Преобразователь переменного напряжения в постоянное

) 4 Н 02 М 7/ О НИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТ ЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМ 4,лючеедомый сетью, е элементы 2, и устройство ния, и управл 8,9,10 равлен е дроссель 12, Схе а накопления р гии и дел сель 5, с ментом 2,лючевои элемен ое динена входом с выходом выпрямителя 1, входом соединенным с входными выводами 23,24 для подключенияисточника питанияВыход схемы 6через ключевые элементы 7-10 соединен с выходными выводами 26,27 дляподключения нагрузки 11, Инвертор 4включен между входными выводами 23,24 и выводами 25,14 схемы 6, Введение инвертора 4 обеспечивает дополнительный разряд конденсаторов 17схемы 6 через дроссель 5 и полупроводниковые ключи 20 в сеть, а введение дополнительных ключевых элементов 8,9 позволяет получить навыходе устройства напряжения разныхполярностей. 2 ил,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Ленинградский политехнический институт им, М, И. Калинина(56) Авторское свидетельство СССР Р 1181092, кл. Н 02 М 7/10, 1985.Авторское свидетельство СССР Ф 325641, кл. Н 02 М 7/10,. 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ(57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания пониженным напряжением с изменяемой полярностью и рекуперацией энергии в сеть, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и экономия электроэнергии, Устройство содержит выпрямитель 1, схему 6 накопления энергии и деления напряжеия напряжения чере диненный с ключевы13525 30 Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов качестве источника питания пониженным напряжением с изменяемойполярностью и рекуперацией энергиив сеть.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей и экономия электроэнергии. 10На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя переменного напряжения впостоянное; на фиг, 2 - даны эпюрытоков и напряжений, где Б 1 - напряжение задания; Б , . - напряжениеи ток конденсаторов; ,- токинагрузки и питания.Преобразователь состоит из неуправляемого выпрямителя 1 с конденсатором фильтра на выходе, управляемых полупроводниковых ключей2 и 3, инвертора 4 ведомого объекта,индуктивности 5, схемы 6 накопленияэнергии и деления напряжения, выходных ключей 7 - 1 О, нагрузки 11и системы 12 управления. Схема накопления энергии и деления напряжения имеет входные выводы (точки)13 и 14 и выходные шины 15 и 16 исостоит из параллельно соединенныхцепочек из конденсатора 17, двухразрядных вентилей 18 и 19 в каждой,соединяющих конденсатор 17 с выходными шинами 15 и 16 управляемых35ключевых элементов 20, включенныхмежду разноименными обкладками конденсаторбв смежных цепочек, например, между точками 21 и 22,Выпрямитель 1 и инвертор 4 входами 23 и 24 соединены с осетью,Выходы выпрямителя 1 через управляемые ключевые элементы 2, 3 и индуктивность 5 соединены с входами13 и 14 схемы накопления энергии и 45деления напряжения, Инвертор подключен к точкам 25 и 14,Положительная выходная шина 15схемы накопления энергии и делениянапряжения соединена с разноименными выходными выводами 26 и 27 черезуправляемые ключевые элементы 7 и 8,Отрицательная выходная шина 16 соединена с разноименными выходными выводами 26 и 27 через управляемые ключевые элементы 9 и 10.Система 12 управления состоит иззадающего генератора 28, формирователя и распределителя 29 импульсов 99 2и усилителей 30 - 34 мощности, управляющих ключами инвертора 4 и уппранляемыми ключевыми элементами 2, 3, 20 7, 8, 9, 1 О.Преобразователь работает следующим образом,В установившемся режиме напряжение переменного тока Бп преобразуется в пульсирующее напряжение постоянного тока и сглаживается выпрямителем 1 с конденсатором фильтра, Входная индуктивность элемента 5 выбирается из условия обеспечения добротности контура заряда конденсаторов 17 ( ) 1, Выражение добротности контура имеет вид где Ь - индуктивность контура;С - емкость контура;К - суммарное сопротивлениеконтура.В соответствии с напряжением задания Бз (фиг, 2) система 12 управления вырабатывает импульсы управления, которые через усилители 31 и 32 мощности, обеспечивающие гальваническую развязку и усиливающие сигнал, поступают на входные управляемые, ключевые элементы 2, 3 и 20, Ключи 2, 3 и 20 открываются, и конденсаторы 17 начинают заряжаться током д (полагая Ц ) 1)Й.21 и Б 41 - С "з 2 пГЬС С в момент времени С = Л Г ЬС ток заряда дс проходит через нуль, после чего меняет направление на обратное, При этом осуществляется естественная коммутация полупроводниковых ключей 2, 3 и 20 (данный способ позволяет в качестве полупроводниковых ключей применить тиристоры с естественной коммутацией), При одинаковой емкости конденсаторов 17, каждый из них заряжается примерно до 1/И части удвоенного амплитудного значения напряжения (У 4 - напряжение на конденсаторе, изменяющееся по закону-яБ =Од(1-е 21 соз 1/ЬС, в момент времени С = Й.С напряжения на конденсаторах достигают величины Ус а =Ь= Ъ (1-е ) при 0 ъъ 1, Псмакс. 201После прекращения заряда конденсаторов ключи 2, 3 и 20 запираются1352599 и от системы 12 управления через усилитель 34 мощности импульсы управления поступают на полупроводниковые ключи 7 и 10 при напряжениии фт5 задания + Ут или через усилитель 33 мощности - на полупроводниковые ключи 8 и 9 при напряжении задания "-" П . Ключи 7 и 10 или 8 и 9 открываются и происходит параллель ный разряд конденсаторов 17 черезразрядные вентили 18 и 19 и полупроводниковые ключи 7 и 1 О или 8 и 9 на нагрузку, частным случаем которой может быть двигатель постоянного то ка. Направление тока в нагрузке определяется напряжением задания. Благодаря полному разряду конденсаторов (фиг. 2) емкость последних определяется по формуле 20(ИП ) СЧй2 25 30 35 40 Преобразователь переменного на 45 50 55 РоСрсм ассгде Р - требуемая мощность на выходе преобразователя;Е - частота коммутаций,и минимальна по сравнению с прототипом, что уменьшает массогабаритныеьпоказатели преобразователя,Регулирование среднего значениянапряжения на нагрузке происходитизменением частоты коммутаций полупроводниковых ключей, Преобразователь осуществляет гальваническуюразвязку между напряжением питанияи нагрузкой, Гальваническая развязкареализуется благодаря последовательной работе зарядных 2, З.и 20 и разрядных 7, 10 или 8, 9 полупроводниковых ключей.1При изменении знака напряженияили резком уменьшении величины напряжения на нагрузке, или, если вкачестве нагрузки используется электродвигатель и он работает в генераторном режиме, в преобразователепредусмотрен режим возврата энергиив питающую сеть,В режиме рекуперации энергии всеть преобразователь работает следующим образом,После разряда конденсатора 17 через разрядные вентили 18, 19 и полупроводниковые ключи 7, 10 или 8, 9,ключи 7, 10 или 8, 9 запираются.С системы 12 управления приходятимпульсы управления на полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 соответственно. При этом полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 открываются и конденсаторы 17 через вентили 18, 19 переэаряжаются энергией,накопленной в нагрузке, причем на-, .пряжение П будет противоположногознака по сравнению с напряжением Успри заряде конденсаторов от напряжения питающей сети, После перезаряда полупроводниковые ключи 8, 9или 7, 10 закрываются и система 12управления вырабатывает импульсыуправления, которые через усилители30 и 32 мощности поступают на полупроводниковые ключи инвертора 4,ведомого сетью, и на полупроводниковые ключи 20, Конденсаторы 17 через полупроводниковые ключи 20 соединяются последовательно и черезиндуктивные элемент 5 и инвертор 4, ведомый сетью, разряжаются в сеть. Энергия, отдаваемаяв сеть преобразователем, определяется из выражения где У - напряжение на нагрузке.Введенные в схему преобразователя функциональные узлы: инвертор, ведомый сетью, задающий генератор (преобразователь напряжение - частота), формирователь и распределитель импульсов, усилители мощности могут быть выполнены по известным схемам. Формула изобретения пряжения в постоянное, содержащийсоединенный входом с входными выводами для подключения источника питающего напряжения выпрямитель с конденсатором фильтра, подключенным кего выходу, одна из обкладок которого подключена через первый входной управляемый ключевой элемент кпервому входу, а другая через последовательно соединенные второй входной управляемый ключевой элемент ииндуктивный элемент - к второмувходу схемы накопления энергии и деления напряжения, состоящую иэ параллельно соединенных цепочек, каждаяиз которых состоит иэ последователь.но соединенных конденсатора и двухвентилей, один из которых катодомподключен к одной иэ выходных шин99 кой соединения второго входного управляемого ключевого элемента с индуктивным элементом, первым входомсхемы накопления энергии и делениянапряжения и входными выводами вклю.чен дополнительно введенный инвертор, ведомый сетью, указанные выходные ключи выполнены в виде управляемых ключевых элементов и введеныдва дополнительных ключевых элемен- .тапричем положительная выходнаяшина схемы накопления энергии и деления напряжения соединена с катодомодного из указанных дополнительныхключевых элементов, анод которогосоединен с вторым выходным выводом,а ее отрицательная шина соединена санодом другого дополнительного ключевого элемента, катод которогосоединен с пе рвым выходньи в ыво -дом. фиг. ЛСоставитель Л, УстинкинТехред М.Ходанич Слободяник ректор, М. Шароши едактор 59комитета СССРи открытийская наб., д. 4/5 Подписно Заказ 5573/54 ВНИИ п 113035ТиражГосударственногоелам изобретенийосква, Ж, Рауш оизводственно-полиграфическое предприятие 5 13525 схемы, а анодом - к одной из обкладок конденсатора, другой анодом подключен к другой выходной шине схемы, а катодом - к другой обкладке кон 5 денсатора, и выходных ключей, каждый иэ которых включен между разноименными обкладками конденсаторов соответствующих смежных цепочек, причем положительная выходная шина 10 схемы накопления энергии и деления напряжения подключена к аноду одного ключевого элемента, катод которого соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, а ее отри б цательная выходная шина соединена с катодом другого ключевого элемента, анод которогб соединен с вторым выходным выводом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью рас О ширения функциональных возможностей и экономии электроэнергии, между точжгород, ул, Проектная, 4