Преобразователь постоянного тока в постоянный Советский патент 1990 года по МПК H02M3/315 H02M3/337 

Јл

Јь

1

to

О)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в электротехнологии, зарядных преобразователях, источниках питания электрофизических установок,,

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритных показателей магнитн к элементов, снижение установленной

мощности ключей.

На фиг.1-4 приведены принципиальные схемы преобразователя постоянного тока; на Фиг.5 и 6 - временные диаграммы токов i и напряжений U с сеют- ветствующей нумерацией.

Преобразователь постоянного тока в постоянный (Фиг.1) содержит реактор 1, мост на управляемых ключах 2- 5, а также реактор 6. Реакторы снаб- жены вторичными обмотками 7 и 8. Первичные обмотки реакторов выполнен)ы встре.чно-последователъно. Первые од- ноименные концы вторичных обмоток 7 и 8 через диоды выпрямителей 9 и JIO подключены к первому выводу нагрузки J1, а вторые одноименные концы объединены и подключен ко второму выводу цепи на-грузки.

Параметры магнитных систем, обра- зованных реактором 1, снабженным обмоткой 7, и реактором 6, снабженным обмоткой 8, идентичны.

Преобразователь работает следую- щим образом. .i

К моменту t0 (Фиг.5) ключи 2-5 разомкнуты. Реакторы 1 и 6 осущес в- ляют передачу в нагрузку 3 накопленной в них энергии. Ток нагрузки 11 представляет собой сумму токов вто- ричных обмоток 7 и 8, которые замыкаются по двум контурам: вторичная, обмотка 7 - диод 9 - нагрузка 11 ц вторичная обмотка 8 - диод 10 - нагрузка 11.

В момент t0 замыкаются ключи 2 IH 3. К диоду 30 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вторичной обмотки 8 реактора 6 переводится в первичную обмотку и замыкает- ся по контуру, содержащему источни)к питания Е, ключ 2, первичную обмотку реактора 1, первичную обмотку реактора 6 и ключ 3, На этом интервале реактор 1 выполняет одновременно функцию трансформатора, осуществляющего прямую передачу энергии из цепи первичной обмотки в нагрузку, так и вывод в нагрузку энергии накопленной

ранее в магнитном поле реактора. Реактор 6 накапливает энергию и одновременно сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку реактором 1.

В момент tf ключи 2 и 3 размыкаются, первичной обмотки реактора 6 переводится во вторичную и замыкается через диод 10 и нагрузку 11. По нагрузке, как и к моменту t0, течет сумма токов вторичных обмоток реакторов.

В момент t2 замыкаются ключи 4 и 5. К диоду 9 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вторичной обмотки 7 реактора 1 переводится в первичную обмотку и замыкается по контуру, включающему источник питания Е, ключ 5, первичные обмотки реакторов и ключ 4. На этом интервале реактор 6 совмещает функцию трансформатора, осуществляющего прямую передачу энергии из цепи первичной обмотки в нагрузку с выводом в нагрузку накопленной ранее энергии. Реактор 1 накапливает энергию и сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку реактором 6.

В момент t3 ключи 4 и 5 размыкаются и устанавливается состояние, аналогичное предшествующему моменту tc. В момент 14 замыкаются ключи 2 и 3 и процессы s схеме повторяется.

.Включение последовательно -в цепь первичных обмоток реакторов J и 6 дозирующего конденсатора 12 (фиг.2) позволяет обеспечить параметрическую стабилизацию и регулирование мощности, передаваемой в нагрузку преобразователем постоянного тока.

К моменту С„ (фиг.6) ключи 2-5 разомкнуты. Реакторы 1 и 6 осуществляют передачу в нагрузку 11 накопленной в них энергии по контурам: обмотка 7 - диод 9 - нагрузка 11 и обмотка 8 - диод JO - нагрузка И. Конденсатор заряжен до напряжения источника питания Е.

В момент t0 замыкаются ключи 2 и 3. К диоду 10 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вторичной обмотки 8 реактора 6 переводится в первичную обмотку и замыкается по контуру, содержащему источник питания Е, ключ 2, первичные обмотки реакторов, дозирующий конденсатор 12 и ключ 3. По этому же контуру происходит перезаряд конденсатора 12. Реактор 1 трансформирует в нагрузку

энергию из цепи первичной обмотки, одновременно выводя в нагрузку ранее накопленную энергию. Реактор 6 накапливает энергию и сглаживает ток,трансформируемый в нагрузку реактором 1.

В момент t1 напряжение на конденсаторе 12 достигает значения Е. Появляется условие для отпирания диода 10, вследствие чего ток из первичной обмотки реактора 6 переводится во вторичную обмотку 8 и замыкается через диод 10 и нагрузку П, при этом ключи 2 и 3 обесточиваются. Реакторы осуществляют передачу в нагрузку накопленной в них энергии.

В момент t2 замыкаются ключи 4 и 5. К диоду 9 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вторичной обмотки 7 реактора 1 переводится в первичную обмотку и замыкается по контуру, включающему в себя источник питания Е, ключ 5, первичные обмотки реакторов, конденсатор 12 и ключ 4. По этому же контуру происходит обратный перезаряд конденсатора 12. Реактор 6 трансформирует в нагрузку энергию из цепи первичной обмотки и выводит в нагрузку накопленную энергию. Реактор 1 накапливает энергию и сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку реактором 6.

В момент t3 напряжение на конденсаторе 12 достигает значения Е. Появляется условие для отпирания диода 9, вследствие че-го ток из первичной обмотки реактора 1 переводится во вторичную обмоткх 7 и замыкается через диод 9 и нагруздсу ЛЛ . Ключи 4 и 5 обесточиваются. Реакторы осуществляют передачу в нагрузку накопленной в них энергии.. В момент 14 замыкаются ключи 2 и 3, и процессы в преобразователе повторяются.

С целью обеспечения работоспособности преобразователя на резкопеременную нагрузку (Лиг.З) реакторы снабжены третьими обмотками 13 и 14, начала которых объединены и подключены к одному из выводов источника питания, а концы через обратные дополнительные диоды 15 и 16. подключены к другому выводу источника питания Е.

Диоды 15 и 16 нормально заперты и не оказывают влияния на работу преобразователя. При резком уменьшении нагрузки увеличивается напряжение на обмотках реакторов, в том числе и на обмотках 13 и 14. При достижении напряжения на них величины Е открываются диоды 15 и 16 и ограничивают перенапряжение на этом уровне, обеспечивая вывод излишка энергии из реакторов в источник питания Е.

Преобразователь (фш.4) может быть выполнен на тиристорах 3 и 5 по полумостовой схеме, один из выводов пеQ ременного тока которого образован общей точкой разделительных конденсаторов 17 и 18. Параметры магнитных систем, образованных реактором 1, снабженным обмоткой 7 и реактором 6,снаб5 женным обмоткой 8, идентичны.

К моменту tc тиристоры 3 и 5 выключены, конденсатор 17 заряжен до напряжения источника питания Е, конденсатор 18 полностью разряжен. Ре0 акторы 1 и 6 осуществляют передачу в нагрузку 11 накопленной в них энергии по контурам: вторичная обмотка 7 - диод 9 - нагрузка 11 и вторичная обмотка 8 - диод 10 - нагрузка 11.

5 В момент t0 импульсом управления отпирается тиристор 5. К диоду 9 прикладывается обратное напряжение, под действием которого он запирается. Конденсатор 17 начинает разряжаться

0 через цепь из включенного тиристора

5и первичных обмоток реакторов, а конденсатор 18 заряжается от источника питания Е по этой же цепи. Реактор

6выполняет одновременно как функцию трансформатора, осуществляющего прямую передачу энергии из цепи первичной обмотки в нагрузку, так и вывод в нагрузку энергии, накопленной ранее в магнитном поле реактора. Реак0 тор J накапливает энергию и одновре- менно сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку реактором 6.

В момент t, напряжение на конденсаторе 18 становится равным Е, на

с конденсаторе J7 - равным нулю соответственно. Появляется условие для отпирания диода 9, вследствие чего ток из первичной обмотки реактора переводится во вторичную обмотку 7 и

замыкается через диод 9 и нагрузку JJ, по которой, как и к моменту to, течет сумма токов вторичных обмоток реакторов. Тиристор 5 обесточивается и восстанавливает свои запирающие свойства.

В момент ta импульсом управления отпирается тиристор 3. К диоду 10 прикладывается обратное напряжение, под действием которого он запирается.

5

5

Конденсатор 17 начинает разряжаться, а конденсатор 18 - заряжаться по образовавшейся цепи из включенного тиг- рис тора 3 и первичных обмоток реактр- ров. Иа этом этапе реактор 1 совмещает функцию трансформатора, передающего в нагрузку энергии из первичной цепи с выводом накопленной в нем caf- Мом энергии. Реактор 6 накапливает энергию и одновременно сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку per актором J .

В момент t3 напряжение на конденЬ саторе 17 становится равным Е, а на Конденсаторе 18 - равным нулю. Появг яется условие для отпирания диода 10, вследствие чего ток из первичной обмотки реактора 6 переводится во вторичную и замыкается через диод 10 и нагрузку 11, по которой, как и к Моменту t0, течет сумма токов вторич- Йых .обмоток .

Б момент t с отпиранием тиристоь ра 5 процессы в преобразователе по- вторяются.

Улучшение массогабаритных характеристик магнитных элементов в разователе достигается путем совмещения сЬункций сглаживания и трансйор- мирования электромагнитной энергии. Магнитные элементы на повышенных частотах преобразования работают, как правило, в естественном режиме. В Зтом случае, .как показывает расчет, массогабариты реактора в известном преобразователе примерно эквивалентны массогабарнтам всей магнитной системы предлагаемого преобразователя при равных пульсациях тока нагрузки и пе- редаваемой мощности. Б известном преобразователе помимо реактора для согласования уровней питающего напряжения и напряжения на нагрузке, а также гальванической развязки необходим

трансформатор, расчитанный на передачу номинальной мощности нагрузки. Таким образом достигается выигрыш в массе магнитных элементов в J, раза в зависимости от требуемого .уровня пульсаний тока нагрузки.

Сравнение схем по режимам работы ключей 2-5 показывает, что & извест ном преобразователе при тех же них и действующих значениях токов

ключей к ним прикладываются в два за большие напряжения (лримб рно 2Е), и, соответственно, установленная мощность этих ключей завышена вдвое.

При включении дозирующего конденсатора 12 (функцию которого могут исполнять конденсаторы 17 и 18) в цепь первичных обмоток мощность, передаваемая преобразователем в нагрузку с точностью до потерь, определяется соотношением

Р 2CE2f,

где f - частота переключения ключей;

С - емкость конденсатора 12, и, следовательно, она всецело определяется параметрами преобразователя, а не нагрузки.

Скачкообразное уменьшение нагрузки, характерное для ряда электротехнических потребителей, вызывает соответствующие скачки напряжения на нагрузке и элементах схемы. Введение обмоток 13 и 14 с обратными диодами 15 и 16 делает схему работоспособной на резкопеременную нагрузку, ограничивая уровень перенапряжений на элементах схемы и нагрузке.

Формула изобретения

1.Преобразователь постоянного тока в постоянный, содержащий подключенный к входным выводам инвертор на управляемых ключах, выполненный по мостовой или полумостовой схеме, к выводам переменного тока которого через согласующий электромагнитный блок и выпрямитель подключена цепь нагрузки, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и снижения установленной мощности ключей, согласующий электромагнитный блок выполнен в виде двух реакторов, первичные обмотки которых вк точены встречно-последовая тельно, первые одноименные концы вторичных обмоток объединены и подключены к первому выводу цепи нагрузки, а вторые одноименные выводы обмоток через диоды выпрямителя подключены к второму выводу цепи нагрузки.

2.Преобразователь по п,1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения параметрической стабилизации и регулирования мощности, передаваемой в нагрузку, последовательно в цепь первичных обмоток реакторов введен дозирующий конденсатор.

3.Преобразователь по о. т - л и чающийся тем, что инвертор выполнен на тиристорах по полумостовой схеме, один из выводов пере- реактора снабжены третьими обмотками,

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнологии, зарядных преобразователях, источниках питания электрофизических установок. Целью изобретения является улучшение малогабаритных показателей и снижение установленной мощности ключей. Устройство содержит мост или полумост на управляемых ключах 2-5 с двумя реакторами 1,6 в диагонали переменного тока. Первичные обмотки реакторов 1,6 включены встречно-последовательно. Вторичные обмотки 7,8 реакторов также соединены встречно-последовательно и через диоды 9,10 выпрямителя подключены к нагрузке 11. Совмещение функций сглаживания и трансформирования электромагнитной энергии позволяет в 1,3-2 раза уменьшить массообъем электромагнитных элементов и устройства в целом. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

менного тока которой образовал общей точкой разделительных конденсаторов.

Д. Преобразователь по пп.1-3, о т- личающийся тем, что, с целью обеспечения возможности его работы на резкопеременную нагрузку, оба

р«.г

начала которых, объединены и подключены к одному из входных выводов, а концы через дополнительные обратные диоды подключены к другому входному выводу.

Put.3

W MI

Hi In

rr:

tit

fft

Лз

ФКйУ

Редактор Н.Яцола

Составитель И.Жеребина Тех ред Л.Сердюкова

Заказ 287

. Тираж 498

ВНШПИ Государственного комитета по| изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ftj

5

ZJ

i,

M

,

i /r rf

vv

ii

t

p7

Фиг. 6

Корректор М.Самборская

Подписное