Индуктивно-емкостный преобразователь источника напряжения в источник тока Советский патент 1976 года по МПК G05F3/06 H02M5/06 H05B7/18 

(54) ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБР-АЗОВАТЕЛЬ ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ В ИСТОЧНИК ТОКА чены во вторую диагональ, причем реактивные сопротивдегшя противоположных плеч ка: одого на мостов равны по величине и дроСнЬели противоположльЕХ плеч моста расположены на одном сердечнике, При небольших моцщостях нагрузки (от .сотен ватт до единиц киловатт) цепь с индуктивными элементами выполнена в вид двух разных дросселей, один из которых линейный, другой - нелинейный, а коммути рующий элемент блока коммутации включен между общими точками реактивных элеменi-OB в каждой цепи, В другом варианте предлагаемого преоб разователя цепь с индуктивными элементами выполнена в виде сднообмоточного и двухобмоточного дросселей, причем первичная обмо1ка двухобмоточного дросселя вкл чена последовательно с однообмоточным, у вторичная включена встречно-41аралпельно первичной через дополнительный коммутиру щий элемент блока коммутации. На фиг. .1, 2 и 3 1 редставлень три раз личных варианта предлагаемого преобра- аователя. Г1{1еобрг1аова1Ч:;ль (см. фш I) подключен к источнику 1 трехфазного напряжения и сос1х ит из двух paaiujix линейных двух- обмо1Х)чных дросселей в Фазе В,,обмотки каждого из которых 2, 3, 4 и 5 имеют одинаковое число витков и включены сог- ласлю чечг.1рех конденсаторов 6, 7, в, и 9 в фазе С, емкости которых попарно равны (в и и й) , двух блоков коммутации 10 ц 11 в фазах В и С с общей системой управления и нш-руз чной цеш 12, подклю нешюй к фазе А. Блок коммутации может быть выполнен ti виде полу11{)оводникового (тиристорного, симшггорного, транзисторного} ключа пере- MOHHOi o тока с системой управления 13, (.;инх{Ю1 изировш1ной по нагрузки или по одному иа нш1ряжений, действуюишх схеме, Цепи с иидукт1шиыми и емкостными элементами, включеш1ые в , реактивные (лучи) .звездь, выполнены в виде мос1Х вых CJiOM, образованных обмотками 2, 3, 4 и 5 дросселей в фазе В и конденсаторами 6, 7, 8 и 9 в ф(4зе С таким обрааом, что jieaKTMBHbJt,- сопротивленкн противоположных плеч каждого ita мостов по вепичине м с) 2 и 3, 4 и 5 дросселей проти воиииожпь1Х плеч моста в фазе В располо- жо1(1,1 и; одном сердёчникь. Причем одна auaruiiiinb каждой luj KJOCTOBUX схем включен в луч а1мэады, а к-оммутирующие элем .Ti.j 6iiOKf коммутации включены во вторую дИ.1 ОигДЛ|.. в непроводящем состоянии. коммутирую- щих элементов эквивалентные реактивные сопротивления индуктивной и е)у1костной цепей (фаз) схемы определяются реактивными элементами с большими сопротивлениями, а в проводящем состошши,, наоборот. - реактивными элементами с меньшими сопро |ТИвлениями. Следовательно, непроводя.щеког ;состоянию ключевых элементов соответст. вуют максимальное значение эквивалентных сопротивлений реактивных фаз схемы и мишшальйая величина тока нагрузки, а про водяшему-минимальные эквивалентные с( противления реактивных фаз и .максималь ная величина тока нагрузки, В обоиэс состояниях коммутирующих эле« ментов стабилиз1фующие свойства преобра зователя сохранйются при изменении сопро Т1шления нагрузки. Это достигается за счет того, что шодукт1тности обмоток , L д м ь J. линейных дросселей с взаимо-. индуктивной связью и емкости конденсаторов С,, С;|, Cg и С„ выбираются из сохра нения условий резонанса в п хзводящем и непроводящем соо.тоянуях ключевых элемен тов |-- постоянные коэффициенты., i При этом соотноще1гае между максимадьч МАкс минимальным „„„ значениями тока ншфузки Л (диапазон и краткость регулирования) определяется комбинацией параметров реактиыилх элементов с учетом сохранения условий ревонанса (l) - (З), т.вв i .выбором коэффициентов и |i по формулам (4) i I ; -. . ;.-- 5--, «---.. , « I С1 + й1.) () В варианте преобразователя, представлен .ного на фиг. 2, цепь с индуктивными эле- , ментами выполнена в виде последовательно соедине1шых линейного 14 и непинейио го 15 дроссепей, а цепь с емкостными элементами выполнена в виде поспедова.тельно соединенных конденсаторов 16 и 17. Блок коммутации 10 подключен между общими точками соедшгенных последоватедьпо,дросселей 14 и 15 и между общими то «сами соединешш1х послвдовател ло кон- денсаторов 16 и 17,

i В непроводящем состоянии ключевого элемента эквивалентные сопротивпе шя ре-ч активвьш фаз (пучей) звезды максимальны, Рток во всез -фазах схемы минимален, яепв 1нейныЙ дроссель 15 так же, как и линейны дроссель 14, работает в ненасыщенном ре- :жиме и реактивные элементы настроены в резонанс. В проводящем состоянии ключевого эле:мента структура схемы изменяется таким образом, что линейный дроссель 14 и кон денсатор 16 также настроены в резонанс, эквивалентные сопротивления реактивных фаз схемы минимальны, а ток во всех фа|зах максимален. Поэтому нелинейный дрос;сель 15 насыщается и образует совместно с ко денсатором 17 napa™eJ№HbiiijHe e30HaHCHyfl {контур, который оказывается включенным .последовательно с сопротивлением нагруз- :ки 13 в фазу А, так как прежняя нулевая точка звезды (общая точка элементов 12, 16 и 17) смещается в проводящем состо янии ключевого элемента в общую точку реактивных элементов 14, 15, 16 и 17, Стабильность тока нагрузки этого варианта схемы устройства сохра1шется в обоих граничных состояниях ключевого элемен та, так как индуктивность L ,. линейного дросселя 14 и индуктивность L нелииейного дросселя 15 в ненасыщенном режиме ,и емкости конденсаторов С,|/, и , выбираются из условий резонанса. (8) где oL постоянные коэффициенты. Диапазон регулирования тока нагрузки Ь этом случае равен мин I В варианте преобразователя, показшшо- ; 1го на фиг. 3, цепь с иядуктивыыми элемен тами выполнена в виде однообмоточного 14 JQ и двухобмоточнрго 18 дроссепей.- Первич- . ная обмотка 19-двухобмоточного дросселя вкпЮ1Чена последовательно с дрсхзселЙЫ а втс ичная 20 включена встречно паралпепьно первичной 19 через дополнительный й коммутщтующяй элемент блока юоммутвакя i В непровошпдем (разомкнуГйм) состойнии ключей Ю и 21 вторичная обмотка 20 |Двузюбмоточного щюссепя 18 обесточена. |а эквивалентная индуктивность поолеясйва- вО

:телы1о соединенных дросселя 14 и яервн д. ной обмотки 19 дроосепя в фазе В я ашй- ванентз1ая екгаостъ поспедоватецьао соеди-. ненных конденсаторе® 16 к 17 в фазе С схемы образуют резонаж:ный контур, ыастрроенный на- остот - jgrojggjJKajigmigfl 1. В проводаще (замкнутом) соотоянии ключей 10 и 21 изменяется структура схемы относителыго нелроводнщего состояния ключей таким образом, что нулевой точкой НБдяется общая точка дросселей 14 и 18 И конденсаторов 16 и 17 (вместо прежней нулевой точки О звезды в разомкнутом со- стоянии ключей), дроссель 14 в фазе В и гкрнде юатор 16 в фазе С оказыэаются на icipoeiiHbiMH в резонанс, а в фазу А схемы ЬЬ Ледоватепьно снш рузкой оказывается включегаа-лм некоторое реактивное сопро тшзление, равное эквивалентному со11ротив «ленкю всгаоченных параллельно двухобмоточ4 него дросселя 18 и конденсатора 17, Так как обмр1ки 19 и 20 дросселя 18 включены встречно-параллельно друг другу и в оШцемслучае могут быть разными, то личина эквивалентногосопротивления дроо- сепя 18 оказывается значительно меньще величины индуктивного сопротивления каждой его обмотки и величины емкостного сопротивления конденсатора. Поэтому парадлельный контур, образовшапый росселем 18 и ко}щенсатором 17 в замкнутом со- стоя1ши ключей, не оказывается настроен- HbiN(t в резона1Ю (не образуется фильтр- пробка), а эквивалентное реактивное сопротивление, вносимое в фазу нагрузки, достаточно мало. Если же обмотки 19 и 20 дросселя 18 одинаковы, то его эквива- лентная индуктивность минимальна ма мала) и равна Э1шивалентной щщуктивНости ргюсеяиия его обмоток. Практически в этом случае дроссель 18 шунтирует кон- деноатор 17 и в фазу нагрузки вносится весьма малое активное сопротивление параллельно включешштх обмотчж 19 и 20 этого дросселя. Следовательно, за счет иамененухя струкiTypbi схемьт сиюфогаго изменяются велиншы индy7i:т tвнoгo я емкостного сопротийпений реакткюмых эпемснтоз в двух ф«.увх трвх фазной звезды при сохранении условии ре- эонанса во всех cociOHfflfflx ключей, а нмеи но: при переходе ключей Ю и 21 яа fs&яровоазшего состряния в прюводяшее уменьшаются реажтшшые со1цх т дапе)Л1а фаэ В и С, вследствие чего увеличиваеачзя в Ьепй тгагрузюа, а его стабк.тьаость пракчя-. ||ески ocreei-Gs неаамвЕгкой. Индуктивности и емкости реакт1тиых элементов выбираются ио усаоЕяш реаонан- снбй Jiaci:j)ofiKH L,,C i, .. i: где сС Таким образом проводящему состоянию ключей соответствует мaкcимaль ioe, а непроводяшему-минималыюе действующее зна чение тока иш рузки. Диапазон регулирования токо}1а1рузки в этом случае равен: 1 oL «. всех вариантов схем рассмотренног преобразователя нроводяи:е у состоянию ключевых sneNieHTOB соответствует максимальная величина тока нагрузки, а непроводящему - минимальная. Во всех промежуточных состояниях ключевых элементов, состоящих из различных комбинаций временных интервалов проводящего и ненроводяиюг состояний (импульсов и пауз) и определяемых способом модуляции, ток нагрузки нзменяетс в пределах между минималышгм и максимальны значениями. Таким обргюом, все варианты схем предложенного преобр зователя позволяют плавно регулировать величш1у ixDita нагфузки в yKtuatiHHLJx iipoAenfvx. При этом диапазон ре1улирован щ величины Toica нагрузки онределяется вь бором парамет юв peiiKTHBjQjix элементов схемы, настроенных в резонанс для обоих граничюых состояний коммутирующих элементов. Как показали расчеты и эксперименты, кажД1)1й варкаит схемы предложенного пре- |образователя имеет свою целесообразную область применения. Формула изобретения 1. Ин|;уктивио-емкосттлЙ гфеобр аовател (Истошика н шрян« ния в источник , содерж щий для каждой фаз1.1 нагрузки цепи с ин- дуктщ«а 1ми и емшютиыми г лементами, наст1)оешЦ|1ми в резопшю иа частоте юшсй сети, соедшю1шые с выводами UJJH подключения нш руаки в авеаду, и блок, коммутации, соединешгый с реактивны ми эпемента1уШ и CHiixpoioio изменяющий их со1трот шпение при сохранении резонанса, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности регулировашш среднего значения тока, каждая указшшая цепь вы полнела в виде двух поспедоватедько сое-. дине1шых реактив1Ш1х элементов, а б док комк утации подключен к их обшей точке, 2,Преобразователь по п. 1, о т л и чающийся тем, что, цепк с индук™ тивными и емкостными элеме}{таг и выпоп-™ пены в Б1ще мостовых схем, од1-ш диагоиаяь каждой из которых включена в луч звезды, а коммутирующие элементы блока комк У таиди включены во вторую диагона1Ь, причем peaKTSiBjOjio согфот1шпения противоположных плеч каждого иа мостов paBtibi по величине и дроссели прот шополола1ь:х плеч моста расположены иа о.щюм сердечнике. 3,Г1р«юбразовато,ч.ь по п. 1, о т я и ч а ю 1U и и с я тем, что цепь с индукTHBHiiiMH зпементами выполнена в виде двух Pti3i{b x дросселей, одш1 из которых пилей- , а другой - нелшшйньп, а коммутирующий элемент блока KOMNiyTauHH вкгаочен между обидами точками реактивных элементов в цепи. 4,Преобразователь по п. 1, о т л и - чаюшийся тем, что коммутирую1Щ1й эле1,юнт,блока коммутакки между общими точками реакт тных эпемеитов в каждой цепи, а цепь с и1 Щкт1шными элементами вьпюлнена в виде однообмогх:1-июго и двухобмо1х чного дросселей, пр1«ем первич яая обмотка двухобмотгочного дроссепя вклю- чона последователыю с однообмоточным дроссе/шм, 1 вторичная В1шючена встречнопараллельно первичной через допопинтелыый коммутирующий элемент блока комк-гутаяия. 5,Преобразователь по пп 1,4, отличающийся тем, что обмотки двухоб моточного дросхгепя выполнего-л оди™ паковыми, 6,Преобразователь по пп. 1, 4, 5 о т - л и ч а ю ш и и с я тем, что обмотки обоих Щ-юсселей вьшолнень од1шаковыми, а конденсаторы одинаковой екжости. Источники информации,прилитые 80 внк мшше при экспертизе: 1.Труды МЭИ ст. Электротермические установки, выл. 159, М, 1972, стр.51, 2.К. Д. Гупгерман и др. Автомйтичтес кое регулирование электрических ne4eEf МЭИ, 1П72, ст1. 15-17,