Преобразователь переменного напряжения в повышенное постоянное

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическикРеспублик и 936293(51)М. Кл. Н 02 М 7/12 9 кударетаевй кфиитвт СИР ве деаи ааабратвкВ и аткрыта(72) Авторы изобретения Б.А.Багинский, М.М.Штейн и С.И.щербининТомский ордена Октябрьской Революции 1 и ордена Трудовогб, Красного Знамени политехнический инсТитутим.С,М;Кирова .(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОВЫШЕННОЕ ПОСТОЯННОЕИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания, преобразующего переменное напряжение в постоянное повышенного уровня.Известен регулируемый источник повышенного постоянного напряжения, содержащий вентильный мост и подключенную к его выводам постоянного тока цепочку из последовательно соединенных конденсаторов, общей точкой подключенных через выключатель ко входному выводу Г 1 1.Известен также стабилизатор выпрямленного напряжения, содержащий вентильный мост, сглаживающий дроссель, фильтровой конденсатор, причем сглаживающий дроссель выполнен с отводом и подключен к управляющему тиристору, позволяющему регулировать выходное напряжение 1 21,Недостатками известных устройств являются низкие энергетические характеристики, так как энергия от источника переменного напряжения потребляется в течение части полупериода питаоцей сети, когда входноенапряжение выше напряжения на конденсаторе фильтра. Ток заряда ограничен лишь внутренним сопротивлениемисточника и сопротивлением вентилей,Малое время протекания тока, егобольшая амплитуда приводят к низкому 1 Означению коэффициента искажения токаи уменьшению коэффициента мощностиустройства в целом.Наиболее близким к изобретениюявляется преобразова тель переменногонапряжения в повышенное постоянное,содержащий разнополярно подключенные кодному из входных выводов вентили,другими концами соединенные с двухобмоточным дросселем, свободныевыводы которого подключены к цепочкеиз последовательно соединенных конденсаторов, общей точкой связанныхс другим входным выводом 3.Недостаток этого преобразовательотносительно низкий коэффициент мощности и высокий уровень амплитудыпульсаций выходного напряжения, чтовлияет на качество энергетическиххарактеристик устройства,Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик.Эта цель достигается тем, что впреобразователе переменного напряжения в повышенное постоянное, содержащем основной выпрямитель, двухобмоточный дроссель, концы которогосоединены с цепочкой из последовательно соединенных конденсаторов,общей точкой подключенных к одномуиз входных выводов, двухобмоточныйдроссель выполнен с отводами от обеих обмоток, подключенными к выводампостоянного тока основного выпрямителя, и введен дополнительный выпрямитель, выводы постоянного тока которого подключены к свободным концамдвухобмоточного дросселя, а между общей точкой соединения конденсаторови входным выводом включен ключевойэлемент.На фиг, 1 представлена принципиальная схема преобразователя; нафиг, 2 - диаграммы(с 1,д,8)напряженийи токов, потребляемых из сети и надросселе,Преобразователь содержит основнойвыпрямитель, выполненный на вентилях 1 - 1, дополнительный выпрямитель на вентилях 5 - 8, двухобмоточнь 1 й дроссель 9, выполненный с отводами, подключенными к выводам постоянного тока основного выпрямителя. Выводы постоянного дополнительного выпрямителя соединены с концами двухобмоточного дросселя, 9, свободные концы которого подключены к цепочке из пос ледовательного соединенных конденсаторов 10 и 11, общей точкой подключенных через ключевой элемент 12 ко входному выводу. Нагрузка 13 подсоединяется к выводам конденсаторов 10 и 11.На фиг. 2 представлены следующие диаграммы: а) .напряжения на дросселе и токов в его обмотках при разомкнутом ключе 12; б) напряжения на дросселе и токов в его обмотках при замкнутом ключе 12; в). сетевое напряжение и потребляемый из сети ток..энергии, ток протекает через витки обмоток Ч, Ч конденсаторы 10 и 11 с нагрузкой 13 и вентили дополнительного моста ( на диаграммах фиг,2 а 25 временные интервалц й,1- С, й - йи т.д.) . При этом вентили 5-8 основного моста закрыты обратным напряжениием, прилокеннцм с обмоток Ч Л,ЗО 35 40 45 Я фУстройство работает следующим образом.Если ключевой элемент 12 разомкнут,то выпрямленный 1, ток замыкаетсячерез последовательно соединенныеобмотки дросселя Ч 1 и Ч . В соответствии с фиг. 1, Ч,1- вйтки одной обмотки двухобмоточного дросселя 9,Ч 2 витки другои обмотки двухобмоточного дросселя 9,Ч 1 Ч. ЧЧ = Ч 2+ Ч;где Ч,1 и Ч - частивитков соответствующей обмотки отвывода постоянного тока дополнительного выпрямителя от отвода,1Ч и Ч" - части витков от отводадо места подключения к выводам кон"денсатора.Когда входное напряжение большенапряжения нагрузки,в двухобмоточном дросселе происходит накопление Когда входное напряжение меньше напряжения нагрузки, двухобмоточныйдроссель отдает энергию, выпрямленный ток протекает через все витки обмоток Ч 1, И и вентили основного моста 5 - 8 (интервалы - т 4, на Фиг. 2 а). При этом к вентилям дополнительного выпрямителя приложено обратное напряжение и они заперты. Непосредственно в момент равенства входного и нагрузочного напряжений (С, С, С , й .) происходит коммутация тока из одних витков обмоток в другие с одновременным скачкообразным изменением его амплитуды. Так в моменты 1,1, й 4 ток, потребляемый от сети и поступающий в конденсаторы и нагрузку, скачком возрастает, а соответственно в моменты- уменьшается. Скачкообразное изменение тока обусловлено тем, что при переводе его из одних витков в другие в силу неизменности энергии дросселя до и после моментов коммутации выполняется равенство1 р Ч 1 Ч( (где Ч , 1,к, - число витков частиобмотки дросселя и ток,протекающий по ним;5 9362Ч=Ч +Ч, - соответственно число 1 витков всей обмоткидросселя и ее ток.Если двунаправленный ключ замкнут, то на каждом из полупериодов подза ряжается один из конденсаторов и ток поочередно протекает по обмотке Ч/ или Ч,Так, при положительной полу- волне входного напряжения на интервале й - й (фиг. 2 б) ток сети про О текает через вентиль 5, обмоткуьМю Ч + Ч,(, конденсатор 1 О и ключ 12. На интервале с- й вентиль 5 закрыт, а заряд конденсатора 10 производится током, протекающим через (5 вентиль 1 и обмотку Ч. На интервале(й - С ток сети вновь замыкается через диод 5 и обмотку Ч 1 . При отрицательной полуволне входного напряжения заряжается конденсатор 20 11 током, протекающим на интервалах й- й с - й через вентиль 7 и обмотку 5= Н+ Ч а на интервале й- С- через вентиль 3 и обмотку Ч,lПотребляемый из сети ток как при 25 разомкнутом, так и при замкнутом ключе 12 имеет ступенчатую форму (фиг. 2 в) с уменьшенным содержанием высших гармонических составляющих, причем первая гармоника тока совпада-Зо ет по фазе с питающим напряжением.КоэФФициент мощности преобразователя зависит от соотношения витков(ЧЧ+ Ч" 35и при и = 2 - 3 достигает значения 0,98. Величина выходного напряжения также зависит от и. При разомкнутом ключе 12 в указанном диапазоао не изменения и выходное напряжение составляет 0,72 - 0,77 от амплитуды питающего, а при замкнутом ключе увеличивается в 2 раза. Если в качестве ключа 12 использовать симис 45 тор с системой фазового управления, то, изменяя фазу его включения, можно в.2 раза регулировать выходное напряжение.Использование двухобмоточного дросселя и дополнительного выпрями 50Я теля позволяет улучшить энергетические характеристики преобразователя. Так, в известном устройстве коэффициент мощности не превышает 0,9. В обычной однофазной мостовой схеме выпрямителя с индуктивной реакцией фильтра коэффициента мощности также составляет величину 0,9. Отмеченное достоинство позволяет эффективно применять преобразователь для получения повышенного выпрямленного напряжения при средних и больших мощностях нагрузки. При этом по сравнению с классической схемой источника с согласующим тран" сформатором достигается значительное уменьшение массы и габаритов устройства.Формула изобретенияПреобразователь переменного напряжения в повышенное постоянное, содержащий основной выпрямитель, двухобмоточный дроссель, концы которогосоединены с цепоцкой из последовательно соединенных конденсаторов,общей точкой подключенных к одномуиз входных выводов, о т л и ч а ющ и й с я тем, цто, с целью улучшения энергетических характеристик,двухобмотоцный дроссель выполнен сотводами от обеих обмоток, подключенными к выводам постоянного токаосновного выпрямителя, и введен дополнительный выпрямитель, выводыпостоянного тока которого подклн(цены к свободным концам двухобмоточного дросселя, а между общей точкой соединения конденсаторов ивходным выводом включен ключевойэлемент.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 410368,кл. 6 05 Г 1/24, 19722, Авторское свидетельство СССРГ 669340, кл. Н 02 И 1/12, 1977.3. Патент СНА И 3177421,кл. 321-15, 1965.936293Фиг. 1ф.2НИИПИ Заказ 4244/69 Тираж 721 Подписное филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная,