Преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока

,80,1012408 ЗОН 02 М 7/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(22) 09,12.81 выпрямителями, выходы которых через(56) 1. Патент ФРГ й 1167437 первичные обмотки трансформаторовкл. 21 д 172/02, 1964. соединены между собой последовательно2, Авторское свидетельство СССР и подключены к входным выводам, апо заявке Ю 3277581,.кл.Н б 2 М 7/02, введенные дополнительные обмотки14.04.81. трансформаторов подключены к силовымвыводам управляемых ключей,,(54) (57) 1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕ. Преобразователь по и, 1, о т - .НИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ л и ч а ю щ и й с я тем, что, с це".:ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий после- лью снижения потерь мощности в управдовательно соединенные селектор вре" ляемых ключах, вторичные обмотки всех рменных интервалов и распределитель трансформаторов соединены последова"импульсов управления, причем вход тельно и подключены к входу соответселектора временных интервалов подклю- ствующего выпрямителя,чен к входным выводам, управляемые . 3. Преобразователь по и. 1, о тключи., число которых соответствует л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельчислу временных интервалов, управ- снижения потерь мощности во вторичныхляющие выходы указанных ключей сое- . обмотках, каждая из них подключена кдинены с соответствующими выходами .входу отдельного выпрямителя, выходыраспределителя импульсов управления, которых, соединены параллельно и подклюи трансформаторы, вторичные обмотки чены к соответствующему фильтру.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аппаратуре электромеханики, связи, вычислительной техники и автоматики, требующей питания рядом напряжений постоян. ного тока.Известен преобразователь напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока, содержащий трансформатор1 О с первичной обмоткой, подключенной к источнику переменного напряжения, одной вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке через выпрямитель, и второй вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке через свой выпрямитель 1 и управляемый ключ1 ,Преобразователь позволяет, при несколько облегченном фильтре, полу-чить напряжение постоянного тока с заданной величиной пульсаций этого напряжения. Однако для обеспечения формирования нескольких напряжений постоянного тока конструкция имеет большое количество управляемых ключей, включенных на стороне низкого напряжения. В результате имеются большие потери в ключах, объем и вес преобразователей завышен, а КПД недостаточно высок. Необходимость гальванической Развязки цепей управления си" ловыми ключами, включенными в разные выходные цейи и включение .их в цепи с постоянным током значительно усложняет схемотехнику и конструкцию таких преобразователей. 35МНаиболее близким к предлагаемому является преобразователь переменного тока в напряжение постоянного тока, содержащий трансформатор, один из вцводов первичной обмотки которого образует первый входной вывод, выпря" митель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, фильтр, соединенный с выходом выпрямителя и обра" 45 зующий выходные выводы, селектор временных интервалов, коммутатор управ" ляющих сигналов, дополнительные уп" равляемые ключи и дополнительные транс" форматоры, каждый из которых одним выводом первичной обмотки подключен к первому входному выводу, каждый из других выводов первичной обмотки соединен с первым выводом управляемого ключа, вторые выводы всех управляе" мых ключей объединены, образуя второй входной вывод, объединенные третьи вы-. воды управляемых ключей соединены с первым входным выводом, а каждый управляющий вывод управляемых ключей подключен к соответствующ;"у :ь:ходу коммутатора управляющих сигналов вход которого соединен с выходом селектора временных интервалов, подклю" ченного к входным выводам, вторичные обмотки .всех трансформаторов соединены согласно-последовательно и подключены свободными выводами к входу выпрямителя2 .Недостатком известного преобразователя является выполнение ключей с двумя силовыми контактами или с перекидным контактом, а также гальваническая связь этих цепей с зажимами истбчника переменного напряжения и между собой; это приводит к усложнению схемотехники силовых цепей и цепей управления ключами, что, в свою очередь приводит к усложнению конструкции преобразователя, несколько увеличиваются объем и вес, а также потери в ключах, поскольку замыкание обмоток трансформатора с каждым из зажимов источника переменного напряжения требует применения дополнительных элементов,при этом,ток,вызывающий потери в ключе, протекает по нему в каждую из Фаз управления клю" чом, т,е, постоянно.Цель изобретения - упрощение и улучшение энергетических показателей,Эта цель достигается тем, что в преобразователе напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока, содержащем последовательно соединенные селектор временных интервалов и распределитель импульсов управления, причем вход селектора временных интервалов подключен к входным выводам, управляемые ключи, число которых соответствует числу временных интервалов, управляющие выводы указанных ключей соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов управления, и трансформаторы, вторичные обмотки которых связаны с соответствующими выпрями- телями, выходы которых через фильтры образуют соответствующие выходные выводы, первичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и подключены к входным выводам, а введенные дополнительные обмотки трансформаторов подключены к силовым выводам управляемых ключей. С целью снижения потерь мощности в управляемых ключах вторичные10.1 2408 3обмотки всех трансформаторов соединены последовательно и подключены к входу соответствующего выпрямителя.Для снижения потерь мощности во вторичных обмотках каждая из них подключена к. входу отдельного выпрямителя, выходы которых соединены параллельно и подключены к соответствующему Фильтру. ,1 ВНа чертеже представлена принципиальная схема преобразователя.Устройство содержит селектор 1 временных интервалов, подключенный к входным выводам. Выход селектора 1 15 соединен с распределителем 2 импуль-. сов управления, выходы которого под" ключены к управляющим-выводам управ- ляемых ключей 3 и 4, силовые выводы которых подключены к дополнительным 26 обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и 8. Первичные обмотки 9 и 10 трансформаторов 7 и 8 соединены между .со" бой последовательно и подключены к входным выводам (источнику переменно-.2 го тока) . Вторичные обмотки 11 и 12 трансформаторов 7 и 8 соединены последовательно.и подключены к входу выпрямителя 13,.выход которого подключен. через Фильтр 14 к нагрузке 15. ЗО. Схема преобразователя приведена относительно разбиения полупериода: исходного напряжения переученного тока на два временных интервала, т.е. с выделением только одногодополни" тельного интервала, При выделении ин" тервалов больше одного устройство должно содержать на каждый дополни" тельный интервал трансформатор, первич. нвя обмотка которого включается после" довательно с обмотками 9 и 10 вторичная обмотка - последовательно с обмотками 11 и 12, к дополнительной обмотке подключаются силовые выводы своего :управляемого ключа (аналогичного ключам 3 и 4), а управляющий вывод его подключается к выходу распределителя 2 импульсов управления. Для упрбщения схемы на ней приведена цепь только одного напряжения постоянного тока для одной нагрузки 15. Для других нагрузок з напряжения постоянного тока Формируют-, ся аналогично, т.е. от своих вторичных обмоток, выпрямителей и Фильтров, соединенных аналогично вторичным обмоткам 11 и 12, выпрямителю 13 и фильтру 14. фф 4На первом времеином интервале, на. чало которого соответствует моменту равенства нулю мгновенного значения переменного напряжения до момента появления сигнала на выходе селектора 1, на одном из выходов (первом) распределителя.2 .формируется импульс,запирающий один иэ управляемых ключей(например, 3), а на других выходахраспределителя 2, в данном Случаеэто второй выход, формируются импульсы, отпираащие все остальные управляемые ключи ( в описываемом случае этоключ 4). Замкнутый ключ,4 эакорачива"ет вторичную обмотку 6 трансформато"ра 8 и тем самым и его первичную об"мотку 10. Таким образом, на этомвре"менном интервале все входное напряжение, за исключением остаточного напряжения 1 на силовых выводах ключа 4),трансформированного в обмотку 10трансформатора 8, оказывается приложенным к первичной обмотке 9 трансФорматора 7. С соответствующим коэффициентом трансформации это напряжение трансформируется во вторичную обмотку 11 трансформатора 7. Поскольку напряжение на обмотке 12, включенной последовательно с обмоткой 11, близко к нулю, а падение напряжения на активном сопротивлении обмотки 12 от протекания тока нагрузки пренебрежительно мало по сравнению. с Формируе-,мым в обмотке 11, то. практически все напряжение на обмотке. 11 прикладыва"ется через выпрямитель 13 к фильтру14, который осредняет это напряжение.На втором временном интервале навыходе селектора 1 вырабатываетсятакой сигнал, по которому на второмвыходе распределителя 2 формируетсяотпирающий импульс для ранее запертого управляемого ключа в описываемомслучае. это ключ 3) и забирающие им- ,пульсы для всех остальных ключей 1, в описываемом случае это ключ Ч В этот момент времени к фильтру14 приложено все входное напряжение с коэффициентом трансформации от обмотки 6 и обмотки 12 трансформатора 8, так как напряжение на обмотке11 близко к нулю. Таким образом, в течение полупе"риода входного напряжения .к входу Фильтра 14 прикладывается входноеУстройство работает следующим образом. напряжение с соответствующим коэффициентом трансформации на каждомиз выделенных временных интервалов.10125Выпрямители 13 могут быть подключены входами к вторичной обмотке каждого трансформатора 7 и 8, авыходами - параллельно к входу фильтра 14, что уменьшает потери в обмотках 11 и 12 и является эффективным в случае формирования напряжений относительно большой величины(более 15-20 В),В таком схемном варианте, при 1 фотпертом ключе 3 и запертом ключе4, выпрямитель, подключенный к вто"ричной обмотке 11 трансформатора7, заперт большим напряжением на выходевыпрямителя, подключенного к вторичной обмотке 12 трансформатора 8.Ток по обмотке 11 трансформатора7 протекать не будет, и, соответственнов ней не будет рассеиватьсядополнительная мощность, однако2 Оток через открытый управляемый ключ3 несколько возрастет, так какпротекание тока через обмотку 11компенсирует часть магнитного потока трансформатора 7, создаваемого током обмотки 9 и, тем самым, уменьшает ток в обмотке 5 это.го трансформатора и в ключе 3.Для напряжений постоянного токамалой величины (до 15-20 В) поте- Зври во вторичной обмотке трансформатора меньше, чем в управляемомключе этого трансформатора, поскольку определяющими будут потери в ди"одах выпрямителя 13 и целесообраз- з 5нее схемный вариант, приведенный.на чертеже,При напряжениях постоянного токабольшего уровня может оказатьсяпредпочтительным подключение выпрямителя к вторичной обмотке каждо.го трансформатора, так как потерив обмотках трансформаторов могутпревысить потери в ключах. Однаконеобходимо учитывать, что такой 4схемный вариант ведет к увеличениюнеобходимого числа диодов, что, в ссвою очередь, увеличивает объем ивес конструкции.Управляемые ключи 3 и 4 в схем" уном варианте, изображенном на чер"теже, представляют собой транзисторные ключи, через выпрямители подключенные к дополнительным обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и 8. Селектор временных интервалов,для выделения дополнительных интер-,валов более одного, может быть как 408амплитудным, т,е. содержать несколь"ко параллельно включенных цепей изпоследовательно соединенных табилитро"нов и балластных сопРотивлений, так ивременным, содеожащим счетчики времени,обнуляемые в моменты равенства входного напряжения нулю, или фазовым дискриминатором,Распределители импульсов управления могут быть собраны на регистрах,счетчиках, пересчетных кольцах и т,п.а управляемые ключи - йа управляемыхтиристорах, симисторах, тиристорныхсхемах и т.п.Селектор 1 временных интервалов,для случая выделения одного дополнительного интервала, может быть выполнен (см. чертеж) в виде диодного мо"ста, в выходную диагональ котороговключен через балластный резисторстабилитрон. Напервом временном ин"тервале, когда напряжение на входемоста ниже рабочего напряжения, стабилитрон закрыт и напряжение на выходе селектора 1 отсутствует. При пре.вышении мгновенным значением входного напряжения рабочего напряжениястабилитрона, выбираемого равным напряжению на границе интервала, онпробивается и на выходе селекторапоявляется сигнал, отличный от нуля,На выходе распределителя 2 импульсов управления от вспомогательногоисточника напряжения О на первомвременном интервале формйруется импульс (уровень) напряжения, отпирающий управляемый ключ 3, и уровень напряжения, близкий к нулю,запирающий ключ 4,Включение управляемых ключей квведенным дополнительным обмоткамтрансформатора существенно упрощаетсхемотехнику как силовой части клю-,.ча, так и цепей управления. Для реализации устройства необходим одиночный контакт, в отличие от прототипа, где управляемый ключ должен был иметь перекидной контакт, что при реализации такого ключа на полупроводниковых элементах требует вдвое большего их количества. Благодаря тому, что первичные обмотки трансформаторов подключены последовательно и непосредственно к зажимам источника напряжения переменно"/го тока, упрощаются и схемы управления ключами, так как они не требуют гальванической развязки. Крометель. б.йельТ.Иаточка ююееюююееее Соста ков Корректор И.Шулла едактор К.Волощук ехр Е Юе аказ 2786/68 Тир ВНИИПИ Госу по делам 113035, Мосж 8 Подписна .СССРтийнаб., д. 4/ арст венного комитизобретений и отква, Ж, Раушская ееюееееюеееееюеюююеююеее филиа ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,г 71012408 8того, такое включение управляемого ного токаУменьшаются потери в клю" ключа позволяет оптимально использо" чах, поскольку.при разомкнут:.: сосвать его по току, напряженою и мощ- тоянии ключа потери в его силовой ности, т.е. коэФФициент трансформа- цепи отсутствуют. Преобразователь ции от первичной обмотки к дополни- з отличается повышенной технологичностью тельной дпя трансФорматора может быть и надежностью, реализация текничесю выбран произвольно, в отличие от схе- кого решения позволяет упростить схемы прототипа, где напряжение и ток мотехнику и конструкцию преобраэоватеключа определяются параметрами пер- ля, снизить вес, объем и стоимость вичного источника напряжения перемен В устройства, повысить КПД.1