significantly, and the quality of the rectifying current improves.
Предлагаемая выпрямительная установка позволяет повысить качество выпрямленного тока при работе на низкоомную нагрузку, уменьшить массогабаритные параметры силового трансформатора за счет повышения коэффициента мощности, расширить область использования. Физическое обоснование этого поясняется фиг. 2 и заключается в следующем. The proposed rectifier installation can improve the quality of the rectified current when working at low resistance, reduce the weight and size parameters of the power transformer by increasing the power factor, and expand the scope of use. The physical justification for this is illustrated in FIG. 2 and is as follows.
При работе выпрямительной установки на низкоомную нагрузку, если емкость конденсатора 13 подобрать такой, что его реактивное сопротивление будет намного больше сопротивления нагрузки, то большая часть напряжения обмоток 2,3 падет на конденсаторе 13. В случае если напряжение обмоток 2,3 не на много отличается от напряжения обмотки 2, амплитуда тока i2 окажется значительно больше амплитуды тока.When the rectifier installation operates at a low resistance load, if the capacitor 13 is selected such that its reactance is much greater than the load resistance, then most of the voltage of the
К диодному мосту из вентилей 4,5,6,7 приложено напряжение U2, а к диодному мосту из вентилей 8,9,4,5 приложено напряжение U'2,3, определяемое векторным управлением U'2,3 = U2,3 - Uc, где U2,3 - напряжение обмоток 2,3, совпадающее по фазе с напряжением U2, обмотки 2; Uc - падение напряжения на конденсаторе 13. Напряжение U'2,3 отстает от напряжения Uc на угол 90о, а от напряжений U2,3 и U2 на угол, определяемый соотношением реактивного сопротивления xc конденсатора и сопротивления нагрузки Rн. Если xc >> Rн, то угол сдвига фаз U2,3^ U2будет близким к 90о. Соответственно угол сдвига фаз i2 ^ i3 будет также близким к 90о.The voltage U 2 is applied to the diode bridge from the
На фиг. 2 представлены временные диаграммы: напряжений U2,3; U2; U'2,3 и их фазовые соотношения; выпрямленного тока i2 в нагрузке от действия только обмотки 2; выпрямленного тока i3 в нагрузке от действия только обмоток 2,3; выпрямленного тока iн в нагрузке от действия обмоток 2 и 2,3.In FIG. 2 shows time diagrams: voltages U 2,3 ; U 2 ; U ' 2,3 and their phase relationships; rectified current i 2 in the load from the action of only the
На фиг. 3 представлена векторная диаграмма токов и напряжений. In FIG. 3 is a vector diagram of currents and voltages.
В момент времени, отмеченный цифрами 1-2, когда U2 > U'2,3 , в цепи нагрузки протекает ток i2, открыты диоды 6,5. В момент времени 2-3, когда U2 < U'2,3 , открыты диоды 8,5, в нагрузке протекает ток i3. Далее в момент времени 3-4 и 4-5 процессы повторяются с той лишь разницей, что будут открыты соответственно диоды 7,4 и 9,4.At the time point marked by numbers 1-2, when U 2 > U ' 2,3 , a current i 2 flows in the load circuit, 6.5 diodes are open. At time 2-3, when U 2 <U ' 2,3 , 8.5 diodes are open, current i 3 flows in the load. Further, at time 3-4 and 4-5, the processes are repeated with the only difference being that diodes 7.4 and 9.4 will be opened, respectively.
Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке за половину периода питающего напряжения определяется полным импульсом тока i2 и заметрихованной частью импульса тока i3. Качество выпрямленного тока оценивают коэффициентом пульсаций, определяемым отношением амплитуды импульсов постоянного тока к среднему значению тока. При наличии импульсов тока i3 , сдвинутых по фазе относительно импульсов тока i2 , среднее значение выпрямленного тока окажется больше, коэффициент пульсаций выпрямленного тока будет меньше, а качество тока выше.The average value of the rectified current in the load for half the period of the supply voltage is determined by the total current pulse i 2 and the shaded part of the current pulse i 3 . The quality of the rectified current is estimated by the ripple coefficient determined by the ratio of the amplitude of the DC pulses to the average current value. In the presence of current pulses i 3 phase-shifted relative to current pulses i 2 , the average value of the rectified current will be greater, the ripple coefficient of the rectified current will be less, and the quality of the current is higher.
Роль конденсатора 13 этим не ограничивается. Реактивная мощность конденсатора Qc = I3 2xc компенсирует часть реактивной индуктивной мощности силового трансформатора. Следствием этого является большая величина коэффициента мощности cos φ, меньшее значение полного тока первичной обмотки и полной мощности силового трансформатора, а значит и габариты магнитопровода и сечение проводника первичной обмотки могут быть уменьшены.The role of the capacitor 13 is not limited to this. The reactive power of the capacitor Q c = I 3 2 x c compensates for a part of the reactive inductive power of the power transformer. The consequence of this is a large value of the power factor cos φ, a lower value of the total current of the primary winding and the total power of the power transformer, and therefore the dimensions of the magnetic circuit and the cross section of the conductor of the primary winding can be reduced.
В макетном образце выпрямительной установки, используемой для заряда двух последовательно соединенных кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 1 2 В и емкостью 140 А ˙ ч, каждая силовой трансформатор выбран мощностью 500 Вт. Для заряда таких батарей выпрямленное напряжение должно составлять не более 30 В. Это напряжение с учетом ЭДС аккумуляторных батарей при их полном заряде достаточно для создания зарядного тока 20 А. Внутреннее сопротивление одной аккумуляторной батареи составляет примерно 0,10 м. In the prototype rectifier installation used to charge two series-connected acid batteries with a nominal voltage of 1 2 V and a capacity of 140 A ˙ h, each power transformer is selected with a power of 500 W. To charge such batteries, the rectified voltage should be no more than 30 V. This voltage, taking into account the emf of the batteries when fully charged, is sufficient to create a charging current of 20 A. The internal resistance of one battery is approximately 0.10 m.
Напряжение основной части вторичной обмотки U2 выбрано 28 В. Это меньше необходимого. Напряжение U2,3 вторичной обмотки выбрано 56 В. Дополнительная часть обмотки выполнена проводом меньшего сечения. Диодный мост 4,5,6,7 выполнен на базе диодов В-25, а диоды 8,9 выбраны типа В-10. Величина разрядного резистора выбрана 1 кОм. Емкость конденсатора 13 выбрана из соотношения xc = 50-100 Rн, где Rн - внутреннее сопротивление последовательно соединенных аккумуляторных батарей, составляет не более 0,2 Ом.The voltage of the main part of the secondary winding U 2 selected 28 V. This is less than necessary. The voltage U 2,3 of the secondary winding is selected 56 V. An additional part of the winding is made with a wire of a smaller cross section. The
Тогда минимальная емкость конденсатора 13 составит:
xc = 100 ˙ 0,2 = 20 Ом,
С= = 160 мкФ Ф, а максимальная емкость - 360 мкФ. Угол сдвига фаз между токами i2 ^ i3 в нагрузке составит:
φмакс= arctg = arctg ≈89° ;
φмин = 86о . Ток I3 при максимальной величине емкости конденсатора составил 3 А.Then the minimum capacitance of the capacitor 13 is:
x c = 100 ˙ 0.2 = 20 Ohms,
C = = 160 microfarads, and the maximum capacitance is 360 microfarads. The phase angle between the currents i 2 ^ i 3 in the load is:
φ max = arctg = arctg ≈89 ° ;
φ min = 86 about . The current I 3 at the maximum value of the capacitance of the capacitor was 3 A.
Известно, что заряд химических источников тока (либо электролиз) от обычных зарядных устройств протекает с большим коэффициентом использования тока, когда качество выпрямленного тока выше. С целью повышения качества выпрямленного тока зарядные устройства выполняют трехфазными, либо в однофазных используют индуктивные дроссели, рассчитанные на полный зарядный ток. Применение таких дросселей увеличивает массогабаритные параметры выпрямительных установок. It is known that the charge of chemical current sources (or electrolysis) from conventional chargers flows with a high current efficiency when the quality of the rectified current is higher. In order to improve the quality of the rectified current, the chargers are three-phase, or in single-phase inductive reactors are used, designed for a full charging current. The use of such chokes increases the overall dimensions of the rectifier units.
Регулирование средних значений тока в нагрузке в предлагаемой выпрямительной установке осуществляли путем изменения числа витков вторичной и дополнительной обмотки и величины емкости конденсатора. (56) 1. Иванов-Цыганов А. И. Электротехнические устройства радиосистем. М. , 1973, с. 24. The regulation of the average values of the current in the load in the proposed rectifier installation was carried out by changing the number of turns of the secondary and additional windings and the capacitance of the capacitor. (56) 1. Ivanov-Tsyganov A.I. Electrical devices of radio systems. M., 1973, p. 24.
2. Авторское свидетельство СССР N 1555797, кл. H 02 P 15/00, 1990. 2. USSR author's certificate N 1555797, cl. H 02 P 15/00, 1990.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040583 RU2007828C1 (en) | 1992-04-29 | 1992-04-29 | Rectifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5040583 RU2007828C1 (en) | 1992-04-29 | 1992-04-29 | Rectifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007828C1 true RU2007828C1 (en) | 1994-02-15 |
Family
ID=21603432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5040583 RU2007828C1 (en) | 1992-04-29 | 1992-04-29 | Rectifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2007828C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU191975U1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-08-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Regulated voltage source |
-
1992
- 1992-04-29 RU SU5040583 patent/RU2007828C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU191975U1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-08-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Regulated voltage source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6256213B1 (en) | Means for transformer rectifier unit regulation | |
US6160722A (en) | Uninterruptible power supplies with dual-sourcing capability and methods of operation thereof | |
KR101004498B1 (en) | Charger | |
KR20170071587A (en) | Method and apparatus for intrinsic power factor correction | |
CN101331671B (en) | High-frequency modulation/demodulation multiphase rectifying device | |
US4775800A (en) | Power-supply apparatus | |
US5798630A (en) | Switching power circuit to supply electric-vehicle battery charger with high-frequency power | |
US4736286A (en) | Switching power supply | |
Ferrera et al. | A SEPIC-Cuk converter combination for bipolar DC microgrid applications | |
Kalla et al. | Generalized electronic controller for multi-pulse battery charging systems | |
KR20190115364A (en) | Single and three phase combined charger | |
EP1210758B1 (en) | Uninterruptible power supplies with dual-sourcing capability and methods of operation thereof | |
RU2007828C1 (en) | Rectifier | |
EP1289111A1 (en) | Single phase to three phase converter | |
CN208971408U (en) | A kind of rectification circuit | |
US6731525B2 (en) | H-bridge electronic phase converter | |
CN111543001A (en) | Inverter with AC forward bridge and improved DC/DC topology | |
RU2419949C1 (en) | Rectifying installation | |
RU2386203C1 (en) | Rectifying plant | |
CN109617476B (en) | High-voltage direct-current system of multifunctional switched reluctance generator | |
CN111987919A (en) | Power converter | |
JPH1141938A (en) | Dc power supply equipment | |
RU2558681C1 (en) | Independent voltage inverter to supply load through transformer with low coupling coefficient between its windings | |
JPH09140138A (en) | Switching power supply and discharging lamp lighting apparatus | |
RG et al. | A Lead-Acid Battery Charger using Modified Bridgeless Configuration of SEPIC PFC Converter |