ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВ С ДВУМЯ ЗАПИТЫВАЮЩИМИ ВВОДАМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК H03B9/10 H05B6/68 

Изобретение относится к источникам питания для любых устройств с двумя запитывающими входами, в частности для высоковольтных нагрузок.

Известен источник питания /1/, принятый за прототип, который состоит из трехфазного силового трансформатора, выводы вторичной обмотки которого соединены с выходными плечами мостового выпрямителя, а минусовой и плюсовой выводы выпрямителя являются соответствующими выходами устройства.

Известен также однофазный регулируемый выпрямитель, представленный в литературе /2/ и принятый за прототип.

Однофазный регулируемый выпрямитель содержит силовой трансформатор, выводы основной вторичной обмотки которого соединены с входной диагональю мостового выпрямителя, а параллельно выходной диагонали включен трансформатор, минусовой вывод выходной диагонали служит выходной клеммой устройства. Этот выпрямитель содержит также два ключевых элемента /тиристора/ и дополнительную вторичную обмотку, соединенную одним концом с основной вторичной обмоткой.

В таких устройствах при включении сетевого напряжения оно сразу появляется на нагрузке, что допустимо далеко не всегда, особенно для высоковольтных нагрузок.

Переходные процессы при включении сетевого напряжения приводят к перенапряжениям во вторичной обмотке трансформатора, которые могут вывести из строя нагрузку. В первую очередь это касается высоковольтных нагрузок.

Нельзя снять напряжение с нагрузки, не отключая одновременно сеть, что также приводит к перенапряжениям.

В источнике питания /1/ мощность на нагрузке не регулируется.

Целью изобретения является создание источника электропитания для любой нагрузки с двумя запитывающими входами, позволяющего регулировать мощность на нагрузке, исключить перенапряжения во вторичной обмотке трансформатора, т. е. повысить надежность работы устройства, обеспечить возможность снятия напряжения с нагрузки, не отключая одновременно сеть, таким образом, исключить возникновение переходных процессов в трансформаторе.

Для достижения этой цели в источник питания, содержащий силовой трехфазный трансформатор, в частности высоковольтный, выводы вторичной обмотки которого соединены с входными плечами мостового выпрямителя, а минусовой вывод которого является первой выходной клеммой устройства, введены первый и второй ключевые элементы, выпрямляющий диод и дополнительная вторичная обмотка, подсоединенная одним концом к основной вторичной обмотке, а другим к выпрямляющему диоду, к которому подсоединен последовательно первый ключевой элемент, выход которого соединен с соответствующим выходом второго ключевого элемента и является второй выходной клеммой устройства. Вход второго ключевого элемента соединен с плюсовым выводом мостового выпрямителя.

В варианте по п.2 источник питания содержит силовой трехфазный трансформатор, выводы вторичной обмотки которого соединены с входными плечами мостового выпрямителя. Минусовой вывод выпрямителя является первой выходной клеммой устройства. В устройство введены первый и второй ключевые элементы, выпрямляющий диод и дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого включена между нулевой шиной и входной клеммой одной из первичных обмоток основного трансформатора, а вторичная обмотка одним концом соединена с вторичной обмоткой основного трансформатора, а другим с выпрямляющим диодом. К выпрямляющему диоду подсоединен последовательно первый ключевой элемент, выход которого соединен с соответствующим выходом второго ключевого элемента и является второй выходной клеммой устройства. Вход второго ключевого элемента соединен с плюсовым выводом мостового выпрямителя.

В варианте изобретения по п.3 источник питания содержит однофазный трансформатор. Выводы его вторичной обмотки соединены с входной диагональю мостового выпрямителя, параллельно выходной диагонали которого включен конденсатор. Минусовой вывод выходной диагонали является первой выходной клеммой устройства. Источник питания содержит также первый и второй ключевые элементы и дополнительную вторичную обмотку, соединенную одним концом с основной вторичной обмоткой. В устройство введен выпрямляющий диод, который включен между другим концом дополнительной вторичной обмотки и входом первого ключевого элемента. Выход первого ключевого элемента соединен с соответствующим выходом второго ключевого элемента и является второй выходной клеммой устройства. Вход второго ключевого элемента соединен с плюсовым выводом выходной диагонали мостового выпрямителя.

На рис. 1 представлена электрическая схема одного варианта исполнения предлагаемого источника питания.

На рис. 2 представлена электрическая схема второго варианта исполнения предлагаемого источника питания.

На рис. 3 представлена электрическая схема третьего варианта исполнения предлагаемого источника питания.

На рис.4 представлены эпюры напряжений и токов на элементах схемы.

В качестве примеров выполнения предлагаемого устройства приводятся источники питания СВЧ генераторов.

Показанный на рис.1 источник питания СВЧ генератоpа содержит трехфазный силовой высоковольтный трансформатор 1, к вторичной высоковольтной обмотке 2 которого подключен трехфазный мостовой выпрямитель 3. Положительный вывод выпрямителя 3 через ключевой элемент /например, тиристор или тиристорный столб/ 4 соединен с анодом магнетрона 5. Отрицательный вывод трехфазного мостового выпрямителя 3 соединен с катодом магнетрона 5. К виткам вторичной высоковольтной обмотки 2 трансформатора 1 добавлены витки 6, вывод от которых через выпрямительный диод 7 и второй ключевой элемент /тиристор или тиристорный столб/ 8 подключен к точке соединения первого ключевого элемента 4 и анода магнетрона 5.

Во втором варианте исполнения /рис.2/ предлагаемый источник питания также содержит силовой трехфазный высоковольтный трансформатор 1, к вторичной высоковольтной обмотке 2 которого подключен трехфазный мостовой выпрямитель 3. Положительный вывод трехфазного выпрямителя 3 через первый ключевой элемент /например, тиристор или тиристорный столб/ 4 соединен с анодом магнетрона 5. Отрицательный вывод мостового выпрямителя соединен с катодом магнетрона 5. Высоковольтный трансформатор 6, первичная обмотка 7 которого одним выводом соединена с нулевой клеммой общей шины, а вторым с одной из фаз сети, подходящей к первичной обмотке силового высоковольтного трансформатора 1. Вторичная обмотка 8 высоковольтного трансформатора 6 подключена одним вводом к выводу той же фазы вторичной обмотки силового высоковольтного трансформатора 1. Второй вывод вторичной обмотки 8 высоковольтного трансформатора 6 подключен через выпрямительный диод 9 и второй ключевой элемент 10 /например тиристор или тиристорный столб/ к точке соединения первого ключевого элемента 4 с анодом магнетрона 5.

В источнике малой мощности, показанном на рис.3, использующем однофазный силовой высоковольтный трансформатор 1, к вторичной обмотке 2 которого подключен мостовой выпрямитель 3, положительный вывод которого через ключевой элемент /например, тиристор или тиристорный столб/ 4 соединен с анодом магнетрона 5, а отрицательный вывод с катодом магнетрона 5. Вторичная обмотка 2 высоковольтного силового трансформатора 1 имеет за пределами соединения с входным плечом выпрямителя 3 дополнительные витки 6, вывод от которых через дополнительный выпрямительный диод 7 и второй ключевой элемент 8 /например, тиристор или тиристорный столб/ подключен к точке соединения первого ключевого элемента 4 с анодом магнетрона 5. Параллельно выпрямителю 3 включен конденсатор 9.

Источник питания, показанный на рис. 1, 2, работает следующим образом.

Первичную обмотку 2 силового высоковольтного трансформатора 1 подключают к сети. Ключевой элемент закрыт, тока через магнетрон 5 нет. При подаче импульса с блока управления /не показан/ на управляющий электрод ключевого элемента 4 последний открывается. Ток через магнетрон 5 идет лишь в том случае, если напряжение на его аноде выше порога генерации /см.рис.4, эпюры а,б/. Поскольку напряжение на мостовом выпрямителе 3 превышает этот уровень, магнетрон 5 включается, через него идет ток I_п. Т.к. напряжение на магнетроне 5 практически постоянно, то и ток через него также практически постоянен. Для того, чтобы выключить магнетрон 5, необходимо выключить ключевой элемент 4. Для этого с блока управления /не показан/ подается сигнал на торой ключевой элемент 9, открывающий его в тот момент времени, когда напряжение на нем превышает амплитудное значение напряжения на аноде первого ключевого элемента 4 /см. эпюру в рис.4/. При этом напряжение на катоде ключевого элемента 4 будет выше, чем напряжение на его аноде и он закроется. Ток через магнетрон 5 будет проходить от второго ключевого элемента 9. При снижении напряжения на нем ниже U_пор. магнетрона /см. Эпюру б,в рис.4/ тока через магнетрон 5 прекратится и он выключится. Задаваясь некоторым периодом повторения открывающего импульса, поступающего с блока управления, и меняя время задержки между импульсами запуска и запирания, осуществляют широтно-импульсное регулирование мощности.

Источник на однофазном трансформаторе /рис.3/ работает аналогичным образом, за исключением того, что для сглаживания пульсации выпрямленного высокого напряжения служит конденсатор 9.

Таким образом, в предлагаемом источнике питания, в данном примере СВЧ генератора, работает практически на постоянном напряжении, когда его показатели КПД, надежности и устойчивости к перегрузкам имеют наибольшую величину.

При этом включение сетевого напряжения и нагрузки происходит раздельно и переходные процессы не влияют на нагрузку.

Кроме того, создается возможность снятия напряжения с нагрузки, не отключая одновременно сеть, т.е. исключаются перенапряжения. ЫЫЫ2

Предлагаемый источник питания может использоваться для управления любой нагрузкой. Источник содержит силовой высоковольтный трансформатор, выводы высоковольтной обмотки которого соединены с входными плечами трехфазного мостового выпрямителя, минусовой вывод которого соединен с одним выводом генератора (например, с катодом магнетрона), а плюсовой вывод через ключевой элемент (например, тиристор или тиристорный столб) соединен с другим выводом генератора (например, с вводом магнетрона). У одной из высоковольтных обмоток трансформатора за пределами соединения с входным плечом выпрямителя введены дополнительные витки, вывод от которых через дополнительный выпрямляющий диод и второй ключевой элемент подключен к точке соединения первого ключевого элемента и вывода СВЧ генератора (анода магнетрона). Вместо дополнительных витков в источник может быть введен высокопотенциальный трансформатор, первичная обмотка которого включена между нулевой шиной и входной клеммой одной из первичных обмоток силового высоковольтного трансформатора, а вторичная обмотка одним выводом соединена с выводом высоковольтной обмотки силового трансформатора, а другим - через дополнительный выпрямляющий диод и второй ключевой элемент с выводом СВЧ генератора (например, с анода магнетрона). В источнике питания малой мощности используется однофазный трансформатор, у высоковольтной обмотки которого имеются дополнительные витки, а параллельно выпрямителям включен конденсатор. В предлагаемом источнике СВЧ генератор работает практически на постоянном напряжении и его показатели КПД, надежности и устойчивости к перегрузкам имеют наибольшую величину. Источник может быть использован в мощных промышленных установках. 3 с.п.ф-лы, 4 ил.

1. Источник электропитания для устройств с двумя запитывающими входами, содержащий силовой трехфазный трансформатор, выводы основной вторичной обмотки которого соединены с входными плечами мостового выпрямителя, минусовой вывод которого является первой выходной клеммой источника, отличающийся тем, что введены первый и второй ключевые элементы, выпрямляющий диод и дополнительная вторичная обмотка, подсоединенная одним концом к основной вторичной обмотке, а другим к выпрямляющему диоду, к которому подсоединен последовательно первый ключевой элемент, выход которого соединен с соответствующим выходом второго ключевого элемента и является второй выходной клеммой источника, при этом вход второго ключевого элемента соединен с плюсовым выводом мостового выпрямителя. 2. Источник электропитания, содержащий силовой трехфазный трансформатор, выводы вторичной обмотки которого соединены с входными плечами мостового выпрямителя, минусовой вывод которого является первой выходной клеммой источника, отличающийся тем, что введены первый и второй ключевые элементы, выпрямляющий диод и дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого включена между нулевой шиной и входной клеммой одной из первичной обмоток силового трехфазного трансформатора, а вторичная обмотка одним концом соединена с вторичной обмоткой, а другим с выпрямляющим диодом, к которому подсоединен последовательно первый ключевой элемент, выход которого соединен с соответствующим выходом второго ключевого элемента и является второй выходной клеммой источника, при этом вход второго ключевого элемента соединен с плюсовым выводом мостового выпрямителя. 3. Источник электропитания, содержащий однофазный силовой трансформатор, выводы его основной вторичной обмотки соединены с входной диагональю мостового выпрямителя, параллельно выходной диагонали которого включен конденсатор, минусовой вывод выходной диагонали является первой выходной клеммой источника, первый и второй ключевые элементы и дополнительную вторичную обмотку, соединенную одним концом с основной вторичной обмоткой, отличающийся тем, что введен выпрямляющий диод, который включен между другим концом дополнительной вторичной обмотки и входом первого ключевого элемента, выход которого соединен с соответствующим выходом второго ключевого элемента и является второй выходной клеммой источника, при этом вход второго ключевого элемента соединен с плюсовым выводом выходной диагонали мостового выпрямителя.