Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1985 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может найти применение в качестве вторичных источников питания постоянным сглаженным током. Известны однофазные двухполупериодные однотактные преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие трансформатор с одной пер вичной и двумя последовательно (согласно между собой) соединенными вто ричньми обмотками, общая точка соеди нения которых образует один (нулевой вывод преобразователя, а их свободные начало и конец подключены через вентили к второму выводу преобразова теля ij При подаче на вход преобразовател однофазного переменного напряжения на вторичных обмотках трансформатора формируется две системы однофазных напряжений, сдвинутые между собой по фазе на 180 зл. град. Так как каждая из вторичных обмоток выпрямляет толь ко одну полуволну тока, они работают в однократном реошме, в то время как на выходе гфеобразователя фор мируется двухпульсное вьтрямленное напряжение. Дпя устранения подмагничивания магнитопровода трансформатора постоянной составлякнцей токов, протекающих в его вторичных обмотках, при выполнении трансформатора броневой конструкции первичная и обе вторичные обмотки располагаются на одном стержне магнитопровода с обеспечение им жесткой магнитной связи, чтобы постоянные составляющие намагничиваю щих сил обоих вторичных обмоток компенсировали друг друга. Одновременно достигается и уравновешивание переменных составляющих намагничивающий сил. А при выполнении трансформатора стержневой конструкции его магнитопровод содержит два стержня с разнесенньши на них первичными полуобмотками и вторичными обмотками. В этом случае взаимокомпенсация постоянных составлякящх намагничивающих сил обоих вторичных обмоток достигается разбивкой вторичных обмоток на две секции и размещением по одной из них на каждом из стержней (соединением вторичных обмоток в зигзаг). Этим же обеспечивается и уравновешивание переменных составляющих намагничиваю щих сил. 1 72 Кроме того, в известных преобразователях высокий уровень пульсации выходных тока и напряжения, что требует установки на их выходе сглаживающих фильтров. Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий однофазньй трансформатор с двзгхстержневым магнитопроводом, секционированную первичную обмотку и две вторичные обмотки, расположенные на соответствукяцих стержнях магнитопроводд, общая точка согласнопоследовательно соединенных вторичных обмоток образует первый выходной вывод преобразователя, а их свободные начало и конец подключены через вентили к второму выходному вьшоду преобразователя 2j . При Подаче на вход преобразователя однофазного переменного напряжения вследствие поочередной работы вентилей обеспечивается двухтактный режим выпрямителя с формированием на вьжоде преобразователя двухпульсного постоянного тока и напряжения. Выпрямленный ток содержит постоянную и наложеннз ю на нее переменную составляющую удвоенной частоты. Следовательно, через вентили и вторичные обмотки трансформатора протекает ток второй гармоники. Однако создаваемые ими магнитные потоки удвоенной частоты направлены встречно и взаимокомпенсируют друг друга, т.е. собственное индуктивное сопротивление вторичных обмоток равно нулю и в сглаживании вьшрямленного тока принимает участие только небольшая индуктивность рассеивания вторичных обмоток трансформатора. Кроме того, у данного преобразователя высокий уровень пульсации выходного тока, что ухудшает его энергетические показатели. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем снижения уровня пульсации выходного тока преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, на стержнях которого расположены секции первичной обмотки, подключенные к входным выводам, и секции вторичной обмотки, общая точка соединения которых обра3 1зует первый выходной вывод, а свооод нЫе выводы подключены к одноименным выводам двух вентилей, другие вьюоды которых объединены, образуя второй выходной вьгаод, магнитопровод снабжен дополнительным безобмоточньм стержнем, выполненным с немагнитным зазором. На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 диаграммы токов и напряжений, характеризующие работу преобразователя. Преобразователь содержит однофазный трансформатор 1 с двух стержневым магнитопроводом 2, первичной обмоткой с двумя секодями 3 и 4 вторич ной обмоткой с двумя секциями 5 и 6, и вентили 7 и 8. Первичная обмотка трансформатора 1 содержит две соединенные последовательно между собой секции 3 и 4 и размещенные на крайних стержнях магнитопровода 2. Секции 5 и 6 вторичной обмотки также размещены на разных крайних стержнях магнитопровода 2 трансформатора t и соединены собой согласно-последовательно Общая точка соединения секций 5 и 6 вторичной обмотки о азует первый выходной вывод пре| бразователя, а их свободные начало и конец пoдкJao чены через вентили 7 и 8 к второму выходному выводу преобразователя. Магнитопровод дополнительно содержит средний (третий) стержень, выполнен- 35 иый безобноточным, с немагнитным зазором . Преобразователь работает следующим образом. При подаче на входные выводы сете-40 вого напряжения на его вторичных обмотках формируются две однофазные сисгешл напряжений, сдвинутые между собой по фазе на 180 эл. град. Вследствие этого вентили 7 и 8 работают поочередно- со сдвигом по фазе на 180 эл. град., обеспечивая формирование на выходе преобразователя двухпульсного выпрямленного напряжения. При подключении к преобразователю активной нагрузки в цепи последней протекает постоянный ток, содержащий постоянную составляющую и наложенную ка нее переменную составляющую удвоенной частоты с коэффициентом пульса|f A,0,67. ЦИИ п Вторая гармоника тока нагрузки

замыкается соответственно через паформатора соизмерима с требуемой 77 раллельно подключенные по отношению к нагрузке две цепи, состоящие из последовательно соединенных вентиля и одной секции вторичной обмотки трансформатора, вентиль 7 - секция 5 и вентиль 8 - секция 6. При отсутствии среднего стержня в магнитопроводе 2 трансформатора1 создаваемые секциями 5 и 6 вторичной обмотки магнитные потоки второй гармоники направлены встречно, замыкаются через крайние стержни и взаимокомпенсируются, обеспечивая ничтожно малое суммарное потокосцепление вторичных обмоток. Следовательно, собственная-индуктивность секций вторичных обмоток трансформатора в этом случае не оказывает токоограничивающего сглаживающего эффекта по отношению к второй и кратном ей гармоникам выпрямленного тока. Однако вследствка введения дополнительного третьего среднего безобмоточного стержня с магнитопроводе 2 создается дополнительный путь протекания магнитного потока второй и кратным ей гармоникам. Поскольку по крайним стержням магнитопровода магнитные потоки направлены встречно, они в этом случае проходят, скл&щлваясь, через средний стержень. Следовательно, в крайних стержнях магннтопровода/ не происходит компенсации магнитного потока второй и кратных ей гармоник. За счет собственного потокосцепления в размещенных на них секциях 5 и 6 вторичной обмотки наводится противо-ЭДС, ком,пенсирухицая вторую гармонику в вы- прямленном напряжении, что обеспечивает снижение уровня пульсации выпрямленных тока и напряжения с 67 до 20-40%. Обеспечивается эффект сглаживания выпрямленного тока собственной индуктивностью вторичной обмотки трансформатора. При этом магнитный поток, обусловленный первой гармоникой тока, направлен в крайних стержнях согласно-последовательно и поэтому замыкается через крайние стержни даже при наличии дополнительного стержня, т.е. сам процесс выпрямления при этом не изменяется. Поскольку собственная индуктивность секций вторичной обмотки транс индуктивностью сглаживающего реактора, происходит ограничение тока второй гармоники, протекакяцего по контуру, образованному нагрузкой и цепями, с оЬтоящими из секций вторичной о$ матки и вентилей 7 и 8. Следовательно, результирующий ток нагрузки имеет пониженный уровень пульсации. На фи. 2с( приведена форма тока и напряжения на выходе преобразователя при отсутствии дополнительного среднего стержня и работе его на чис то активную нагрузку. Выходное напряжение содержит основную вторую гармонику, величина которой достигает 67,0%, что обеспечивает недопустимо высокий уровень пульсации выходных тока и напряжения Вторая гармоника практически полностью выделяется на нагрузке, так как собственная индуктивность обмоток трансформатора имеет для нее нулевое значение. При наличии дополнительного среднего стержня вторичные обмотки транс форматора оказывают второй гармонике сопротивление, обусловленное их собственной индуктивностью. Происходит перераспределение напряжения второй гармоники между нагрузкой и вторичными обмотками трансформатора со сни жением ее уровня на нагрузке, а следовательно, и пульсации выпрямленного напряжения. Одновременно за счет собственной индуктивности секций вторичной обмот ки трансформатора происходит и ограничение тока второй гармоники в цепи нагрузки и снижение уровня пульсации вьшрямленного тока (фиг. 2S ),. Однофазные двухползтхериодные однотактные схемы вьшрякпеНия с двухстержневым трансформатором широко применяются на практике в качестве различных вторичных источников пита ния малой и средней мощности в соче тании со сглаживанящми фильтрамк (в простейшем слзгчае со сглаживающими реакторами). Наличие сглаживакнцего реактора приводит не только к увеличению массо-габаритных показателей преобразователей, но и к снижению КПД. Так как потери в реакторах соизмеримы с потерями в трансформаторе преобразователя. При использовании в качестве сглаживакщего реактора собственной ;индуктивности ВТОРИЧНЫХ обмоток трансформатора эти потери полностью исчезают. Поскольку постоянная составляющая выпрямленного тока создает во вторичных обмотках трансформатора постоянный подмагничивакиций поток, направленный по крайним стержням встречно и замыкающий через средний стержень, то необходимо ввести в средний стержень немагнитн1ый зазор, вследствие этого сз ммарные Массогабаритные показатели и КПД преобразователя улучшаются.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, на стержнях которого расположены секции первичной обмотки, подключенные к входным выводам, и секции вторичной обмотки, общая точка соединения которых образует первый выходной вывод, а свободные выводы подключены к одноименным выводам двух вентилей, другие выводы которых объединены, образуя второй выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем снижения уровня пульсации выходного тока, магнитопровод снабжен дополнительным безобмоточным стержнем, выполненным с немагнитным зазором.

d

i-ti