Источник питания Советский патент 1992 года по МПК H02M7/12 

VJ

00

о о

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение для питания электрической энергией установок для плазменного нагрева и других электродуговых потребителей.

Известен источник питания, содержащий трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь, входные выводы которого являются входными выводами источника питания и подключены к сети переменного напряжения, трехфазный мостовой выпрямитель, выходные выводы которого являются выходными выводами источника питания, коммутатор с системой управления, причем дроссели индуктивно-емкост- ного преобразователя снабжены вторыми обмотками, которые соединены звездой и подключены к входным выводам мостового выпрямителя, а коммутатор подсоединен к выходным выводам индуктивно-емкостного преобразователя.

Недостатком указанного источника питания является ограниченность функциональных возможностей, вызванная невозможностью получения внешних ха- рактеристик в области ограниченной U 1 (относительное среднее напряжение на нагрузке, соответствующее у- относительная продолжительность замкнутого состояния коммутатора равна нулю) I 1 (относитель- ный средний ток в нагрузке, соответствующий у 1), т.е. -регулировать ток и напряжение в нагрузке при U 1 и 1 1 невозможно. Крометого, использование одной дополнительной обмотки дросселей ин- дуктивно-емкостного преобразователя приводит к противоречию в смысле обеспечения максимальных значений тока и напряжения на нагрузке (при работе источника питания в режиме источника на- пряжения) необходимо вполне определенное число витков вторичных обмоток дросселей, а для получения требуемого максимального значения тока в нагрузке (при работе источника питания в режиме источ- ника тока) иное число витков вторичных обмоток.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является источник питания, содержащий трехфазный индук- тивно -емкостной преобразователь, входные выводы которого являются входными выводами источника питания и подключены к сети переменного напряжения, причем дроссели индуктивно-емкостного преобра- зователя имеют вторые обмотки, которые являются токовыми обмотками (с малым числом витков), и третьи обмотки которые являются обмотками напряжения (с большим числом витков), неуправляемый мостовой выпрямитель, анодные вентили которого шунтированы тиристорами и входные выводы которого подсоединены к выходным выводам соединенных звездой вторых обмоток дросселей, управляемый мостовой выпрямитель, вход которого подключен к выходным выводам соединенных звездой третьих обмоток дросселей, коммутатор, подсоединенный к выходным выводам индуктивно-емкостного преобразователя, систему управления, выходы которой подключены к управляющему входу коммутатора и управляющим электродам тиристоров и вентилей управляемого выпрямителя, а выводы катодных и анодных групп выпрямителей образуют выходные выводы источника питания (2).

Недостатком данного источника питания является сложность, обусловленная наличием двух комплектов вторичных обмоток дросселей и коммутатора, что увеличивает массогабаритные показатели источника питания в целом.

Целью изобретения является упрощение источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что в источнике питания, содержащем трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь с трехфазным входом, соединенным с входными выводами для подключения трехфазной рети переменного напряжения и двумя трехфазными выходами, управляемый трехфазный мостовой вентильный выпрямитель, вход которого соединен с первым выходом индуктивно-емкостного преобразователя, а выход с выходными выводами для подключения нагрузки, неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, каждый из вентилей анодной группы которого зашунтирован встречно- включенным тиристором, причем вход неуп- равляемого выпрямителя соединен со вторым выходом индуктивно-емкостного преобразователя, а выход - с выходными выводами, а также систему управления, выходы которой соединены с управляющими электродами тиристоров и вентилей соответствующих в.ыпрямителей, причем индуктивно-емкостной преобразователь выполнен в виде трех дросселей с двумя обмотками каждый и трех конденсаторов, каждый из которых соединен с первой обмоткой соответствующего дросселя, образуя последовательную цепочку, соединенную с аналогичными двумя другими цепочками в треугольник, вершины которого образует указанный трехфазный вход преобразователя и вторые обмотки дросселей срединены в звезду, концы которой образуют указанный первый трехфазный выход преобразователя, причем указанный второй трехфазный выход индуктивно-емкостного преобразователя образован общими точками соединения первых обмоток ука- занных дросселей с соответствующими им конденсаторами.

На чертеже приведена блок-схема источника питания.

Источник питания содержит трехфаз- ный индуктивно-емкостной преобразователь 1, входные выводы которого являются входными выводами источника питания и подключены к сети переменного напряжения, управляемый трехфазный мостовой вы- прямитель 2, неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель 3, вентили анодной группы которого шунтированы тиристорами 4, 5 и 6, причем дроссели индуктивно-емкостного преобразователя имеют вторые обмотки 7, которые соединены звездой и подключены к входным выводам управляемого выпрямителя 2, систему управления 8, к выходам которой подсоединены управляющие электроды тиристоров 4, 5,6 и венти- ли управляемого выпрямителя 2, а выводы катодных и анодных групп выпрямителей 2 и 3 образуют выходные выводы источника питанил, подключенные к нагрузке 9, при этом входные выводы неуправляемого мое- тового выпрямителя 3 подсоединены к выходным выводам индуктивно-емкостного преобразователя 1. Система управления 8 может быть выполнена в виде двух систем импульсно-фазового управления 10 и 11 (аналогично известным), выходы которых подключены, соответствующим управляющим электродам вентилей выпрямителя 2 и тиристоров 4, 5, 6, причем на вход системы импульсно-фазового управления 10 посту- пает через ключевой элемент 12 сигнал задания Uai , а на вход системы импульсно-фазового управления 11 через переключающий элемент 13 поступают сигналы Usi и Us2 , при этом на управляющие входы элементов 12 и 13 поступает сигнал

Uy.

Источник питания работает следующим образом.

В исходном состоянии с блока задания (на рис. не показан) поступают сигнал Uy О и сигналы U31, Uz2, U32max на входы ключевого элемента 12 и переключающего элемента 13. При этом сигнал U31 соответствует сс 0 (угол регулирования выпрямителя 2), а сигнал U32 Цз2тах соответствует «2 0 (угол регулирования выпрямителя 3). Так как на управляющие входы элементов 12 и 13 поступает нулевой сигнал, что сигнал Uai, на

вход системы импульсно-фазового управления 10 не поступает, а на вход системы импульсно-фазового управления 11 поступает сигнал и32 и32тах (в исходном состоянии). Это обеспечивает, что управляемый выпрямитель 2 закрыт, а выпрямитель 3 шунтирован тиристорами 4,5 и 6, т.е. выход индуктивно-емкостного преобразователя закорочен, а нагрузка 9 обесточена. Если изменять 11з2. то изменяется угол регулирования «2 тиристоров 4,5 и 6, и по нагрузке 9 будет протекать ток 1 I0x (1-cos а2), где 0 - максимальное значение выпрямленного тока в нагрузке, определяемое параметрами индуктивно-емкостного преобразователя 1 (сопротивлениями его реактивных элементов).

При подаче с блока задания (условная единица) ключевой элемент 12 обеспечивает подачу на систему импульсно-фазового управления 10 сигнала U31, a переключающий элемент 13 (переключаясь из одного состояния в другое) обеспечивает подачу на систему импульсно-фазового управления 11 сигнала U32max- Подача на вход системы 11 сигнала U32max обеспечивает угол регулирования аг тиристоров 4,5 и 6 равным нулю, что приводит к шунтированию выхода индуктивно-емкостного преобразователя 1 через выпрямитель 3 и тиристоры 4, 5, 6. Шунтирование выхода индуктивно-емкостного преобразователя 1 приводит к тому, что первичные обмотки дросселей соединяются звездой и шунтируются конденсаторами. Такое соединение обеспечивает то, что дросселя индуктивно- емкостного преобразователя 1 работают как трансформаторы напряжения и на их вторичных обмотках 7 будет напряжение, которое определяется соотношением числа витков первичной и вторичной обмоток дросселей. Сигнал U31, поступающий на вход системы импульсно-фазового управления 10, обеспечивает подачу на управляющие электроды вентилей мостового выпрямителя 2 управляющих импульсов, что приводит к подаче на нагрузку 9 выпрямленного напряжения Uo, величина которого определяется соотношением числа витков первичной и вторичной обмоток дросселя. Если изменять Usi, то будет изменяться угол регулирования а , выпрямителя 2 и на нагрузке 9 будет напряжение U Uo COS a .

Если с блока задания будет поступать сигнал управления Uy в виде широтно-им- пульсного сигнала, который характеризуется относительной продолжительностью у (условная единица на входе), то в течение этого интервала времени к нагрузке 9 подключей источник напряжения, а в течение второго интервала времени (относительная продолжительность (1- у)) к нагрузке 9 будет подключен источник тока. При этом внешняя характеристика источника питания характеризуется следующими выражениями:U у U cos «1 + (1 -} ) (1 - cos ai) I0 RH;

(1-y)l0(1-cos«2), KH

,-XU.

где I - средний ток в нагрузке;

U - среднее напряжение на нагрузке, RH - сопротивление нагрузки.

Таким образом, предлагаемый источник питания позволяет регулировать ток и напряжение на нагрузке в областях U U0 и I |„; U Uo. и I 1„; U U0 и I 10 аналогично, что в устройстве-прототипе. Однако данный источник питания проще в своем построении и за счет исключения коммутатора и третьей дополнительной обмотки дросселя, а также за счет упрощения системы управления.

Формула изобретения

Источник питания, содержащий трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь с трехфазным входом, соединенным С входными выводами для подключения трехфазной сети переменного напряжения, и двумя трехфазными выходами, управляемый трехфазный мостовой вентильный выпрямитель, вход которого соединен с

первым выходом индуктивно-емкостного преобразователя, а выход - с выходными выводами для подключения нагрузки, неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, каждый из вентилей анодной группы которого зашунтирован встречновключен- ным тиристором, причем вход неуправляемого выпрямителя соединен с вторым выходом индуктивно-емкостного преобразователя, а выход - с выходными выводами, а также систему управления, выходы которой соединены с управляющими электродами тиристоров и вентилей соответствующих выпрямителей, причем индуктивно-емкостной преобразователь выполнен в виде трех дросселей с двумя обмотками каждый и трех конденсаторов, каждый из которых соединен с первой обмоткой соответствующего дросселя, образуя последовательную цепочку, соединенную с аналогичными двумя другими цепочками в треугольник, вершины которого образуют указанный трехфазный вход преобразователя, а вторые обмотки дросселей соединены в звезду, концы которой образуют указанный первый трехфазный выход преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения, указанный второй трехфазный выход индуктивно-емкостного преобразователя образован общими точками соединения первых обмоток указанных дросселей с соответствующими им конденсаторами.

Использование: изобретение может быть использовано для питания установок для плазменного нагрева и других электродуговых потребителей. Сущность изобретения: устройство содержит индуктивно-емкостной преобразователь 1, подключенный входом к сети переменного напряжения, а выходами - к управляемому 2 и неуправляемому 3 трехфазным мостовым выпрямителям. Вентили анодной группы неуправляемого выпрямителя зашунтиро- ваны тиристорами 4, 5, 6. Дроссели индуктивно-емкостного преобразователя 1 снабжены вторыми обмотками 7, соединенными в звезду и подключенными ко входу управляемого выпрямителя. Выпрямители по выходу соединены параллельно. Система управления 8 выходами соединена с управляющими электродами тиристоров устройства. Общие точки соединения первых обмоток дросселей индуктивно-емкостного преобразователя с конденсаторами подключены ко входу неуправляемого выпрямителя 1 ИЛ.lf