Регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/08 G05F3/06 

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к однофазным регулируемым преобразователям переменного напряжения в постоянное, и может быть использовано в регулируемых и стабилизированных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, аппаратуры проводной связи и вычислительной техники.

Широко известны однофазные регулируемые преобразователи переменного напряжения в постоянное. Такой преобразователь содержит преобразовательный трансформатор, первичные обмотки которого через регулирующий элемент, например, встречно включенные тиристоры, подключены к питающей сети, а вторичные обмотки соединены с однофазным выпрямительиым мостом. Регулирование такого преобразователя осуществляется формированием во времени дискретного сигнала управления тиристорами, т.е. угла регулирования 1.

Недостатком преобразователя является прерывистый режим протекания тока нагрузки, что увеличивает отношение амплитудного значения пульсирующего напряжения к действующему значению выпрямленного

напряжения, т.е. коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является однофазный регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное, работающий с непрерывным режимом протекания тока нагрузки. Этот преобразователь содержит два однофазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены между собой параллельно и подключены к питающей сети, причем последователь10но с первичной обмоткой одного из трансформаторов включен регулирующий элемент в виде двух встречно включенных тиристоров. Вторичные обмотки обоих трансформаторов соединены между собой последовательновстречно, причем свободные концы обмоток

15 и точка их последовательного соединения присоединены к трехфазному выпрямительному мосту. Трансформатор, подключенный непосредственно к сети, является основным, а трансформатор, подключенный к сети через

20 встречно включенные тиристоры, является добавочным. При этом вторичная обмотка каждого из трансформаторов подключена на однофазный мост, а однофазные мосты объединены в трехфазный таким образом. что моста, к которому подключена точка последовательного соединения вторичных обмоток, является общим для двух мостов основного нерегулируемого и добавочного регулируемого трансформаторов 2. Регулирование такого преобразователя осуществляется за счет изменения угла регулирования добавочного трансформатора с помощью дискретного сигнала управления. Недостатком его является сравнительно больщой коэффициент пульсаций выпрямленного тока, обусловленный изменением во времени угла регулирования, а также крутым фронтом открытия тиристоров, что вызывает высокочастотные всплески выпрямленного тока, что, в свою очередь, не только увеличивает абсолютный размах пульсаций тока нагрузки в виде высокочастотных пиков, но и создает высокочастотные помехи в питающей сети. Цель изобретения - снижение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем два однофазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены параллельно, а вторичные обмотки соединены последовательно, причем концы вторичных обмоток и вывод точки соединения их подключены к трехфазному выпрямительному мосту, последовательно с одной из первичных обмоток включен конденсатор, вторичные обмотки соединены встречно, а их концы образуют выводы для подключения источника тока управления. На фиг. 1 дана принципиальная электрическая схема регулируемого преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы напряжений и токов преобразователя; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема.регулируемого преобразователя, подключенного к трехфазной питающей сети. Регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное (фиг. 1) содержит два однофазных трансформатора 1 и 2, первичные обмотки 3 и 4 которых соединены параллельно и подключены к питающей сети через дополнительно введенный конденсатор 5. Вторичные обмотки 6 и 7 соединены между собой последовательно; причем концы вторичных обмоток и вывод точки соединения их подключены к трехфаз ному выпрямительному мосту, содержащему вентили 8-13. Соединение вторичных обмоток 6 и 7 выполнено встречным, т.е. начало обмотки 6 соединено с началом обмотки 7. При этом конец обмотки 6 и, соответственно, конец обмотки 7, противоположные соединенным, являются входами регулируемого преобразователя 14 и 15, предназначенными для присоединения источника тока управления. Работа регулируемого преобразователя поясняется диаграммами на фиг. 2. При отсутствии тока управления и в предположении, что напряжение питающей сети Ui изменяется по синусоидальному закону, на выводах вторичных 9бмоток трансформаторов действуют ЭДС ) и U2(7), изменяющиеся также по синусоидальному закону в противофазе относительно друг друга (фиг. 2а). Вторичная обмотка б подключена к однофазному мосту, образованному вентилями 10 11 и 12, 13, а обмотка 7 соответственно к однофазному мосту, образованному вентилями 8, 9 и 10, 11. При этом однофазные мосты объединены в один трехфазный таким образом, что плечо моста, образованное вентилями 10, 11, является общим для обоих мостов и к нему подключена точка последовательного соединения вторичных обмоток 6 и 7. Каждый из указанных однофазных мостов преобразует синусоидальную ЭДС соответствующей вторичной обмотки в постоянное напряжение с частотой пульсаций, равной двойной частоте питающей сети. Эта же форма и амплитуда выпрямленного напряжения повторяется на выходе трехфазного моста (фиг. 26), при этом ток нагрузки равномерно распределяется по вторичным обмоткам обоих трансформаторов (фиг. 2в,г). Ток первичной цепи преобразователя вызывает соответствующие падения напряжений на конденсаторе и первичных обмотках трансформаторов, при этом напряжение на каждой первичной обмотке трансформаторов выражается как i Tp ii-2Tp i,-VRV -- сопротивление обмоток Ктр. активное трансформатора, приведенное к первичной обмотке; Хц 2 ЬтрГИндуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к первичной обмотке. Так как индуктивность трансформатора тр f /возв,) где W число витков трансформатора, приведенное к числу витков первичной обмотки; 5,6 -соответственно площадь сечения и длина средней силовой линии магHHTHorq потока трансформатора, то напряжение зависит от магнитной проницаемости . При появлении во вторичных обмотках трансформаторов тока управления, /4мз. нелинейно изменяется в сторону уменьшения с увеличением напряженности магнитного потока постоянного тока Н I 2 и не зависит от его полярности. При этом, считая неизменным напряжение питающей сети и емкостное сопротивление конденсатора, происходит, в соответствии . с (1) и (2), изменение тока Ij и перераспределение падений напряжений на конденсаторе и обмотках трансформаторов. Соответственно уменьшается амплитуда ЭДС вторичных обмоток каждого трансформатора и выходное напряжение преобразователя. Из схемы на фиг. 1 и диаграммы на фиг. а наглядно видно, что амплитуды ЭДС вторичных обмоток 6 и 7 в любой момент времени равны по величине и противоположны по фазе, т.е. входы 14 и 15 являются эквипотенциальными и не предствляют опасности для элементов источника тока управлений. Наиболее эффективное использование устройства осуществляется при соединении однофазных преобразователей в трехфазную группу (фиг. 3). При этом концы вторичных обмоток трансформаторов (16-21), являющиеся входами однофазных преобразователей для подключения источника тока управления, соединяются по схеме в открытый тре угольник, в котором сумма как основных (первых), так и третьих гармонических на выводах 22 и 23 равна нулю. При соединении в трехфазную группу по схеме (фиг. 3) преобразователь имеет следующие преимущества перед однофазным: сокращается суммарное число используемых вентилей и увеличивается частота пульсаций выпрямленного напряжения до бГсети. коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения снижается до 0,057 Uo (в однофазном варианте 0,67 UQ), а также коэффициент использования трансформаторов преобразователя снижается до 1,05 Uolo (в однофазном варианте 1,21 Uolo). Первичные обмотки 24-29 целесообразно соединить в звезду, так как при этом рабочее напряжение конденсаторов 30-32 сниtSTжается в V раз и, соответственно, снижаются габариты. Достижение поставленной цели - снижение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения - в преобразователе переменного напряжения в постоянное обеспечивается, как это следует из приведенного выще описания, тем, что выходное напряжение изменяется по амплитуде полусинусоид и не имеет крутых фронтов, всплесков и высокочастотных выбросов напряжения и тока. Формула изобретения Регулируемый преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два однофазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены параллельно, а вторичные обмотки соединены последовательно, причем концы вторичных обмоток и вывод точки соединения их подключены к трехфазному выпрямительному мосту, отличающийся тем, что, с целью снижения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения, последовательно с одной из перЬичных обмоток включен конденсатор, вторичные обмотки соединены встречно, а их концы образуют выводы для подключения источника тока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Макаров В. Л. и др. Стабилизироаа«- ные выпрямители с емкостным фильтром. ., «Энергия, 1975, с. 7, рис. 1 - 16. 2.Патент США № 3470444, НКИ 321-5 1969.

Uz(7)

/

(b)

Л,

/г

i

ТГ

sr

OJt

oji:

7Г

7Г

сриг.г