Источник питания постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M5/14 G05F3/08 

с

00

со

«

VJ

Изобретение относится к области электротехники 11 может быть использовано в качестве стабилизированного вторичного источника электропитания малой и средней мощности.

Целью изобретения явпяется обеспечение стабилизации выходного напряжения и увеличение КПД.

На фиг.1 приведена принципиальная схема стабилизатора постоянного напряжения; на фиг,2 - векторные диаграммы магнитных потоков а стержнях магнитопровода и векторные диаграммы напряжений в обмотках предлагаемого устройства, поясняющие работу схемы; на фиг.З - вольт-амперные характеристики, поясняющие принцип стабилизации выходного постоянного напряжения.

Устройство состоит из трансформатора 1 с магнитопроаодом броневой системы, средний стержень которого по сравнению с его крайними стержнями выполнен с удвоенным поперечным сечением, двух первичных обмоток 2 и 3, соединенных последовательно-астречно и расположенных на крайних стержнях магнитопровода. причем обмотка 2 зашунтирована конденсатором 4 и образует феррорезонансный колебательный контур. К вторичным обмоткам 5-7. расположенным соответственно на крайних и среднем стержнях магнитопровода и соединенным по схеме звезда, подключен трехфазный двухполупериодный выпрямитель 8, к выводам выпрямленного напряжений которого подключена нагрузка 9.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход устройства переменного питающего напряжения U в цепи, образованной обмоткой 2, конденсатором 4 и первичной обмоткой 3, возбуждаются феррорезонаисные колебания, в результате чего магнитные потоки Ф-) ,Ф2 индуктированные токами обмоток 2 и 3, насыщают крайние стержни трансформатора Ч.имегэт в среднем стержне одинаковые направление и сдвигаются относительно друг друга по фазе на угол, зависящий от параметров магнитопровода, числа витков первичных обмоток 2 и 3, а также емкости конденсатора 4,

Магнитный поток Фч (фиг.1) левого стержня магнитопровода разделяется на две части: основную часть потока . Ф-t , которая замыкается через средний стержень, и проникающую часть Ф$1 , которая-замыкается череу правый стержень и направлена навстречу потоку Ф2 этого стержня. Соответственно магнитный поток Ф правого стержня также разделяется на основную часть Фа1 , замыкающуюся через средний стержень, и проникающую часть Ф52 , замыкающуюся через левый стержень магнитопровода и направленную навстречу потоку Ф1 этого стержня.

Так как проникающие потоки Ф51 и Фз2 протекают по насыщенным крайним стержням магнитопровода, намагничивают

материал магнитопровода при переходе через средний стержень в направлении неблагоприятного намагничивания и навстречу потокам крайних стержней Фт , Фа то они и наводимые ими части напряжений US1,

Фз2 в первичных обмотках 2 и 3 будут намного меньше, чем основные части потоков ФьФ2, и соответственно наводимые ими части напряжений первичных обмоток Ui1,

U21.

В .соответствии с фиг.1 и 2 векторы потока Фч левого стержня и наведенного им напряжения Си первичной обмотки 2 могут быть найдены из выражения

Ф1 Ф1 -МФз1 ,

Ui-Ui +Us1-US2.(1)

Векторы потока правого стержня Фа и наведенного им напряжения U2 первичной обмотки 3 находятся из выражений

. +J$s2- $s1 .

U2 U2 +US2-Usi.(2)

а вектор магнитного потока среднего стержня равен сумме основных астей потоков левого и правого стержней + .

Напряжение LM вторичной обмотки 7,

пропорциональное суммарному потоку сред его стерж.ня, находится из выражения U4 Ui1 + U2.1 (3)

При суммировании вольт-амперных ха- рактеристик контура (фиг.З), образованного

обмоткой 2 и конденсатором 4 на левом стержне магнитопровода (Ui1 + Usi 1(0, кривая a i ш фиг.З), и индуктивного элемента, образованного обмоткой 3 на правом стержне магнитопровода (Ua1 + US2 f (I); кривая

б на .3 с вольт- амперными характеристиками напряжений, наведенных проникающими магнитными потоками Ф81 и Ф$2 соответственно в лейом (US1 i(l), кривая в) и правом (Us2 i (I), кривая 2 на фиг.З)

стержнях магнитопроводз в соответствии с выражениями (1) и (2), напряжения U i, Ш на первичных обмотках 2 и 3 левого и правого стержней, а следовательно, и напряжения Уз, Us вторичных обмоток 5 и 6 Ui i(l),

U2 i 0)- Уз f (I), Us f (i), соответственно кривые д, ж, з, е (фиг.З) почти не зависят от величины протекающих в них токов и остаются почти неизменными при изменении величины питающего напряжения U во всей

зоне существования устойчивых ферроре- зонансных колебаний.

Стабильность напряжения LM расположенной на среднем стержне магнитопрово- да вторичной обмотки 7, найденного в соответствии с выражением (3) (U/j {()), кривая и), определяется степенью насыщения среднего стержня магнитопровода магнитными потоками Oi + Фа1 в меньшей мере, чем крайних стержней.

Однако, как показали эксперименты, благодаря жесткой стабилизации напряжений вторичных обмоток 5 и 6 (соответственно Us и Us), выходное выпрямленное напряжение Ud на нагрузке 9, снимаемое с клемм двухполупериодного трехфазного выпрямителя 8 остается стабильным как при изменении питающего напряжения U, так и при изменении тока нагрузки Id (Ud I (I), кривая к).

Числа витков первичных обмоток 2 и 3 и емкость конденсатора 4 подбираются такими, чтобы обеспечить при номинальной нагрузке сдвиг по ф азе между векторами магнитных потоков Фт,Ф2 крайних стержней и наведенными ими напряжениями Ui, Ua первичных обмоток 2 и 3 на угол, близIn , кии к , благодаря чему углы между веко-и- .-яторами напряжений Уз, U4 и Us вторичных

обмоток 5-7 тоже близок к

2ж

-у-, чем достигается минимальный коэффициент пульсаций выпрямленного выходного напряжения Ud.

Обмотка 3 на правом стержне магнитопровода за счет ее работы в насыщенном режиме представляет собой индуктивный балластный нелинейный элемент, реактивное сопротивление которого обусловлено его динамической магнитной проницаемостью.

При превышении входным током I своего номинального значения правый стержень магйитог роеода насыщается по нелинейному закону, сопротивление балластного элемента уменьшается, следовательно, напряжение U2 обмотки 3, представляющее собой падение напряжения на этом балластном элементе, возрастает меньше, чем это было бы при линейном режиме его работы. За счет этого напряжение Ui обмотки 2, представляющее собой падение напряжения на феррорезонансном контуре, получает дополнительное нелинейное приращение, конденсатор 4 этого колебательного контура получает меньшую часть энергии, поступающей от питающей сети, уменьшаются потери активной энергии в обмотках устройства, что ведет к повышению КПД.

Таким образом, применение в предлагаемой схеме в качестве насыщающегося нелинейного элемента трансформатора с

броневой магнитной системой, у которого сечение среднего стержня в два раза больше сечений крайних стержней, совмещение на магнитопроводе этого трансформатора феррорезонансного колебательного контурай нелинейного индуктивного балластного элемента приводит к повышению КПД устройства.

Кроме того, благодаря особенностям феррорезонансных колебаний в, схеме, срывающимся при коротком замыкании в нагрузке, токи короткого замыкания в элементах устройства имеют значения, незначительно превышающие номинальные, что позволяет обходиться без соответствующих специальных защит.

Формула изобретения Источник питания постоянного напряжения, содержащий трансформатор, первая первичная обмотка которого одним выводом соединена с первым входным выводом для подключения однофазного источника питания, а выходная обмотка трансформатора соединена с выводами для подключения нагрузки через трехфазный

выпрямитель, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации выходного напряжения и увеличения КПД, магни- топровод трансформатора выполнен трехстержневым, причем средний стержень

выполнен с удвоенным поперечным сечением относительно крайних стержней,, на одном крайнем стержне расположена первая первичная обмотка, на другом крайнем стержне - г,веденная вторая первичная обмотка,

последовательно-встречно соединенная с первичной обмоткой и свободным выводом подключенная к второму выводу для подключения однофазного источника питания, при этом параллельно первой первичной обмотке подключен введенный конденсатор, образующий с ней феррорезонансный контур, а выходная обмотка выполнена в виде трех вторичных обмоток, расположенных на трех стержнях магнитопрЬвода соответственно и соединенных по схеме звезда.

-и/ -ли

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является обеспечения стабилизации выходного напряжения и повышение КПД. Поставленная цель достигается тем, что магнитопровод трансформатора 1 выполнен трехстержневым. Первичные обмотки 2 и 3, соединенные последовательно- встречно, расположены на крайних стержнях. Вторичные обмотки 5-7 расположены на трех стержнях и через трехфазный выпрямитель 8 соединены с нагрузкой 9. При этом напряжение на обмотке 2, представляющее собой падение напряжения на феррорезонзнсном контуре, получает дополнительное нелинейное приращение за счет нелинейного характера балластного элемента. Конденсатор 4 получает меньшую часть энергии, поступающей от питающей сети, что ведет к уменьшению потерь активной энергии в обмотках устройства. 3 ил. / СП С

Vug. г