Устройство для уменьшения пульсаций на выходе выпрямителя Советский патент 1993 года по МПК H02M1/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в выпрямителях, работающих при широко изменяющейся нагрузке.. .

Известно устройство для ослабления пульсаций постоянного тока, содержащее сглаживающий дроссель, конец обмотки которого соединен с выходным выводом, а начало и отвод обмотки через управляемые ключи соединены с входным выводом. Конденсатор вклк5чён ежду выходными выводами. Выходы формирователей сигналов управления соединены с управляющими электродами управляемых ключей, а входы данного формирователя - непосредственно, а другого формирователя - через инвертор подключены к выходу компаратора, имеющего нулевой порог срабатывания, вход которого соединен с выходом интегратора, входы которого соединены соответственно с началом и концом обмотки дросселя. Выходной вывод объединен с входным выводом.

Недостатком данного устройства является сложность схематического решения, заключающаяся в необходимости применения специальной схемы для коммутациивы- ходов обмотки. Сложная конструкция дросселя требует достаточно большого количества витков и отвода, что в свою очередь, влечет за собой использование большого количества меди и, как следствие, увеличиваются массогабаритные характеристики.

Известен также индуктивный элемент, который может быть использован в устройстве для уменьшения пульсации на выходе выпрямителя, содержащий обмотку, размещенную на кольцевом магнитопроводе. Боковая сторона .поперечного сечения магнитопровода по его внутреннему диаметру выполнена меньше боковой стороны по внешнему диаметру магнитопровода, а торцовые1 стороны поперечного сечения выполнены выпуклыми по дуге. Полная двойная высота выпуклой области определяется из математического выражения.

Использование дросселей такого типа не позволяет изменять индуктивность в зависимости от тока нагрузки в требуемых пределах. При применении дросселя в устройстве для уменьшения пульсации, расчетная индуктивность для тока холостого хода оказывается либо резко меняющийся и недостаточной для фильтрации в выбранном диапазоне токов нагрузки, либо неконструктивной, ведущей к недопустимому увеличению массогабаритных характеристик, увеличению индуктивности

рассеяния, снижению энергетических показателей (снижение КПД).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для уменьшения

пульсаций на выходе выпрямителя (а. с. Мг 1387134, кл. Н 02 М1/14), содержащее две секции обмотки дросселя, расположенные на одном магнитопроводе. Последовательно с концом обмотки (секции) включен тири0 стор, последовательно с началом второй обмотки (секции) - другой тиристор. Между концом первой обмотки и началом второй обмотки включен третий тиристор. Первый и третий тиристоры соединены анодами,

5 второй и третий - катодами. При открытом состоянии первого и второго тиристора обмотки (секции) дросселя соединены параллельно, а при открытом состоянии третьего тиристора - последовательно. Параллельно

0 выходу устройства включена конденсаторная батарея.

Недостатком данного устройства является наличие двух обмоток дросселя и необходимость в специальном устройстве синхронной коммутации обмоток,

Целью изобретения является упрощение схемотехнического решения и уменьшение массогабаритных показателей при широко изменяющейся нагрузке.

0 Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для уменьшения пульсаций на выходе выпрямителя, содержащем входной, выходной и общий выводу для подключения соответственно выходного на5 пряжения выпрямителя и нагрузки, дрос- сель, включенный между выходным и общим выводами и конденсатор, включенный между выходным и общим выводами, дроссель выполнен в виде обмотки, разме0 щенной на сердечнике, представляющем собой двухслойную конструкцию, один слой которой выполнен из резко насыщающего материала большой проницаемости, например, из феррита, а другой из ненасыщающе5 гося, например МО-пермаллоя.

Подобная совокупность существенных признаков нами не обнаружена в патентных и других общедопустимых источниках информации, что позволяет сделать вывод о

0 соответствии заявляемого технического решения критерию новизна.

Выполнение дросселя в виде обмотки размещенной на сердечнике, представляю щем собой двухслойную конструкцию, одиг

5 слой которой выполнен из насыщающегося материала большой проницаемости, а дру гой из ненасыщающегося - обеспечивает появление в объекте новых положительных свойств: значительно упрощается принципиальная схема устройства и снижаются

массообъемные показатели, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию существенные отличия.

На фиг, 1 представлена конструкция дросселя фильтра, который состоит из двух сердечников 1 и 2 разных материалов: феррита (М-20) и МО-пермаллоя (марки МП 140) соответственно с размещенной по-верху обмоткой 3 из изоляционного провода.

На фиг. 2 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство работает следующим образом.. -

При нагрузках больших половины номи- нальной, доля индуктивности обмотки 3 (фиг. 1 и 2) от потока сердечника 1 становится минимальной и падение напряжения от переменной составляющей выпрямленного тока принимает на себя индуктивность об- мотки 3 от потока через сердечник 2, который выполнен из МО-пермаллоя, имеет относительно большую величину макси- мальной индукции и ненасыщается в рабочем диапазоне максимальных токов, тогда как сердечник -1 находится в это время в насыщенном состоянии..

При снижении нагрузки до уровня меньше половины максимального значения тока индуктивность обмотки 3 возрастает, т, к. намагниченность сердечника 1 уменьшается и индукция в нем имеет возможность изменяться в больших пределах, потоки перераспределяются между сердечниками, Крайне неблагоприятным режимом всякого фильтра в этом случае является режим холостого хода, т. к. он требует большой индуктивности, что ряде случаев неосуществимо простыми способами и ведет к повышению массогабаритных показателей, уменьше- нию энергетических характеристик устройства в целом.

В данном техническом решении эта индуктивность оказывается автоматически максимальной..

Жесткость внешней характеристики в динамическом режиме получается автоматически.

Величина суммарного потока зависит от степени подмагниченности сердечника 1 из феррита. Индуктивность обмотки в ма- лых полях максимальна, что соответствует режиму малых выходных токов, когда для пульсаций на выходе необходима максимальная индуктивность. В режиме больших токов сердечник из феррита насыщается и индуктивность достигает минимального значения. Полученной за счет цикла сердечника из МО-пермаллоя индуктивности оказывается достаточно для той же степени компенсации пульсаций.

Наличие сердечника из МО-пермяллоя позволяет получить индуктивный характер дросселя в целом, составляя активные потери в заданных пределах. В Электронной технике в автоматике, под ред. Ю.И.Конева, М. Советское радио, 1980, № 11, стр. 25-26, стр. 153-156 показаны оптимальные режимы дросселей, работающих в режиме подмагничивания.

К уз

VQo-K -R

Qc-Ho

Ic

где L - необходимое для эффективной фильтрации значение индуктивности;

К - нормирующий коэффициент;

1экв - эквивалентная магнитная проницаемость;

Qo, Ко, lo - площадь окна, коэффициент заполнения окна, средняя длина витка соответственно;

R. - сопротивление обмотки постоянному току;

Qo - площадь поперечного сечения сердечника;.

Но - напряженность постоянной составляющей поля;

10 - постоянная составляющая тока нагрузки.

Очевидно, что с возрастанием тока нагрузки необходимое значение индуктивности падает.

Величина минимальной индуктивности дросселя для эффективной фильтрации в режиме малых токов нагрузки характеризу Jn tumaxI

---- -5 Тется условием LI

0,11но.

где UH - напряжение на выходе фильтра;

tumax - максимальное значение длительности импульса при однотактном режиме работы преобразователя на выходе фильтра;

Ks-ftu,

где f - основная гармоника выходного частотного спектра преобразователя. Должна быть по возможности большой.

Известно, что сердечник без зазора из материала с большой проницаемостью из- за резкой насыщаемости для выполнения поставленной задачи имеет недопустимо большие массобъемные характеристики и уменьшает КПД всего устройства в режиме больших токов.

Задача оптимизации мэссообъемных характеристик решается в данном случае расчленением зоны возможных значений тока нагрузки на 2 участка: режим больших токов и режим малых токов. Д;;я режима

больших токов определяющим элементом фильтрации является индуктивность LI об- мотки,охватывающей сердечник, например, из МО пермаллоя, при этом напряженность постоянной составляющей поля может быть достаточной для насыщения сердечника с большой магнитной проницаемостью, например, из феррита, при этом выполняется условие

v-Ai tumax 1

U

L2.

нтах Кз - 1

В режиме малых токов определяющим является индуктивность La той же обмотки, но охватывающей сердечник с большой магнитной проницаемостью, например, изфер- рита,при этом напряженность поля меньше напряженности насыщения и выполняется условие:

L1 + U и.1 ,.

mmin I

Расчетная индуктивность, соответствующая номинальному току нагрузки, примерно в 4 раза меньше, чем в обычном фильтре, т. е. габариты дросселя уменьшаются. По отношению к прототипу отпадает необходимость в специальных коммутирующих схематических элементах и введения дополнительных обмоток, что упрощает конструкцию и снижает массообъемные показатели за счёт исключения коммутирующих звень- ев.

Формула изобретения Устройство для уменьшения пульсаций на выходе выпрямителя, содержащее

входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно выходного напряжения выпрямителя и нагрузки, дроссель, включенный между входным и выходным выводами, и конденсатор, включенный между выходным и общим выводами, отличающееся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей при изменении нагрузки в широком диапазоне и упрощения, указанный

дроссель выполнен в виде обмотки, размещенной на сердечнике, выполненном в виде двухслойной конструкции, в качестве одного слоя которой использован насыщающийся материал с большой магнитной проницаемостью, а в качестве другого слоя использован ненасыщающийся материал,

Использование: изобретение может быть использовано в выпрямителях, работающих при широко изменяющейся нагрузке. Сущность изобретения: устройство включает дроссель фильтра, состоящий из двух сердечников 1,2, составляющих два слоя, один из которых выполнен из насыщающегося материала с большой магнитной проницаемостью, например феррита, а другой - из ненасыщающегося материала, например МО-пермаллоя. Поверх этих слоев размещена обмотка 3 из изоляционного провода. Указанный дроссель включен между входным и выходным выводами, а между выходным и общим выводами включен конденсатор. Входной, выходной и общий выводы служат для подключения соответственно выходного напряжения выпрямителя и нагрузки. Указанное выполнение устройства обеспечивает его упрощение и улучшение массогабаритных показателей при широком диапазоне изменения нагрузки. 2 ил. ел С

фиг.1