RU2808233C1 - Ключевой нормализатор фазного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электроники и электротехники и предназначено для использования в первичных звеньях электропитания энергоемкой аппаратуры от объектовой электросети трехфазного тока. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности при ограничении пусковых токов и улучшении форм-фактора фазных токов потребления от объектовой электросети при расширении области использования. Для достижения технического результата ключевой нормализатор фазного тока обеспечивает двухэтапный заряд емкости выходного конденсатора при включении сети электропитания, а также реализует параметрическое управление стабилизацией выходного напряжения при ограничении амплитуды фазных токов на уровне тока нагрузки. Ключевой нормализатор фазного тока содержит источник 1 напряжения трехфазного тока, выпрямитель 2, дроссель 3, управляемый и неуправляемый ключевые элементы 4 и 5, датчики 6 и 9 выходного напряжения и выпрямленного напряжения трехфазной сети, выходной и входной конденсаторы 7 и 10, а также зарядное устройство 11 и широтно-импульсный преобразователь 8. Технический результат достигается совокупностью блоков и связей при заданном алгоритме функционирования широтно-импульсного преобразователя 8 с реализацией параметрических зависимостей широтно-модулированного импульсного сигнала от выходных сигналов датчиков напряжения 6 и 9, для чего в его состав включены драйверы 8.1 и 8.2, компараторы 8.3 и 8.4, схема 8.5 совпадений, генератор 8.6 тактовых импульсов, формирователь 8.8 пилообразного напряжения и усилитель-ограничитель 8.9. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники и предназначено для использования в первичных звеньях электропитания энергоемкой аппаратуры от трехфазной электросети объекта.

Большинство современных потребителей большой энергоемкости являются нелинейной нагрузкой для сети энергоснабжения, в качестве которой используются источники электропитания трехфазного тока 3ф, 50 Гц, 380 В. При этом для объектовых сетей предъявляются все более жесткие требования к параметрам качества тока потребления, к основным из которых относится форм-фактор (отношение максимального амплитудного значения фазного тока к его действующему значению), величина которого не должна превышать типового значения K_φ=1,5, характерного для синусоидальной формы фазных токов. Выделенное требование выполняется в известных технических решениях [Пат. US 2020/0412271 A1 Adaptive control method for three-phase rectifier and device thereof. Pub. Date Dec.31.2020] и [Пат. РФ №2295823 приор. 26.07.2005, опубл. 20.03.2007 БИ № 8]. Эти устройства реализованы на трехфазных активных выпрямителях, содержащих шесть управляемых ключевых элементов с обратными диодами, обеспечивающими гармоническую форму потребляемых фазных токов.

Недостатком таких технических аналогов является сложность реализации и отсутствие начального плавного включения, что влияет на надежность устройств силового электропитания, выполненных на их основе.

Наиболее простым образом плавное включение и регулировка выпрямленного напряжения обеспечивается в известном ключевом нормализаторе напряжения [Пат. РФ № 2751078 приор. 19.11.2020, опубл. 08.07.2021 БИ №19]. Применение такого устройства между выходом трехфазного выпрямления и нагрузки позволяет обеспечить плавное включение и устранить перенапряжения на выходе устройства силового электропитания, что обеспечивает повышение надежности работы. Однако при этом сохраняется низкое качество фазных токов потребления, присущее типовым трехфазным выпрямителям. При этом форм-фактор фазных токов превышает K_φ=3 при номинальной мощности потребления и ухудшается (возрастает) с понижением выходной емкости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по количеству общих признаков является техническое решение [Пат. US 2005219866 Al Switching power source apparatus Pub. date Oct.06.2005]. Это устройство, принятое за прототип настоящего изобретения, содержит выпрямитель и обратноходовой преобразователь с обратной связью по выходному напряжению и реализует функцию нормализации тока потребления, приближая форму фазного тока к гармоническому виду с форм-фактором K_ф≈1,5 при простейшей схеме реализации, обеспечивающей надежность функционирования.

Структурная схема устройства-прототипа [Пат. US 2005219866 A1…], приведенная на фиг. 1, содержит источник 1 напряжения однофазного переменного тока, выпрямитель 2, дроссель 3, управляющий ключевой элемент 4 (КЭ 4), неуправляемый ключевой элемент 5 (НКЭ 5), датчик 6 напряжения (ДН 6), выходной конденсатор 7 и широтно-импульсный преобразователь 8 (ШИП 8).

В известном устройстве (фиг. 1) выпрямленное напряжение однофазной сети преобразуется обратноходовым преобразователем, выполненным на дросселе 3, транзисторе (управляемый КЭ 4) и диоде (неуправляемый НКЭ 5) в постоянное выходное напряжение U_н на выходном конденсаторе 7. При этом обеспечивается квазигармоническая форма фазного тока потребления. Применение обратной связи по выходному сигналу датчика 6 используется для стабилизации выходного напряжения, что может вызвать искажение формы фазного тока, особенно при изменении нагрузки.

К дополнительным недостаткам устройства-прототипа относятся значительные пусковые токи при выключении напряжения источника 1 питания через выпрямитель 2, дроссель 3 и НКЭ 5 непосредственно на выходной конденсатор 7, что значительно понижает надежность работы.

Кроме того известное устройство имеет ограниченное применение в условиях электропитания от трехфазной сети переменного тока, т.к. при выпрямленном трехфазном напряжении в обратноходовом преобразователе не может поддерживаться необходимый форм-фактор фазных токов питания.

Указанные недостатки устройства-прототипа приводят к понижению надежности и ограничивают область применения устройств силового электропитания на его основе.

Задача изобретения заключается в повышении надежности и расширении области применения нормализатора тока потребления для трехфазной объектовой сети при улучшении форм-фактора фазных токов потребления.

Техническим результатом от использования изобретения является ограничение пусковых токов при подключении напряжения трехфазной сети объекта в условиях улучшения форм-фактора при изменении нагрузки в широких пределах, включая разделение пускового и номинального режимов работы в условиях плавного нарастания выходного тока.

Для достижения заявленного технического результата в ключевом нормализаторе фазного тока, содержащем выпрямитель, подключенный входом к источнику напряжения переменного тока, а также дроссель, первый вывод которого соединен с первыми выводами управляемого ключевого элемента и неуправляемого ключевого элемента, второй вывод которого соединен первым выводом выходного конденсатора и входом датчика напряжения, общий вывод которого подключен ко вторым выводам управляемого ключевого элемента, выходного конденсатора и выпрямителя, а выход - к выходу широтно-импульсного преобразователя, соединенного выходом с входом управляемого ключевого элемента, введены новые признаки, а именно: при использовании источника напряжения трехфазного переменного тока, в его состав введены зарядное устройство, входной конденсатор, дополнительный датчик напряжения, вход которого соединен с первым выводом выпрямителя и входом зарядного устройства, общим выводом - со вторым выводом выпрямителя и вторым выводом входного конденсатора, а выходом - с вторым входом широтно-импульсного преобразователя, второй выход которого соединен с входом управления зарядного устройства, выход которого подключен ко второму выводу дросселя и первому выводу входного конденсатора.

Наилучший результат достигается, если широтно-импульсный преобразователь выполнен содержащим первый и второй компараторы, схема совпадения, усилитель-ограничитель, одновибратор, формирователь пилообразного напряжения, генератор тактовых импульсов, а также первый и второй драйверы, выходы которых соединены соответственно с выходом и вторым входом широтно-импульсного преобразователя, вход и второй вход которого подключены, соответственно к первым входам первого и второго компараторов, а выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу схемы совпадения и через одновибратор ко входу синхронизации формирователя пилообразного напряжения, вход управления которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и первым входом второго компаратора, а выход - с вторым входом первого компаратора, выход которого подключен к второму входу схемы совпадения, а первый вход - к второму входу второго компаратора.

В предложенном ключевом нормализаторе фазного тока реализация заявленного технического результата обеспечивается совокупностью вновь вводимых блоков и связей. Повышение надежности достигается ограничением тока включения посредством использования зарядного устройства и специального режима дозаряда выходного конденсатора за счет работы ключевого нормализатора при ограниченной длительности импульсов управления во время подготовки устройства к работе. При этом в номинальном режиме работы достигается параметрическая стабилизация выходного напряжения при соответствующем ограничении фазных токов от источника напряжения трехфазной сети с фазовым углом отсечки 30°. В результате достигается форм-фактор фазного тока не более 1,3, что обеспечивает повышение качества и улучшает энергетическую эффективность устройств силового электропитания в условиях изменения нагрузки в широких пределах. Приведенные преимущества предлагаемого технического решения обеспечивают широкую область применения в устройствах силового электропитания большой мощности от трехфазной объектовой сети.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-6, где приведена структурная схема устройства-прототипа (фиг. 1), структурная схема предлагаемого ключевого нормализатора фазного тока потребления (фиг. 2) и функциональная схема широтно-импульсного преобразователя (фиг. 3), входящего в состав предлагаемого устройства, а также временные диаграммы выпрямленного трехфазного напряжения с иллюстрацией типичных искажений фазного тока (рис. 4) и возможностей его нормализации в режиме параметрической стабилизации выходного напряжения (фиг. 5) и в режиме включения (фиг. 6) при ограничении пускового тока.

На фиг. 4 приведены диаграммы выпрямленного напряжения Е_в на выходе выпрямителя 2 подключенного входом к источнику 1 напряжения трехфазного переменного напряжения линейными напряжениями между фазами АВ, ВС, СА. Напряжение Е_в выделено сплошной линией, а полуволны выпрямленного линейного напряжения демонстрируются пунктирными линиями. Там же иллюстрируется диаграммы фазных токов (I_A, I_B, I_С) для типичного трехфазного выпрямителя, подключенного к фильтрующей выходной емкости к внешней нагрузке (I_A, I_B, I_C - пунктирная линия) и при использовании предлагаемого технического решения (сплошные линии) и диаграммы фазных токов для типичного трехфазного выпрямителя.

Временные диаграммы сигналов, поясняющие работу предлагаемого устройства в рабочем режиме в условиях параметрической стабилизации выходного напряжения и максимального уровня фазного тока, приведенные на фиг. 5 заявленного устройства:

V_т - тактовое напряжение типа меандр на выходе ГТИ 8.6, определяющее частоту и ограничение длительности ШИМ - сигнала;

V_п - импульсы короткой длительности на выходе одновибратора 8.7, соответствующие выпрямленному положению фронта тактового напряжения V_т;

U_п - пилообразное напряжение на выходе ФПН 8.8 с резким спадом за время коротких импульсов V_п и плавным нарастанием до максимального значения (U_пн, пропорциональным выходному напряжению усилителя-ограничителя 8.9;

U_вх2=β₂Е_в - напряжение на втором входе ШИП 8, подключенном через дополнительный ДН 9 к выходу выпрямителя 3 (где β₂ - коэффициент параметрической обратной связи по входу) для максимального (пунктирная линия) и минимального (сплошная линия) уровня напряжения электропитания на выходе источника 1;

V_ШИМ - сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на выходе драйвера 8.1, поступающий на вход управления КЭ 4;

I_L - ток дросселя 3 (сплошные линии), замыкающийся через КЭ 4 при наличии весового уровня сигнала ШИМ на его входе управления;

Iф - уровень фазного тока (пунктирные линии), протекающий через фазу источника 1 напряжения.

Сигналы V_ШИМ, I_L, I_ф приведены для двух уровней выходного напряжения выпрямителя 1 Е_{в max} и E_{в min}.

На фиг. 6 демонстрируются временные диаграммы сигналов, поясняющие работу предлагаемого устройства в режиме включения:

U_вх1=U_нβ₂ - напряжение на входе ШИП 8, поступающее с выхода ДН 6, подключенного к шинам выходного напряжения U_H.

U_вх2=β₂Е_в - напряжение на втором входе ШИП 8;

U_п - пилообразное напряжение с амплитудой, нарастающей в соответствие с уровнем U_ог, пропорциональным выходному напряжению усилителя-ограничителя 8.9 до напряжения ограничения U_пм=U_н0β₁, определяющего уровень стабилизированного выходного напряжения U_н0;

V_ШИМ и I_L сигнал ШИМ и ток КЭ 4, плавно изменяющийся от начальных нулевых значений до заданного уровня стабилизации выходного напряжения

Структурная схема предлагаемого устройства (фиг. 2) содержит источник 1 напряжения трехфазного тока, выпрямитель 2, дроссель 3, управляемый ключевой элемент 4 (КЭ 4), неуправляемый ключевой элемент 5 (НКЭ 5), датчик 6 напряжения (ДН 6), выходной конденсатор 7, широтно-импульсный преобразователь 8 (ШИП 8), дополнительный датчик 9 напряжения (ДН 9), входной конденсатор 10, зарядное устройство 11.

В состав ШИП 8 (фиг. 3) входят: драйвер 8.1 и 8.2; компараторы 8.3 и 8.4, схема 8.5 совпадений, генератор 8.6 тактовых импульсов (ГТИ 8.6), одновибратор 8.7, формирователь 8.8 пилообразного напряжения (ФПН 8.8), усилитель - ограничитель 8.9

Все структурные блоки, входящие в состав предлагаемого нормализатора фазного тока, выполняются по известным правилам с учетом заданного функционального назначения, а их совокупное использование приводит к достижению заявленного результата.

Источник 1 напряжения переменного тока определяет трехфазную объектовую сеть 3ф, 50 Гц, 380 В, как правило, с изолированной нейтралью.

Выпрямитель 2 представляет собой трехфазную схему выпрямления, реализуемую на шести мощных силовых диодах, обеспечивающих требуемую мощность потребления.

Дроссель 3 предназначен для накопления и передачи энергии в нагрузку через обратноходовой преобразователь, реализуемый на мощном транзисторе (КЭ 4) и силовом импульсном диоде (НКЭ 5). Индуктивность L дросселя 3 определяет амплитуду I_{вч m} изменения тока на периоде тактовой частоты Т.

Для обратноходовых преобразователей большой мощности относительная длительность импульсов управления t_и сигнала ШИМ, как правило, не превышает t_и=0,5Т в условиях минимального напряжения E_{в min}. При этом выходное напряжение на нагрузке U_н=2E_{в min} и амплитуда высокочастотного тока дросселя равна:

Следует отметить, что в предлагаемом техническом решении отношение номинального тока нагрузки I_н к амплитуде I_{вч м} определяет диапазон линейного режима параметрической стабилизации выходного напряжения, что обуславливает выбор отношения I_{вч м}/I_н≤0,1 для достижения требуемых характеристик в условиях десятикратного изменение нагрузки.

Полупроводниковые приборы КЭ4 и НКЭ5 должны выполняться на высоковольтных (U_доп>1000 В) транзисторах и диодах, обеспечивающих требуемую токовую нагрузку для достижения необходимой выходной мощности, например для Мах Р_вых=30 кВт допустимый ток должен быть не менее 100А при коэффициенте использования не более 0,5. При этом транзисторы и диоды должны обеспечивать приемлемое быстродействие, что позволяет минимизировать размеры дросселя. Наилучшим образом этим требованиям отвечают полупроводниковые приборы, выполненные на карбидокремниевой (SiC) технологии.

Входной и выходной конденсаторы 10 и 7 предназначены для фильтрации ВЧ составляющих напряжения, обусловленных высокочастотными составляющими тока дросселя, что обуславливает необходимость использования высокочастотных пленочных конденсаторов, например, выпускаемых фирмой Cornell Dubilier Electronics, либо отечественным представителем НПО «Гириконд». При этом емкость выходного конденсатора должна обеспечить блокировку динамических изменений тока нагрузки, что определяет ее выбор кратно (более чем в 10 раз) больше емкости выходного конденсатора, наличие которого мало влияет на форму фазного тока потребления. В рассматриваемом примере при выходной мощности до 30 кВА выходная емкость должна составлять не менее 500 мкФ при входной емкости 47 мкФ.

Определенную проблему вызывает реализация датчиков 6 и 9 напряжения, в качестве которых в условиях гальванической развязки должны быть использованы делители со звеном оптоэлектронной либо электромагнитной развязки. Упростить задачу позволяет гальваническая развязка сервисного электропитания ШИП 8 с соединителем его общей шины с общим выходом выпрямителя. При этом реализация ДН 6 и ДН 9 сводится к применению резистивных делителей с заданными коэффициентами передачи (β₁ и β₂).

Необходимый алгоритм управления ключевым нормализатором фазного тока потребления, который должен обеспечивать формирование требуемого ШИМ сигнала и управлять работой заданного устройства, определяет реализация ШИМ 8.

В предлагаемом техническом решении реализован принцип параметрической стабилизации выходного напряжения U_н, достаточной для обеспечения постоянства фазного тока потребления при повышении абсолютных значений соответствующих линейных напряжений нижней границы напряжения Е_в=E_вн, где E_вн≈0,9 Max [U_AB, U_BC, U_CA] (Мах - амплитуда, соответствующих линейных напряжений).

При балансе фазных напряжений, при равенстве амплитуд значению Е_амп запишем интервалы стабилизации величины фазных токов из следующих условий:

Эти условия выполняются при выполнении следующих параметрических соотношениях, определяющих работу обратноходового преобразователя в линейном режиме работы. Относительная длительность импульсов t_и/Т=m должна обеспечить выполнение условия:

Для достижения постоянства U_н в условиях изменения выходного напряжения выпрямителя достаточно получить амплитуду U_пм пропорциональную требуемому уровню напряжения U_н0 при формировании длительности импульсов t_и по результату сравнения пилообразного напряжения U_п с напряжением, пропорциональным напряжению Е_в на входе выпрямителя:

β₁ и β₂ - коэффициенты передачи датчиков напряжения ДН 6 т ДН 9;

K_ог - коэффициент передачи усилителя - ограничителя 8.9;

U_п - амплитуда пилообразного напряжения.

В результате для линейного режима регулирования получим:

При этом для стабилизации выходного напряжения на уровне U_hQ достаточно обеспечить постоянство максимальной амплитуды U_пм пилообразного напряжения, определяемого уровнем ограничения выходного сигнала усилителя - ограничителя:

соответственно U_н=β₂U_н0K_ог/β₁

Для использования в составе устройств силового электропитания большой мощности, как правило, коэффициент модуляции т выбирается не менее минимального значения:

где E_{в min} - минимальное значение напряжения на выходе выпрямителя, соответствующее номинальному режиму работы при пониженном напряжении трехфазной сети объекта.

Откуда, принимая во внимание допустимые изменения трехфазной сети 3ф, 380 В, 50 Гц (+13%, - 20%) с учетом относительных пульсаций выходного напряжения выпрямителя получим:

При этом выходное напряжение должно быть существенно выше (как правило, на 20%) максимального выходного напряжения Max|U₀| в условиях сети электропитания:

Выделенное значение является необходимым условием для исключения прямого включения выхода выпрямителя 2 через неуправляемый НКЭ 5 на выходной конденсатор 7, а также обеспечивает линейный режим регулирования при отсутствии обрыва тока дросселя 3. Последнее условие достигается при амплитуде ВЧ тока дросселя I_вч в условиях максимального напряжения Е_{в max}=600 В, минимальном значении m_min=0,83 менее минимального тока нагрузки:

Для предлагаемого режима работы устройства при достижении максимальной мощности 30 кВт и выходном напряжении U₀=750 В при максимальном выходном токе 40 А в условиях десятикратного изменения нагрузки, величина индуктивности L, согласно условию, должна составлять:

Для режима плавного включения в широтно-импульсном преобразователе 8 предусмотрен двухэтапный режим нарастания выходного напряжения. На первом этапе при U_н<Е_в заряд конденсаторов 10 и 7 реализуется в основном зарядным устройством 11, которое в простейшем случае может быть выполнено на резистивном звене либо на звене транзисторов, включенных по схеме генератора тока.

При достижении уровня U_н≈Е_в линейное звено заряда должно инициироваться релейным либо транзисторным коммутатором по сигналу управления (вых. 2) ШИП 8. Далее осуществляется второй этап дозаряда конденсатора 7 обратноходовым преобразователем на КЭ 4, НКЭ 5 с управлением КЭ 4 ШИМ сигналом, поступающим с ШИП 8 (вых. 1).

При этом, как показано на фиг. 5, достигается плавное регулирование длительности импульсов V_ШИМ в соответствии с ростом уровня выходного напряжения U_н в условиях упреждающего возрастания напряжения U_or на выходе усилителя-ограничителя 8.9 до уровня ограничения амплитуды пилообразного напряжения U_пм=β₁U_н0K_ог, что соответствует переходу к режиму стабилизации выходного напряжения. Таким образом, может быть осуществлен дозаряд емкости конденсатора 7 в условиях плавного нарастания тока дросселя I_L, замыкающегося через управляемый КЭ 4.

Предложенный алгоритм управления в режимах плавного включения и стабилизации выходного напряжения при ограничении амплитуды фазных токов потребления реализован в широтно-импульсном преобразователе 8, функциональная схема которого представлена на фиг. 3

Функции драйверов 8.1, 8.2 и усилителя-ограничителя 8.9 подробно описаны в изложенном выше алгоритме функционирования ШИП 8. Компараторы 8.3, 8.4 обеспечивают формирование ШИМ сигнала по результатам сравнения на Вх. 1 (u₁=β₂Е₂) с пилообразным напряжением U_п, амплитуда которого задается выходным напряжением усилителя-ограничителя. Формирователь 8.8 пилообразного напряжения может быть выполнен на RC-цепи со звеном усиления при сформированном разряде емкости за время коротких импульсов, формируемых одновибратором 8.7. При этом практически за весь период переключений Т напряжение U_п может изменяться линейно до амплитуды V_п, заданной напряжением U_ог. Период переключений задается генератором 8.6 тактовых импульсов V_т типа меандр, по фронту которых одновибратор 8.7 формирует короткие импульсы V_п, длительность которых τ_и=0,5 мкс многократно меньше периода переключений Т=33 мкс.

Одновибратор 8.7 может быть реализован на схеме заданной задержки τ_и с последующим выделением импульсов V_п логической схемой с прямым и инверсным выходами. Аналогично, схема 8.5 может быть использована для ограничения максимальной длительности импульсов ШИМ-сигнала не более полупериода, заданного импульсами V_т, формируемыми в ГТИ 8.6, что соответствует ограничению длительности импульсов, поступающих с выхода компаратора 8.3 через схему совпадений 8.5 и драйвер 8.1 на выход 1 ШИП 8.

В результате предложенная реализация ШИП 8 обеспечивает необходимый алгоритм управления заявленного ключевого нормализатора фазного тока для достижения технического результата.

Приведенное описание блоков, входящих в заявленное устройство, подтверждает реализуемость предлагаемого технического решения.

Заявляемый ключевой нормализатор фазного тока работает следующим образом.

Трехфазное напряжение, проиллюстрированное на фиг. 4 с выхода источника 1 через выпрямитель 2 поступает на вход зарядного устройства и дополнительного датчика 9 напряжения. Далее через токоограничивающее зарядное устройство ток включения замыкается через дроссель 3 и неуправляемый КЭ 5 в выходной конденсатор 7, параллельно заряжая входной конденсатор 10. При этом дополнительно обеспечивается подзаряд выходного конденсатора 7 короткими импульсами управления V_ШИМ управляемым КЭ4, что приводит к нарастанию тока дросселя 3.

При достижении выходного напряжения U_н уровня близкого к напряжению Е_в на выходе выпрямителя 2 изменяется выходное напряжение компаратора 8.4, что приводит к высокому уровню сигнала на выходе 2 ШИП 8 и соответственно включению цепи шунтирования токоограничительного звена в составе ЗУ 11 и завершению первого этапа включения. На втором этапе обеспечивается нарастание напряжения на выходе усилителя-ограничителя U_ог и увеличение длительности V_ШИМ, что приводит к нарастанию тока заряда через дроссель 3 и интенсивному дозаряду выходного конденсатора 7

При достижении выходного напряжения U_н установленного значения U_н0 ограничивается напряжение U_ог на входе усилителя-ограничителя 8.9, что приводит устройство в режим стабилизации напряжения при ограничении фазного тока на уровне тока нагрузки. На фиг. 6 показаны два этапа режима заряда, а также режим стабилизации выходного напряжения.

В соответствии с алгоритмом работы ШИП 8 такой режим реализуется во всем допустимом диапазоне изменения напряжения Е_в при выполнении условия (2) и формировании фазных токов I_А, I_В, I_С по форме близкой к сигналам типа «коленвал» с длительностью импульсов близкой к 1/6 от периода напряжения частотой 50 Гц.

Таким образом, значительно улучшается пик-фактор фазных токов при отношении амплитуды фазного тока к действующему значению не хуже 1,25-1,3, что более чем в два раза меньше, чем в устройствах аналогах и на 20-30% лучше, чем в устройстве-прототипе. Выделенное преимущество достигается при адаптации предлагаемого устройства к трехфазной объектовой сети 3ф, 50 Гц, 380 В, что расширяет область его использования в системах силового электропитания энергоемкой функциональной аппаратуры с мощностью потребления десятки кВт.

При этом в предлагаемом изобретении достигается ряд преимуществ по сравнению с известными аналогами и прототипом, а именно повышается надежность работы за счет уменьшения пусковых токов и реализации двухэтапного режима включения, улучшается форм-фактор фазных токов потребления, обеспечивается повышение эффективности работы силовой установки объекта, формирующей источник трехфазного напряжения 3ф, 50Гц, 380В в условиях электропитания функциональной аппаратуры, что выгодно отличает заявленное устройство от прототипа, адаптированного к однофазной сети электропитания.

На предприятии изготовлен опытный образец ключевого нормализатора фазных токов мощностью до 30 кВт, результаты испытаний которого подтвердили достижение заявленного результата.

Claims (2)

1. Ключевой нормализатор фазного тока, содержащий выпрямитель, подключенный входом к источнику напряжения переменного тока, а также дроссель, первый вывод которого соединен с первыми выводами управляемого ключевого элемента и неуправляемого ключевого элемента, второй вывод которого соединен первым выводом выходного конденсатора и входом датчика напряжения, общий вывод которого подключен ко вторым выводам управляемого ключевого элемента, выходного конденсатора и выпрямителя, а выход - к выходу широтно-импульсного преобразователя, соединенного выходом с входом управляемого ключевого элемента, отличающийся тем, что используется источник напряжения трехфазного переменного тока, в состав ключевого нормализатор введены зарядное устройство, входной конденсатор, дополнительный датчик напряжения, вход которого соединен с первым выводом выпрямителя и входом зарядного устройства, общим выводом - со вторым выводом выпрямителя и вторым выводом входного конденсатора, а выходом - со вторым входом широтно-импульсного преобразователя, второй выход которого соединен с входом управления зарядного устройства, выход которого подключен ко второму выводу дросселя и первому выводу входного конденсатора.

2. Ключевой нормализатор по п. 1, отличающийся тем, что широтно-импульсный преобразователь содержит первый и второй компараторы, схему совпадения, ограничитель уровня, одновибратор, формирователь пилообразного напряжения, генератор тактовых импульсов, а также первый и второй драйверы, выходы которых соединены соответственно с выходом и вторым входом широтно-импульсного преобразователя, вход и второй вход которого подключены, соответственно к первым входам первого и второго компараторов, а выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу схемы совпадения и через одновибратор ко входу синхронизации формирователя пилообразного напряжения, вход управления которого соединен с выходом ограничителя и первым входом второго компаратора, а выход - с вторым сходом первого компаратора, выход которого подключен к второму входу схемы совпадения, а первый вход - к второму входу второго компаратора.

Images