Реверсивный корректор коэффициента мощности и способ управления реверсивным корректором коэффициента мощности Российский патент 2018 года по МПК H03F1/00 

Группа изобретений относится к области электрической преобразовательной техники, а именно, к устройствам коррекции коэффициента мощности источников электропитания с бестрансформаторным входом, имеющим на выходе значительный по величине емкостной накопитель. Предлагаемое устройство и способ управления им могут быть использованы для обеспечения практически равного единице коэффициента мощности (PF) питающей сети для условий изменения в широком диапазоне входного и выходного напряжений, как при заряде мощных емкостных накопителей энергии, так и при работе на активную нагрузку, или нагрузку с произвольным комплексным входным сопротивлением, так и при обратном направлении передачи энергии в питающую сеть из накопителя подключенного к выходу устройства.

Наиболее близким к заявляемому корректору коэффициента мощности (ККМ) является ККМ по патенту России №2602069. Указанный ККМ содержит сетевой фильтр, выпрямитель сетевого напряжения, датчик выпрямленного напряжения, последовательный ключ, шунтирующий контакт, выполненный как элетромеханический замыкатель подключенный параллельно последовательному ключу, параллельный диод, индуктор, параллельный ключ, датчик тока, последовательный диод, выходной конденсатор, датчик выходного напряжения, контроллер ККМ, драйверы силовых ключей и ряд вспомогательных узлов.

Наиболее близким к заявляемому способу управления ККМ является способ управления ККМ по патенту России №2602069, заключающийся в том, что на этапе заряда накопителя подключенного к выходу устройства от нуля до заданной величины, последовательный и параллельный ключи замыкаются и размыкаются одновременно. После достижения заданного уровня напряжения на выходе устройства управление последовательным ключом прекращается, замыкается включенный параллельно ему шунтирующий контакт, и далее в работе участвует только параллельный ключ.

Недостатками указанного ККМ являются:

- большие потери, вызванные необходимостью после выключения устройства рассеивать в тепло энергию, запасенную в накопителе, подключенном к выходу устройства, в силу отсутствия возможности возврата накопленной энергии обратно питающую сеть;

- избыточные тепловые потери на последовательном и параллельном диодах, как следствие большого падения напряжения на них в проводящем состоянии;

- избыточные потери на диодах сетевого выпрямителя, как следствие большого падения напряжения на них в проводящем состоянии;

Недостатком указанного способа управления ККМ являются:

- невозможность возврата в питающую сеть энергии, запасенной в емкостном накопителе после выключения устройства;

- большие потери на последовательном и параллельном диодах, как следствие большого падения напряжения на них в проводящем состоянии;

- большие потери на диодах сетевого выпрямителя, как следствие большого падения напряжения на них в проводящем состоянии;

Техническим результатом, достигаемым в заявляемом ККМ является:

- энергосбережение являющееся результатом наличия функции возврата в питающую сеть энергии содержащейся в емкостном накопителе подключенным к выходу ККМ;

- повышение КПД корректоров коэффициента мощности, работающих в широком диапазоне входных напряжений на как емкостные накопители большой емкости, так и на произвольную активную или комплексную нагрузку;

Техническим результатом в заявляемом способе управления является:

- достижение коэффициента мощности питающей сети практически равного единице (PF=1), иначе, получение практически совпадающих по форме и фазе напряжения и тока питающей сети в любом режиме работы, как при заряде емкостного накопителя неограниченной емкости, так и в режиме стабилизации выходного напряжения при работе на активную или комплексную нагрузку, а также в режиме возврата энергии из емкостного накопителя обратно в питающую сеть;

- регулируемое и устанавливаемое пользователем значение тока заряда емкостного накопителя, позволяющее менять скорость изменения выходного напряжения, а также регулируемое и устанавливаемое пользователем значение тока разряда емкостного накопителя при возврате энергии в сеть, позволяющее менять скорость разряда накопителя и отдаваемую в сеть мощность.

Сущность изобретения поясняется чертежами (Фиг. 1-11).

- Фиг. 1. Схема ККМ.

- Фиг. 2. Формы напряжения и тока питающей сети при различных факторах мощности PF.

- Фиг. 3. Эквивалентная схема работы выпрямителя при условно отрицательном напряжении питания сети. Ключи 7, 17 замкнуты, ключи 8, 16 разомкнуты.

- Фиг. 4. Эквивалентная схема работы выпрямителя при условно положительном напряжении питания сети. Ключи 8, 16 замкнуты, ключи 7, 17 разомкнуты.

- Фиг. 5. Эквивалентная схема работы ККМ и эпюра тока индуктора в первой фазе режима заряда. Ключи 3,10 замкнуты, ключи 6, 9 разомкнуты.

- Фиг. 6. Эквивалентная схема работы ККМ и эпюра тока индуктора во второй фазе режима заряда. Ключи 6, 9 замкнуты, ключи 3, 10 разомкнуты.

- Фиг. 7. Эквивалентная схема работы ККМ и эпюра тока индуктора в первой фазе одноключевого режима. Ключ 3 шунтирован замыкателем, ключ 10 замкнут, ключи 6, 9 разомкнуты.

- Фиг. 8. Эквивалентная схема работы ККМ и эпюра тока индуктора во второй фазе одноключевого режима. Ключи 3 шунтирован замыкателем, ключ 6 замкнут, ключи 9, 10 разомкнуты.

- Фиг. 9. Эквивалентная схема работы ККМ и эпюра тока индуктора в первой фазе режима разряда. Ключи 6, 9 замкнуты, ключи 3,10 разомкнуты.

- Фиг. 10. Эквивалентная схема работы ККМ и эпюра тока индуктора во второй фазе режима разряда при условно отрицательном напряжении сети. Ключи 3, 10, 7, 17 замкнуты, ключи 6, 9 разомкнуты.

- Фиг. 11. Эквивалентная схема работы ККМ и эпюра тока индуктора во второй фазе режима разряда при условно положительном напряжении сети. Ключи 3, 10, 8, 16 замкнуты, ключи 6, 9 разомкнуты.

Указанный технический результат в заявляемом ККМ, содержащем фильтр, соединенный с питающей сетью; подключенный к выходу фильтра выпрямитель сетевого напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной ККМ, которая в свою очередь соединена с отрицательным выходом устройства; последовательный ключ, подключенный стоком к положительному выходу выпрямителя; шунтирующий контакт, выполненный как электромеханический замыкатель и подключенный параллельно последовательному ключу; индуктор; параллельный ключ, сток которого соединен с выходом индуктора; датчик тока; датчик выходного напряжения и выходной конденсатор, подключенные к выходам устройства; контроллер ККМ, входы которого соединены с выходами датчиков, а выходы с затворами силовых ключей устройства, ДОСТИГАЕТСЯ ТЕМ, что в его состав дополнительно введены датчик сетевого напряжения 19, подключенный между выходом сетевого фильтра 13 и входом выпрямителя сетевого напряжения 2, второй параллельный ключ 9, сток которого подключен к точке соединения истока последовательного ключа 3 и первого дополнительного датчика тока 4, а исток соединен с общей шиной через второй дополнительный датчик тока 14, первый дополнительный датчик тока 4 включенный последовательно с индуктором 5 между точкой соединения истока последовательного ключа 3 и стока второго параллельного ключа 9, второй дополнительный датчик тока 14, включенный между истоком второго параллельного ключа 9 и общей шиной, третий дополнительный датчик тока 15, включенный между истоком параллельного ключа 10 и общей шиной, второй последовательный ключ 6, включенный между индуктором 5 и выходом устройства, выпрямитель сетевого напряжения 2 выполненный с использованием ключей с двусторонней проводимостью 7, 8, 16, 17, при этом входы контроллера ККМ 18 подключены к выходам первого, второго и третьего дополнительных датчиков тока 4, 14, 15, датчика сетевого напряжения 19, а выходы контроллера ККМ 18 соединены с затворами ключей 7, 8, 16, 17 выпрямителя сетевого напряжения 2, последовательных ключей 3, 6 и параллельных ключей 9, 10.

Технический результат в заявляемом способе управления ККМ, описанном выше, достигается тем, что пары ключей 7, 17 и 8, 16 выпрямителя сетевого напряжения 2 находящиеся по диагонали, синхронно замыкают и размыкают с частотой питающей сети и в соответствии с полярностью напряжения сети таким образом, чтобы шунтировать находящиеся в данный конкретный момент в проводящем состоянии антипараллельные диоды входящие в состав этих ключей, причем в процессе заряда емкости нагрузки, подключенной к выходу корректора, в диапазоне напряжений от нуля до равного амплитудному значению питающей сети с частотой, многократно превышающей частоту напряжения питающей сети, сначала синхронно замыкают ключи 3 и 10, подключая к питающей сети индуктор 5, при этом в индукторе 5 накапливается энергия, а выход корректора полностью отключается от питающей сети, причем ключи 6 и 9 в это время удерживают разомкнутыми, затем синхронно размыкают ключи 3, 10 и синхронно замыкают ключи 6, 9, тем самым подключая индуктор 5 к выходу корректора и полностью отключая выход корректора от питающей сети, при этом накопленная в индукторе 5 энергия передается в нагрузку, причем контроллер ККМ 18 устанавливает длительность замкнутого и разомкнутого состояния пар ключей 3, 10 и 6, 9 так, чтобы огибающая тока, потребляемого из сети, строго соответствовала сетевому напряжению по форме и фазе, для чего в качестве элементов обратной связи используют первый дополнительный датчик тока 4 включенный последовательно с индуктором 5 и датчик сетевого напряжения 19, а в случае, когда выходное напряжение становится больше амплитудного значения напряжения сети последовательный ключ 3 шунтируют контактом 1, выполненным как электромеханический замыкатель, и с частотой многократно превышающей частоту напряжения питающей сети замыкают только параллельный ключ 10, подключая индуктор 5 к питающей сети и отключая при этом от сети выход корректора, затем размыкают параллельный ключ 10 и замыкают второй последовательный ключ 6, подключая индуктор 5 и питающую сеть к выходу корректора, так что энергия из индуктора 5 и питающей сети передается в нагрузку, причем контроллер ККМ 18 устанавливает длительность замкнутого и разомкнутого состояния ключей 6 и 10 так, чтобы огибающая тока, потребляемого из сети, строго соответствовала сетевому напряжению по форме и фазе, для чего в качестве элементов обратной связи используют первый дополнительный датчик тока 4, включенный последовательно с индуктором 5 и датчик сетевого напряжения 19, а в случае возврата энергии из емкостной нагрузки обратно в питающую сеть с частотой многократно превышающей частоту напряжения питающей сети сначала замыкают ключи 6 и 9 подключая индуктор 5 к емкостному накопителю так, что в индукторе 5 накаливается энергия, при этом ключи 3 и 10 удерживают разомкнутыми, а затем синхронно размыкают ключи 6 и 9 и замыкают ключи 3 и 10, тем самым подключая индуктор 5 к питающей сети и отключая его от емкостного накопителя, так что энергия из индуктора 5 передается в питающую сеть через открытые в соответствии с полярностью сетевого напряжения ключи в диагонали моста выпрямителя сетевого напряжения 2, причем, контроллер ККМ 18 устанавливает длительность замкнутого и разомкнутого состояния пар ключей 6, 9 и 3, 10 так, чтобы огибающая тока, отдаваемого в сеть, строго соответствовала сетевому напряжению по форме и фазе, для чего в качестве элементов обратной связи используют первый дополнительный датчик тока 4 включенный последовательно с индуктором 5 и датчик сетевого напряжения 19, причем, во всех режимах работы второй и третий дополнительные датчики тока 14, 15 установленные последовательно с параллельными ключами 9, 10 используют как элементы защиты от превышения тока в ключах.

Заявляемый ККМ содержит (см. Фиг. 1) шунтирующий контакт, выпрямитель сетевого напряжения 2, последовательный ключ 3, первый дополнительный датчик тока 4, индуктор 5, второй последовательный ключ 6, второй параллельный ключ 9, параллельный ключ 10, датчик выходного напряжения 11, выходной конденсатор 12, сетевой фильтр 13, второй дополнительный датчик тока 14, третий дополнительный датчик тока 15, контроллер ККМ 18, датчик сетевого напряжения 19.

ККМ соединен с питающей сетью через сетевой фильтр 13, к выходу которого подключены выпрямитель сетевого напряжения 2 и датчик сетевого напряжения 19. Отрицательный вывод выпрямителя сетевого напряжения 2 соединен с общей шиной устройства, относительно которой осуществляется отсчет уровней всех напряжений в устройстве. Положительный вывод сетевого выпрямителя 2 соединен со стоком последовательного ключа 3, исток которого соединен с левым по схеме выводом первого дополнительного датчика тока 4 и стоком второго параллельного ключа 9, исток которого в свою очередь подключен к общей шине устройства через второй дополнительный датчик тока 14. Параллельно стоку и истоку последовательного ключа 3 подключен шунтирующий контакт 1. Правый по схеме вывод первого дополнительного датчика тока 4 связан с левым по схеме выводом индуктора 5. Правый вывод индуктора 5 соединен с истоком второго последовательного ключа 6 и стоком параллельного ключа 10, исток которого подключен к общей шине устройства через третий дополнительный датчик тока 15. Сток последовательного ключа 6 подключен к выходу устройства и к верхним по схеме входами датчика выходного напряжения 11 и выходного конденсатора 12, нижние выводы которых соединены с общей шиной устройства. Нагрузка ККМ подключается между выходом и общей шиной устройства. Затворы всех ключей и цепь управления шунтирующим контактом соединены с выходами контроллера ККМ 18, в составе которого имеются драйверы управления соответствующими ключами. Выходы всех датчиков токов и напряжений подключены к входам контроллера ККМ 18. Величина емкостного накопителя, подключаемого к выходу ККМ, не ограничивается характеристиками ККМ, а определяется требованиями потребителя и может принимать неограниченно большое значение.

При заряде от сети переменного тока емкостных накопителей энергии, а также при питании нагрузки имеющий резистивно-емкостной характер, возникает проблема ограничения потребляемого тока особенно при начале заряда, когда накопитель представляет собой короткозамкнутую нагрузку. Вместе с тем, после окончания работы, когда в накопителе содержится большое количество энергии, возникает проблема ее утилизации, что традиционно решается рассеиванием ее в виде тепла. Кроме того, настоятельным требованием является то, чтобы при всех условиях коэффициент извлекаемой из сети мощности PF был бы максимально близким к единице, (см. Фиг. 2). Предлагаемый корректор позволяет полностью решить эти проблемы.

ККМ работает в трех режимах: режиме заряда накопителя, одноключевом режиме, режиме разряда накопителя. Выпрямитель сетевого напряжения 2, выполненный на ключах с двухсторонней проводимостью 7, 8, 16, 17 всегда работает в режиме синхронного выпрямления. Это означает, что пары ключей, находящиеся по диагонали выпрямителя замыкают и размыкают синхронно с моментами проводимости соответствующих антипараллельных диодов в соответствии с полярностью напряжения сети (см. Фиг. 3, 4). Замкнутые ключи выпрямителя сетевого напряжения шунтируют диоды и поскольку, падение напряжение на открытом ключе много меньше падения напряжения на проводящем диоде, потери мощности в выпрямители сетевого напряжения существенно снижаются. Наряду с высоким КПД использование в выпрямителе сетевого напряжения ключей с двухсторонней проводимостью открывает возможность передачи энергии не только в прямом, из сети в нагрузку, но и в обратном направлении.

Режим заряда используется для получения на емкостном накопителе напряжений в диапазоне от нуля до значения равного амплитуде напряжения питающей сети. Точное значение напряжения заряда в указанном диапазоне устанавливается пользователем. В данном режиме корректор заряжает накопитель, в частности от нуля, и поддерживает заданное значение выходного напряжения, определяемого опорным сигналом V_REF. Уровень V_REF задают внешним образом и передают в контроллер ККМ 18. Скорость заряда накопителя определяется средним током, протекающим через накопитель, величина которого определяется опорным сигналом I_REF. Опорный уровень I_REF также устанавливают внешним образом и передают в контроллер ККМ.

Коэффициент мощности питающей сети PF=1 при работе в режиме заряда не зависит от уровня напряжений на входе и выходе корректора. Такой результат достигается благодаря синхронному замыкания и размыканию двух пар последовательных и параллельных управляемых контроллером ключей. В режиме заряда ККМ работает циклично и каждый цикл можно разделить на две фазы, соответственно первая фаза (Фиг. 5) и вторая фаза (Фиг. 6).

В первой фазе (интервал времени Т1) одновременно замкнуты ключи 3 и 10, вследствие чего, индуктор 5 подключен к сети, ток в нем линейно нарастает и запасаемая энергия увеличивается. Наличие третьего дополнительного датчика тока 15 позволяет обеспечить мгновенную защиту ключей 3 и 10 от перегрузок току. В первой фазе ключи 6 и 9 разомкнуты и таким образом выход устройства полностью отключен от питающей сети. Во второй фазе (интервал времени Т2) синхронно замкнуты ключи 6 и 9, вследствие чего индуктор 5 подключен к выходу устройства, ток в нем линейно убывает и накопленная энергия уменьшается. Во второй фазе ключи 3 и 10 разомкнуты и таким образом выход устройства полностью отключен от питающей сети. Благодаря тому, что индуктор 5 в процессе передачи накопленной энергии не связан с питающей сетью, а подключен параллельно к выходу, величина выходного напряжения корректора в режиме заряда может принимать любое произвольное значение - как выше, так и ниже амплитуды напряжения питающей сети. Наличие второго дополнительного датчика тока 14 позволяет обеспечить мгновенную защиту ключей 6 и 9 от перегрузок току.

Поступающий в контроллер ККМ 18 сигнал с выхода датчика сетевого напряжения 19 задает форму тока, текущее значение которого контроллер считывает с выхода первого дополнительного датчика тока 4. Стабилизация выходного напряжения устройства обеспечивается с использованием сигнала датчика выходного напряжения 11. Контроллер ККМ 18 изменяет длительность первой и второй фаз, таким образом, регулируя как форму, так и величину тока извлекаемого из сети и предаваемого в нагрузку вместе с тем осуществляя стабилизацию выходного напряжения. Наличие обратной связи по току нагрузки, реализуемое с помощью дополнительного первого датчика тока 4, позволяет регулировать среднее значение потребляемого из сети тока, а, следовательно, среднее значение тока, протекающего через накопитель и таким образом скорость заряда накопителя. Поскольку частота коммутации силовых ключей достаточно высока (100~250 кГц) по сравнению с частотой питающей сети (50~60 Гц), то огибающая тока извлекаемого корректором из сети сглаженная сетевым фильтром 13 не содержит высокочастотных составляющих и строго следует за напряжение сети, как по форме, так и по фазе (см. Фиг. 2) и таким образом коэффициент мощности питающей сети PF становиться практически равным единице.

Когда выходное напряжение корректора превышает амплитудное значение сетевого напряжения, необходимость в использовании последовательного ключа 3 отпадает. В этом случае управление последовательным ключом 3 прекращается, замыкается включенный параллельно ему шунтирующий контакт 1 и корректор переходит в одноключевой режим работы. В этом режиме корректор представляет собой традиционный повышающий преобразователь, являющийся основой для большинства современных активных корректоров мощности. Коэффициент мощности питающей PF=1 в данном режиме работы также не зависит от уровня выходного напряжения корректора.

В одноключевом режиме ККМ работает циклично и каждый цикл можно разделить на две фазы, соответственно первая (Фиг. 7) и вторая фаза (Фиг. 8). В первой фазе (интервал времени Т1) замкнут параллельный ключ 10, а второй последовательный ключ 6 разомкнут и таким образом индуктор 5 подключен к питающей сети, ток в нем линейно нарастает и запасаемая энергия увеличивается. В первой фазе выход устройства полностью отключен от питающей сети. Во второй фазе (интервал времени Т2) параллельный ключ 10 размыкают, а второй последовательный ключ 6 замыкают синхронно с началом проводимости его антипараллельного диода. Контроллер ККМ 18 считывает сигналы обратной связи с датчиков напряжений 11 и 13, а также первого дополнительного датчика тока 4 и изменяет длительность первой и второй фаз таким образом, чтобы форма тока, извлекаемого из сети строго следовала за формой и фазой сетевого напряжения, а выходное напряжение поддерживалось на заданном уровне. Наличие третьего дополнительного датчика тока 15 позволяет обеспечить мгновенную защиту ключа 8 от перегрузки по току. Поскольку частота коммутации силового ключа достаточно высока (100~250 кГц) по сравнению с частотой питающей сети (50~60 Гц), то огибающая тока извлекаемого корректором из сети сглаженная сетевым фильтром 13, не содержит высокочастотных составляющих и строго следует за напряжение сети, как по форме, так и по фазе (см. Фиг. 2), и таким образом коэффициент мощности питающей сети PF становиться практически равным единице.

После того, как потребность в передачи энергии в нагрузку пропадает, в ККМ поступает внешняя команда на разряд накопителя и шунтирующий контакт 1 размыкается. В режиме разряда ККМ работает циклично и каждый цикл можно разделить на две фазы, соответственно первая 1 (Фиг. 9) и вторая фаза (Фиг. 10, 11). В первой фазе (интервал времени Т1) одновременно замкнуты ключи 9, 6 а ключи 3, 10 разомкнуты. Таким образом, индуктор 5 подключен к накопителю, ток в нем линейно нарастает, запасаемая энергия увеличивается. Во второй фазе (интервал времени Т2) ключи 6, 9 разомкнуты, а последовательный ключи 3, 10 замыкаются синхронно с началом проводимости их антипараллельных диодов. Ключи выпрямителя сетевого напряжения 2 обладают двухсторонней проводимостью и таким образом, индуктор 5 оказывается подключен к питающей сети, ток в нем линейно убывает, накопленная энергия уменьшается и передается в питающую сеть. Контроллер ККМ 18 считывает сигналы обратной связи с датчиков напряжений 11 и 19, а также первого дополнительного датчика тока 4 и изменяет длительность первой и второй фаз таким образом, чтобы форма тока, передаваемая в сеть из устройства, строго следовала за формой и фазой сетевого напряжения. Наличие дополнительных датчиков тока 14 и 15 позволяет обеспечить мгновенную защиту ключей от перегрузок току. Поскольку частота коммутации силовых ключей достаточно высока (100~250 кГц) по сравнению с частотой питающей сети (50-60 Гц), то огибающая тока предаваемая корректором в сеть сглаженная сетевым фильтром 13, не содержит высокочастотных составляющих и строго следует за напряжение сети, как по форме, так и по фазе (см. Фиг. 2), и таким образом коэффициент мощности питающей сети PF становиться практически равным единице.

Таким образом, благодаря наличию последовательных ключей 3 и 6, параллельных ключей 9 и 10, шунтирующего контакта 1, выпрямителя сетевого напряжения 2 выполненного с использованием ключей с двухсторонней проводимостью, а также тому, что ключи замыкаются синхронно с моментами проводимости соответствующих антипараллельных диодов, достигается указанный выше технический результат.

Схема управления ККМ, соответствующего структуре, приведенной на Фиг. 1, может быть выполнена с использованием аналоговых контроллеров UCC28060, UCC28070 или цифрового контроллера UCD3138. В качестве силовых ключей могут быть использованы MOSFET транзисторы с характеристиками, отвечающими требуемой мощности устройства.

Преимущества заявляемого ККМ заключаются в том, что:

- заявляемый ККМ обеспечивает заряд емкостных накопителей произвольной емкости или иной комплексной нагрузки до произвольного, устанавливаемого пользователем напряжения как выше, так и ниже амплитуды напряжения сети. При этом полностью исключаются неконтролируемые броски тока в сети, как это имеет место в случае подключения к сети большой емкостной нагрузки;

- заявляемый ККМ обеспечивает коэффициент мощности PF практически равным единице, как в режиме заряда емкостного накопителя, так и в режиме разряда накопителя в сеть, а также в одноключевом режиме при стабилизации выходного напряжения при работе резистивную или комплексную нагрузку;

- заявляемый ККМ позволяет работать в широком диапазоне напряжений питающей сети без потери потребительских качеств. При очень низких значениях сетевого напряжения скорость в режиме заряда может снижаться, однако установленное значение напряжения накопителя будет достигаться всегда. В одноключевом режиме при стабилизации выходного напряжения при пониженных напряжениях питания устройство автоматически ограничивает выходную мощность и, соответственно, мощность, потребляемую из сети;

- заявляемый ККМ обеспечивает наивысший по сравнению с аналогами КПД во всех режимах работы, и как следствие, обеспечивает радикальное снижение тепловых потерь.

В заявляемом способе управления обеспечивается:

- коэффициент мощности питающей сети практически равный единице (PF=1), иначе, практически совпадающие по форме и фазе напряжения и тока питающей сети во всех режимах работы, при любых значениях входного и выходного напряжений, при работе ККМ на активную или комплексную нагрузку;

- передача энергии в двух направлениях как из сети в нагрузку, так и обратно, при наивысшем КПД, т.е. с минимальными потерями;

- регулируемое и устанавливаемое пользователем значение тока заряда и разряда накопителя, позволяющее менять скорость изменения напряжения накопителя в обоих режимах;

- полное отсутствие неконтролируемых бросков тока в питающей сети во всех режимах работы;

- постоянная, заданная пользователем скорость заряда и разряда емкостного накопителя вне зависимости от уровня выходного напряжения и изменения напряжения питающей сети;

- произвольное, устанавливаемое пользователем напряжение заряда емкостного накопителя, лежащее в диапазоне от нуля до многократно превышающего амплитуду напряжения питающей сети.

Изобретение относится к устройствам коррекции коэффициента мощности, работающих в широком диапазоне входных напряжений на емкостные накопители большой емкости. Технический результат заключается в достижении коэффициента мощности питающей сети, практически равного единице, как при заряде емкостного накопителя неограниченной емкости, так и в режиме стабилизации выходного напряжения при работе на активную или комплексную нагрузку, а также в режиме разряда накопителя, когда ранее накопленная в нем энергия возвращается в сеть. Особенностью ККМ является введение сетевого выпрямителя, выполненного на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, введение вторых последовательного и параллельного ключей и трех дополнительных датчиков тока. Особенностью управления ККМ является использование первой пары последовательного и параллельного ключей в режиме заряда накопителя, второй пары ключей в режиме разряда накопителя, использование управления ключами сетевого выпрямителя для обеспечения синхронного выпрямления во всех режимах работы, а также использование информации, получаемой от дополнительных датчиков тока с целью обеспечения фактора извлекаемой и возвращаемой в сеть электрической мощности практически равным единице и защиты ключей ККМ. 2 н.п. ф-лы, 11 ил.

1. Корректор коэффициента мощности (ККМ), содержащий фильтр, соединенный с питающей сетью; подключенный к выходу фильтра выпрямитель сетевого напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной ККМ, которая в свою очередь соединена с отрицательным выходом устройства; последовательный ключ, подключенный стоком к положительному выходу выпрямителя; шунтирующий контакт, выполненный как электромеханический замыкатель и подключенный параллельно последовательному ключу; индуктор; параллельный ключ, сток которого соединен с выходом индуктора; датчик тока; датчик выходного напряжения и выходной конденсатор, подключенные к выходам устройства; контроллер ККМ, входы которого соединены с выходами датчиков, а выходы - с затворами силовых ключей устройства, отличающийся тем, что в его состав дополнительно введены датчик сетевого напряжения 19, подключенный между выходом сетевого фильтра 13 и входом выпрямителя сетевого напряжения 2, второй параллельный ключ 9, сток которого подключен к точке соединения истока последовательного ключа 3 и первого дополнительного датчика тока 4, а исток соединен с общей шиной через второй дополнительный датчик тока 14, первый дополнительный датчик тока 4, включенный последовательно с индуктором 5 между точкой соединения истока последовательного ключа 3 и стока второго параллельного ключа 9, второй дополнительный датчик тока 14, включенный между истоком второго параллельного ключа 9 и общей шиной, третий дополнительный датчик тока 15, включенный между истоком параллельного ключа 10 и общей шиной, второй последовательный ключ 6, включенный между индуктором 5 и выходом устройства, выпрямитель сетевого напряжения 2 выполненный с использованием ключей с двусторонней проводимостью 7, 8, 16, 17, при этом входы контроллера ККМ 18 подключены к выходам первого, второго и третьего дополнительных датчиков тока 4, 14, 15, датчика сетевого напряжения 19, а выходы контроллера ККМ 18 соединены с затворами ключей 7, 8, 16, 17 выпрямителя сетевого напряжения 2, последовательных ключей 3, 6 и параллельных ключей 9, 10.

2. Способ управления корректором коэффициента мощности, заключающийся в том, что пары ключей 7, 17 и 8, 16 выпрямителя сетевого напряжения 2, находящиеся по диагонали, синхронно замыкают и размыкают с частотой питающей сети и в соответствии с полярностью напряжения сети таким образом, чтобы шунтировать находящиеся в данный конкретный момент в проводящем состоянии антипараллельные диоды, входящие в состав этих ключей, причем в процессе заряда емкости нагрузки, подключенной к выходу корректора, в диапазоне напряжений от нуля до равного амплитудному значению питающей сети с частотой, многократно превышающей частоту напряжения питающей сети, сначала синхронно замыкают ключи 3 и 10, подключая к питающей сети индуктор 5, при этом в индукторе 5 накапливается энергия, а выход корректора полностью отключается от питающей сети, причем ключи 6 и 9 в это время удерживают разомкнутыми, затем синхронно размыкают ключи 3, 10 и синхронно замыкают ключи 6, 9, тем самым подключая индуктор 5 к выходу корректора и полностью отключая выход корректора от питающей сети, при этом накопленная в индукторе 5 энергия передается в нагрузку, причем контроллер ККМ 18 устанавливает длительность замкнутого и разомкнутого состояния пар ключей 3, 10 и 6, 9 так, чтобы огибающая тока, потребляемого из сети, строго соответствовала сетевому напряжению по форме и фазе, для чего в качестве элементов обратной связи используют первый дополнительный датчик тока 4, включенный последовательно с индуктором 5, и датчик сетевого напряжения 19, а в случае, когда выходное напряжение становится больше амплитудного значения напряжения сети, последовательный ключ 3 шунтируют контактом 1, выполненным как электромеханический замыкатель, и с частотой, многократно превышающей частоту напряжения питающей сети, замыкают только параллельный ключ 10, подключая индуктор 5 к питающей сети и отключая при этом от сети выход корректора, затем размыкают параллельный ключ 10 и замыкают второй последовательный ключ 6, подключая индуктор 5 и питающую сеть к выходу корректора, так что энергия из индуктора 5 и питающей сети передается в нагрузку, причем контроллер ККМ 18 устанавливает длительность замкнутого и разомкнутого состояния ключей 6 и 10 так, чтобы огибающая тока, потребляемого из сети, строго соответствовала сетевому напряжению по форме и фазе, для чего в качестве элементов обратной связи используют первый дополнительный датчик тока 4, включенный последовательно с индуктором 5, и датчик сетевого напряжения 19, а в случае возврата энергии из емкостной нагрузки обратно в питающую сеть с частотой, многократно превышающей частоту напряжения питающей сети, сначала замыкают ключи 6 и 9, подключая индуктор 5 к емкостному накопителю так, что в индукторе 5 накапливается энергия, при этом ключи 3 и 10 удерживают разомкнутыми, а затем синхронно размыкают ключи 6 и 9 и замыкают ключи 3 и 10, тем самым подключая индуктор 5 к питающей сети и отключая его от емкостного накопителя, так что энергия из индуктора 5 передается в питающую сеть через открытые в соответствии с полярностью сетевого напряжения ключи в диагонали моста выпрямителя сетевого напряжения 2, причем контроллер ККМ 18 устанавливает длительность замкнутого и разомкнутого состояния пар ключей 6, 9 и 3, 10 так, чтобы огибающая тока, отдаваемого в сеть, строго соответствовала сетевому напряжению по форме и фазе, для чего в качестве элементов обратной связи используют первый дополнительный датчик тока 4, включенный последовательно с индуктором 5, и датчик сетевого напряжения 19, причем во всех режимах работы второй и третий дополнительные датчики тока 14, 15, установленные последовательно с параллельными ключами 9, 10, используют как элементы защиты от превышения тока в ключах.