Преобразователь переменного напряжения в постоянное

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(73) Коновалов Сергей Иванович(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ(57) Использование: преобразование переменногонапряжения в постоянное для систем вторичногоэлектропитания. Сущность изобретения: на выходе(51) 5 Н 02 М 7 219 преобразователя частоты включены последовав тельно соединенные по первичной стороне основной и дополнительный трансформаторы. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение основного трансформатора с конденсатора фильтра снимается и подается к мостовому обратимому инвертору, с помощью которого дополнительное напряжение добавляется, вычитается или отсутствует в цепи первичной обмотки основного трансформатора 2Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного напряжения входной частоты в постоянное напряжение при построении источников вторичного электропитания различного назначения,Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором. выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра, а также блок управления инвертором повышенной частоты (авт,св, СССР М 505100, кл, Н 02 М 5/12, 1976),К недостаткам таких устройств следует отнести сравнительно низкое качество массогабаритных показателей, так как они зависят от степени приближения огибающей выпрямленного напряжения к прямоугольной форме, которая определяется как количество отводов первичной обмотки силового трансформатора (а также ключевых элементов для их переключения), так и длительностью переднего и заднего фронтов. В идеальном случае в известном преобразователе можно получить выпрямленное напряжение с формой равнобедренной трапеции, боковыми сторонами которой являются отрезки синусоиды, 8 спектре напряжения такой формы гармоника удвоенной частоты входного напряженияимеет значительную амплитуду, что приводит к сравнительно большим массе и габаритам сглаживающего фильтра.Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий в одном канале однополупериодный выпрямитель, а в другом - высокочастотные преобразователь и выпрямитель, причем оба канала подключены к выходному сглаживающему фильтру (авт,св, СССР М 1182612, кл. Н 02 М 7/06. 1985).Недостаток известного устройства - низкое качество массогабаритных показателей из-за сравнительно больших массы и габаритов сглаживающего фильтра, поскольку в спектре выпрямленного напряжения присутствуют низкочастотные составляющие значительной амплитуды.Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение (авт.св. СССР М 851692, кл, Н 02 У 7/04, 1981), содержащий входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты на ключевых элементах с силовым трансфор матором, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра, Кроме того, в преобразователе имеется вольтодобавочный канал, посредством сглаживающего фильтра которого выход входного выпрямителя соединен с управляемым генератором на ключевых элементах с трансформатором напряжения. Блок управления служит для формирования и распределения сигналов управления ключевыми элементами либо по величине напряжения на нагрузке, либо по командам от внешнего устройства.Недостатками такого устройства являются сравнительно низкое качество массо- габаритных показателей и достаточная сложность из-за необходимости применения в вольтодобавочном канале выпрямителя и низкочастотного сглаживающего фильтра.Настоящее изобретение направлено на решение задачи упрощения устройства и улучшения его массогабаритных показателей при сохранении показателей качества выходного напряжения. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в упрощении устройства путем исключения входного выпрямителя, а также в улучшении массогабаритных показателей устройства на 10,15 в зависимости от мощности устройства за счет исключения низкочастотного фильтра вольтодобавочного канала при сохранении пока 30 35 40 45 50 55 зателей качества выходного напряжения преобразователя такими же, как и в известным устройстве.Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном устройстве, содержащем основной инвертор с повышенной в пять раз по отношению к входной частотой, подключенный входом к входным выводам преобразователя, а выходом - к последовательно соединенным первичной обмотке силового трансформатора и первой обмотке дополнительного трансформатора, вторая обмотка которого соединена с выходом дополнительного мостового обратимого инвертора. выходной выпрямитель, подключенный входом к вторичной обмотке силового трансформатора, а выходом - к входу основного сглаживающегоС-фильтра, блок управления, введен дополнительный сглаживающийС-фильтр. вход дополнительного мостового обратимого инвертора подключен к конденсатору основного сглаживающегоС-фильтра и к входу 5 10 15 20 25 дополнительного сглаживающего фильтра,выход которого соединен с выходными выводами преобразователя.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Отличительными признаками предлагаемого устройства до отношению к известному устройству я вля ются; наличие дополнительного сглаживающего (.С-фильтра подключение входа дополнительного сглаживающего фильтра к выходу основного фильтра: подключение выхода дополнительного фильтра к выходным выводам преобразователя; соединение входа мостового обратимого инвертора с выходом основного сглаживающего фильтра. На фиг, 1 представлена электрическая схема преобразователя переменного напряжения входной частоты в постоянное напряжение; на фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя,Устройство содержит канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно преобразователя 1 повышенной частоты на ключевых элементах с двухсторонней проводимостью с силовым трансформатором 2, выпрямителя 3 и двухзвенного сглаживающего фильтра 4 и 5, выход которого соединен с нагрузкой 6, вольтодобавочный канал, состоящий из мостового обратимого инвертора 7 с ключевыми элементами 7.1 - 7.4, силовой вход которого подключен к выходу основного сглаживающего фильтра 4. дополнительного трансформатора 8, вторая обмотка которого соединена с выходом инвертора 7,а первая включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора 2. Блок 9 управления служит для формирования и распределения сигналов управления ключевыми элементами блоков 1 и 7 по величине напряжения на нагрузке в соответствии с выбранным законом управленияя. Преобразователь работает следующим образом, При подключении источника переменного напряжения Овх с частотой 1 вх(фиг.2) к входным выводам и поочередном включении ключевых элементов преобразователя 1 частоты на его выходе формируется напряжение Ом 1 с частотой 1 м=51 х, которое затем поступает на последовательно включенные первичную обмотку трансформатора 2 и первую обмотку трансформатора 8. Поскольку в исходном состоянии конденсаторы сглаживающего фильтра разряжены, входным напряжением инвертора 7 является напряжение, формирующееся во второй обмотке трансформатора 8, пропорциональное напряжение О 1, Управление ключевыми элементами инвертора 7 на начальном этапе осущес 1 вляется таким образом, что происходит выпрямлсние импульсного энакопеременного напряжения, формирующегося во второй обмотке трансформатора 8, При этом на вторичной обмотке трансформатора 2 формируется напряжение, по форме аналогичное напряжению Ом 1, а по величине - пропорциональное коэффициенту трансформации этого трансформатора, которое затем выпрямляется выпрямителем 3 и поступает на сглаживающий фильтр. В результате такого управления происходит заряд конденсаторов фильтра напряжениями, поступающими с выхода выпрямителя 3 и силового входа инвертора 7, При достижении напряжения на конденсаторе основного фильтра 4 некоторого установленного уровня это напряжение становится входным для инвертора 7, поскольку оно будет превышать по абсолютной величине амплитуду импульсов напряжения, формирующегося во второй обмотке трансформатора 8 от работы основного инвертора, При этим управление ключевыми элементами инвертора 7 осуществляется таким образом, что в первой обмотке трансформатора 8 формируется импульсное знакопеременное вольтодобавочное напря- . жение Ом 2.2, пропорциональное выходному напряжению Ом 2.1 инвертора 7. По окончании переходного процесса в фильтре на выходе выпрямителя 3 формируется напряжение Оз, показанное на фиг, 2. Для преобразователя характерны три режима работы; вольтодобавки, вольтоотбавки и закоротки. В первом случае происходит сложение напряжений Ол 1 и ОМ 2,2, во втором - их вычитание. Режим закоротки, когда напряжение первой обмотки трансформатора 8 равно нулю, обеспечивается при одновременном включении элементов 7.1, 7.2 или 7.3, 7.4. Коэффициент трансформации трансформатора 8 выбирается исходя из получения минимального коэффициента пульсаций напряжения Оз и, в отличие от известного устройства, будет определяться коэффициентом трансформации трансформатораа 2 основного канала преобразования. Дополнительный сглаживающий фильтр 5 служитдля сглаживания пульсаций выходного напряжения основного фильтра 4, вызванных коммутацией ключевых элементов инвертора 7. С целью получения различных номиналов выходного напряжения трансформатор 2 может содержать допол нительные вторичные обмотки, подключенные к последовательно соединенным выпрямителям и сглаживающим фильтрам.В качестве ключевых элементов в конструкции устройства применяются диоднотранзисторные ключи переменного тока,2004055 каждый из которых выполнен на двух биполярных транзисторах и двух диодах, включенных встречно-параллельно. Блок 9 управления содержит синхронизированный с входным переменным напряжением управляемый формирователь импульсов упФормула и зоб рет ения ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий преобразователь частоты с повышенной в пять раз по отношению к входной частотой, подключенный входом к входным выводам преобразователя, а выходом - к последовательно соединенным первичной обмотке силового трансформатора и первой обмотке дополнительного трансформатора, вторая обмотка которого соединена с равления силовыми транзисторами и усилительно-развязы вающий узел.(56) Авторское свидетельство СССРВ 1182612, кл. Н.02 М 7/06, 1985.5 Авторское свидетельство СССРМ 851692, кл, Н 02 М 704, 1979,выходом мостового обратимого инвертора, выходной выпрямитель, подключенный входом к вторичной обмотке силового трансформатора, а выходом - к входу основного сглаживающегоС-фильтра, и 15 блок управления, отличающийся тем, чтовход мостового обратимого инвертора подключен к конденсатору основного сглаживающего 1 С-фильтра и входу введенного дополнительного сглаживающего фильтра, 20 выход которого соединен с выходными вь,.водами преобразователя.2004055 орректор С. Патрушева эктор каз 3327 писно Тираж Под НПО "Поиск" Роспатента3035, Москва, Ж, Раушская наб изводствен но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Составитель Техред М.М С. Коноваловгентал