Выпрямитель с утроением напряжения

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИТИЗЬСТВУ-Ф 51 М зН 02 М 7/10 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 230581 Г;, . -" С.И. Щербинин, Б.А. Багинский и М.М. Втекайт Тольяттинский политехнический инсФйтут-(54) ВЫПРЯМИТЕЛЬ С УТРОЕ ОМ известного умн кий коэффициент м ЦельэффициеиутроениеПостатем, чтоиз вентилвыходныеполнителласно и Изобретение относится к электротехнике, 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 вен- . тили и, конденсаторы. В течение части полупериода переменного напряжения конденсаторы заряжаются, подключаясь через вентили параллельно входным зажимам выпрямителя. При изменении полярности входного напряжения происходит разряд конденсаторов. При этом они включаются последовательно между собой и входным напряжением, обеспечивая на нагрузке повышенное напря жение Г 1) и Г 2) .Однако сравнительно небольшая длительность прохождения токовзаряда и разряда, различие их по величине и форме приводят к низкому коэффициенту 25 мощности выпрямителей с умножением напряжения.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст"ройство утроения напряжения, выпол ненное по мостовой схеме, в двух противоположных плечах которой включены конденсаторы, а в двух других - вентили. Одна из диагоналей моста образует входные зажимы, а другая через дополнительный вентиль, 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 ГЗ (Недостатк ожителя является низ ощности. зобретения - увеличение коа мощности выпрямителя с напряжения.ленная цель достигается преобразователь, состоящий ьно-конденсаторных мостов, диагонали которых через донне вентили, включенные сог оследовательно с вентилямимостов, подключены к конденсатору,соединенному с выходными выводами,содержит три моста, включенные тре-угольником относительно входных выводов в трехфазную сеть, а между вентилями, стоящими в соседних плечах,включены обмотки, расположенные наОбщем магнитопроводе и соединенныесоглано, средние точки которых иточки соединения конденсаторов в соседних плечах .образуют входные выводы мостов.На фиг. 1 изображена принципиальная схема выпрямителя с утроениемнапряжения, на Фиг. 2 - диаграммыфаэных (а) и линейных (б) напряжений, токов заряда (в) и разряда 15(г) конденсаторов мостов и результирующего тока (д).Выпрямитель содержит три вентильно-конденсаторных моста, Одна ветвьпервого моста состоит из вентилей 1 2и 2, которые включены согласно в соседних плечах и соединяются междусобой через обмотку сглаживающегодросселя 3. Другая ветвь образуетсяпоследовательно включенными конденсаторами 4 и 5. Точки соединения вентилей и конденсаторов являются выход-.ной диагональю мостов, а средняя точка обмотки, 3 и точка соединения конденсаторов 4 и 5 - входными зажимамимоста. Второй и третий мосты выполнены аналогично и содержат, соответ.ственно, вентили б, 7 и 8, 9, конденсаторы 10, 11 и 12, 13 и обмоткисглаживающего 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 магнитопроводедросселя магнитный поток одного направления. Входные зажимы мостовподключаются по схеме треугольникав трехфазную сеть Выходные диагонали мостов через дополнительные вентили катодной группы 16-18 и аноднойгруппы 19-21, включенные согласно свентилями мостов, соединены с общимконденсатором 22, параллельно которому подключается нагрузка 23.Выпрямитель работает следующим образом.Кожно считать, что ток в процессе заряда и разряда конденсаторов неизменяется во времени. Переход зарядного тока с одной обмотки дросселяиа другую, а также переход разрядного тока с одного дополнительноговеитиля на другой происходит мгновенно.Зарядный ток конденсатора проходИтсщну шестую часть периода, когда лииейвое напряжение, подводимое к входным зажимам соответствующего моста,имеет но модулю наибольшую величинуао сравнению с напряжениями на входахдругих мостов. В течение остального времени вентиль, стоящий в цепи заряда конденсатора, закрыт под действием результирующего напряжения наконденсаторе, обмотке. дросселя и линейного напряжения сети.Ток разряда конденсаторов мостовпроходит в течение одной трети перио 1 ца, Дополнительные вентили аноднойгруппы 19-21 поочередно включаютсяв моменты времени, когда соответствующее фазное напряжение, подводимое в точку соединения конденсаторовмостов, наиболее отрицательно. Приэтом разряжается конденсатор, соеди"ненный с катодом открытого вентиля.Дополнительные вентили катодной группы 16-18 поочередно включаются вмоменты времени, когда Фазное напряжение, подводимое к ним соответственно через конденсаторы 4, 10 и 12,наиболее положительно. Ток разрядапроходит в этом случае через конденсатор, соединенный с анодом открытого вентиля, Конденсаторы мостов заряжаются до напряжения, пропорционального линейному напряжению сети. Их разряд происходит по цепи, образуемойпоследовательным включением линейного напряжения сети и двух конденсаторов, .расположенных в различных мостах. На конденсаторе 22 и нагрузке 23Формируется напряжение, пропорциональное утроенному линейному напряжениюсети.Так,.для фазы А в моменты времени,соответствующие наибольшей по модулювеличине линейного напр-:.жения Одс,проходят токиии заряжаютсяконденсаторы 4 и 5 (фиг. 2 б, в). После того, как напряжение О д превысит по модулю напряжение О дс, начинают проходить токи. и 1 0 образуютположительную, а токи 0, и- отрицательную полуволны зарядного тока,первая гармоника которого совпадаетпо фазе с напряжением ОА. Ток разряда Фазы А состоит из токов . и .конденсаторов 10 и 11. При положительной полуволне Фазного напряжения ОАработает вентиль 17 и разряжаетсяконденсатор 10, при отрицательнойвключается вентиль 20 и разряжаетсяконденсатор 11 (фиг. 2 а, г).В течение времени, когда 1 ОВА).1 Одс 1, разряд конденсатора 10 происходит по цепи вентиль 21-конденсатор13 - источник наиряжения ОВА - конденсатор 10 - вентиль 17. При )ОдсОВА разряд продолжается по цепивентиль 19 - конденсатор 5 - источник напряжения Ос - конденсатор 10 вентиль 17. В обоих случаях к конденсатору 22 и нагрузке 23 прикладывается утроенное напряжение на конденсаторе моста. Аналогичные процессы происходят при разряде конденсатора 11,Включение вентилей в соседние плечи мостов позволяет получить симмет832676 формула изобретения 6 В 4 ричную Форму зарядного тока в фазе относительно фазного.напряжения. Введение магнитосвязанных обмоток сглаживающего дросселя обеспечивает пря. моугольную форму этого тока с длительностью, равной одной трети периода. В итоге первая гармоника А результирующего тока фазы А, который рпределяется, как сумма зарядного и разрядного токов, имеет нулевой уголсдвига относительно Фазного напряжения (Фиг. 2 д). Коэффициент мощности выпрямителя в этом случае увеличивается и достигает величины, которую имеют наиболее совершенные в этом отношении выпрямители.Использование трех вентильно-кон денсаторных мостов с включением вентилей в соседние плечи магнитосвя-. занных обмоток сглаживающего дросселя выгодно отличает предлагаемый выпрямитель с утроением напряжения от О известного значительным увелнчением коэффициента мощности.- Это позволяет применять его в бестрансформаторных источниках питания с повышенным выходным напряжением при средних .и боль"5 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- ЗО ки порядка 20 кВт прииенение предлагаемого выпрямителя позволяет уменьшить вес с 200-250 кг до 50-60 кг.Коэффициент мощности выпрямителя приэтом составляет 0,9-0,95 (0,4-0,6 уизвестного,). Выпрямитель с утроением напряжения, состоящий из вентильно-конденсаторных мостов, выходные диагонали которых через дополнительные вентили,включенные согласно и последователь"но с вентилями мостов, подключены кконденсатору, соединенному с выходны"ми выводами, о т л и ч а ю щ и й с ятем, .что, с целью увеличения коэффициента мощности, он содержит три моста, включенные треугольником относительно входных выводов в трехфазнуюсеть, а между вентилями, стоящими всоседних плечах, включены обмотки,расположенные на общем магнитопроводеи соединенные согласно, средние точки которых и точки соединения конденсаторов в соседних плечах образуют входные выводы мостов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 560307, кл. Н 02 М 7/10, 1976.2. Авторское свидетельство СССРР 615576, кл. Н 02 М 7/10, 1977.3. Авторское свидетельствоСССР9 408436, кл. Н 02 М 7/10, 1971.832676 каз 3668/69 Тираж .730 ВНИИБИ Государственного по делам иэобретеиий 113035, Москва, Ж, РаушПодписноСР комитета ССи открытийскал наб 5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Составитель МельниковаРедактор Г. Кацалап Техред И. Голинка Корректор Ю. Макарен