Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного вторичного источника электропитания.

Цель изобретения - улучшение качества преобразования энергии.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - векторная диаграмма формирования Р.-Х фазосдвинутых импульсов S,, (jj, l,4) выходного напряжения Un, поясняющая в фазовой плоскости принцип действия устройства; на фиг. 3 - модификация устройства при перефазировке обмоток; на фиг. 4 - векторная диаграмма устройства; на фиг. 5-7 - модификации устройства при перефазировке обмоток и при дополнительном обратном включении преобразовательных элементов; на фиг. 8- 10 - векторные диаграммы.

При этом на векторных диаграммах указаны также обеспечиваемые устройством фазовые сдвиги основной токообразующей ЭДС Si относительно преобразуемой ЭДС вентильной обмотки а, принятой за базовую, необходимые соотношения витков, относительные суммарные витковые числа Wja и Wyo вентильных обмотков для каждой реализации, принятые относительно единых для них базовых чисел W и W витков с напряжением, равным соответственно амплитудному UaQ И среднему Vo значениям выходного напряжения L o устройства в режиме холостого хода. Другие приведенные данные пояснены ниже.

Такие данные обеспечивают удобство и наглядность сопоставления различных реализаций между собой, а также иллюстрируют достижение соответствующих положительных результатов относительно известных устройств.

Источник по фиг. 1 содержит четыре преобразовательных элемента (ПЭ) 1-4 и электромагнитную систему с вентильными обмотками а и 6. Обмотки имеют выводы от средних точек О и О , образующие выходные выводы ( + , -). К выводам первой обмотки а попарно подключены одноименными электродами преобразовательные элементы 1,4 и 2,3. Разноименные выводы обмоток а и b соединены через ПЭ 1 и 3. Вторая обмотка b снабжена двумя отводами bi ч bz, к которым подключены одноименными электродами ПЭ 2 и 4. Объединенные электроды ПЭ 1 и 4 подключены к выводу а первой обмотки.

При этом формируемые на обмотках переменные ЭДС сдвинуты по фазе на 120 эл. град, относительно друг друга, а числа витков обмоток а к Ь, а также частей bo (уо ) и (bzo ) могут быть установлены в соотношениях l:(Y3+l)/2, 1: : (лД-Ц 2 а в схеме по фиг. 5 - 1:2/ д/ З , 1:1 / V3.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

0

Полуобмотки ао и хо обмотки а связаны через ПЭ 1 и 3. последовательно, согласно с частями уо и bo обмотки Ь. В результате переменные ЭДС, действующие на этих частях, складываются между собой векторно, и этим обеспечивается фазовый сдвиг токообразующих ЭДС относительно преобразуемых ЭДС, в частности относительно ЭДС обмотки а, принятой на фиг. 2 за базовую.

При указанных на фиг. 1 электрических связях и принятых соотношениях витков этот фазовый сдвиг составляет 75 эл. град., а контур токопрохождения в схеме по фиг. 1 при формирова.нии знакопостоян- 5 ного импульса Si выходного напряжения (Уо содержит следуюшие элементы: средняя точка о обмотки а, образующая отрицательный выходной вьЕвод - полуобмотка ао - ПЭ 1 - часть уо/ обмотки b - ее средняя точка о , образующая положительный 0 выходной вывод.

Остальные три контура токопрохождения аналогичны, но содержат в своем составе другие элементы, а формируемые при этом импульсы S2, 5з, S4 сдвинуты относи- j тельно друг друга на 90 эл. град. (фиг. 2). Таким образом, частота пульсации выходного напряжения увеличена в 4 раза относительно частоты преобразуемых ЭДС, а уровень пульсации по полному относительному размаху в режиме холостого хода обеспе- 0 чей равным К;,л(Уо/Уо 32,5% (по амплитуде первой гармоники л:;13,3%).

Помимо улучшения формы потребляемого тока, снижения потока реактивной мощности, указанное улучшение качества преобразования энергии приводит к улучшению мас- 5 СО-габаритных и стоимостных показателей (МГСП) сглаживающих фильтров, других компенсирующих устройств. При этом, в отличие от обычно используемого с той же целью усложнения схем, в устройстве сохранено относительно известного устройства 0 число 4i вентильных обмоток (4i 2) при сохранении длительности работы каждого преобразовательного элемента (А,90°), среднего тока /в через них () и потерь мощности в ПЭ. Сохранено также амплитудное значение 1ав тока через ПЭ и обмотки ( 1. при индуктивном характере нагрузки) и амплитуда 6 аоб обратного напряжения на ПЭ снижена примерно на O.lVo. При этом ,29.

Q При сохранении рассмотренных положительных эффектов можно достичь дополнительного увеличения фазового сдвига токообразующих ЭДС относительно ЭДС базовой обмотки от 30 до 90 эл. град., если относительно схемы на фиг. 1 изменить со5 отнощения витков (фиг. 5-10), (фиг. 3,7 и 8) или изменить относительно схемы на фиг. 3 и 7 направление включения всех ПЭ на обратное (фиг. 9 и 10). Этим дополнительно расщирены функциональные

5

возможности и область применения устройства.

Промежуточные значения указанных фазовых сдвигов при одновременном изменении и суммарного числа витков (,79) можно обеспечить, если путем изменения связей и соотношения витков реализовать устройство по фиг. 5-10.

При этом во всех реализациях устройства по фиг. 1,3,5,7,9 действующее значение тока I любой части обмотки, участвующей в работе один раз за период преобразуемых ЭДС, равно половине тока Ь нагрузки (,5), а ток части обмотки, участвующей дважды, составляет 0,711о. Отношения действующих значений напряжения отдельных частей обмоток к среднему напряжению Vo нагрузки различны в разных схемах и указаны под соответствующими векторными диаграмами, но коэффициенты Кпр(Рг/Ро-1)100% превышения габаритной (вольтамперной) мощности Рг первичных Knpi и вторичных КПРО обмоток, а также всей электромагнитной системы Кпр (при трансформаторном ее исполнении) одинаковы во всех реализациях и относительно полезной мощности РО равны соответственно 28,25, 88, 58,1% при индуктивном характере нагрузки без потерь. Вредного явления постоянного подмагничи- вания, свойственного ряду известных лучевых схем и приводящего к увеличению массы и объема источника, в представленных схемах нет. Во всех реализациях обеспечена, кроме того, вентильная развязка силовых обмоток между собой, а выполнение магнитной системы в виде двух магнитно не связанных систем обеспечивает также магнитную их развязку.

Формула изобретения

. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий электромагнитную систему с двумя вентильными

0

5

обмотками со средней точкой в каждой из них и четыре преобразовательных элемента, первый и второй из которых подключены одноименными электродами к выводам первой обмотки, а ее средняя точка образует первый выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью улучщения качества преобразования энергии, вторая обмотка, дополнительно снабжена двумя отводами, которые через третий и четвертый преобразовательные элементы соединены с выводами первой обмотки, разноименные выводы обмоток соединены через первый и второй преобразовательные элементы, а средняя точка второй обмотки образует второй выходной вывод.

2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что фазовый сдвиг ЭДС, формируемых на обмотках, установлен 120 эл. град.

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, отли- чающийся тем, что введенные отводы обмотки выполнены по разные стороны от ее средней точки.

4.Преобразователь по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что числа витков первой и второй обмоток устарновлены в соотношении l:(V3+l)/2.

5.Преобразователь по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что числа витков каждой полуобмотки второй обмотки и ее части от средней точки до отвода установлены в соотноше0 НИИ 1:()/2.

6.Преобразователь по пп. 1-5, отличающийся тем, что, с целью изменения фазовых сдвигов, вентильные обмотки перефазированы между собой.

7.Преобразователь по пп. 1-6, отличаю- 5 щийся тем, что, с целью изменения фазовых сдвигов, все преобразовательные элементы включены в обратном направлении.

8.Преобразователь по пп. I-7, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде двух магнитно не связанных систем.

5

0

X

b -a J--(VJ- 1);Bbo 0,876; BOO; bbj 0. .86 pu&. 2

k

60

Фиг-З

,

а:Ь 1-2/-/3;ао :а,о /;//1/ 7; B{,,9ff7 , Baoj-0,332 V/s. Ws.,7S

Фаг .9

Составитель E. Мельникова

Техред И. ВересКорректор В. Бутяга

Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раупаская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

a:fj В ,9 07

Вао 0,785 ,Jf

Фиг. 10

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве низковольтного вторичного источника электропитания. Цель изобретения - улучшение качества преобразования энергии. Положительный эффект обеспечивается связями между элементами устройства, содержащего две электромагнитные системы с обмоткой со средней точкой каждая. Средние точки образуют выходные выводы, отводы одной из обмоток и ее выводы соединены с выводами другой обмотки через четыре преобразовательных элемента 1-4. 7 з.п.ф-лы, 10 ил. S (Л со со О5 СО . /