Преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом Советский патент 1988 года по МПК H02M7/155 

со а

ел

ду входными выводами канала, дросселя 2, шунта 3, выпрямителя 4, транзистора 6 со схемой управления 5, диода 7, конденсатора 8, соединенного с входом инвертора 9. Выход инвертора 9 через высокочастотный трансформатор соединен с входом выходного выпрямителя 11. Датчик 12 выходного напряжения включен между выходньми выводами. Его выход соединен с управляющими входами делителей напряжения 1 всех каналов. Транзистор 6 подключен к выходу выпрямителя 4, вход которого через дроссель 2 и шунт 3 соединен с делителем напряжения 1. Входы схемы управления 5 соединены с выходом делителя напряжения 1 и входом выпря

5302

мителя 4, соединенным с шунтом 3. Введение управляемого делителя напряжения 1, транзистора 6 со схемой управления 5, дросселя 2, шунта 3 и датчика 12 обеспечивает потребление от каждой фазы сети токов, форма которых практически повторяет форму прилагаемого синусоидального напряжения. При этом не требуется применения низкочастотных фильтрующих элементов, т.к. мгновенные мощности как на входе, так и на выходе преобразователя не зависят от времени, дополнительных устройств согласования с питающей сетью и нагрузкой, а также средств защиты сети от влияния электромагнитных помех. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания с. бестрансформаторным входом. Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью и улучшение его массогабаритных показателей. Преобразователь содержит три ка-, нала преобразования, входы которых соединены с питающей сетью, имеющей нулевой вывод, а выходы образуют выходные выводы преобразователя. Каждый канал преобразователя состоит из делителя напряжения 1, включенного меж(Л

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания источников вторичного электропитания (ИВЭП) с бестрансформаторным входом.

Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью и улучшение его массогабаритных показателей.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на фиг.З - вариант выполнения схемы управления силовым транзистором одного из каналов преобразователя.

Преобразователь содержит управляемый делитель 1,входного напряжения, высокочастотный дроссель 2, шунт 3, выпрямительный мост 4, схему 5 управления силовым транзистором 6, полупроводниковый диод 7, сглаживающий высокочастотный конденсатор 8, инвертор 9 напряжения, высокочастотный трансформатор 10, выходной выпрямитель 11, датчик 12 выходного напряжения, входные выводы 13 и 14 каналов преобразователя, управляющие вход 15, выходные выводы 16 и 17 каналов.

На фиг.2 приведены временные диаграммы изменения мгновенных значений фазных на пряжений Uo, трехфазной сети

0

5

0

5

0

Цд., Ug И Uc , фазных токов нагрузки ид нв нс соответствующих фазных мощностей Рд, Р и Р., суммарные значения мощностей Р, тока нагрузки напряжения на нагрузке Uyi . Схема управления силовым транзистором одного из каналов преобразователя содержит схемы 18 и 19 выделения модулей сигналов эталонного U напря;жения и сигнала, пропорционального входному току , соединенные с входами схемы 20 сравнения, к выходу которой последовательно подключены усилительный элемент 21 с коэффици е нтом усиления k,, релейный элемент 22 и усилитель 23 мощности.

Преобразователь (фиг.1) состоит

из трех каналов, каждый из которых

:снабжен двумя входными 13 и 14 и двумя выходными 16 и 17 выводами,

одни одноименные входные выводы 13

подключены к фазам питающей сети, другие одноименные входные выводы

14 - к нулевому проводу сети, одноименные выходные выводы 16 и 17 объединены между собой, образуя выходные выводы преобразователя, между входными выводами 13 и 14 каждого канала включен управляемый делитель 1 входного напряжения, к входным выводам 13 и 14 подключены соответственно высокочастотный дроссель 2 и шунт 3,

связанные с выводами переменного тока выпрямительного моста 4, между выводами постоянного тока последнего включен силовой транзистор 6, со схе- мой 5 управления, входы которой подключены к выходу управляемого делителя 1 и соединенному с шунтом- выводу переменного тока выпрямительного моста 4. Кроме того, положительный вывод постоянного тока выпрямительного моста 4 через полупроводниковый диод 7 подключен к сглаживающему конденсатору 8 и входу инвертора 9 напряжения,- другие выводы которьгх соединены с от- рицательным. выводом постоянного тока выпрямительного моста 4, выходы инвертора 9 через высокочастотный трансформатор 10 соединены с входами вьпсодного выпрямителя 11, а между выходными выводами 16 и 17 включен датчик 12 выходного напряжения, выход которого связан с управляющими входами 15 делителей 1 входных напряжений каждого из каналов.

Преобразователь с бестрансформаторным входом работает следующим образом.

В основу принципа построения пре- образователя положено принудительное формирование симметричных и синусоидальных входных токов, совпадающих по фазе с напряжениями сети, для чего каждый канал преобразователя содержит преобразователь на основе импульсного стабилизатора тока повьшающего типа, содержащий (фиг.1) делитель 1 напряжения, высокочастотный дроссель 2, шунт 3, выпрямительный мост 4, ключе- вой элемент (транзистор) 6 со схемой 5 управления, диод 7, сглаживающий конденсатор 8. Выражения для мгновенных значений токов, формируемых на входе рассматриваемого преобразовате- ля, можно получить, исходя из мгно - венных значений фазных напряжений сети Цд, Ug и Uc и эквивалентного .сопротивления системы источник - нагрузка R

9UA

g-smut;

g-sin();

Uc ,- 4.

--sin(cot+--).

Мгновенная мощность во входных цепях преобразователя определяется выражением

711

P(t)4 sin2at+ 2-sin (cot+i-)+5-

R,

R,

R

4T.

(2)

X sin (cot+r-) .

Действующее значение мощности, потребляемой за период сетевого напряжения, определяется из (2) как

т (t)(). (3)

оЭ

с другой стороны, , где Р - мощность нагрузки.

Н

Приравняв , находят значение R.

R у1+у1+и

Э 9ТТ т ,

(4)

Для симметричной трехфазной сети .

R, 2G-f.-(5)

,

Подставив (5) в (1), находят: . 2ии1н .

А -зи;-

i, sin(Qt4-f);

30 gg 40 45

. 2ин1н . ( ,4 ir

«((6)

50

55

Из (6) следует, что амплитуда потребляемого тока прямо пропорциональна току нагрузки, а мгновенное значение фазного тока пропорционально мгновенному значению фазного напряжения. Это Определяет необходимость управления ИВЭП по двум координатам - уровню выходного напряжения и форме кривой потребляемого тока.

Мгновенное значение потребляемой мощности для симметричной трехфазной сети согласно (2) и (5) находят как:

P(t)2U Jl| sin2a)t+sin4cot+ |) +

+sin2 (cot+-.-)j - -i 3-cos2at-cos( +-|i)-cos(2ut4|),I, - y ii cos2ut-cos2Qt cos- - sin2G3t sin- + +cos2at cos- - sin2cot --i-FcosZut- |cos2ait+ sin2ut 1

- rcos2cot- -2-sin2G)t и,1ц.

(7)

Из выражения (7) следует, что мгновенные мощности как на входе, так и на выходе не зависят от времени, т.е. запас энергии, которым дол- 10

Принцип действия преобразователя основан на накоплении энергии в магнитном поле сердечника входного дросселя 2 с последующей передачей накопленной энергии в нагрузку. При этом, за счет изменения соотношения длительности интервалов накопления и

жен обладать предлагаемый преобразователь равен нулю, при этом низкочастотные пульсации выходного напряжения отсутствуют, что является идеальным с точки зрения согласования с нагруз- 15 отдачи энергии можно осуществлять кой и достижения хороших массогаба- управление потоком энерг ии между пи- ритных показателей, так как не тре- тающей сетью и выходом преобразователя. Наличие дросселя на входной цепи . обусловливает непрерывный характер 20 потребляемого тока, что и Требуется для работы преобразователя.

На вход схемы управления силовым транзистором 6 поступают сигналы о

буется применение дополнительных фильтрующих элементов, Наличие реактивных элементов схемы - дросселей конденсаторов и трансформаторов, работающих на повышенной частоте (10- 20 -кГц), практически не оказывает влияния на массогабаритные .показатели ИВЭП. Потребление токов синусоидальной формы и отсутствие низкочастотных пульсаций в выходном напряжении обусловливают хорошую электромагнитную совместимость ИВЭП с питающей сетью и нагрузкой.

Следовательно, задача создания источника электропитания с улучшенной электромагнитной совместимостью и

величине эталонного напряжения U,, 25 пропорционального величине фазного напряжения питающей сети U, которое снимается с делителя 1 напряжения, а также сигналы, пропорциональные входному току ig|,rn, с шунта 3. 30 Схема управления (фиг.З) содержит схемы 18 и 19 выделения Модулей эталонного напряжения и напряжения, пропорционального входному току, схему 20 сравнения, усилительный элемент

величине эталонного напряжения U,, 25 пропорционального величине фазного напряжения питающей сети U, которое снимается с делителя 1 напряжения, а также сигналы, пропорциональные входному току ig|,rn, с шунта 3. 30 Схема управления (фиг.З) содержит схемы 18 и 19 выделения Модулей эталонного напряжения и напряжения, пропорционального входному току, схему 20 сравнения, усилительный элемент

высокими массогабаритными показателями при использовании структурной схе-35 коэффициентом усиления kj,, ре мы (фиг.1) может быть сведена к раз- лейный элемент 22, усилитель 23 мощности.

Схемы, 18 и 19, реализованные, например, на основе операционных усилиработке отдельных полупроводниковых преобразователей, для каждой фазы сети, осуществляющих требуемый закон

изменения входного тока при неизмен- 40 телей, осуществляют выделение модулей ном результирующем напряжении на вы- входных сигналов, которые поступают ходе. Форма составляющей выходного на входы схемы 20 сравнения, причем тока в таком преобразователе (напри- токовой сигнал поступает на вычитаю- мер, для фазы А) определяется выраже- Щий вход. На выходе схемы сравнения дием45 формируется разностный сигнал 11

/и, I -/igj Гщ| , поступающий на вход усилительного элемента 21, На выходе последнего имеют разностный сигнал и ( 1и, |-fie,r,/)-k,, по которому ос.уСледовательно, форм а выходного то- gQ ществляется управление работой релейного элемента 22, передаточная характеристика которого должна обладать гистерезисом. На выходе релейного

Рш 1 Гин1н X, т Л 1н/,

п п:l-з-- - ° J т -cos2(ot).(8)

ка отдельного преобразователя практически повторяет характер изменения мгновенной мощности на входе. Сложение трех токов, с учетом сдвига фаз, дает неизмейное значение как мощности, так и тока нагрузки. На фиг.2 приведены кривые фазных напряжений сети, составляющие токов нагрузки, потребляемых фаз сети, мгновенные

55

элемента формируется сигнал, временные соотношения импульса и паузы которого пропорциональны величине разностного сигнала Uj, Согласование высокоомного выхода релейного элемента с входной цепью силового транзис10

53026

мощности фаз сети, а также суммарные значения токов нагрузки, напряжения и мощности нагрузки. Последние постоянны.

Преобразователь работает следующим образом.

Принцип действия преобразователя основан на накоплении энергии в магнитном поле сердечника входного дросселя 2 с последующей передачей накопленной энергии в нагрузку. При этом, за счет изменения соотношения длительности интервалов накопления и

15 отдачи энергии можно осуществлять управление потоком энерг ии между пи- тающей сетью и выходом преобразователя. Наличие дросселя на входной цепи . обусловливает непрерывный характер 20 потребляемого тока, что и Требуется для работы преобразователя.

величине эталонного напряжения U,, пропорционального величине фазного напряжения питающей сети U, которое снимается с делителя 1 напряжения, а также сигналы, пропорциональные входному току ig|,rn, с шунта 3. Схема управления (фиг.З) содержит схемы 18 и 19 выделения Модулей эталонного напряжения и напряжения, пропорционального входному току, схеу 20 сравнения, усилительный элемент

коэффициентом усиления kj,, ре лейный элемент 22, усилитель 23 мощности.

55

элемента формируется сигнал, временные соотношения импульса и паузы которого пропорциональны величине разностного сигнала Uj, Согласование высокоомного выхода релейного элемента с входной цепью силового транзистора осуществляется с помощью усилителя мощности.

Пусть в некоторый момент времени мгновенное значение входного, тока стало меньше величины эталонного напряжения и., с делителя 1. В этом случае на выходе схемы сравнения формируется положительный разностный сигнал и, вызывающий отпирание силового о местимость преобразователя с сетью и

транзистора 6 (фиг.1 и 3), что приводит к увеличению входного тока преобразователя и накоплению энергии в магнитном поле дросселя 2.

При превышении токовым сигналом величины эталонного напряжения на выходе схемы сравнения формируется отрицательный разностный сигнал -U, вызывающий запирание силового транзистора 6, При этом энергия, накопленная в магнитном поле дросселя 2, вызывает протекание тока, заряжайщего сглаживающий конденсатор 8. Диод 7 служит для предотвращения разряда

нагрузкой за счет потребления от каждой фазы сети .токов, форма которых практически повторяет форму прилагаемого синусоидального напряжения. Кро15 ме того, в предлагаемом преобразователе не требуется применение низкочастотных фильтрующих элементов вследствие того, что мгновенные мощности как на входе, так и на выходе

20 преобразователя не зависят от времени. При этом не требуется.-дополнительных устройств согласования с питающей сетью и нагрузкой, средств защиты сети (.фильтров) от влияния

конденсатора 8 через силовой транзис- 25 электромагнитных помех, возникающих

тор 6 на интервалах- его открытого состояния.

Таким образом, в схеме преобразователя каждого из каналов осуществляется непрерывное слежение за величиной потребляемого от сети тока, форма которого вследствие высокой частоты коммутации силового транзистора 6 практически повторяет форму эталонного напряжения.

.Выходные выводы постоянного тока преобразователей каждого из каналов через высокочастотный инвертор 9, трансформатор 10 и выпрямитель 11 подключены к выходным выводам 16 и 17 преобразователя. При этом вследствие потребления от сети преобразователем каждого из каналов синусоидальных входных токов в выходном напряжении и токе отсутствуют низкочас- тотные пульсации. Высокочастотные пульсации сглаживаются конденсатором В.

Для стабилизации величины выходного напряжения применяют датчик 12 выходного напряжения, включенный между выходными выводами 16 и 17. При отклонениях величины выходного напряжения от номинальных значений датчик

30

35

при потреблении импульсных токов, что существенно улучшает массогаба- ритные показатели и позволяет значительно улучшить режим работы сети, коэффициент мощности, параметры качества электроэнергии, благоприятно - сказьтается на работе других потребителей электроэнергии.

Формула изобретения

, Преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом, содержащий три иден-

40 тичных канала, каждый из которых

снабжен двумя входными и двумя выходными выводами, при этом одни одноименные входные выводы подключены к соответствующим фазам трехфазной

45 сети, другие одноименные входные выводы соединены с нулевым проводом сети, а одноименные выходные выводы каналов объединены между собой, образуя выходные выводы преобразовате50 ля, при этом каждый из каналов содержит выпрямительный мост, отрицательный вывод постоянного тока которого соединен со сглаживающим конденсатором, к которому подключены входные 12 формирует на своих гальванически , gg выводы инвертора напряжения, выход- развязанных выходах сигналы управле- ные выводы которого через высокочастотный трансформатор подключены к входам выходного выпрямителя, выводы постоянного тока которого образуют

ния, которые поступают на управляющие входы 15 делителей 1 напряжения всех каналов, вызьшают изменение величины

эталонного напряжения, в соответствии с выражением (6) изменяется величина потребляемых от сети тока и мощности.

Таким образом, применение дополни- т ёльных элементов и схем в каждом канале преобразователя позволяет значительно улучшить электромагнитную совнагрузкой за счет потребления от каждой фазы сети .токов, форма которых практически повторяет форму прилагаемого синусоидального напряжения. Кроме того, в предлагаемом преобразователе не требуется применение низкочастотных фильтрующих элементов вследствие того, что мгновенные мощности как на входе, так и на выходе

преобразователя не зависят от времени. При этом не требуется.-дополнительных устройств согласования с питающей сетью и нагрузкой, средств защиты сети (.фильтров) от влияния

при потреблении импульсных токов, что существенно улучшает массогаба- ритные показатели и позволяет значительно улучшить режим работы сети, коэффициент мощности, параметры качества электроэнергии, благоприятно - сказьтается на работе других потребителей электроэнергии.

Формула изобретения

, Преобразователь переменного напряжения в постоянное с бестрансформаторным входом, содержащий три иден-

тичных канала, каждый из которых

снабжен двумя входными и двумя выходными выводами, при этом одни одноименные входные выводы подключены к соответствующим фазам трехфазной

сети, другие одноименные входные выводы соединены с нулевым проводом сети, а одноименные выходные выводы каналов объединены между собой, образуя выходные выводы преобразователя, при этом каждый из каналов содерит выпрямительный мост, отрицательный вывод постоянного тока которого соединен со сглаживающим конденсатовыходные выводы канала, отличающийся тем, что, с целью улучшения электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью и улучшения его массогабарит- ных показателей, каждый канал дополнительно снабжен управляемым делителем входного напряжения, включенным между входными выводами канала, высокочастотным дросселем и шунтом, каждый из которых включен между соответствующим входным выводом канала и выводом переменного тока выпрямительного моста, силовым транзистором со схемой управления, включенным между выводами постоянного тока выпрямительного моста, причем входы схемы управления соединены соответи.

р

f

tffCp

РАИ-НЛ

и.

ственно с выходом управляемого делителя входного напряжения, соединенного с шунтом, выводом переменного

тока выпрямительного моста а выход схемы управления подключен к базе силового транзистора, полупроводниковым диодом, включенным в проводящем направлении между положительным выводом постоянного тока выпрямительного моста и другим выводом сглаживающего конденсатора, при этом преобразователь дополнительно снабжен общим для всех каналов датчиком выходного напряжения, включенным между выходными выводами преобразователя, причем выход датчика соединен с управляющими входами делителей входного напряжения каждого из каналов.

rAW

e() l/W

(риг. 2.

сриг.З