Преобразователь переменного напряжения в постоянное

. Электронные и ио ли И -Л ГЭИ н АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИЙ АНИЕ ИЗ ОМУ СВИСТЕЛ(1) Научно-исследоватпроектно-конструкторскгический институт силониковой техники Заводан(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом; на стержнях которого расположены секции первичной обмотки, подключенные к входным выводам, и секции вторичной обмотки, общая точка соединения которых образует первый выходной вывод, а сво" бодные выводы подключены к одноименным выводам двух вентилей, другие выводы которых объединены, образуя второй выходной вывод, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем Я снижения уровня пульсации выходного тока, магнитопровод снабжен дополнительньы безобмоточным стержнем, выполненным с немагнитным зазором.Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может найти применение в качестве вторичных источников питания постоянным 11428 сглаженным током. 5Известны однофазные двухполупериодные однотактные преобразователипеременного напряжения в постоянное,содержащие трансформатор с одной первичной и двумя последовательно (со Огласно между собой) соединенными вторичными обмотками, общая точка соединения которых образует один (нулевой)вывод преобразователя, а их свободные начало и конец подключены черезвентили к второму выводу преобразователя 1 .При подаче на вход преобразователяоднофазного переменного напряженияна вторичных обмотках трансформатора 20формируется две системы однофазныхнапряжений, сдвинутые между собой пофазе на 180 эл. град. Так как каждаяиз вторичных обмоток выпрямляет только одну полуволну тока, они работают в однократном режиме, в то время как на выходе преобразователя формируется двухпульсное выпрямленноенапряжение,Для устранения подмагничивания ЗОмагнитопровода .трансформатора постоянной составляющей токов, протекающих в его вторичных обмотках, привыполнении трансформатора броневойконструкции первичная и обе вторичные обмотки располагаются на одномстержне магнитопровода с обеспечениемим жесткой магнитной связи, чтобыпостоянные составляющие намагничивающих сил обоих вторичных обмоток ком-пенсировали друг друга. Одновременнодостигается и уравновешиваниепеременных составляющих намагничивающий сил.А при выполнении трансформаторастержневой конструкции его магнитопровод содержит два стержня с разнесенными на них первичными полуобмотками и вторичными обмотками. В этомслучае взаимокомпенсация постоянныхсоставляющих намагничивающих сил 5 Ообоих вторичных обмоток достигаетсяразбивкой вторичных обмоток на двесекции и размещением по одной из нихна каждом из стержней (соединениемвторичных обмоток в зигзаг). Зтимже обеспечивается и уравновешиваниепеременных составляющих намагничивающих сил . 77 3Кроме того, в известных преобразователях высокий уровень пульсациивыходных тока и напряжения, что требует установки на их выходе сглаживающих фильтров.Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий однофазный трансформаторс двухстержневым магнитопроводом,секционированную первичную обмоткуи две вторичные обмотки, расположенные на соответствующих стержнях магнитопровода, общая точка согласнопоследовательно соединенных вторичных обмоток образует первый выходнойвывод преобразователя, а их свободныеначало и конец подключены через вентили к второму выходному выводу преобразователя 2 .При подаче на вход преобразователя однофазного переменного напряжения вследствие поочередной работывентилей обеспечивается двухтактныйрежим выпрямителя с формированием навыходе преобразователя двухпульсногопостоянного тока и напряжения.Выпрямленный ток содержит постоянную и наложенную на нее переменнуюсоставляющую удвоенной частоты. Сле 1довательно, через вентили и вторичные обмотки трансформатора протека-ет ток второй гармоники. Однако создаваемые ими магнитные потоки удвоенной частоты направлены встречно ивзаимокомпенсируют друг друга, т.е,собственное индуктивное сопротивление вторичных обмоток равно нулю ив сглаживании выпрямленного токапринимает участие только небольшаяиндуктивность рассеивания вторичныхобмоток трансформатора.Кроме того, у данного преобразователя высокий уровень пульсации выходного тока, что ухудшает его энергетические показатели,Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем снижения уровня пульсации выходного токапреобразователя,Поставленная цель достигается тем,что в преобразователе переменногонапряжения в постоянное, содержащемоднофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, на стержняхкоторого расположены секции первичной обмотки, подключенные к входнымвыводам, и секции вторичной обмотки,общая точка соединения которых обрараллельно подключенные по отношению к нагрузке две цепи, состоящие из последовательно соединенных вентиля и одной секции вторичной обмотки трансформатора, вентиль 7 - секция 5 и вентиль 8 - секция 6При отсутствии среднего стержня в магнитопроводе 2 трансформатора 1 создаваемые секциями 5 и 6 вторичной обмотки магнитные потоки второй гармоники направлены встречно, замыкаются через крайние стержни и взаимокомпенсируются, обеспечивая ничтож". но малое суммарное потокосценление вторичных обмоток. Следовательно, собственная индуктивность секций вторичных обмоток трансформатора в этом случае не оказывает токоограничивающего сглаживающего эффекта по отношению к второй и кратном ей гармоникам выпрямленного тока.Однако вследствие введения дополнительного третьего среднего безобмоточного стержня с магнитопроводе 2 создается дополнительный путь протекания магнитного потока второй и кратным ей гармоникам. Поскольку по крайним стержням магнитопровода магнитные потоки направлены встречно, они в этом случае проходят, складываясь, через средний стержень.Следовательно, в крайних стержнях магнитопровода, не происходит компенсации магнитного потока второй икратных ей гармоник. За счет собственного потокосцепления в размещенных на них секциях 5 и 6 вторичнойобмотки наводится противо-ЭДС, компеисирующая вторую гармонику в выпрямленном напряжении, что обеспечивает снижение уровня пульсации выпрямленнык тока и напряжения с 67 до 20-407Обеспечивается эффект сглаживаниявыпрямленного тока собственной индуктивностью вторичной обмотки трансформатора. При этом магнитный поток, обусловленный первой гармоникой тока,направлен в крайних стержнях согласно-последовательно и поэтому замыкается через крайние стержни даже приналичии дополнительного стержня, т.е.сам процесс выпрямления при этом не изменяется.Поскольку собственная индуктивность секций вторичной обмотки трансформатора соизмерима с требуемой з, 1142877зует первый выходной вывод, а свободные выводы подключены к одноименнымвыводам двух вентилей, другие выводыкоторых обьединены, образуя второйвыходной вывод, магнитопровод снабжен дополнительным безобмоточнымстержнем, выполненным с немагнитнымзазором.На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 - 10диаграммы токов и напряжений, харак, теризующие работу преобразователя.Преобразователь содержит однофаз, ный трансформатор 1 с двух стержневым магнитопроводом 2, первичной обмоткой с двумя секциями 3 и 4 вторичной обмоткой с двумя секциями 5 и 6,и вентили 7 и 8.Первичная обмотка трансформатора 1 содержит две соединенные после- Юдовательно между собой секции 3 и 4и размещенные на крайних стержняхмагнитопровода 2. Секции 5 и 6 вторичной обмотки также размещены наразных крайних стержнях магнитопровода 2 трансформатора 1 и соединенымежду собой согласно-последовательно.Общая точка соединения секций 5и 6 вторичной обмотки орразует первый выходной вывод пребразователя, 30а их свободные начало Й конец подключены через вентили 7 и 8 к второмувыходному выводу преобразователя.Иагнитопровод дополнительно содержитсредний (третий) стержень, выполнен- З 5нцй безобмоточным, с немагнитным зазором,Преобразователь работает следующимобразом.При подаче на входные выводы сете вого напряжения на его вторичных обмотках формируются двеоднофазныесистемы напряжений, .сдвинутые междусобой по фазе на 180 эл. град. Вслед ствие этого вентили 7 и 8 работают 45поочередно со сдвигом Hо фазе на180 эл. град., обеспечивая формирование на выходе преобразователя двухпульсного выпрямленного напряженияПри подключении к преобразователюактивной нагрузки.в цепи последнейпротекает постоянный ток, содержащийпостоянную составляющую и наложеннуюна нее переменную составляющую удвоенной частоты с коэффициентом пульса"55ции Х л 0,67.Вторая гармоника тока нагрузкизамыкается соответственно через па1142877 Фиг,де 3 а ейроэжткая индуктивностью сглаживающего реактора, происходит ограничение тока второй гармоники, протекающего по контуру, образованному нагрузкой н цепями, состоящими из секций вторичной 5обматки.и вентилей 7 и 8. Следовательно, результирующий ток нагрузкиимеет пониженный уровень пульсации,На фиг, 2 с приведена форма токаи напряжения на выходе преобразова фтеля при отсутствии дополнительногосреднего стержня и работе его на чис"то активную нагрузку.Выходное напряжение содержитосновную вторую гармонику, величинакоторой достигает б 7,0 Е, что обеспечивает недопустимо высокий уровеньпульсации выходных тока и напряжения,Вторая гармоника практически полностью выделяется на нагрузке, так ффкак.собственная индуктивность обмоток трансформатора имеет для нее нулевое значение.При наличии дополнительного среднего стержня вторичные обмотки транс форматора оказывают второй гармоникесопротивление, обусловленное их собственной индуктивностью. Происходитперераспределение напряжения второйгармоники между нагрузкой и вторич- ЗОными обмотками трансформатора со снижением ее уровня на нагрузке, а следовательно, и пульсации выпрямленного напряжения,Одновременно за счет собственнойиндуктивности секций вторичной обмотЗНИИПИ Заказ 748/4 ки трансформатора происходит и ограничение тока второй гармоники в цепи нагрузки и снижение уровня пульсации выпрямленного тока (фиг. 28- ),.Однофазные двухполупернодные однотактные схемы выпрямления с двух- стержневым трансформатором широко применяются на практике в качестве различных вторичных источников питания малой и средней мощности в соче танин со сглаживающими фильтрами (в простейшем случае со сглаживающими реакторами).Наличие сглаживающего реактора приводит не только к увеличению мас-" со-габаритных показателей преобразователей, но и к снижению КЙД. Так как потери в .реакторах соизмеримы с по- терями в трансформаторе преобразователя. При использовании в качестве сглаживающего реактора собственной ,индуктивности вторичных обмоток трансформатора эти потери полностью исчезают,Поскольку постоянная составляющая выпрямленного тока создает во вторичных обмотках трансформатора постоянный подмагничивающий ноток, направленный по крайним стержням встречно и замыкающий через средний стержень, то необходимо ввести в средний стержень немагнитный зазор, вследствие этого суммарные массо- габаритные показатели и КПД преобразователя улучшаются. ираж 64 б Подписное