Способ формирования постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/217 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания, электропривода, электросварки и других устройствах, потребляющих электроэнергию от промышленной сети.

Известные сетевые выпрямители обычно выполняются с емкостным выходным фильтром.

В таких выпрямителях ток, потребляемый из сети во время заряда конденсатора фильтра, имеет длительность менее длительности полу- пер иода (определяется внутренним сопротивлением источника питания), соответственно, большую амплитуду.

Остальное время полупериода - происходит разряд конденсатора на нагрузку.

Поэтому его емкость должна быть достаточно большой (2-3 тыс.мкФ на 1 кВт). В таких выпрямителях для ограничения амплитуды зарядного тока конденсатора фильтра применяется узел ограничения тока в виде пускового резистора, шунтированного тиристором, автоматически открывающимся по окончании пуска. Зто приводит к усложнению устройства и к снижению его КПД.

М

4 Ю

ь

00

Известны сетевые выпрямители с ограниченным пусковым током, в которых входное напряжение трехфазной сети выпрямляют и повышают до пос- g тоянного уровня с помощью повышающего однотактного ключевого преобразователя, на управляющий ключ которого подают широтно-модулированные импульсы управления повышенной частоты. Q

Данный преобразователь имеет ограниченное применение, т.к. трехфазная входная сеть 220/380 В используется только для мощных потребителей (свыше 2 кВа).

Наиболее близким к предлагаемому является способ при котором выпрямляют и повышают входное напряжения, но питание осуществляют от однофазной сети, а импульсы управления силовым «п ключом моделируют по ширине на повышенной частоте в функции odUBx - fli,

где U

вх

вх

и

-входные напряжения и

-постоянные коэффициток, оЈ енты.

Недостаток известного способа (3) выбранного за прототип, состоит в том, что проходящий через выходной конденсатор фильтра ток имеет синусо

(1-L- U ии

sin

2 Cct/f

в каждом

5

п

5

полупериоде исходного напряжения.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит входной мостовой выпрямитель 1, на выходе которого включен однотактный повышающий преобразователь, состоящий из дросселя 2, силового транзистора 3, диода k, конденсатора 5 и блока уп- :равления 6.

Блок управления 6 состоит из предусилителя 7, управляемого компаратором 8. К одному входу компаратора 8 подключен выход входного делителя напряжения 9, а к другому входу подключен выход генератора пилообразных напряжений 10. Генератор 10 управляется усиленным разностным сигналом с выхода измерительного органа напряжения 11, один вход которого соединен через выходной делитель 12 с цепью нагрузки 13, а к другому входу подключен элемент опорного напряжения И.

Использование: изобретение может быть использовано в системах вторичного электропитания, электропривода, электросварки и других устройств, потребляющих электроэнергию от промышленной сети. Сущность изобретения: способ состоит в том, что на силовой транзистор 3 повышающего одноконтактного преобразователя подают импульсы управления, широтно- модулированные по синусоидальному закону. При этом на выходе преобразователя формируется постоянное напряжение, несколько превышающее амплитуду сетевого напряжения. Это позволяет снизить величину тока, проходящего через конденсатор 5 преобразователя, уменьшить габариты, массу и .стойкость силовых конденсаторов. 2 ил. 1Л С

идальную форму с удвоенной частотой сети и амплитудой, равной току на рузки.

Вследствие этого емкость конденсатора составляет для сети 220 В; 50 Гц примерно 1000 мкФ/кВт, а его масса 0,8 кг/кВт (для К50-27, «50- 32). Поскольку остальные элементы , повышающего преобразователя работают на повышенной частоте (10-20 кГц), их масса существенно меньше. Следовательно и габариты и масса устройства в целом определяются в основном конденсаторами.

Цель изобретения - уменьшение мас

сы и габаритов.

Эта цель достигается тем, что в способе формирования постоянного напряжения, при котором исходное переменное напряжение с частотой сети fc выпрямляют и повышают до пос- тоянного уровня UH , превышающего ам- плитуду входного напряжения Um, с помощью однотактного повышающего преобразователя, на силовой ключ которого подают широтно-модулированные импульсы управления повышенной частотыj f У, при этом длительность импульсов управления trt модулируют в функции

0

5

.п

5

Процесс формирования постоянного напряжения происходит следующим образом.

Выпрямленное входным выпрямителем 1 (фиг.1) полусинусоидальное сетевое напряжение U6X (фиг.2а),поделенное делителем напряжения 9, сравнивается с пилообразным напряжением U c помощью компаратора 8.

Генератор пилообразного напряжения 10 работает на повышенной частоте fy (несколько кГц). В результате

сравнения сигналов и

вх

и

ии на вы55

ходе компаратора 8 формируются широт- но-модулируемые импульсы повышенной частоты, причем модуляция выполнена по закону

(1- и п иг

sin2 и f.

t)/f

3

- напряжение, пропорциональное амплитуде сетевого напряжения, т.е. U, K,Um; - напряжение, пропорциональ - ное выходному напряжению

Ub К2ин e Wm причем должно быть Ug. U

51777218

- коэффициенты пропорциональсяна В ра фи

ности.

Амплитуда пилообразного напряжения Un либо -лоддерживается стабильной, либо корректируется посредством измерительного органа 11 в зависимости от заданного с помощью эле - мента опорного напряжения 1А уровня. Вследствие этого глубина модуляции автоматически регулируется, поддерживая стабильным выходное напряжение на заданном уровне. Это объясняется тем, что коэффициент передачи по напряжению повышающего преобразователя

и6ы/

6Х

-Г

где

t.f,

- относительная длительность открытого состояния силового транзистора. Следовательно, при указанном законе формирования что

tu с учетом того,

Umsin

2/V ,. к f,

t,

получим, что

и«ыхв

ит ки

т

Кг-Кз Ff

где К - постоянный коэффициент,

определяющий глубину модуляции.

Диаграмма U 6ЫХ показана на фиг.2 В начале и конце полупериода напряжение снижается до нуля так как при г близких к единице имеется значение К Mcut, равное примерно 3-5, в зависимости от добротности дросселя 2.

Ток конденсатора 5 определяется переменной составляющей выходного напряжения (заштриховано на фиг.2в). В прототипе ток конденсатора фильтра в 6-8 раз больше (показан на фиг.2,в пунктиром).

Поэтому при предложенном способе уменьшены в 6-7 раз габариты, масса и стоимость силовых конденсаторов.

Если в нагрузке допустимы кратковременные (до 10% длительности периода) снижения напряжения, напри- мер,-для сварочного выпрямителя,то конденсатор 5 выбирается из расчета сглаживания пульсации только частоты fu и его емкость выбирается еще на порядок меньшей.

Формула изобретения

Способ формирования постоянного напряжения, при котором исходное переменное напряжение с частотой сети fc выпрямляют и повышают до постоянного уровня UH превышающего амплитуду исходного напряжения и, с помощью однотактного повышающего преобразователя, на силовой ключ которого подают широтно-модулированные импульсы управления повышенной частоты Јм отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, длительность импульсов управ

ления tY модулируют по закону

п Л. 2 и f r

t)/f4

Q

Сеть

s lc(npomomun) I ,

s //.....1

4 4

xJLx . t