Преобразователь переменного тока в постоянный Советский патент 1980 года по МПК H02M7/12 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ

I

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано в преобразовательной технике для питания нагрузки выпрямленным током.

Известно устройство для питания нагрузки выпрямленным током, выполненное на .диодах, соединенных по мостовой схеме. К входным клеммам выпрямительного моста подключен источник переменного тока, а к выходным - через дроссель - нагрузка. Дроссель, ограничивая ток в нагрузке, устраняет опасность чрезмерного повышения тока при коротком замыкании 1.

Однако ток, потребляемый при этом от источника, имеет активно-индуктивный характер, что ухудшает коэффициент мощности на выходе источника. Включение на входе этого моста двух электрических емкостей позволяет повысить коэффициент мощности, обусловленный индуктивной составляющей тока электрической цепи с дросселем, а также улучшить качество выпрямленного тока за счет частичного разряда этих емкостей на сопротивление нагрузки.

К недостаткам устройства относится и значительное подмагничивание магнитопровода дросселя постоянной составляющей выпрямленного тока, что приводит к весьма больщому увеличению габаритов и массы дросселя.. Кроме того, устройство содержит четыре вентиля, а ток нагрузки протекает одновременно через два соединенных последовательно вентиля, что, увеличивая активные потери, снижает КПД устройства, особенно в том случае, когда относительное напряжение на нагрузке мало, т. е. соизмеримо с падением напряжения на вентилях.

10

Известен также преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий два ключевых элемента, каждый из которых защунтирован конденсатором и включен между соответствующим входным и положительным выходным выводами, и токо15ограничивающий линейный дроссель 2.

Недостаток устройства - значительная сложность его электрической схемы и относительно большое падение напряжения на вентилях, проводящих ток в нагрузку, обус20ловленное тем, что ток в нагрузку проходит одновременно через два соединенных последовательно вентиля. Это, увеличивая актив.ное сопротивление в цепи нагрузки, уменьшает КПД устройства, что особенно заметно при малых выходных напряжениях, когда напряжение на нагрузке соизмеримо с падением напряжения на вентилях. Цель изобретения - упрощение схемы и улучшение удельных энергетических показателей устройства для питания нагрузки выпрямленным током. Указанная цель достигается тем, что в преобразователе переменного тока в постоянный, содержащем два ключевых элемента, каждый из которых защунтирован конденсатором и включен между соответствующим входным и положительным выходным выводами, и токоограничивающий линейный дроссель, - токоограничивающий линейный дроссель включен параллельно входным выводам и снабжен отводом от середины его витков, подключенным к отрицательному выходному выводу. На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - вариант выполнения этой схемы. В предлагаемом устройстве положительный 1 и отрицательный 2 выходные выводы служат для подключения сопротивления 3 нагрузки. Входные выводы 4 и 5 подключаются к источнику б переменного тока. Между входными и положительным выходным вьшодами включены ключевые элементы 7 и 8, защунтированные конденсаторами 9 и 10. Отрицательный выходной вывод образует вывод средней точки обмотки токоограничивающего линейного дросселя 11, крайние выводы обмотки которого соединены со входными выводами 4 и 5. Управление ключевыми элементами 7 и 8 осуществляет блок 12, контролирующий напряжение на входе и выходе устройства и формирующий сигналы, подаваемые на ключи. Этот блок может быть выполнен по любой известной схеме фазового управления, описанной в технической литературе. Устройство работает следующим образом. Предположим, что в нечетные полупериоды изменения напряжения источника 6 потенциал вывода 4 положителен по отнощению к потенциалу вывода 5, а в четные - наоборот. В первый и последующие нечетные полупериоды изменения питающего напряжения и при открытом (замкнутом) ключе 8 ток нагрузки протекает по цепи 4-8- 1-3-2-11-5, одновременно происходит заряд конденсатора 10 по цепи 4-8-10-5. В начале следующего полупериода изменения питающего напряжения, до момента открытия ключа 7, ток нагрузки обеспечивается за счет перезаряда конденсатора 10 от источника по цепи 5-10-1-3-2- 11 - 4. После открытия (замыкания) ключа 7 источник 6 отдает ток в нагрузку непосредственно по цепи 5-7-1-3-2-11-4. Если ключ 7 не замыкается, то конденсатор 10, разрядившись, заряжается противоположНОЙ полярностью (перезаряжается). Одновременно происходит заряд конденсатора 9 по цепи 5-7-9-4. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется путем управления моментом открытия ключей 7 и 8, соответственно в нечетных и четных полупериодах, с помощью блока 12, контролирующего напряжение на входе и на выходе устройства и формирующего сигналы, подаваемые на эти ключи. В качестве таких ключей могут быть использованы различные полупроводниковые и иные вентили. При подключении обмотки дросселя согласно изобретению, его полуобмотки можно рассматривать в качестве двух смежных ветвей (плеч) выпрямительного моста, два другие плеча которого образуют ключи 7 и 8. Включение полуобмоток дросселя в смежные плечи выпрямительного моста устраняет подмагничивание дросселя выпрямленным током, кроме того, энергия источника через дроссель передается в нагрузку электрическим и электромагнитным путями, поэтому его проходная мощность меньше, чем у дросселя, включенного за выпрямителем. Это позволяет, уменьщить массу дросселя приблизительно в два раза. Сокращение количества используемых вент:илей в два раза,, позволяет снизить собственные потери мощности в устройстве для питания нагрузки и его стоимость. Включение конденсаторов параллельно управляемым ключам выпрямителя, помимо создания дополнительного пу-. ти передачки энергии источника в нагрузку, обеспечивает улучшение коэффициента формы кривой тока, потребляемого от источника, что способствует повышению КПД устройства и его коэффициента мощности. При необходимости ключевые элементы 7 и 8 заменяются диодами, как показано на фиг. 2. Проведение тока источника в нагрузку по двум каналам через ключи 7 или 8, а также через конденсаторы 9 или 10, во время разряда последних, позволяет уменьщить активное сопротивление в цепи нагрузки, сократить потери, что повышает КПД устройства. В связи с тем, что энергетические показатели устройства улучшаются не только без усложнения схемы и увеличения его массы, а наборот, при упрощении электрической схемы и уменьшении числа элементов в ней, это приводит к улучшению удельных энергетических показателей. Таким образом, снабжение обмотки линейного дросселя отводом oj середины ее витков, образующим отрицательный выходной вывод устройства, щ подключение крайних выводов обмотки ко вторым обкладкам конденсаторов и входным выводам устройства, упрощает электрическую схему и обеспечивает улучшение удельных энергетических показателей устройства.

Формула изобретения

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий два ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован конденсатором и включен между соответствующим входным и положительным выходным выводами, и токоограничивающий линейный дроссель, отличающийся тем, что, с целью упрощения и улучщения удельных энергетических показателей, токоограничивающий линейный дроссель включен параллельно входным выводам и снабжен отводом от середины его витков, подключенным к отрицательному выходному выводу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Нецвет В. А. Электропитание устройств связи. М., «Связь, 1976, с. 25, рис. 19.

2.Патент Швейцарии № 551715, кл. Н 02 Р 13/24, 1974.

5

1-04 6 )н%

э

rvyv

Фиг..1

-ь

W

ZJ-C-..