Преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относитсй к электрртехнике и может найти применение в схемах выпрямл1еиия переменного напряжения, в частности, для вторичных источников питания.5

ЦелыЬ изобретения является улучшение формы потребляемого тока.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя с вспомогательной обмоткой; на фиг.2 - то же, с дополнитель; 10 ной обмоткой (в общем случае N 1, где М количество дополнительных обмоток); на фиг.З и 4 - временные диаграммы токов в предлагаемом преобразователе; на фиг.5осциллограмма потребляемого тока в маке- 15 те преобразователя.

Преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное (фиг.1) содержит трансформатор 1с первичной обмоткой 2 для подключения к источнику вы- 20 прямляемого напряжения и вторичной обмоткой 3 с отводом 4 от середины ее витков, крайними выводами 5 и 6 и симметричными отводами 7 и 8, дроссель 9, обмотка которого снабжена выводами 10 - 13, при- 25 чем выводы 10, 12 и 12, 13 образуют соответственно первую и вторую основные обмотки, а выводы 13 и 11 - вспомогательну.ю обмотку, конденсатор 14, включенный между первым выводом 10. (являющимся 30 первым выходным выводом преобразователя) первой основной обмотки дросселя 9 и отводом 4 (являющимся вторым выходным выводом) вторичной обмотки 3 трансформатора, основные встречно включенные дио- 35 ды 15 и 16, включенные между крайними выводами 5 и 6 вторичной oбмotки Зтрансформатора1 и общим выводом 12 основных обмоток дросселя 9, и вспомогательные диоды 17 и 18, включенные между симметрич- 40 ными отводами 7 и 8 вторичной обмотки 3 и выводом 13 обмотки дросселя 9. Отвод 4 обмотки 3 через дополнительнь1й диод 19 соединен со свободным выводом 11 общей обмотки дросселя 9. Выходом устройства 45 являются клеммы конденсатора 14, к которым подключается нагрузка (RH на фиг.1). В общем случае диод 19 и соединенная с ним вспомогательная обмотка могут отсутствовать (как показано, например, на фиг.2, где 50 обмотка с числом витков Wi) является дополнительной обмоткой).

Принцип работы предлагаемого преобразователя Основан на постоянстве величины намагничивающей силы в дросселе (F 55 ) за время, равное полупериоду выпрямляемого напряжения. Поэтому при переключении (с помощью диодов) числа витков в общей обмотке дросселя происходит изменение величины тока 0). поскольку значение F не изменяется за полупериод выпр ямляёмого напряжения.

Преобразователь однофазного:переменного напряжения в постоянное работает следующим образом.

При отсутствии напряжения на входе преобразователя (выпрямителя), т.е. когда мгновенное значение (Ui Umslo fot) входного напряжения равно нулю, все диоды (кроме диода 19) закрыты, т.е. находятся под обратным напряжением, равным напряжению на выходе (на RH).

По мере увеличения мгновенного значения Ui Umsin (У t до величины, когда напряжениемежду отводами 4-7 (или 4 - 8) вторичной обмотки становится больше напряжения на выводах 11 - 13 вспомогательной обмотки дросселя, диод 17 (или 18) открывается, а диод 19 закрывается. Ток в обмотке дросселя, протекавший ранее через всю обмотку дросселя с числом витKoeWi W,+W2+W3, где Wi, W2, W3-4MC/ia витков обмоток, образующих общую обмотку дросселя, с этого момента протекает чет рез часть о бмотки (между выводами ) С меньшим числом витков Wii W2+Wa. При этом амплитуда тока в дросселе увеличивается с 1| до hi (фиг.З) и этот ток трансформируется в первичную обмотку трансформатора 1. Лмплитуда тока в этот момент (фиг.4) равна:

121 III,

где m - число витков первичной обмотки 2 трансформатора ;

П2- число витков между отводами 4 - 7 (или 4-8) вторичной обмотки 3 трансформатора 1.,

При дальнейшем увеличении мгновенного значения выпрямляемого напряжения, когда напряжение между отводами 5- 7(или 6 8) обмотки 3 (фиг.1) становится больше напряжения между выводами 12 -13 второй обмотки дросселя 9,диод 15 (или 16) открывается, а диод 17 (или 18) закрывается. Ток в дросселе в этом случае протекает через первую основную обмотку дросселя с меньшим числом витков (WG). С этого момента амплитуда тока в дросселе становится равной liji (фиг.З), а амплитуда тока в первичной обмотке трансформатора (фиг.4)

П2 + ПЗ , 131 .- 1||1..

П1

Такая величина тока существует в схеме до тех пор, пока Мгновенное значение выпрямляемогонапряжения, уменьшаясь (с увеличением значения ол л:/2); не станет на отводах 5 -.7 или 6-8 трансформатора 1 меньше напряжения на выводах 13 - 12 второй основной обмотки дросселя (с числом витком W2),,после этого диод 15 или 1&3.8крывается и тОк протекает через открывшийся диод 17 или 18 и часть обмотки (между выводами 13 - 10) дросселя 9 (с числом витком Wii W2 + Wa). Величина тока в дросселе 9 и трансформаторе 1 соответственно уменьшаются до величин in и l2i. При дальнейшем уменьшении мгновенного значения напряжения Ui происходит выключение диода 17 или 18 и включение диода 19. С этого момента времени ток в дросселе протекает по полной обмотке с числом витков Wi Wi н- W2 + VVa, а его величина Становится равной h. Ток в обмотках транс.форматора исчезает и в его кривой появляется нулевая ступень. При отсутствии диода 19 (фиг.2) кривая тока нулевую ступень не имеет. Таким образом, форма потребляемого тока приближается к синусоиде, причем чем больше сделано выводов в обмотке дросселя и отводов во вторичной обмотке трансформатора (с соответствующим увеличением числа диодов), тем больше образуется ступеней в кривой потребляемого тока. В схеме, приведенной на фиг.1, число ступеней (для упрощения описёния) выбрано равным пяти, за полуперйрд выпрямляемого напряжения, причём использован .оптимальный способ построения ступенча той кривой с неразномерным шагом квантования. Поэтому переключение чисел витков производится при значении on, равном 14, 45,4°; 134,6° ,и 165,6°. В этом случае отношение 131 sin 67,6° gg 21 Sin 29,9° а соотношение витков вторичной обмотки трансформатора (п) и обмОтки дросселя (W) выбрано следующим:i .66: Wi -Ь W2 4- Ws W3 W2+W3 1.02. При ЭТОМ 21 (W2 + W3) - 131 W3 П2 +ПЗ || (Wi + W2 + W3) hi (W2 + W3) liiiWg F. Разложение в ряд Фурье кривой потребляемого тока показывает, что наиболее низкие гармоники 3,5 и 7 имеют амплитуду не более 4%, а наибольшую амплитуду имеют 11 и 13 гармоники (до 10%). При Этом коэффициент гармоник в кривой тока составляет 15%. В предлагаемой схеме фреобразователя за счет лереключения чисел витков в обмотках дросселя выходное напряжение увеличивается на 12% по сравнению « выходным напряжением стандартного LCфильтра.Таким образом, в предлагаемом преобразователе формируется более плавная кривая потребляемого тока, чем в известных, которая (за счет увеличения числа отводов в обиотках и диодов) может 6Mtb приб г1ижена к синусоиде с заранее здданны 4и искажениями. Так, при увеличении выводов в обмотке дросселя на 1, и отводов (и диодов) вторичной обмотки на 2 (симметричных относительно средней точки) коэффициент гармоник уменьшается до 11,4%, а амплитуды гармоник 3,5,7,9 и 11 не превышают 2%. Амплитуды 15 и 17 гармоник (которые имеют наибольшие из высших амплитуды) не превышают 7% и т.д По предлагаемой схеме (фиг.1) был собран макет преобразователя. При напряжении питания 40В Частоты 1000 Гц выходное напряжение было выбрано 50 В. Выпрямитель работал на нагрузку RH 49 Ом. Он был собран на трансформаторе ОЛ40/64-32 с обмотками: щ 70 витков, пг 84 витка, витка и дросселе ШЛ25х32 собмотками Wi - 140 витков, W2 128 витков, W3 160 витков С использованием диодов 2Д213А. Осциллограмма потребляемого тока приведена на фиг.5. При зтом/эффекTviBHoe значение потребляемого тока равнялось 1,38 А. Формула изобретен 1. Преобразователь однофазного пере 4eннoгo напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника питающего напряжения, а крайние выводы для его вторичной обмотки, выполненной с отводом от середины ее витков, соединены между собой через два встречно включенных основных диода, два вспомогательных и один дополнительный диоды, включенные в том же направлении, что и основные диоды, дроссель с двумя основными обмотками, один из выводов первой обмотки которого соединен с первым выхОдйым выводом для подключения нагрузки и выводом первой обкладки конденсатора, вывод второй обкладки-которого соединен с указанным отводом вторичной обмотки трансформатора, образующим второй выходной вывод, о т л ича ющийсятем, что,сцельюулучшения формы потребляемого тока, в него дополнительно введены 2N вспомогательных диодов, дроссель снабжен N дополнительными обмотками, вклю|)енными совместно с основными обмотками последовательно-согласно, образуя обмотку с соответствующими выводами, а вторичная обмотка трансформатора Снабжена симметричными относительно указанного отвода дополнительными 2(N + 1) отводами, при этом общая точка соединения основных диодов подключена к общему выводу основных обмоток дросселя, а упомянуть{е

, W

симметричные отводы вторичной обмотки трансформатора через вспомогательные диоды подключены к соответствующим выводам общей обмотки дросселя.

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что дроссел ь снабжен вспомогательной обмоткой) включенной последовательно-согласно с N-й дополнительной обмоткой; свободный конец которой через

дополнительный диод подсоединен к указанному отводу от середины витков вторичной обмотки трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качествевторичного источника электропитания. Цель изобретения - улучшение формы потребляемого тока. Преобразователь однофазного переменного напряжения -в. постоянное состоит из трансформатор^ первичная обмотка 2 которого подключена к однофазному источнику переменного то^ ка, а вторичная обмотка 3 выполнена с симметричными относительно среднёгр вывода ' 4 отводами 7 и 8. Крайние выводы 5 и 6 вторичной обмотки 3 и ее отводы через OQ-. новные 15 и 16, вспомогательные 17 и 18 и дополнительный 19 диоды соединенЬ1 с соответствующими выводами общей обмотки : дросселя 9. При этом отводы 10,12 и 12,13 дросселя 9 образуют первую и вторую ос-, новные обмотки, а отводы 13 и 11 - дополнительную обмотку дросселя 9. Указанное выполнение устройства позволяет формировать плавную кривую потребляемого тока, близкую к. синусоиде, с заранее заданными искажениями за счет возможности переключения чисел витков в обмотках дросселя. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.слс"МI:3