ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2009 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое постоянное, и может быть использовано в регулируемых электроприводах постоянного тока и в качестве первого преобразователя в преобразователях частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное (Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. - ч.III. М.: ГЭИ, 1956, с.258), который содержит трансформатор - преобразователь однофазного напряжения в двухфазное с секционированными вторичными обмотками, к выводам которых подключены управляемые вентили, образующие катодную (анодную) группу вентилей преобразователя переменного напряжении в постоянное, то есть выпрямителя.

Поскольку выпрямитель собран по однополупериодной схеме, то он характеризуется плохим использованием вентилей по обратному напряжению, достигающим в π раз большего значения, чем среднее значение выпрямленного напряжения.

Кроме того, известен преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное (Б.Н.Тихменев, В.А.Кучумов. Электроприводы переменного тока с тиристорными преобразователями. М.: Транспорт, 1988, с 38, см. рис. приложения), являющийся прототипом, содержащий однофазный трансформатор с первичной обмоткой и n-секциями вторичной обмотки, две группы управляемых вентилей, состоящие соответственно из n управляемых вентилей, а также нагрузку 16, причем управляемые вентили подсоединены к отводам вторичной обмотки трансформатора по схеме многоплечевого мостового выпрямителя.

Недостатком преобразователя является сложность, обусловленная наличием трансформатора, к тому же при обратных напряжениях на вентилях, превосходящих среднее значение выпрямленного напряжения.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение преобразователя переменного напряжения в постоянное к тому же с уменьшенными значениями обратных напряжений на вентилях.

Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий две группы управляемых вентилей, дополнительно введены цепочка из n последовательно включенных конденсаторов, две группы диодов из n-диодов каждая, причем одна группа n управляемых вентилей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего вентиля к одному выходу однофазного источника питания, а анодом другого крайнего вентиля группы - к одному выводу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к другому выходу однофазного источника питания, а катодом - ко второму выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и выводами секций n последовательно включенных конденсаторов включены диоды первой дополнительной группы, катодами - к выводам, также между катодами последовательно включенных управляемых вентилей второй группы и выводами секций n последовательно включенных конденсаторов включены диоды второй дополнительной группы, анодами - к отводам секций.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого изобретения, на фиг.2 приведена диаграмма выпрямленного напряжения для первого поддиапазона регулирования, на фиг.3 приведена диаграмма выпрямленного напряжения для второго поддиапазона регулирования.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное (фиг.1) содержит однофазный источник питания 1, цепочку из n последовательно включенных конденсаторов ЦПК 2 (на фигуре 1 изображен случай с n=3 конденсаторными секциями 3, 4, 5), первую группу из n последовательно включенных управляемых вентилей ПГУВ 6 (для рассматриваемой фиг.1 с n=3 секциями последовательно включенных конденсаторов это вентили 7, 8, 9), подключенную катодом к одному выходу однофазного источника питания и к одному из выводов нагрузки 10 преобразователя, вторую группу из n последовательно включенных управляемых вентилей ВГУВ 11 (в рассматриваемой фиг.1 с n=3 это вентили 12, 13, 14), подключенную анодом к тому же выходу однофазного источника питания и ко второму выводу нагрузки преобразователя, две группы диодов - первую ПГД 15 и вторую ВГД 16, состоящую в первой группе из n диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 17, 18, 19 и во второй группе из n диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 20, 21, 22), подключенные катодами первой группы диодов к отводам вторичной обмотки трансформатора и анодами к анодам первой группы 6 последовательно включенных управляемых вентилей 7, 8, 9 и подключенные анодами второй группы диодов к выводам секций последовательно включенных конденсаторов, а катодами - к катодам второй группы 11 управляемых вентилей 12, 13, 14.

Устройство работает следующим образом. Весь диапазон регулирования выпрямленного напряжения разделен на n поддиапазонов, в рассматриваемом случае на n=3 поддиапазона. В первом поддиапазоне при положительной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знаку (+) на левых обкладках цепочки из последовательно включенных конденсаторов ЦПК, сначала включаются вентили 7 и 8 с углами управления α=0 и затем, с углом управления α₁>0, вентиль 9. Ток при этом протекает сначала по контуру вентиль 7 - вентиль 8 - диод 22, секции 3 и 4 цепочки из последовательно включенных конденсаторов - диод 7 - нагрузка 10. Затем с углом управления α₁>0 включается вентиль 9 и ток из диода 22 переходит в силу естественной коммутации в цепь из вентиля 9 и секцию 5 цепочки из последовательно включенных конденсаторов. Мгновенное значение выпрямленного напряжения на нагрузке 10 возрастает до полного напряжения всех секций последовательно включенных конденсаторов, т.е. до напряжения источника питания, как показано на фиг.2, где наряду с выпрямленным напряжением показано напряжение одной секции последовательно включенных конденсаторов.

При отрицательной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знаку (-) на левых обкладках цепочки из последовательно включенных конденсаторов ЦПК, сначала включаются с углами α=0 вентили 11 и 12, а затем с варьируемым углом α₁>0 вентиль 13. Тогда форма выпрямленного напряжения в этой полуволне будет такая же двухступенчатая, как в предыдущей полуволне, как показано на фиг.2.

Во втором поддиапазоне регулирования выпрямленного напряжения в положительную полуволну напряжения источника питания сначала включается вентиль 7 с углом управления α=0 и на нагрузке 10 действует напряжение секции 3 цепочки из последовательно включенных конденсаторов ЦПК. Ток протекает по контуру вентиль 7 - диод 21 - секция 3 конденсаторов - диод 17 - нагрузка 10. Затем с варьируемым углом управления α₂>0 включается вентиль 8 и напряжение на нагрузке 10 становится равным сумме напряжений секций 3 и 4 цепочки из последовательно включенных конденсаторов ЦПК. Результирующая кривая напряжения на нагрузке показана на фиг.3 для второго поддиапазона регулирования. При отрицательной полуволне питающего напряжения сначала с углом управления α=0 включается вентиль 12, а затем с углом управления α₂>0 вентиль 13.

В третьем поддиапазоне регулирования выпрямленного напряжения в положительную полуволну напряжения источника питания включается с варьируемым углом управления α₃>0 вентиль 7 и ток течет по контуру вентиль 7 - диод 21 - секция 3 цепочки из последовательно включенных конденсаторов ЦПК - диод 17 - нагрузка 10 до тех пор, пока не сменится полярность напряжения источника питания. С этого момента и до момента вступления в работу с углом управления α₃>0 вентиля 12 ток нагрузки замыкается через диоды 17 и 20, выполняющие функцию нулевого вентиля. Результирующая кривая выпрямленного напряжения на нагрузке такая же, как в классической схеме выпрямления напряжения одной секции цепочки из последовательно включенных конденсаторов ЦПК.

Таким образом, как видно из схемы преобразователя, в схеме отсутствует сложный трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, что упрощает преобразователь. К тому же, напряжения на управляемых вентилях 7-9 и 12-14 фиксируются с помощью диодов 20-22 и 17-19 соответственно на уровне напряжения соответствующей секции цепочки из последовательно включенных конденсаторов ЦПК, которая в общем случае в n раз (здесь в 3 раза) меньше напряжения источника питания. Поэтому упрощенный преобразователь переменного напряжения в постоянное имеет к тому же уменьшенные значения обратных напряжений на вентилях.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное относится к электротехнике и необходим для питания регулируемых электродвигателей постоянного напряжения. Преобразователь содержит две группы из n управляемых вентилей каждая, цепочку из n последовательно включенных конденсаторов, две группы диодов из n-диодов каждая, причем одна группа n управляемых вентилей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего вентиля к одному выходу однофазного источника питания, а анодом другого крайнего вентиля группы - к одному выводу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к другому выходу однофазного источника питания, а катодом - ко второму выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и выводами секций n последовательно включенных конденсаторов включены диоды первой дополнительной группы, катодами к выводам, также между катодами последовательно включенных управляемых вентилей второй группы и выводами секций n последовательно включенных конденсаторов включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам секций. Предлагаемый преобразователь обеспечивает технический результат - является более простым и характеризуется уменьшенными значениями обратных напряжений на вентилях. 3 ил.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий две группы из n управляемых вентилей, подключенных к однофазному источнику питания, отличающийся тем, что введены цепочка из n-последовательно включенных конденсаторов, две группы диодов из n-диодов каждая, причем одна группа n управляемых вентилей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего вентиля к одному выходу однофазного источника питания, а анодом другого крайнего вентиля группы - к одному выводу нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к другому выходу однофазного источника питания, а катодом - ко второму выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и выводами секций n-последовательно включенных конденсаторов включены диоды первой дополнительной группы, катодами к выводам, также между катодами последовательно включенных управляемых вентилей второй группы и выводами секций n-последовательно включенных конденсаторов включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам секций.