Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1984 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к преобразованию энергии и может быть использовано в качестве источника питания постоянным током.

Известен преобразователь, содержащий трехфазный выпрямитель, низкочастотный LC-фильтр и в качестве нагрузки мостовой инвертор 1.

Недостатки этого преобразователя - значительные габариты и масса входного фильтра, что определяется невысокой частотой и высоким коэффициентом пульсации на выходе выпрямителя. Применение дросселя в LC-фильтре, позволяющего несколько снизить питающее инвертор напряжение, приводит к усложнению схемы и снижению ее массо-габаритных показателей.

Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий выпрямитель, собранный на вентилях по трехфазной мостовой схеме, вход которого соединен ,с выводами для подключения трехфазной сети, один его выход соединен с первым выходным выводом непосредственно, а другой - с вторым выходным выводом через последовательно соединенные управляемый ключевой элемент и дроссель DLCфильтра, причем конденсатор этого фильтра включен параллельно выходным выводам, а диод фильтра одним выводом силового электрода подключен к общей точке соединения указанных ключевого элемента и дросселя 2.

Недостатком этого преобразователя является высокое напряжение на переходе коллектор-эмиттер транзистора ключевого элемента в закрытом состоянии, которое равно напряжению на выходе выпрямителя, что снижает надежность устройства либо повышает потери, массу и габариты. Кроме того, в этом преобразователе регулированию подвергается вся энергия, поступающая в нагрузку, что также отрицательно сказывается на надежности, КПД, массе и габаритах устройства.

Цель изобретения - улучщение массогабаритных показателей, повыщение надежности и снижение потерь.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий выпрямитель, собранный на вентилях по трехфазной мостовой схеме, вход которого соединен с выводами для подключения трехфазной сети, один его выход соединен с первым выгодным выводом непосредственно, а другой - с вторым выходным выводом через последовательно соединенные управляемый ключевой элемент и дроссель DLCфильтра, причем конденсатор этого фильтра включен параллельно выходным выводам, а диод фильтра одним выводом силового электрода подключен к общей точке соединения указанных ключевого элемента и дросселя, введены дополнительные конденсатор

и диод, причем дополнительный конденсатор включен между другим выводом силового электрода диода DLC-фильтра и первым выходным выводом, а дополнительный диодмежду общей точкой соединения дополнительного конденсатора и диода DLC-фильтра и входным выводом для подключения нулевого провода трехфазной сети.

На фиг. 1 приведена схема трехфазного преобразователя переменного напряжения 0 в постоянное; на фиг. 2 - эпюры напряжений.

Преобразователь содержит выпрямитель 1, собранный на диодах по трехфазной мостовой схеме, который входом подключен к трехфазной сети, а выходом к входу одно тактного импульсного регулятора 2, включающего управляемый ключевой элемент (транзистор) 3 и DLC-фильтр на диоде 4, дросселе 5 и конденсаторе 6. Конденсатор 6 включен параллельно выходным выводом 0 для подключения нагрузки 7. Последовательно с диодом 4 включен дополнительный конденсатор 8, причем общая точка соединения конденсатора 8 и диода 4 подключена к выходному выводу для подключения нулевого провода сети через дополнительный 5 диод 9.

Преобразователь работает следующим образом.

За счет выпрямителя напряжения трехфазной сети на выходе выпрямителя 1 формируется постоянное напряжение Uoj,, максимальная величина которого равна амплитуде линейного напряжения сети (фиг. 2)

ил.

,41ил.

Кроме того, между нулевым проводом сети и отрицательным выводом выпрямите5 ля 1 формируется пульсирующее постоянное напряжение U((., амплитуда которого равна амплитуде фазного напряжения. Поскольку конденсатор 8 подключен к нулевому проводу через диод 9 на нем возникает постоянное напряжение, практически равное амплитуде фазного напряжения U, (фиг. 2)

Uc l,41U Как известно, иф ,

следовательно.

и и 0 81 и

-л ,

Поскольку диод 4 DLC-фильтра подключен не к выходу выпрямителя 1, а к конденсатору 8, напряжение коллектор-эмиттер транзистора 3 в закрытом состоянии равно разнице напряжений Ujm и Uc, т. е.

UKS Uo,-Uc 1,4Шл-0,8Шл 0,бил

На фиг. 2 кривая .. является огибающей амплитудных значений напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора 3 в закрытом состоянии.

При этом напряжение на запертом ключе (транзисторе) по сравнению с прототипом снижено более чем в два раза. Во столько же раз снижается обратное напряжение на диоде 4 DLC-фильтра, что позволяет значительно повысить надежность ключевого элемента. Регулирование выходного напряжения может быть осуществлено за счет изменения относительного времени включенного состояния ключевого элемента регулятора 2. В то же время работа преобразователя имеет особенности. Во время открытого состояния ключа энергия поступает в нагрузку 7 от выпрямителя 1 за счет протекания тока от положительного вывода выпрямителя через ключ 3, дроссель 5 и нагрузку 7 к отрицательному выводу. При этом диод 9 блокирует путь протекания этого тока через конденсатор 8 и нулевой провод сети, что снижает переменную составляющую тока через конденсатор 8 и требуемую его номинальную емкость. Во время закрытого состояния ключа 3 энергия в нагрузку 7 передается не только за счет разряда дросселя 5, а также за счет энергии, накопленной в конденсаторе 8, которая поступает в него вследствие потреблению тока от сети, протекающего по цепи: нулевой провод сети, диод 9, конденсатор 8, отрицательный вывод выпрямителя 1. Очевидно, что выходное напряжение регулятора должно быть выще напряжения на конденсаторе 8. Таким образом, через ключ 3 в нагрузку 7 поступает лищь часть энергии, необходимой для компенсации превыщения выходного напряжения над напря-, жением на конденсаторе 8, что позволяет уменьшить потери и габариты. При необходимости получения напряжений ниже, чем напряжение на конденсаторе 8 в качестве нагрузки регулятора 2 может быть использован нерегулируемый инвертор с понижающим трансформатором. Кроме того, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом амплитуда переменной составляющей на обмотке Дросселя 5 значительно ниже, что также уменьщает массу и габариты. Следует также отметить, что управляемый ключевой элемент и дроссель фильтра могут быть включены относительно выхода выпрямителя в разные цепи (анодную или катодную), что не имеет принципиального значения. Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет повысить надежность, снизить потери и улучшить массо-габаритные показатели.

ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий выпрямитель, собранный на вентилях по трехфазной мостовой схеме, вход которого соединен с выводами для подключения трехфазной сети, один его выход соединен с первым выходным выводом непосредственно, а другой - с вторым выходным выводом через последовательно соединенные управляемый ключевой элемент и дроссель DLC-фильтра, лричем конденсатор этого фильтра включен параллельно выходным выводам, а диод фильтра одним выводом силового электрода подключен к общей точке соединения указанных ключевого элемента и дросселя, отличающийся тем, что, с целью улучщения массогабаритных показателей, повыщения надежности и снижения -потерь, введены дополнительные конденсатор и диод, причем дополнительный конденсатор включен между другим выводом силового электрода диода DLC-фильтра и первым выходным выводом, а дополнительный диод - между общей точкой соединения дополнительного конденсатора и диода DLC-фильтра и входным §. выводом для подключения нулевого провода О) трехфазной сети. 00 ел ел со

ZT,

Ofl

lf

КЗ

Фи2.2