Сетевой трехфазный управляемый выпрямитель Советский патент 1990 года по МПК H02M7/12 

Os

44

Ю

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания в радиоэлектронной аппаратуре. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей. Устройство состоит из выпрямителя на диодах 1 - 12, подключенного к трехфазной сети. К выходу выпрямителя подключен конденсатор 18, включенный через управляемые ключи 16, 17 параллельно конденсатору 19. В цепь диодов 3, 6, 9 включены управляемые ключи 13 - 15. Возможность бестрансформаторного подключения выпрямителя к сети, а также небольшое время разряда емкости конденсаторов улучшают массу и габариты устройства. Ток, потребляемый от сети, не содержит постоянной составляющей, что увеличивает коэффициент мощности. В устройстве возможно использовать общую нейтраль. Нагрузка в зависимости от требуемой полярности выходного напряжения может подключаться к выходным выводам 27, 25 или 27, 26. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фик.1

Изобретение относится к преобраэова телЪной технике и может быть использовано в ка астве источника электропитания li радиоэлектронной аппаратуре.

Цель изобретения - улучшение энерге- тических показателей.

На фиг. 1 приоедана схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу выпрямителя: на фиг. 4-диаграммы, поясняющие работу блока управления.

Устройство (фиг, 1) содержит диоды 1- 12, управляемые ключи 13-17. конденсаторы 18 и 19, блок 20 управления, входные выводы 21-24 и выходные выводы 25, 26 и 27,

Входной фазный вывод 21 соединен с катодом диода 1 и анодом диода 2, Анод диода 1 соединен с анодом диода 3 и с одним выводом управляемого ключа 13, другой вывод которого соединен с катодом диода 2. Входной фазный вывод 22 соединен с катодом диода 4 и анодом диода 5 Анод диода 4 соединен с анодом диода 6 и одним выводом ключа 14, другой вывод ко- торого соединен с катодом диода 5. Входной фазный вывод 23 соединен с катодом диода 7 и анодом диода 8. Анод диода 7 соединен с анодом диода 9 и одним выводом ключа 15, другой вывод которого соеди- нен с катодом диола 8. Катоды диодов 3, 6 и 9 объединены и с катодом диода 11 и одной обкладкой конденсатора 18, а через управляемый ключ 16 - с одной обкладкой конденсатора 19 и выходным выво- дом 25, Катоды диодов 2, 5 и 8 объединены и через диод 10 в обратном включении соединены с анодом диода 12. другой обкладкой конденсатора 18 и через управляемый ключ 17 - с друге; oбкпaдкo 1 конденсатора 19 и выходным выводом 26. диода 11 и катод/аиода 2 объединены и ссединену с объединенными входным выводом 24 и йыходным выводом 27, Вход блока управления 20 соединен с входными выводами 21 - 24, а выход (фиг. 2) - с управляющими электродами 28-32 соответствующих ключей 13-17. Источник переменного напряжения (или четырехпроводная сеть) подключается фазными шинами А, В, С и нейтралью О к соответствующим входным выводам 21-24, Нагрузка (потребитель) вы прямителя подключается к выходному выводу 27 и к одному из выходных выводов 25 или 26 (в зависимости от требуемой полярности выходного напряжения относительно вывода 27), при этом другой из выводов 25 или 26 соединяется с выводом 27.

Блок 20 управления (фиг. 2) со,чержит генератор 33 тактовых импульсов ГТИ), три

, по составу синхронизатора 34, 35 и 36, комбинационный узел 37 и четыре согласующих каскада 38-41. Каждый синхронизатор состоит из порогового устройства 42, счетчика 43 и четырах компараторов 44-47.

Выход ГТИ 33 шиной 48 соединен с С- входом счетчика 43 в каждом синхронизаторе 34, 35 и 36. R-вход счетчика 43 соединен с выходом порогового устройства 42, вход которого соединен с соответствующим входным фазным выводом 21, 22 или 23. Выход счетчика 43 соединен информационной шиной 49 с входом каждого из компараторов 44-47, на другие входы которых заведены опорные числа (для синхронизатора А - это AI, А2, АЗ и Ад). Выход компараю- пов через комбинационный узел 37 соединен с входами согласующих каскадов 38-41, выходы которых соединены с соответствующими управляющими электродами 28-32 ключей 13-17, Блок управления уп- ргзляет работой ключей в соответствии с диаграммами, показанными на фиг. 3 и 4, где Urn - амплитудное значение напряжения сети Ui; И - ток, потребляемый от сети; IA, 1з, ic - токи фазы А, В и С соответственно; Ui, DO - напряжение на нагрузке и его среднее значение; ta, tp- время заряда и разряда конденсатора 18; Т - период преобразуемого напряжения; А1тА4, Bi-B-i и Ci-C) - выходные синхроимпульсы соответственно синхронизаторов А, В и С,

С этим блоком управления выпрямитель работает в двухпрлупериодном двенадцати- тактном режиме, преобразуя напряжение сети на уровне 0,7 от амплитудного значения,

Устройство работает следующим образом.

К выводам 21, 22 и 23 (фиг, 1) подключаются фазные шины В, ,А и С первичного источника или сети, а к выводу 24 - нейтраль 0. Пусть, ка нагрузке требуется напряжение положительной полярности относительно нейтрали. Тогда нагрузка подключается к выводам 25 и 27, а клемма 26 должна быть ссединена с клеммой 27.

В установившемся режиме на конденсаторах 18. 19 имеется напряжени.е. гюляр- ность которого указана на фиг. 1, а форма - НсЗ )иг. 3 и 4,

С .момента ti (фиг. 3) до момента 2 уп- раз.пяемый ключ 13 (фиг, 1) открыт, а ключи 14- 17 закрыты. В это время заряда конденсатор 18 подзаряжается от фазы А током IA по цепи; вывод 21 - диод 2 - ключ 13 - диод 3 - конденсатор 18 - диод 12 - вывод 24, а напряжение на нагрузке поддерживается разряжающимся конденсатором 19 по цепи;

конденсатор 19 - вывод 25 - нагрузка - соединенные выводы 26, 27 - конденсатор 1. С момента t2 после задержки для полного закрывания ключа 13 (фиг. 4) открываются ключи 16 и 17 и конденсатор 18 до момента t3 разряжается на конденсатор 19 и нагрузку по цепи: конденсатор 18 - ключ

16- конденсатор 19 и нагрузка - ключ 17 - конденсатор 18. При этом форма напряжения на подзаряжающемся конденсаторе 19 и на нагрузке UH будет такой, как показано

на фиг. 3 и 4. В момент t3 (отрицательный полупериод для фазы В) вступает в работу фаза В. С момента ta и до момента t4 ключ 14 открыт, а остальные управляемые ключи закрыты. В это время конденсатор 18 подзаряжается от фазы В током IB по цепи: вывод 24-диод 11 -конденсатор 18-диод 10 - ключ 14 - диод 4 - вывод 22, а напряжение на нагрузке поддерживается конден- сатором 19, как и в первом цикле. В течение времени t4 - ts конденсатор 18 разряжается через открытые ключи 16 и 17 по /казанной ранее цепи. В третьем цикле работы (ts - t) с момента ts и до момента te (отрицательный полупериод для фазы С) ключ 15 открыт, а остальные ключи зaкpыfы. В это время конденсатор 18 подзаряжается от фазы С током 1с по цепи: вывод 24 - диод 11 - конденсатор 18-диод 10- ключ 15-диод 7- вывод 23, а напряжение на нагрузке поддерживается конденсатором 19, как и в предыдущих циклах. В течение времени te - t конденсатор 18 разряжается через открытые ключи 16 и

17по указанной ранее цепи. В четвертом цикле работы (t - tg) с момента t и до момента te (положительный полупериод для фазы А) ключ 13 открыт, а остальные ключи закрыты. В это время конденсатор 18 подзаряжается от фазы А током IA второй раз за половину периода преобразуемого нагфя- жения. Дальнейшая работа выпрямителя легко усматривается из диаграмм фиг. 3 и 4. Таким образом, каждая фаза сети за период преобразуемого напряжения работает че- тыре раза: два цикла (такта) заряд - разряд

в положительный полупериод и два цикла в отрицательный полупериод. Длительность одного цикла равна Т/12.

Блок 20 управления (фиг. 2) работает следующим образом (на примере работы фазы А).

Пороговое устройство 42 синхронизатора 34 в моменты перехода напряжения сети Ui фазы А (фиг. 4) через нуль вырабатывает синхроимпульсы, которые поступают на вход установки нуля счетчика 43 и каждый раз прерывают счет. На счетный вход счетчика 43 поступают импульсы с выхода генератора 33 тактовых импульсов. С выходов

счетчика 43 текущее значение счета по ин- формационной шине 49 поступает на входы компаоаторов 44-47, на другие входы которых заведены опорные числа AI. А2. АЗ и А, определяющие моменты (ti, t2, t и ts, фиг. 4) начала и конца заряда конденсэтсра 18 по уровню 0,7 Dm фазы А. В момент равенства числа импульсов, поступающих от ГТИ 33 через счетчик 43, и опорного числа каждый компаратор вырабатывает синхроимпульсы AI, А2, АЗ и А4. Эти импульсы поступают на | омбинационный узел 37, который формирует управляющие импульсы заряда, разряда и, задержки (фиг. 4) соответствующей длительности. Эти импульсы через согласующие каскады 38-41 управляют работой ключей 13-17.

По этому же принципу работает блок управления и под воздействием двух других фаз.

Таким образом, предлагае . выпрямитель потребляет энергию от сети для накопления ее в конденсаторе 18 и в положительный, и в отрицательный полупериоды преобразуемого напряжения каждой фазы, т.е. он является двухполупериодным. В отличие от трехфазных мостовых выпрямителей у него общая нейтраль.

Преимущества предлагаемого выпрямителя заключаются в возможности иметь общую заземленную нейтраль, что особенно врхно в бортовой РЭА: разделении по времени потребления энергии от сети и потребление энергии нагрузкой, что уменьшает обратную помеху (через первичный источник) при импульсном токе нагрузки; более полному использованию установленной мощности первичного источника и, как следствие, уменьшению массы, объемя и стоимости первичного источника и системы электропитания в целом, При этом частота первой гармоники пульсации выпрямленного напряжения равна 12f сети. Поэтому при дальнейшем сглаживании пульсации дополнительное фильтрующее устройство будет иметь меньшие массу и объем.

Формула изобретения 1. Сетевой трехфазный управляемый выпрямитель, содержащий три цепочки последовательно согласно соединенных основных диодов, общие точки которых образуют три входных вывода, аноды диодов каждой из цепочек подключены к ссот- ветитующим одним выводам управляемых ключей, другие выводы которых объединены, а также два выходных вывода, четвертый и пятый ключи и блок управления, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, доголнитель- нр введены шесть диодоз и два конденсатоpa, при этом аноды каждого из грех дополнительных диодов подклинены к соответствующим анодам основных диодов, входящих в указанные цепочки и соединенных с выводами ключей, катоды трех допол- нительных диодов объединены и подключены к катоду четвертого дополнительного диода, соединенному согласно последовательно с пятым дополнительным диодом, анодом соединенным с анодом шестого дополнительного диода, катод которого подключен к объединенным катодам указанных цепочек основных диодов и объединенным выводам трех управляемых ключей, точка соединения четвертого и пятого дополнительных диодов образует четвертый входной и третий выходной выводы, первый дополнительно введенный конденсатор включен параллельно цепочке четвер- того и пятого диодов, выводы этого конденсатора подключены к соответствующим первым силовым выводам четвертого и пятого ключей, вторые выводы которых подключены к первому и второму выходным

21

гъ

36

Фиг. 2

выводам и зашунтированы вторым дополнительно введенным конденсатором.

сколько раз за половину периода преобразуемого напряжения работает одна фаза, причем вход порогового усгройства соединен с соответствующим входным выводом, а выход - с R-входом счетчика, С-вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен информационной шиной с каждым компаратором, на другие входы которых заведены соответствующие опорные числа, при этом

выходы компараторов соединены с входами комбинационного узла, выходы которого через соответствующие согласующие каскады соединены с управляющими электродами управляемых ключей выпрямителя.

2В

0,7Ufn

ts

/ 44i

.Lfl

R I 1 I I : I I

I i;

i -i«

;«I fi

f- iT

|

П; j

ч г I I

iI I 11 I

UM Uo

0

H 11 I II IL N И M |i M П П

I l«v I lf. . If. I L I I rv r/4 I I 1«ъ I I.A I I. I i«4. t ii

WTift

11 I I I I

|/ МЫкМЫ }I I: И i I I I

i li li i ill I I II II n ii i

(

M I i

-ic

C.

ЭТ

I I

ii I

i 11 I II I

f/l

M |i M П

r/4 I I 1«ъ I I.A I I. I

|/ МЫкМЫ }Фи г. J

7Ут -FV

Порог А ус-до f , I

А I I i

Синх. имп.

НомВ. узел

№

(I

1

I-

lii I i i

HI ij ii I I

mr

In

I I

Lh

I

Й

L

|| и

i c

№М

I I 1 I М

I ; I

i II П il i i

IIIil II i