Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/10 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания пониженным напряжением с изменяемой полярностью и рекуперацией энергии в сеть.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и экономия электроэнергии.

На фиг, 1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг, 2 - даны эпюры токов.и напряжений, где U - напряжение задания; U, i, - напряжение и ток конденсаторов; i, i - токи нагрузки и питания.

Преобразователь состоит из неуправляемого выпрямителя 1 с конденсатором фильтра на выходе, управляемых полупроводниковых ключей 2 и 3, инвертора 4 ведомого объекта индуктивности 5, схемы 6 накопления энергии и деления напряжения, выходных ключей 7 - 10, нагрузки М и системы 12 управления. Схема накопления энергии и деления напряжения имеет входные выводы (точки) 13 и 14 и выходные шины 15 и 16 и состоит из параллельно соединенных цепочек из конденсатора 17, двух разрядных вентилей 18 и 19 в каждой соединяющих конденсатор 17 с выходными шинами 15 и 16 управляемых ключевых элементов 20, включенных между разноименными обкладками конденсаторов смежных цепочек например, между точками 21 и 22,

Выпрямитель 1 и инвертор 4 входами 23 и 24 соединены с Ьетью, Выходы вьтря штеля 1 через управляемые ключевые элементы 2, 3 и индуктивность 5 соединены с входами 13 и 14 схемы накопления энергии и деления напряжения. Инвертор подключен к точкам 25 и 14,

Положительная выходная шина 15 схемы накопления энергии и деления напряжения соединена с разноименными выходными выводами 26 и 27 через управляемые ключевые элементы 7 и 8 Отрицательная выходная шина 16 соеднена с разноименными выходными выводами 26 и 27 через управляемые ключевые элементы 9 и 10,

Система 12 управления состоит из задающего генератора 28, формирователя и распределителя 29 импульсов

525992

и усилителей 30 - 34 мощности, управляющих ключами инвертора 4 и уп- правляемыми ключевыми элементами . 5 2, 3, 20, 7, 8, 9, 10.

Преобразователь работает следующим образом.

В установившемся режиме напряжение переменного тока U цреобра- 10 зуется в пульсирующее напряжение постоянного тока и сглаживается выпрямителем 1 с конденсатором фильтра, Входная индуктивность элемента 5 выбирается из условия обеспечения 15 добротности контура заряда конденсаторов 17 Q 2 1 , Выражение добротности контура имеет вид

20

i 5

где L - индуктивность контура j С - емкость контура; R - суммарное сопротивление контура.

В соответствии с напряжением задания Uj (фиг. 2) система 12 управления вырабатывает импульсы управления, которые через усилители 31 и 32 мощности, обеспечивающие гальваническую развязку и усиливающие сигнал, поступают на входные управляемые ключевые элементы 2, 3 и 20. Ключи 2, 3 и 20 открываются, и конденсаторы 17 начинают заряжаться током i

(полагая Q : 1)

i fTc Яс

в момент времени t ЗГк1,С ток заря- да ic, проходит через нуль, после

чего меняет направление на обратное. При этом осуществляется естественная коммутация полупроводниковых ключей 2, 3 и 20 (данный способ поз- воляет в качестве полупроводниковых ключей применить тиристоры с естественной коммутацией). При одинаковой емкости конденсаторов 17, каждый из них заряжается примерно до 1/N части удвоенного амплитудного значения напряжения (U4 - напряжение на конденсаторе, изменяющееся по закону

R

U(,Ucj(l-e cost/ V LC, в момент времени t напряжения на конден- саторах достигают величины U.Q

и(1-е ) при 1, и, , После прекращения заряда конденсаторов ключи 2, 3 и 20 запираются

3

и от системы 12 управления через усилитель 34 мощности импульсы управления поступают на полупроводниковые ключи 7 и 10 при напряжении задания + U или через усилитель 33 мощности - на полупроводниковые ключи 8 и 9 при напряжении задания - Uj. Ключи 7 и 10 или 8 и 9 открываются и происходит параллельный разряд конденсаторов 17 через разрядные вентили 18 и 19 и полупроводниковые ключи 7 и 10 или- 8 и 9 на нагрузку, частным случаем которой может быть двигатель постоянного тока. Направление тока в нагрузке определяется напряжением задания. Благодаря полному разряду конденсаторов (фиг. 2) емкость последних определяется по формуле

1

С

-Es.

где Рр - требуемая мощность на выходе преобразователя; f - частота коммутаций, и минимальна по сравнению с прототипом, что уменьшает массогабаритные показатели преобразователя.

Регулирование среднего значения напряжения на нагрузке происходит изменением частоты коммутаций полупроводниковых ключей. Преобразователь осуществляет гальваническую развязку между напряжением питания и нагрузкой. Гальваническая развязка реализуется благодаря последовательной работе зарядных 2, 3. и 20 и разрядных 7, 10 или 8, 9 полупроводниковых ключей, I

При изменении знака напряжения

или резком уменьшении величины напряжения на нагрузке, или, если в качестве нагрузки используется электродвигатель и он работает в генераторном режиме, в преобразователе предусмотрен режим возврата энергии в питающую сеть.

В режиме рекуперации энергии в сеть преобразователь работает следующим образом.

После разряда конденсатора 17 че- .рез разрядные вентили 18, 19 и полупроводниковые ключи 7, 10 или 8, 9, ключи 7, 10 или 8, 9 запираются. С системы 12 управления приходят импульсы управления на полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 соответственно. При этом полупроводни352599

ковые ключи 8, 9 или 7, 10 открываются и конденсаторы 17 через вентили 18, 19 перезаряжаются энергией, накопленной в нагрузке, причем .на-, . пряжение Uj. будет противоположного знака по сравнению с напряжением U,. при заряде конденсаторов от напряжения питающей сети. После переза10 ряда полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 закрываются и система 12 управления вырабатывает импульсы управления, которые через усилители 30 и 32 мощности поступают на полу15 проводниковые ключи инвертора 4,

ведомого сетью, и на полупроводниковые ключи 20. Конденсаторы 17 через полупроводниковые ключи 20 соединяются последовательно и через

20 индуктивные элемент 5 и инвертор 4, ведомый сетью, разряжаются в сеть. Энергия, отдаваемая в сеть преобразователем, определяется из выражения

(NUn)с

2

W

где и„ - напряжение на нагрузке.

Введенные в схему преобразователя функциональные узлы: инвертор, ведомый сетью., задающий генератор (преобразователь напряжение - частота) , формирователь и распределитель импульсов, усилители мощности могут быть выполнены по известным схемам..

Формула изобретения

Преобразователь переменного на- пряжения в постоянное, содержащий соединенный входом с входными выводами для подключения источника питающего напряжения выпрямитель с кон- денсатором фильтра, подключенным к его выходу, одна из обкладок которого подключена через первый входной управляемый ключевой элемент к первому входу, а другая через последовательно соединенные второй входной управляемый ключевой элемент и индуктивный элемент - к второму входу схемы накопления энергии и деления напряжения , состоящую из параллельно соединенных цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора и двух венгилей, один нз которых катодом подключен к одной из выходных шин

схемы, а анодом - к одной из обкладок конденсатора, другой анодом подключен к другой выходной шине схемы, а катодом - к другой обкладке конденсатора, и выходных ключей, каждый из которых включен между разноименными обкладками конденсаторов соответствующих смежных цепочек, причем положительная выходная шина схемы накопления энергии и деления напряжения подключена к аноду одного ключевого элемента, катод которого соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, а ее отрицательная выходная шина соединена с катодом другого ключевого элемента, анод которого соединен с вторым выходным выводом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и экономии электроэнергии, между точ%J|

АЛЛ

7V

кои соединения второго входного управляемого ключевого элемента с ин- дуктивньм элементом, первым входом схемы накопления энергии и деления напряжения и входными выводами включен дополнительно введенный инвертор, ведомый сетью, указанные выходные ключи выполнены в виде управляемых ключевых элементов и введены два дополнительных ключевых элемен- . та,I причем положительная выходная шина схемы накопления энергии и деления напряжения соединена с катодом

одного из указанных дополнительных ключевых элементов, анод которого соединен с вторым выходным выводом, а ее отрицательная шина соединена с анодом другого дополнительного ключевого элемента, катод которого соединен с первым выходньм вьшо- дом.

ЛЛЛЛ,

5t

at

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания пониженным напряжением с изменяемой полярностью и рекуперацией энергии в сеть, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и экономия электроэнергии. Устройство содержит выпрямитель 1, схему 6 накопления энергии и деления напряжения, инвертор 4, ведомый сетью, управляемые ключевые элементы 2,3,7, 8,9,10, дроссель 5 и устройство управления 12. Схема накопления энергии и деления напряжения через дроссель 5, соединенный с ключевым элементом 2, и ключевой элемент 3 соединена входом с выходом выпрямителя 1, входом соединенным с входными выводами 23,24 для подключения источника питания, Выход схемы 6 через ключевые элементы 7-10 соёди-: нен с выходными выводами 26,27 для подключения нагрузки 11. Инвертор 4 включен между входными выводами 23, 24 и выводами 25,14 схемы 6. Введение инвертора 4 обеспечивает дополнительный разряд конденсаторов 17 схемы 6 через дроссель 5 и полупроводниковые ключи 20 в сеть, а введение дополнительных ключевых элементов 8,9 позволяет получить на выходе устройства напряжения разных полярностей. 2 йл. i (Л со со

ил

Редактор Н, Слободяник

фиг.2

Составитель Л. Устинкина

Техред М.Ходанич Корректор, М, Иароши

Заказ 5573/54Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

л л л л

wt

Подписное