SU1181092A1

SU1181092A1 - Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Info

Publication number: SU1181092A1
Application number: SU843716354A
Authority: SU
Inventors: Yurij I Bocharov; Mikhail I Budchenko; Yurij D Motorygin
Original assignee: Le Polt I Im M I Kalinina
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1985-09-23

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания. пониженным напряжением.

Цель изобретения - улучшение 5

массогабаритных показателей, повышение КПД и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения независимости выходного напряжения от числа фаз выпрямления, повышения ’θ и формы входного напряжения, повышения коэффициента использования

^: конденсаторов, а также за счет снижения потерь мощности в схемах управления. · 15

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя переменного напряжения в постоянное} на фиг. 2 - эпюры токов и напряжений, поясняющие работу устройства. 20

Преобразователь (фиг.1) состоит из выпрямителя 1 групп 2-4 деления л напряжения и управляемых ключевых элементов (полупроводниковые ключи)

⁷5~10. Параллельно выходу выпрямите- 25 ля включен конденсатор 11 фильтра. Выпрямитель 1 имеет выходные шины 12 и 13. Каждая из групп деления напряжения имеет входные выводы (точки) 14 и 15 и выходные шины со- 30 ответственно 16-21. Каждый из индуктивных элементов 22 включен во входную цепь соответствующей группы деления напряжения.

Выпрямитель 1 входом соединен 35 с входными выводами 23 и 24. Каждая из групп деления напряжения состоит из параллельно включенных цепочек, состоящих из последовательно соединенных конденсатора 25 и диодов 26 до и 27..

Каждый из диодов 28 включен между разноименными обкладками конденсаторов 25 смежных цепочек, например, между точками 29 и 30. Конденсатор 45 31 фильтра включен параллельно нагрузке 32 между выходными выводами 33 и 34.

Выпрямитель 1 через полупроводниковый ключ 5 и входную индуктивность 50 22 в одной из его выходных шин 12 или 13.подключен на вход первой группы 2 в точки 14 и 15, которая через полупроводниковый ключ 6 и входную индуктивность 22 в одной из ее выход-55 ных шин 16 или 17 подключена на вход второй группы 3 в аналогичные точки 14 и 15. Вторая группа 3 через управляемые ключи 7 и 8 й входную индуктивность 22, стоящие в ее выходных шинах 18 и 19, подключена на вход третьей группы 4, принадлежащей ей в точки 14 и 15. Нагрузка 32 преобразователя и выходной конденсатор 31 через управляемые ключи 9 и 10' подключены к выходным шинам 20 и 21 третьей группы 4, Источник переменного тока подключен на вход выпрямителя 1 к клеммам 23 и 24.

Диод (вентиль) 26 в каждой группе 2-4 деления напряжения анодом подключен к одной обкладке конденсатора 25, а катодом - к. выходной шине, соответственно 16, 18 и 20. Диод (вентиль) 27 катодом подключен к другой обкладке конденсатора 25, а анодом - к выходной шине, соответственно 17 и 21..

Преобразователь работает следующим образом. .

В установившемся режиме напряжение переменного тока и_с преобразуется выпрямителем 1 ^в пульсирующее напряжение постоянного тока ϋ^, которое сглаживается фильтрующим конденсатором 11. Входная индуктивность элемента 22 выбирается из условия

^обеспечения добротности контура заряда конденсатора О ->? 1. Добротность

о 1

контура имеет вид Ц - у- — , где

Ь - индуктивность контура, С - емкость контура, В. - суммарное сопротивление контура. В момент Г открывается полупроводниковый ключ 5 и конденсаторы начинают заряжаться через зарядные вентили током Гд^/полагая () у? 1):

и-ег . г —— -81П---Уьс <с

в момент времени - ТГЛ|КС проходит через нуль, после чего меняет направление на обратное. При этом осуществляется естественная коммутация полупроводникового ключа 5 (данный способ позволяет в качестве полупроводниковых . ключей применить тиристоры с естественной коммутацией).

При одинаковой емкости конденсаторов 25 каждый из них заряжается примерно до Γ/Ν^ части удвоенного амплитудного значения напряжения (ϋ^ напряжение на конденсаторе, изменяющееся по закону(и= 1^(1 - е^соз

3 11

н момент времени £ =}Г\ЬС достигаютЛ

ся величиныди^^и/^е ^2βύ ),

при 9 » 1 и_СМ0(КС^2и^.

В это время полупроводниковый клюя 6 заперт. Он находится.в таком состоянии еще некоторое время, чтобы исключить перекрытие с ключом 5.

В момент времени Ц ключ 6 открывается и в течение £ ₊ - = лУЕс проис-· .

ходит заряд током ί конденсатора второй группы 3. ^ί

Прй одинаковых емкостях конденсаторов этой группы каждый конденсатор заряжается примерно до 1/Ν₂ части удвоенного выходного напряжения первой группы, т.е. примерно, до 1/Ν₁Μ^ части удвоенного напряжения и_ы. Ключи 7 и 8 в течение £4 - £ и еще Некоторого времени находятся в запертом состоянии. Затем,.аналогично предыдущему, открываются ключи 7 и 8, в течение £_έ - происходит заряд током конденсаторов третьей группы 4. напряжение на каждом конденсаторе третьей группы составляет примерно 1/Ν.^Ν^Ν₃ от удвоенного и^. После окончания заря' да .конденсаторов третьей группы ключи 7 и 8 размыкаются, а ключи 9 и 10, спустя некоторое время, достаточное для устранения перекрытия, подключают конденсатор 31 и нагрузку 32 на выход 20 и 21. Конденсатор 31 поддерживает напряжение на нагрузке 32 во время заряда конденсаторов третьей группы 4.

Благодаря фильтрации напряжения конденсатором 11 выходное напряжение не зависит от формы входного переменного напряжения от числа фаз выпрямления ш и частоты входного напряжения £_с. ·

Емкость конденсаторов в каждой группе преобразователя определяется по формуле

2Р_П

^С " £0(2 - « ’

где Р_о - требуемая мощность на выходе преобразователя,

092

£ - частота коммутаций;' _с = ^исм*кс- исмин_ _ _{степень раз}.

^СЛАМКС

ряда конденсаторов за время импульса.

Уменьшение емкости конденсаторов 25 возможно за счет увеличения степени разряда С -* 1 , что, благодаря, индуктивному характеру тока заряда конденсаторов 25, не отражается на КПД преобразователя.

Регулированием выходного напряжения происходит изменением частоты коммутаций полупроводниковых ключей, т.е. осуществляется широтно-импульсная модуляция. Так как частота коммутаций, которая ограничивается частотными свойствами ключей, а не шириной импульса тока заряда конденсаторов, может быть достаточно высокой (десятки килогерц), а среднее напряжение на нагрузке 32 определяется как

г

II = II

. 33,34 ср т 33,34

где Т - период коммутаций,

Τ' - длительность рабочей

части Т;

и_з? - напряжение на нагрузке, то, следовательно, расширяется диапазон регулирования - порядка ϋ =

= (1000-6000), при меньшем влиянии на питающую сеть и лучшем использовании двигателя по току если нагрузка'электродвигатель.

В предлагаемом устройстве выходное напряжение зависит от частоты коммутации ключей, которая определяется системой управления, и можно добиться стабильности частоты коммутаций ключей порядка (0,012). Это позволит повысить плавность и точность регулирования выходного напряжения. Применение не полностью управляемых . ключей (тиристоров) с естественной коммутацией позволит использовать предлагаемое устройство в широком диапазоне входных напряжений (от десятков вольт до десятков киловольт) Это существенно расширяет функциональные возможности преобразователя.

1181092

Φιη. /

К

%

ЯЗ

η

Ι\Τ\Ρϋ\.
νννν	•а
Л Л Л Л - . .	а*
Л Л Л Л -	«г
А А А А	αί
	а*

Φα2

βα

Claims

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий входом соединенный с входными выводами для подключения источника питающего напряжения выпрямитель, управляемые ключевые элементы, группы деления напряжения, состоящие каждая из параллельно соединенных цепочек, число которых равно кратности деления и каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора и двух неуправляемых вентилей, один из которых катодом подключен к одной из выходных шин группы, а анодом - к одной из обкладок конденсатора, другой - анодом подключен к другой выходной шине группы, а катодом - к другой обкладке кондейсатора, й дополнительные неуправляемые вентили, каждый из которых'включен между разноименными обкладками конденсаторов соответствующих смежных цепочек одной из групп деления напряжения, причем группы деления напряжения соединены между собой и с

цепями питания и нагрузки через указанные управляемые ключевые элементы таким образом, что один из управляемых ключевых элементов подключены к одному из выходов выпрямителя, другим выходом соединенного с одним из входов первой группы деления напряжения, к одной из выходных шин которой подключен второй управляемый ключевой элемент, а к другой выходной шине подключен один из входов последующей группы деления напряжения, к каждой из выходных шин последней и предпоследней групп деления напряίжения подключено по одному из управ- $ ляемых ключевых элементов, через один из которых вход последней группы соединен с одной из выходных шин предыдущей группы, а через два других выходные шины последней группы соединены с выходными выводами для подключения нагрузки, между которыми включен конденсатор фильтра, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, повышения КПД и расширения области применения, параллельно выходу выпрямителя включен дополнительно введенный конденсатор фильтра и дополнительно введены по числу групп деления напряжения индуктивные элементы, через один из которых другой вход первой группы деления напряжения соединен с управляемым ключевым элементом выпрямителя, а другой вход каждой из остальных ; групп соединен через один из остав-! шихся индуктивных элементов с управляемым ключевым элементом предыдущей группы.

δυ „,1181092

1181092