ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H02M9/06 H03K3/53 H02M5/40 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для получения от сети 220 В напряжение необходимой величины для питания маломощных потребителей (около 1 Вт). Обычные трансформаторы на 50 Гц в этом случае должны иметь много витков в первичной обмотке (до 10000) из очень тонкого провода (до 0,02 мм). Изготовление таких трансформаторов технически сложно и требует дефицитных материалов.

Поэтому широко применяются полупроводниковые преобразователи, которые сначала выпрямляют сетевое напряжение, а затем преобразуют его в переменное повышенной частоты. В этом случае обмотки трансформатора имеют мало витков, а его сердечник может быть меньше по сечению.

Известны также схемы преобразователей с тиристорами вместо транзисторов. Тиристор открывается в определенный момент синусоиды и через трансформатор проходит высокочастотный импульс, который и создает напряжение на вторичной обмотке. Такой преобразователь описан, например, в книге Б. С.Иванова "Электроника в самоделках", Москва, ДОСААФ, 1981 г. стр. 225 и 226.

Недостатком схемы Иванова является малый КПД из-за того, что через открытый тиристор продолжает протекать ток до окончания полуволны синусоиды и закрывания тиристора. Цикл работы схемы повторяется с частотой сетевого напряжения. Для ограничения тока через открытый тиристор служит специальный резистор, который нагревается и рассеивает значительную мощность.

Целью настоящего изобретения является уменьшение тока через открытый тиристор при сохранении резкого перепада напряжения в момент открывания тиристора. Схема позволяет регулировать в некоторых пределах выходное напряжение с помощью переменного резистора в цепи управляющего электрода тиристора. Небольшое усложнение предлагаемой схемы значительно расширяет диапазон регулирования путем более устойчивого запуска тиристора в момент включения преобразователя.

Указанная выше цель достигается включением преобразователя в сеть через конденсатор и диодный мост, который позволяет подать на тиристор двухполупериодное выпрямленное напряжение. Устойчивый запуск тиристора в момент включения достигается присоединением к управляющему электроду тиристора цепочки из диода и конденсатора.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 изображена осциллограмма напряжения в точке "А"; на фиг. 3 изображена схема преобразователя с устойчивым запуском. Предлагаемый преобразователь состоит (фиг. 1) из трансформатора 1, тиристора 2, переменного резистора 3, постоянного резистора 4, диодного моста 5 и конденсатора 6. Сеть 220В подключена к диодному мосту 5 через конденсатор 6. Первичная обмотка трансформатора 1 одним концом подключается к положительному выводу диодного моста, а другим через тиристор 2 к отрицательному выводу. Управляющий электрод тиристора через резисторы 4 и 5 подключен к положительному выводу моста.

Работает схема следующим образом: переменное сетевое напряжение через конденсатор 6 поступает на диодный мост 5. Двухполупериодное выпрямленное напряжение подается на трансформатор и тиристор. Как показано на фиг. 2, в момент времени T= 0 начинается возрастание напряжения в точке "А". Но ток через тиристор остается равным нулю. В момент времени T1 в соответствии с величиной резисторов 3 и 4 открывается тиристор и через трансформатор течет ток определенной величины, но в следующий момент напряжение на выходе диодного моста резко падает из-за того, что появляется ток через трансформатор и тиристор. Так как трансформатор импульсный, то его сопротивление мало. Сопротивление тиристора в открытом состоянии также мало. Поэтому подключившаяся к диодному мосту цепь трансформатор тиристор сильно подсаживает напряжение диодного моста. На входе моста напряжение также подсаживается, а на конденсаторе 6 резко увеличивается. В результате через обмотку трансформатора каждый полупериод протекает короткий импульс тока и преобразуется в импульс на вторичной обмотке. В отличие от схемы Иванова, в оставшееся время после импульса до конца полупериода, ток через тиристор сильно уменьшается и тем уменьшает потери и увеличивает КПД преобразователя.

Включение конденсатора последовательно с нагрузкой в цепи переменного тока известно. Но работа такого конденсатора в предлагаемом преобразователе принципиально другая. Различие в том, что в известных схемах после диодного моста пульсирующее переменное напряжение сглаживается на конденсаторах фильтра и через последовательный конденсатор течет синусоидальный ток, а не импульсный, как в предлагаемом преобразователе. Конденсатор 6 служит для пропускания короткого импульса тока в момент включения тиристора и резкого уменьшения тока в оставшуюся часть полупериода. Для ограничения тока через управляющий электрод тиристора при регулировании момента включения переменным резистором 3 служит резистор 4.

Как показали испытания предлагаемого преобразователя, он работает на возрастающей половине каждого полупериода от 0 до 90 градусов, что объясняется дальнейшим падением управляющего тока. Если тиристор не открылся при 90 градусах, то на спаде синусоиды в последующие 90 градусов он тем более не откроется. В области, приближающейся к вершине полупериода, тиристор не всегда открывается, хотя при меньшем угле отсечки запускается устойчиво. Для гарантированного включения преобразователя в работу служит показанная на фиг. 3 цепочка из диода 7 и конденсатора 8. В момент подключения преобразователя к сети тиристор запускается через эту цепочку, но конденсатор 8 быстро заряжается, ток через него уменьшается и работа тиристора определяется в дальнейшем величиной резисторов 3 и 4.

Изготовленная модель преобразователя с повышающим трансформатором для маломощного источника высокого напряжения позволяет плавно менять выходное напряжение от нуля до 10 киловольт. При этом на осциллограмме не заметно неустойчивости или дребезга при срабатывании тиристора.

Использование: в электротехнике, для преобразования переменного напряжения электросети 220 B в напряжение для питания маломощных потребителей в единицы или доли Ватта. Сущность: тиристорный преобразователь состоит из мостового диодного выпрямителя, подключенного к источнику переменного напряжения через конденсатор, к выходу диодного моста подключены включенные последовательно первичная обмотка трансформатора и тиристор со схемой управления. Выходное напряжение может плавно регулироваться от нуле до номинала путем изменения угла включения тиристора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Преобразователь переменного напряжения, в котором к источнику переменного напряжения подключены последовательно включенные первичная обмотка трансформатора и тиристор, к управляющему электроду которого подключена схема управления фазой его переключения, выход вторичной обмотки трансформатора является выходом преобразователя, отличающийся тем, что он подключен к дополнительно введенному мостовому диодному выпрямителю, подключенному к источнику через конденсатор. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что между одним из выводов диодного моста и управляющим диодом тиристора включен конденсатор.