Выпрямитель с утроением напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M7/10 

(54) ВЫПРЯМИТЕЛЬ С УТРОЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротех нике, а более конкретно к выпрямителям переменного тока с умножением напряжения, и может использоваться в бестрансформаторных источниках питания с повышенным выходным напряжением. Известны выпрямители с умножением напряжения, применяемые для питания маломощных нагрузок, содержащие вентили и.конденсаторы. В течение части полупериода переменного напряжения конденсаторы заряжаются, подключаясь через вентили параллельно входным зажимам выпрямителя. При изменении п лярности входного напряжения происхо дит разряд конденсаторов. При этом они включаются последовательно между соОой и входным напряжением,обеспечивая на нагрузке повышенное напряжение fl и Г2}. Однако сравнительно небольшая дли тельность прохождения токов заряда и разряда, различие«их по величине и форме приводят к низкому коэффиад ент мощности выпрямителей с умножением напряжения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство утроения напряжения, выполненное по мостовой схеме, в двух противоположных плечах которой включены конденсаторы, а в двух другихвентили. Одна из диагоналей моста образует входные зажиг-и, а другая через дополнительный в.ентиль, включенный согласно и последовательно с одним из вентилей моста, подключена к конденсатору, соединенному с выходными зажимами. В течение одного полупериода конденсаторы моста заряжаются одновременно от входного напряжения. Во второй полупериод они, включаясь .последовательно с .входным напряжением, разряжаются, поддерживая на .выходном конденсаторе и нагрузке утроенное постоянное напряжение ГзЗНедостатком известного умножителя является низкий коэффициент мощности. Цель изобретения - увеличение коэффициента мсяцности выпрямителя с утроением напряжения. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь, состоящий из вентильно-конденсаторных мостов, выходные диагонали которых через дополнительные вентили, включенные согласно и последовательно с вентилями

МОСТОВ, подключены к крнденсатору, соединенному с выходными выводами, содержит три моста, включенные треугольуиком относительно входных выводов в трехфазную сеть, а между вентилями, стоящими в соседних плечах, включены обмотки, расположенные на Общем магнитопроводе и соединенные соглано, средние точки которых и точки соединения конденсаторов в соседних плечах образуют входные выводы мостов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема выпрямителя с утроением напряж ения; на фиг. 2 - диаграммы фазных (а) и линейных (б) напряжений, токов заряда (в) и разряда (г) конденсаторов мостов и результирующего тока (д).

Выпрямитель содержит три вентильно-конденсаторных моста. Одна ветвь первого моста состоит из вентилей 1 и 2, которые включены согласно в соседних плечах и соединяются между собой через обмотку сглаживающего дросселя 3. Другая ветвь образуется последовательно включенными конденсаторами 4 и 5. Точки соединения вентилей и конденсаторов являются выходной диагональю мостов, а средняя точка обмотки,3 и точка соединения конденсаторов 4 и 5 - входными зажимами моста. Второй и третий мосты выполнены аналогично и содержат, соответ«твеино, вентили 6, 7 и 8, 9, конденсаторы 10, 11 и 12, 13 и обмотки сглаживающего дросселя 14 и 15. Обмотки 3, 14 и 15 расположены на общем магнитопроводе и включены согласно.

Ток, проходящий по обмоткам 3, 14 и 15, создает в магнитопроводе дросселя магнитный поток одного направления. Входные зажимы мостов подключаются по схеме треугольника в трехфазную сеть.. Выходные диагонали мостов через дополнительные вентили катодной группы 16-18 и анодной группы 19-21, включенные согласно с вентилями мостов, соединены с общим конденсатором 22, параллельно которому подключается нагрузка 23.

Выпрямитель работает следующим образом.

Можно считать, что ток в процессе заряда и разряда конденсаторов не изменяется во времени. Переход зарядного тока с одной обмотки дросселя на другую/ а также переход разрядного тока с одного дополнительного вентиля на другой происходит мгновенно.

Зарядный ток конденсатора проход1 т одну шестую часть периода, когда линейное напряжение, подводимое к входньм зажимам соответствугацего моста, имеет по модулю наибольшую величину по сравнению с напряжениями на входа других мостов. В течение остального

времени вентиль, стоящий в цепи заряда конденсатора, закрыт под действием результирующего напряжения на конденсаторе, обмотке дросселя и линейного Напряжения сети.

Ток разряда конденсаторов мостов проходит в течение одной трети перио|да.Дополнительные вентили анодной группы 19-21 поочередно включаются в моменты времени, когда соответствующее фазное напряжение, подводимое в точку соединения конденсаторов мостов, наиболее отрицательно. При этом разряжается конденсатор, соединенный с катодом открытого вентиля. Дополнительные вентили катодной группы 16-18 поочередно включаются в моменты времени, когда фазное напряжение, подводимое к ним соответственно через конденсаторы 4, 10 и 12, наиболее положительно. Ток разряда проходит в этом случае через конденсатор, соединенный с анодом открытого вентиля. Конденсаторы мостов заряжаются до напряжения, пропорционального линейному напряжению сети. Их разряд происходит по цепи, образуемой последовательным включением линейного напряжения сети и двух конденсаторов, расположенных в различных мостах. На конденсаторе 22 и нагрузке 23 формируется напряжение, пропорциональное yтpoeннo ty линейному напряжению сети.

Так,.для фазы А в моменты времени, соответству1эщие наибольшей по модулю величине линейного напр жения проходят токи i м 15 и заряжаются конденсаторы 4 и 5 (фиг. 26, в). После того, как напряжение 1) д превысит по модулю напряжение U АС, начинают проходить токи ц . и образуют положительную, а токи цд , и i - отрицательную полуволны зарядного тока, первая гармоника которого совпадает по фазе с напряжением ид. Ток разряда фазы А состоит из токов и

11

конденсаторов 10 и 11. При положительной полуволне фазного нгтряжения Уд работает вентиль 17 и разряжается конденсатор 10, при отрицательной включается вентиль 20 и разряжается конденсатор 11 (фиг. 2а, г).

В течение времени, когда lUBAl- разряд конденсатора 10 происходит по цепи вентиль 21--конденсатор 13 - источник напряжения UBA конденсатор 10 - вентиль 17. При (Илс

lUgftl разряд продолжа;ется по цепи вентиль 19 - конденсатор 5 - источник напряжения - конденсатор 10вентиль 17. В обоих случаях к конденсатору 22 и нагрузке 23 прикладывается утроенное напряжение на конденЬаторе моста. Аналогичные процессы происходят при разряде конденсатора 11.

Включение вентилей в соседние плечи мостов позволяет получить симметричную форму зарядного тока в фазе .относительно фазного.напряжения. Вве дение магнитосвязанных обмоток сглаживающего дросселя обеспечивает прямоугольную форму тока с длительностью, равной одной трети перио да. В итоге первая гармоника д результирующего тока фазы д, который определяется, как сумма зарядного и разрядного токов, имеет нулевой угол сдвига относительно фазного напряжения (фиг. 2д). Коэффициент мощности выпрямителя в этом случае увеличивается и достигает величины, которую имеют наиболее совершенные в этом отношении выпрямители. .: Использование трех вентильно-конденсаторных мостов с включением вентилей в соседние пле.чи магнитосвя занных обмоток вглаживаюмего дросселя выгодно отличает предлагаемый выпрямитель с утроением напряжения о известного значительным увеличением коэффициента мощности.- Эт.о позволяет применить его в бестрансформаторных источниках питания с повышенным выходным напряжением при средних .и бол ших мощностях нагрузки, в результате чего достигается резкое уменьшение веса и габаритных размеров устройства в целом. Так, для вторичных источников питания с выходным напряжением 1300-1500 В при мощности нагруз ки порядка 20 кВт применение предлагаемого выпрямителя позволяет уменьшить вес с 200-250 кг до 50-60 кг. Коэффициент мощности выпрямителя при этом составляет 0,9-0,95 (0,4-0,6у известного.). Формула изобретения Выпрямитель с утроением напряжения, состоящий ИЗ вентильно-конденсаторньрс -мостив, вйхрдные диагонали которых через дополнительные вентили, включенные согласно и последовательно с вентилями мостов, подключены кконденсатору, соединенному с выходными выводами, о т л и ч а ю iq и и с я тем, что, с целью увеличения коэффициента мощности, он содержит три мос та, включенные треугольником относительно входных выводов в трехфаз.ную , сеть, а вентил.ями, стоящими в соседних плечах , включены обмотки, расположенные на общем магнитопроводе и соединенные согласно, средние точки которых и точки соединения конде.нсаторов в соседних плечах образуют входные выводы мостов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 560307, кл. Н 02 М 7/10, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 615576, кл. Н 02 М 7/10, 1977. 3.Авторское свидетельство СССР № 408436, кл. Н 02 М 7/10, 1971.

Фиг. 2