Сетевой выпрямитель Советский патент 1992 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при создании полупроводниковых преобразователей переменного тока в постоянный в источниках вторичного электропи- тания.

Известен сетевой выпрямитель, подключаемый к сети через первичные обмотки трансформаторов тока и содержащий мостовой выпрямитель, выход которого соеди- нен через сглаживающий реактор и диод с нагрузкой, параллельно которой подключен сглаживающий конденсатор. Напряжение на выходе выпрямителя регулируется с помощью регулятора параллельного типа, вы- полненного на силовом транзисторе, подключенном между точкой соединения сглаживающего реактора с диодом и нулевой шиной. Управление силовым транзистором осуществляется с помощью широтно-импульсного модулятора по сигналу рассогласования, получаемого при сравнении выходного напряжения и напряжения вторичной обмотки трансформатора тока с упорным сигналом.

Однако несмотря на то, что такое устройство позволяет регулировать напряжение на ,стороне постоянного тока, его энергетические и массогабаритные показатели остаются низкими.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сетевой выпрямитель, содержащий трехфазный ти- ристорный мост и два однотактных выпрямителя. Входы тиристорного моста подключены к фазам сети, а выходы - к нагрузке. Управление мостом осуществляется посредством любой из известных систем управления, неизменным составным элементов выходного каскада каждой из них является импульсный трансформатор, обеспечивающий гальваническую развязку системы управления и силовой схемы. Каждый из однотактных выпрямителей выполнен на разнополярных транзисторах и входами соединен с фазными входными выводами, а пара выходов, один из которых образован балластным сопротивлением, включенным последовательно к общей точке соединения эмиттеров транзисторов, а второй - входным выводом для подключения нуля питающей сети, являются выводами для подключения дополнительной нагрузки, при этом базы каждого из транзисторов однотактных выпрямителей подклю- чены к соответствующему фазному входному выводу через цепи управления, состоящие из последовательно соединенных базового сопротивления и двух параллельных цепочек состоящих из двух

соединенных последовательно и согласно фотодиодов оптопар, излучающие диоды которых последовательно-параллельно соеди- нены с вторичными обмотками трансформаторов тока, одни концы первичных обмоток которых соединены с двумя другими фазами сети, а вторые - с соответствующими входами трехфазного мостового тиристорного выпрямителя, причем свободный вывод цепи управления, образованный резистором, является соответствующим входом однотактного выпрямителя.

Известный выпрямитель при постоянной нагрузке силового тиристорного моста имеет лучшее значение коэффициента мощности, чем указанное устройство. Однако наличие в схеме трансформаторов тока и большого количества оптоэлектронных элементов отрицательно влияет на массогабаритные показатели, стоимость и надежность устройства управления транзисторами однотактных выпрямителей. К тому же каждый трансформатор тока, находящийся под импульсным током, является источником электромагнитных помех.

Цель изобретения - уменьшение массо- габаритных показателей.

Каждый свободный вывод цепи управления соответствующим транзистором од- нотэктного выпрямителя, образованный соответствующим фотодиодом, соединен с базой соответствующего транзистора, а светодиод каждой из этих оптопар соединен через токоограничивающий резистор с соответствующим выходом дополнительно введенного логического устройства, состоящего из шести RS-триггеров, входы которого ч®рез согласующие резисторы соединены с соответствующими выходами системы управления тиристорного моста таким образом, что выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора катодной группы моста, связанного с фазой А, через дополнительную обмотку импульсного трансформатора соединен с R-входом первого триггера и S-входом пятого триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора анодной группы моста, связанного с фазой А через дополнительную обмотку импульсного трансформатора, соединен с R-входом второго триггера и S-входом шестого триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора катодной группы моста, связанного с фазой В, через дополнительную обмотку импульсного трансформатора соединен с R-входом третьего

триггера и S-входом первого триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора анодной группы моста, связанного с фазой В, через дополнительную обмотку импульсного трансформатора соединен с R-входом четвертого триггера и с S-входом второго триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управ- ляющий электрод тиристора катодной группы моста, связанного с фазой С, через дополнительную обмотку импульсного трансформатора соединен с R-входом пятого триггера и S-входом третьего триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора анодной группы моста, связанного с фазой С, через дополнительную обмотку импульсного трансфер- матора соединен с R-входом шестого триггера и с S-входом четвертого триггера.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема сетевого выпрямителя; на фиг, 1 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Сетевой выпрямитель содержит трехфазный мостовой выпрямитель, собранный на тиристорах 1-6, выходы которого подключены к основной нагрузке 7, а входы - к фазам сети. Между каждой фазой и нулем сети включены два однотактных выпрямителя, выполненных на разнополярных транзисторах 8-10 и 11-13, базы каждого из которых подключены к одноименным фазам сети через управляющие цепи, состоящие из последовательно соединенных одного из сопротивлений 14-19 и соответствующего фотодиода оптопар 20-25 Излучающие диоды указанных оптопар подключены к выхо- ду логического устройства через токоограничивающие резисторы 26-31. В качестве логического устройства используются RS-триггеры 32-37.

Входными сигналами логического уст- ройства являются импульсы управления тиристорами силового моста, поступающие на его вход через согласующие резисторы 38- 43. Основное назначение логического устройства состоит в том, чтобы преобразовать кратковременные импульсы управления тиристорами в широтно-импульсные сигналы управления излучающими диодами оптопар для обеспечения необходимого алгоритма работы транзисторов дополнительных од- нотактных выпрямителей. Часть схемы, состоящая из транзисторов 44 и 45, балластных сопротивлений 46, 47 и устройств 48 и 49 управления, представляет собой, как и в известном устройстве, компенсационный стабилизатор непрерывного действия, осуществляющий стабилизацию напряжения на дополнительных нагрузках 50 и 51 соответственно.

Система 52 управления тиристорами основного выпрямителя может Выть построена по любому из существующих принципов, например многоканальная синхронная система с вертикальным управлением. При этом сигналы для управления логическим устройством снимаются с дополнительной обмотки импульсного трансформатора, установленного в выходном каскаде соответствующего канала управления тиристорами.

Сетевой выпрямитель работает следующим образом.

В соответствии с диаграммой входного напряжения выпрямителя Uc и алгоритмом работы системы 52 управления на интервале от 0 до (t ток основной нагрузки протекает через тиристоры 4 и 5 тиристррного выпрямителя (фиг. 2, id). Триггеры 32-34 и 37 находятся в единичном состоянии (фиг. 2, ийых32. ивых33. иВых34, UBBIX 37), а триггеры 35 и 36 - в нулевом (фиг. 2, Увых 35, ивых3б). Открыт транзистор 8 дополнительного выпрямителя. Через нето протекает ток idi (фиг 2)

В момент г/т система 52 управления тиристорного выпрямителя подает импульс на открытие тиристора 1 (фиг. 2, Uynp). При этом открывается тиристор 1 и закрывается тиристор 5. Одновременно импульс управления поступает на R-вход триггера 32, устанавливая его в нулевое состояние (фиг. 2, ивых32), и на S-вход триггера 36, переводя его в единичное состояние (фиг. 2, ивых3б). При этом оптопара 20, подключенная к выходу RS-триггера 32, обеспечивает закрытие транзистора 8, а оптопара 24 - открытие транзистора 10 дополнительного выпрямителя. Через транзистор 10 дополнительного выпрямителя протекает ток iai (фиг. 2).

В момент a) ta синусоида напряжения фазы С переходит через нуль в область отрицательных значений (фиг. 2). Соответственно, изменяется полярность напряжения, приложенного к эмитгерно-коллекторным цепям транзисторов 10 и 13. При этом закрывается транзистор 10 и открывается транзистор 13. Через транзистор 13 дополнительного выпрямителя протекает ток Id2 (фиг. 2).

В момент а) тз система управления формирует очередной сигнал на включение тиристора 6. В схеме силового тиристорного моста происходит открытие тиристора 6 и закрытие тиристора 4. При этом сигнал упавления поступает на R-вход триггера 37 и -вход триггера 35. Триггер 37 устанавливатся в нулевое состояние (фиг. 2, ивых37), а риггер 35-в единичное (фиг. 2, Увыхаз). При том закрывается транзистор 13 и открыватся транзистор 12.

В момент ft)t4 синусоида напряжения азы В переходит через нуль в область поожительных значений. При этом закрывается транзистор 12 и открывается ранзистор 9. Далее указанные процессы повторяются (фиг. 2). В результате каждый из транзисторов дополнительных однотакт- ных выпрямителей подключается к сети на ех интервалах, в течение которых силовой тиристорный выпрямитель не потребляет ток из соответствующей фазы сети. Таким образом , суммарный ток ic, потребляемый преобразователем при постоянной нагрузке, имеет практически синусоидальную форму (фиг. 2).

Предлагаемый сетевой выпрямитель обладает идентичными функциональными возможностям по сравнению с известным, в то время как его устройство управления однотактным выпрямителем, а следовательно, и сам сетевой выпрямитель имеют лучшие массогабаритные показатели и меньшую стоимость,

Формула изобретения Сетевой выпрямитель, содержащий си- ловой трехфазный управляемый посредством системы управления, имеющей в составе выходного каскада импульсный трансформатор, тиристорный мост, входы которого подключены к фазным входным выводам для подключения соответствующих фаз А, В, С трехфазной сети с нулевым проводом а выходы - к выходным выводам для подключения основной нагрузки, два трехфазных однотактных выпрямителя на разнополярных транзисторах1, каждый из которых входами соединен с фазными входными выводами, а пара выходов, один из которых образован балластным сопротивлением, подключенным последовательно к общей точке соединения эмиттеров транзисторов, а второй - входным выводом для подключения нулевого провода питающей сети, являются выводами для подключения дополнительной нагрузки, при этом базы каждого из транзисторов однотактных выпрямителей подключены к соответ вующе- му фазному входному выводу через управляющие цепи, включающие базовое сопротивление и фотодиод одной из опто- пар, соединенные последо вательно, причем свободный вывод цепи управления, образованный резистором, является соответствующим входом однотактного выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей,

импульсный трансформатор снабжен дополнительными обмотками, каждый свободный вывод цепи управления соответствующим транзистором однотактного выпрямителя, образованный соответствующим фотодио0 дом, соединен с базой соответствующего транзистора, а светодиод каждой из оптопар соединен через дополнительно введенный токоограничивающий резистор с соответствующим выходом дополнительно введенно5 го логического устройства, состоящего из шести RS-триггеров, входы которого через дополнительно введенные согласующие резисторы соединены с соответствующими выходами системы управления тиристорно0 го моста так, что выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора катодной группы моста, соединенного с фазой А. через первую дополнительную обмотку

5 импульсного трансформатора соединен с R- входом первого RS-триггера и S-входом пятого RS-триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора

0 анодной группы моста, соединенного с фазой А через вторую дополнительную обмотку импульсного трансформатора, соединен с R-входом второго PS-триггера и S-входом шестого RS-триггера, выходной каскад сис5 темы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора катодной группы моста, соединенного с фазой В, через третью дополнительную обмотку импульсного

0 трансформатора соединен с R-входом третьего RS-триггера и S-входом первого RS-триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора

5 анодной группы моста, соединенного с фазой В, через четвертую дополнительную обмотку импульсного трансформатора соединен с R-входом четвертого RS-триггера и с S-входом второго RS-триггера, выход0 ной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора катодной группы моста, соединенного с фазой С, через пятую дополнительную обмотку импульсно5 го трансформатора соединен с R-входом пятого RS-триггера и S-входом третьего RS-триггера, выходной каскад системы управления, формирующий сигнал управления на управляющий электрод тиристора анодной группы моста, соединенного с фазой С, через шестую дополнительную об- нен с R-входом шестого RS-триггера и с S- мотку импульсного трансформатора соеди- входом четвертого RS-триггера.

Использование1 в качестве источника вторичного питания. Сущность изобретения: устройство содержит трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах 1-6, входом соединенный с фазами А, В, С питающей сети, а выходом - с нагрузкой 7. Между каждой фазой и нулем питающей сети включены два однотактных выпрямителя, выполненных на разнополярных транзисторах 8-10 и 11-13, базы которых через управляющие цепи. состоящие из последовательно соединенных резисторов 14-19 и соответствующих фотодиодов оптоцц мг ю.. 1 Ь5 пар 20-25, подключены к соответствующим фазам питающей сети. Излучающие диоды оптопар подключены к выходу логического устройства на RS-триггерг х 32-37 через то- коограничивающие резисторы 26-31. Входы логического устройства через согласующие резисторы 38-43 соединены с соответствующими выходами системы управления тиристорами 1-6, включающей в выходном каскаде импульсный трансформатор с дополнительными обмотками, таким образом, что выход системы управления, подключенный к управляющему электроду n-го тиристора, соединен с R- входом n-го триггера и с S-входом т-го триггера (тип изменяются циклически От одного до шести, причем ). Такое выполнение устройства, обеспечивая потребление практически синусоидального тока, позволяет использовать минимальное количество оптоэлектронных приборов и исключить трансформаторы тока в схеме управления транзисторами однотактных выпрямителей. 2 ил. 51 + Ё сл sl о сл 00

и

XJX

t

о

о

л

4

56

77Ш ШЪ

ff

/1

/L

гш& ии

(,dt

гу/г

U)tg

A

/

bit bite

6

J3

к

D

с

о

(t

7

5г

ut

5- t

Ult9 U)t«

/ыЬву

Oltte

/- б

;

Ut

b)t

Ut

ut

bit

ut

u)t

X

f8

/

W

X

/9

tS.

at

ъ