Индуктивно-емкостный преобразователь источника напряжения в источник тока Советский патент 1979 года по МПК G05F3/06 H02M5/06 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника регулируемого по величине стабилизированного переменного тока для питания нагрузок, сопротивление которых изменяется в широких пределах, например для питания лазерных ламп, электродуговых и электротермических установок.

Известен индуктивно-емкостный преобразователь (ИЕП) источника напряжения в источник тока, выполненный по схеме трехфазной звезды, содержащей в одной из фаз сопротивление нагрузки, параллельно которой подключен тиристорный модулятор, а в двух остальных фазах - линейный дроссель и конденсатор, настроенные в резонанс на частоте питающего напряжения трехфазного источника. Плавное регулирование уровня стабилизированного тока нагрузки осуществляется за счет его модуляции, например фазо-импульсной или широтно-импульсной, с помощью тиристорного модулятораключа переменного тока 1.

Недостатками этого преобразователя являются нерегулируемый уровень тока короткого замыкания, узкий диапазон регулирования тока нагрузки и разрывный .характер кривой тока нагрузки.

Известен также ИЕП, содержащиГ д„1я каждой фазы нагрузки настроенные в резонанс на частоте питающей сети ocHOBHoii дроссель и конденсатор, соединенные первыми выводами с выводами двух фаз трехфазной питающей сети, а вторымив общую точку, к которой подключены первые выводы двух обмоток дополнительного дросселя, второй вывод первой из которых соединен с первым выводом тиристорного модулятора, а второй вывод второй обмотки - с первым выводом нагрузки, второй вывод которой подключен к выводу третьей фазы питающей сети {1.

Для расщирения диапазона регулирования тока нагрузки и улучшения формы.кривой тока, второй вывод тиристорного модулятора соединен со вторым выводом нагрузки

Для получения кратности регулирования тока нагрузки , меньи1е двух, число витков первой обмотки больще, чем второй. Для кратности,равной двум,число витков первой и второй обмоток одинаково, для кратности,

болыией двух, число витков первой обмотки больше, чем второй.

Обмотки дополнительного и основного дросселей могут быть размещены на общем магнитопроводе. Для трехфазной нагрузки обмотки дросселей всех фаз могут быть размещены на общем трехстержневом магнитопроводе, причем для первой фазы нагрузки обмотка основного дросселя размещена на первом стержне, обмотки дополнительного - на втором стержне, для второй фазы обмотка основного дросселя размещена на втором стержне, обмотки дополнительного - на третьем, для третьей фазы обмотка основного дросселя - на третьем стержне, обмотки дополнительного - на первом.

На фиг. 1 представлена схема предложенного ИЕП; на фиг. 2 - преобразователь с размещением обмоток дроссели на общем магнитопроводе, вариант; на фиг. 3- вариант для питания трехфазной нагрузки.

ИЕП состоит из конденсатора 1 и дросселя 2, настроенных в резонанс на частоте питающей сети, подключенных первыми выводами к фазам С и В соответственно. Вторь е их выводы соединены в общую точку, к которой подключены первые выводы дополнительного дросселя 3 с обмотками 4 и 5. Второй вывод обмотки 4 соединен с первы.м выводом тиристорного модулятора 6, а второй вывод обмотки 5 - с первым выводом нагрузки 7, вторые выводы нагрузки 7 и .модулятора 6 подключены к фазе А.

Б непроводящем состоянии тиристоров весь стабилизированный ток фазы А протекает по цепи нагрузки 7. Следовательно действующее значение тока нагрузки в этом случае максимально. В проводящем состоянии тиристоров стабилизированный ток фазы А распределяется между параллельными ветвями, одна из которых состоит из последовательно соединенных нагрузки 7 и об.мотки 5 дросселя 3, а другая - из обмотки 4 этого же дросселя. Этому случаю соответствует минимальное действующее значение тока нагрузки, определяемое соотнощением эквивалентных сопротивлений параллельных ветвей. Причем стабильность тока нагрузки тем лучще, чем меньще величина сопротивления нагрузки 7 по сравнению с величинами эквивалентных индуктивных сопротивлений параллельных ветвей. Это позволяет выбрать параметры согласно включенных обмоток дросселя 3 таким образом, чтобы стабильность минимального уровня тока нагрузки весьма незначительно отличалась от стабильности его максимального уровня.

Следовательно, если сопротивление нагрузки мало по сравнению с эквивалентными сопротивлениями параллельных ветвей, диапазон (кратность) регулирования тока нагрузки, равный отнощению максимального действующего значения тока к минимальному, практически не зависит от нагрузки,

как и в случае регулирования тока короткого замыкания. При это.м условии диапазон регулирования X пропорционален отношению числа витков Wi обмотки 4 дросселя 5 к числу витков Wz его обмотки 5. Частному случаю равенства обмоток Wi S W соответствует диапазон регулирования, практически равный X. 2. В остальных случая получим: X 2 при Wi Wi,X 2 при Wi Wz.

Следовательно, применение указанного двух-обмоточного дросселя в предложенном преобразователе позволяет значительно расщирить диапазон регулирования действующего значения тока нагрузки и, кроме того, существенно улучщить его форму по сравнению с известным.

Улучшение формьг тока нагрузки происходит за счет устранения пауз в его кривой в процессе модуляции, поскольку нагрузка 7 не может быть закорочена проводящими тиристорами. По этой же причине предложенный преобразователь, в отличие от известного, позволяет регулировать действующее значение тока короткого замыкания, что для некоторых нагрузок является необходимым условием их работы, например для сверхпроводящих индуктивных на5 копителей энергии.

Для уменьшения количества силовых элементов и массо-габаритных показателей целесообразно обмотку основного дросселя

0 2 и обмотки 4, 5 дополнительного дросселя расположить на общем магнитопроводе, причем обмотки 2 и 5 включаются согласно последовательно, а обмотки 4 и 5 - согласно параллельно (фиг. 2). Более существенный выигрыш по диапазону регулирования и массо-габаритны.м показателям получаем при введении межфазных связей в трехфазном варианте преобразователя.

На фиг. 3 показан вариант преобразователя, в котором обмотки основного и дополнительного дросселей размещены на разных стержнях трехстержневого магнитопровода 18. Рекомендации по выбору витков об.моток 4 и 5 справедливы для схем с совмещенным магнитопроводом, однако диапазон регулирования при этом становится шире.

Формула изобретения

1 Индуктивно-емкостный преобразователь источника напряжения в источник тока, содержащий для каждой фазы нагрузки настроенные в резонанс на частоте питающей сети основной дроссель и конденсатор, соединенные первыми выводами с выводами двух фаз трехфазной питающей сети, а вторыми выводами - в общую точку, к которой подключены первые выводы двух обмоток дополнительного дросселя, второй вывод первой из которых соединен с первым выводом тиристорного модулятора, а второй вывод второй обмотки - с первым выводом нагрузки, второй вывод которой подключен к выводу третьей фазы питающей сети, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования тока нагрузки и улучшения формы кривой тока, второй вывод тиристорного модулятора соединен со вторым выводом нагрузки. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения кратности регулирования тока нагрузки,меньше двух, число витков первой обмотки больще, чем второй. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения кратности регулирования тока нагрузки,равного двум, число витков первой и второй обмоток одинаково. 4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения кратности регулирования тока нагрузки,больше двух, число витков первой обмотки меньше, чем второй. 5.Преобразователь по пп. 1-4, отличающийся тем что обмотки основного и дополнительного дросселей размещены на общем магнитопроводе. 6.Преобразователь по пп. 1-5, отличающийся тем, что для трехфазной нагрузки обмотки дросселей всех фаз размещены на общем трехстержневом магнитопроводе, причем для первой фазы нагрузки обмотка основного дросселя размещена на первом стержне, об.мотки дополнительного - на втором стержне, для второй фазы обмотка основного дросселя размещена на втором стрежне, обмотки дополнительного - на третьем, для третьей фазы обмотка основного дросселя - на третьем стержне, обмотки дополнительного - на первом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Сб. «Электротермические установки. Труды МЭИ, вып. 159, 1972, с. 51-56. 2. Авторское свидетельство СССР № 519693, кл. G 05 F 3/06, 1974.

Фиг.З