SU782091A1 - Преобразователь переменного тока в посто нный - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к преобразованию переменного тока источника в посто нный ( в том чисЛе регулируемого значени ), и может быть использовано в преобразовательной технике дл  питани  нагрузки выпр мленным током.

Известно устройство дл  питани  нагрузки выпр мленным посто нным током (УПН ВПТ) от источника переменного тока (ИПТ), содержащее однофазный лучевой выпр митель. Выпр мление тока в этом устройстве осуществл етс  вентилем-кенотроном или полупроводниковым диодом 1.

При необходимости регулировани  среднего значени  выпр мленного тока в нагрузке в качестве вентил  используетс  управл емый вентиль-тиристор 2.

Однако однополупериодное потребление тока источника в таких УПН ВПТ характеризуетс  плохим использованием типовой (габаритной) мощности ИПТ, низким качеством выпр мленного тока и весьма плохими удельными энергетическими показател ми устройства в целом. Кроме того, при активно-индуктивной нагрузке (например двигатель посто нного тока или выпр миВ ПОСТОЯННЫЙ

тель с индуктивным фильтром низких частот ) схема такого выпр мител , зат гива  процесс коммутации вентил , затрудн ет запирание тиристора, что практически приводит к дополнительному уменьщени о коэффициента мощности устройства и к резкому сокращению диапазона его примен емости. Лучщими показател ми характеризуютс  устройства с мостовыми выпр мител ми тока, однако они содержат не менее четырех вентилей, а протекание тока в них через

10 два диода одновременно, вдвое увеличива  потери в выпр мителе, соответственно снижает его КПД.

Известно УПН ВПТ, содержащее две 15 входные клеммы дл  подключени  однофазного ИПТ и две выходные - дл  подключени  сопротивлени  нагрузки, одна из которых , преимущественно отрицательна , включаетс  со второй входной клеммой через вентиль лучевого выпр мител  (напри .мер, тиристор, буферный диод), щунтирующий выходные клеммы и блок контрол  напр жени  и фазового управлени  тиристором (БКН ФУТ). В этом устройстве буферный диод, облегча  услови  самопогасани  тиристора, способствует повышению коэффициента мощности и расшир ет диапазон применени  выпр мител . При использовании его ДЛЯ питани  двигателей посто нного тока, а также дл  зар да аккумул торов или конденсаторов фильтра низких частот, сглаживание тока в цеп х которых осуществл етс  линейным дросселем, последний , запаса  энергию импульсов выпр мленного тока, зат гивает процесс коммутации вентил  лучевого выпр мител , буферный диод, создава  путь току из индуктивности в нагрузку, улучшает процесс коммутации вентил  выпр мител  и несколько повышает коэффициент мощности устройства 3.

Однако однополупериодное использование мощности источника приводит к сравнительно низкому качеству напр жени  на нагрузке и плохим удельным энергетическим показател м устройства в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  преобразователь переменного напр жени  в посто нное , содержащий две цепочки, одна из которых состоит из, последовательно соединенных первого токоограничйваюшего конденсатора и первого диода, а друга  - из последовательно соединенных управл емого ключа и токоограничивающего дроссел , второго диода и второго токоограничивающего конденсатора, причем, перва  из указанных цепочек включена между первым входным выводом и общей точкой соединени  управл емого ключа и токоограничйваюшего дроссел  второй цепочки, включенной между первым входным и положительным выходным выводами, катод второго диода подключен к общей точке соединени  первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а его анод соединен с одной из обкладок второго токоограничивающего конденсатора и их обща  точка соединени  подключена ко второму входному выводу 4.

Недостатком этого устройства  вл етс  значительна  сложность его электрической схемы и относительно больщое падение напр жений на вентил х, провод щих ток в нагрузку, обусловленное тем, что ток в нагрузку проходит через два соединенных последовательно вентил . Это, увеличива  активное сопротивление в цепи нагрузки, уменьшает КНД устройства, что особенно заметно при малых выходных напр жени х, когда напр жение на нагрузке соизмеримо с падением напр жени  на вентил х.

Цель изобретени  - упрощение схемы устройства и повыщение его КПД.

Указанна  цель достигаетс  те.м, что в преобразователе переменного напр жени  в посто нное, содержащем две цепочки, одна из которых состоит из последовательно соединенных первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а друга  -

ИЗ последовательно соединенных управл емого ключа и токоограничивающего дроссел , второго диода и второго токоограничйваюшего конденсатора, причем, перва  из указанных цепочек включена междупервым входным выводом и общей точкой соединени  управл емого ключа и токоограничивающего дроссел  второй цепочки, включенйой между первым входным и положительным выходным выводами, катод второго диода подключен к общей точке соединени  первого токоограничйваюшего конденсатора и первого диода, а его анод соединен с одной из обкладок второго токоограничйваюшего конденсатора и их обща  точка соединени  подключена ко второму входному выводу, друга  обкладка второго токоограничивающего конденсатора подключена к катоду второго диода, анод которого соединен с отрицательным выходным выводом .

На фиг. 1 представлена схема преобразовател  переменного тока в посто нный; на фиг. 2 и фиг. 3 - его варианты.

Устройство (фиг. 1) содержит два, выходных вывода - положительный 1 и отрицательный 2 - дл  подключени  нагрузки 3 и два входных вывода 4 и 5 дл  подключени  ИПТ 6. Входной вывод 4 соединен с входным выводом 5 через первый токоограничивающий конденсатор (ТК) 7 и диод 8. Цепочка, образованна  управл емым ключом 9 и токоограничивающим линейным

0 дросселем (ТЛД) 10, включена между входным выводом 4 и положительным выходным выводом 1. Цепочка, состо ща  из последовательно соединенных первого ТК 7 и диода 11, включена между входным выводом 4 и точкой соединени  ключа 9 и ТЛД

10. Катод диода 8 соединен с анодом диода Пи одной из обкладок второго ТК 12, а анод диода 8 соединен с другой обкладкой второго ТК 12, входным выводом 5 и отрицательным выходным выводом 2.

д В вариантах схемы по фиг. 2 и фиг. 3 в качестве ключа 9 применен обычный неуправл емый диод 13. В простейшем варианте схемы по фиг. 3 ТК 12 и диод 11 отсутствуют , что дополнительно упрошает схему устройства.

S При рассмотрении работы устройства ключ 9 замкнут, т. е. открыт и работает как обычный диод. При этом предложении схемы по фиг. 1 и 2 станов тс  идентичными, и работают одинаково.

JJ Устройство работает следуюшим образом. В полупериоде изменени  тока ИПТ 6, когда его положительное напр жение приложено к аноду управл емого ключа 9 (к выводу 4), а ключ замкнут (т. е. полностью открыт), ток источника протекает по цепи

Claims (4)

1. S 6-4-9-10-1 3-2-5-6. Этот ток ограничиваетс  сопротивлением нагрузки 3 и сопротивлением ТЛД 10. Кроме того, ток проходит по контуру 6-4-7-12-5-6. Дроссель, ограничива  скорость передачи энергии ИПТ в нагрузку, запасает в своем поле энергию, величина которой пропорциональна индуктивности ТЛД и квадрату значени  тока, протекающего по его обмотке. Этот ток вначале увеличиваетс , а затем достигает максимального значени . В этот момент энерги , запасаема  ТЛД, достигает наибольшего значени  и под действием ЭДС самоиндукции, стрем щейс  поддержать значение тока и его направление неизменным , ключ 9 закрываетс  (размыкаетс ) и энерги , запасенна  дросселем, передаетс  в нагрузку -по цепи 10- -3-2- .1.2-11 -10. В это врем  ТК 12, передава  в нагрузку энергию, запасенную им ранее от источника, разр жаетс . После того, как он разр дитс , открываетс  диод 8 и энерги  дроссел  передаетс  в нагрузку по контуру 10-Г-3--2-8--11 -10, гюддержива  ток в нагрузке и в следующем полупериоде изменени  тока ИПТ. В полупериоде изменени  тока источника , когда его положительное напр жение приложено к выводам 2 и 5, а напр жение увеличиваетс  по абсолютному значению, ток проходит по цепи 6-5-8-7-4-6 и ТК 7 запасает энергию ИПТ. Величина этой энергии пропорциональна емкости конденсатора и квадрату напр жени  на его обкладках , т. е. квадрату амплитуды напр жени  источника. Зар д ТК 7 заверщаетс  в момент времени , когда мгновенное напр жение ИПТ достигает своего амплитудного значени . Затем в этом же полупериоде, по мере уменьщени  мгновенного значени  напр жени  ИПТ (измен ющегос  от максимума до нул  по закону косинуса), напр жение , прикладываемое к . диоду 8 (плюсом к , катоду . и irfHHycoM к аноду; , увеличиваетс , в результате чего через нагрузку протекает ток разр да ТК 7, измен ющийс , в общем случае, по закону синуса, а конденсатор отдает запасенную ранее от источника энергию на нагрузку. Так. как эта передача энергии осуществл етс  через ТЛК, т. е. по цепи 6-4-7- 11-10-1-3-2-5-6, дроссель переходит в режим ограничени  тока и запасает в своем поле энергию источника, которую в последующем перелТ.ает в нагрузку. Далее процессы повтор ютс  циклически с частотой изменени  тока ИПТ. Если в момент времени, когда к аноду ключа 9 приложено положительное напр же . ние, сигнал на его открытие не подаетс , последний тока не проводит. В этом случае ТК 7, зар жа сь через диод 8 в одной четверти периода (когда положительное напр жение ИПТ приложено к клеммам 5 и 2), в следующей четверти периода отдает запасенную им энергию в нагрузку. Конденсатор 7 вначале разр жаетс  на нагрузку до нул , а затем, при изменении пол рности напр жени  источника, перезар жаетс . Если в это врем  замкнуть ключ 9, ток в нагрузку потечет через ключ 9. Этот ключ позвол ет регулировать ток в нагрузке. Далее процессы повтор ютс  аналогично. В тех случа х, когда ток в нагрузке регулировать не требуетс , стройство можно выполн ть по схеме фиг. 3, в которой ТК 7 зар жаетс  в одной и разр жаетс  в другой четверт х периода изменени  тока ИПТ, а диод 13 проводит ток в нагрузку аналогично рассмотренному ранее, в результате чего энерги  ИПТ в нагрузку передаетс  в течение двух полупериодов. Таким образом, объединение отрицательногб выходного вывода с одним входным выводом непосредственно и соединение обоих входных выводов через цепочку из. двух включенных последовательно ТК, позвол ет не только упростить схему устройства, но и уменьщив почти вдвое активное сопротивление в цепи нагрузки, соответственно увеличить добротность контура передачи энергии ИПТ в нагрузку, что позвол ет повысить КПД устройства. Это обеспечивает улучщение . технико-экономических показателей устройства. Формула изобретени  Преобразователь пере.менного тока в посто нный, содержащий две цепочки, одна из которых состоит из последовательно соединенных первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а друга  - из последовательно соединенных управл емого ключа и токоограничивающего дроссел , второго диода и второго токоограничивающего конденсатора, причем, перва  из указанных цепочек включена между первым входным выводом и общей точкой соединени  управл емого ключа и токоограничивающего дроссел  второй цепочки, включенной между первым входным и положительным выходным выводами, катод второго диода подключен к общи точке соединени  первого токоограничивающего конденсатора и первого диода, а его анод соединен с одной из обкладок второго токоограничивающего конденсатора и их обща  точка соединени  подключена ко второму входному выводу, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  и повыщени  КПД, друга  обкладка второго токоограничивающего конденсатора подключена к катоду второго диода , анод которого соединен с отрицательным выходным выводом. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Белопольский И. И. Электропитание радиоустройств. М.-Л., «Энерги , 1965, изд. 2-ое, с. 28, рис. 1 - 1.2.
2. 2.Джентри П. Ф. и др. Управл емые полупроводниковые вентили. М., «Мир, 1967, с. 358, рис. .
3. 3.Тиристоры. Технический справочник. Под. ред. Лабунцова В. А. и др., М., «Энерги , 1971, с. 212, рис. 2.
4. 4.Патент Швейцарии № 551715, КЛ-. П 02 Р 13/24, 1974.