@ -фазный умножитель напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕ(ВСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 4(51) Н 02 М 7/25 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И МНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 832676, кл. Н 02 М 7/10, 1981.2. Патент США У 3849717кл. 321-15 19743. Авторское свидетельство СССРб 748821) кл. Н 03 Н 3/53, 1980,(54)(57)ь -ФАЗНЬЙ УМНОВИТЕЛЬ НАПРЯ, ЖЕНИЯ, содержащий входные выходы для подключения ю-фазного источника пита.ющего напряжения, цепочку иэ и последовательно соединенных диодов, концы которой образуют выходные выводы для подключения нагрузки и Н конденсаторов, объединенных попарно в последовательные цепочки., каждая из которых включена параллельно относительно средних диодов так, что первая цепочка конденсаторов включена параллельно двум средним диодам, вторая - параллельно четырем средним диодам и т.д.,причем общая точка соединения конден-саторов каждой цепочки соединен с об. щей точкой соединения конденсаторов (п)+1)-й цепочки, а общая точка соединения конденсаторов В -й цепочки подключена к общей точке соединения двух средних диодов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения энернетических характеристик и увеличения диапазона регулирования выходного напряжения, в него ьведены л дополнительных цепочек, каждая иэ которых выполнена в виде двух параллельно соединенных ветвей. каждая из которых состоит из последовательно соединенных тиристора, включенногоФ встречно относительно тиристора другой ветви, и обмотки индуктивного элемеита причем обмотки иипуктивимк элементов каждой из дополнительных цепочек расположены на общем магии- д топроводе и включены согласно, а общая точка соединения конденсаторов каждой из П); цепочек соединена с одним из входньм выводов для подключения сооттаетс".вующей фазы питающего напряжения через.одну из дополнительных цепочек;1 О Наиболее близким к изобретению является Ь -фазный умножитель напряжения, содержащий входные выводы для подключения р-фазного источника пи тающего напряжения, цепочку из ц по". следовательно соединенных диодов, концы которой образуют выходные выводы для подключения нагрузки иконденсаторов, объединенных попар но в последовательные цепочки, каждая из которых включена параллельно относительно средних диодов так; что первая цепочка конденсаторов включена параллельно двум средним диодам, вторая - параллельно четырем средним диодам и т.д причем общая точка соединения конденсаторов каждой Изобретение относится к электро"нике, а именно к вь 1 прямителям переменного тока с умножением напряжения,и может использоваться в бестрансфор"маторных источниках постоянного токабольшой мощности с выходным напряжением, существенно превышающим линейное напряжение питающей сети.Известны выпрямители с умножениемнапряжения, обладающие высоким коэффициентом мощности, содержащие тривертикально-конденсаторных моста,.выходные диагонали которых черездополнительные вентили, включенныесогласно и последовательно с вентилями мостов, поцключены к конденсатору,соединенному с выходнйми зажимами,причем входные диагонали мостов вклю.чены треугольником относительно зажимов трехфазной сети, а между вентилями, стоящими в соседних плечах,включены обмотки, расположенные наобщем магнитопроводе и соединенныесогласно, средние точки которых иточки соединения конденсаторов в соседних плечах образуют входные зажимы мостов Ц,.,Однако такое устройство имеетсравнительно невысокий коэффициентумножения, равный трем, и относитель-З 0но большое число вентилей.Известны также однофазные выпрямители с умножением напряжения, содержащие вентильно-конденсаторныеудвоители напряжения, соединенныепоследов ательйо 2 .Однако такие выпрямители имеютнизкие коэффициенты мощности и полезного действия, а также не могутрегулировать выходное напряжение в 40широком диапазоне. цепочки соединена с общей точкойсоединения конденсаторов 91 +1)-йцепочки, а общая точка соединенияконденсаторов п 1-й цепочки подключенак общей точке соединения двух среднихдиодов,Выходное напряжение, снимаемое споследней пары последовательно соединенных конденсаторов, формируетсяв результате заряда этих конденсаторовпод действием линейного напряженияисточника переменного тока и напряжения на предшествующем конденсаторе,которое, в свою очередь, определяется линейным напряжением другойфазы и напряжением очередного пред"шествующего конденсатора В итогекаждая пара конденсаторов заряжаетсядо напряжения, равного удвоеннойамплитуде линейного напряжения, умноженной на номер соответствующейпары конденсаторов, а выходное напряжение превышает амплитуду линейногонапряжения ЯНедостатками известного устройства являются низкие энергетические ха 3рактеристики такие, как.коэффициентмощности и коэффициент полезногодействия, а также невозможность плавной регулировки выходного напряжениятрехфазного умножителя напряжения вшироких пределах,Известный умножитель напряженияможно выполнять с любым количеством,фаз причем принцип работы умножителя от числа фаз не зависит.Цель изобретения - улучшениеэнергетических характеристик и увеличение диапазона регулирования выходного напряжения трехфазного умножителя напряжения.Поставленная цель достигается тем, что в й-фазный умножитель напряжения, содержащий входные вЫводы для подключенияО-фазного источ-. ника питающего напряжения, цепочку из П последовательно соединенных диодов, концы которой образуют выходные выводы для подключения нагрузки и О конденсаторов, объединенных попарно в последовательные цепочки, каждая из которых включена параллельно относительно средних диодов так что первая цепочка конденсаторов включена параллельно двум средним диодам, вторая - параллельно четырем средним диодам, и т.д. причем общая точка соединения конден11389 саторов каждой цепочки соединена с общей точкой соединения конденсаторов Оп+1)-й цепочки, а общяя точка соединения конденсаторовв-й цепочки подключена к общей точке соединения двух средних диодов, введены йт дополнительных цепочек, каждая из которых выполнена в виде двух параллельно соединенных ветвей, каждая из которых состоит из последовательно сое О диненных тиристора, включенного встречно относительно тиристора другой ветви, и обмотки индуктивного элемента,.причем обмотки,индуктивных элементов каждой из дополни тельных цепочек расположены на общем магнитопроводе и включены согласно, а общая точка соединения конденсаторов каждой изЛЪ цепочек соединена с одним из входных выводов для 20 .подключения соответствующей фазы питающего напряжения через одну из дополнительных цепочек.На фиг. 1 изображена принципиальная схема умножителя напряжения 25 при числе фаз,Ф = 3; на фиг. 2 - диаграммы фазных (О) и линейных (о) напряжений и тока первой фазытрехфазного умножителя напряжения; на фиг. 3 - принципиальная схема умножи- З 0 теля напряжения при числе фаз Гц.,Так как%-фазный умножитель напряжения по физическим процессам. протекающим в нем, не отличается от трехфазного умножителя, ТО устройст во и принцип работы умцожителя рассмотрим на примере трехфазного умножителя, т.е. при 1 П = 3. 04 416-33 и конденсаторов 34-51, соединенных по два последовательно. Перваяпара конденсаторов 34 .и 35 включаетсяпараллельно средним двум диодам 16 и17, вторая пара конденсаторов 36 и 37включается параллельно четырем средним диодам 19, 17, 16 и 18 и т.д.Последняя пара конденсаторов 50-51соединена с выходными зажимами 52и 53. При этом точка соединения пер,вой пары конденсаторов 34 и 35 соединена с такой же точкой четвертой,седьмой и т.д, пар конденсаторов. Точка соединения второй пары конденсаторов 36 и 37 соединена с такой жеточкой пятой, восьмой и т,д, пар конденсаторов, и точка соединения третьейпары конденсаторов 38 и 39 соединенас такой же точкои шестой, девятой ит.д. пар конденсаторов, а также точкой соединения средних диодов 16 и 17,Точки соединения первых трех парконденсаторов 34 и 35, 36 и 37, 38и 39 представляют собой вход непосредственно каскадной схемы умноженияи подключается к точкам соединенияобмоток 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15. Умцожитель работает следующимобразом. Рассмотрим работу трехфазного умножителя напряжения, считая, что ток через обмотки 0-15 в результате влияния индуктивности этих обмоток возрастает скачком от нуля до какойто постоянной величины. Этого легко . добиться, поскольку все обмотки включены согласно и создают магнит Умножитель содержит источник переменного тока с фазными выводами 40 1-3, три цепи, каждая из которых выполнена в виде двух параллельно соединенных ветвей, каждая из которых содержит тиристоры 4-9 вклю-. ченные встречно относительно тиристо ров другой ветви. Тиристоры 4-9 соединяются последовательно с обмотками 10-15, выполненными на общем магнитопроводе и включенными согласно. Точки соединения тиристоров 4 и 50 5, б и 7, 8 и 9 подключены соответственно к фазным выводам 1-3 источника переменного тока а с точек соеди)нения обмоток 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15 напряжение подается на вход 55 непосредственно каскадной схемы умножения, состоящей из последовательно и согласно включенных диодов ныи поток в сердечнике одного направления. При непрерывном магнитномпотоке в сердечнике дросселя в результате перподичпости протекающихпроцессов длительность совместнойработы двух тиристоров равна однойшестой части периода, а длительность работы одного тиристора составляет одну треть периода В,каждый момент времени в проводящем состоянии находятся те тиристоры 4-9, к, которым приложено наибольшее по модулюлинейное напряжение; В конце интерва.ла проводимости тиристоры закрываются под действием результирующего напряжения на конденсаторах, обмоткедросселя.и напряжения источник. переменного тока.Конденсаторы 34 и 35 заряжаются под действием линейного напряженияФаз 1 и ЗВсе последующие, как вчетной группе конденсаторов, так и внечетной, заряжаются под действиемподведенного к данному конденсаторулинейного напряжения и напряжения на 5предшествующем конденсаторе этой жегруппы,. При этом получаем, что токизаряда первых. и каждых последующихтрех пар конденсаторов разделеныво времени, а общее время протекания 10этих токов равно периоду переменногонапряжения,Так, при положительной полуволне,когда линейное напряжение е наибольшее по величине (Фиг. 2 Х), включены 15тиристоры 4 и 7 и заряжаются конденсаторы 36, 42 и т.д. (Фиг, 26). Приотрицательной полуволне этого напряжения работают тиристоры 5 и 6 и заряжаются конденсаторы 37, 43 и т.д, 20После того, как напряжение е 1превысит по модулю напряжение епроисходит выключение в зависимостиот полярности полуволны напряжениятиристоров 7 или 6 и включаются тиристоры 9 или 8. Происходит зарядконденсаторов 34, 40 и т.д. при положительной полуволне и конденсаторов,35, 41 и т.д. при отрицательнойполуволне Ток положительной полуволны первой фазы складывается изтоковконденсаторов 36, 42,и конденсаторов 35, 41, , а отрицательной полуволны - иэ токовконденсаторов 37, 43,и конден- З 5саторов 34, 40,(Фиг. 20). Сравнивая разное напряжение источника(Фиг. 2 о) с Фазным током (Фиг. 2),видно, что при угле включения тиристоров 4-9, соответствующему моменту 40естественной коммутации вентилей,первая гармоника Фазового тока совпадает с синусоидой фазного напряже-ния. Форма Фазного тока так же, каки тока заряда конденсаторов, близка 45к прямоугольной.Процессы, происходящие при формировании токов других фаз, протекают аналогично.При задержке импульсов управления 5 Отиристоров 4-9 уменьшается величиналинейного напряжения, прикладываемого.к каждому из конденсаторов умножителя. Это позволяет обеспечить плавную регулировку выходного напряжения 5от нуля до максимальной величины прииспользовании во всех каскадах умножения неуправляемых вентилей. Включение между Фазными выводами источника переменного тока и точкамисоединения первых щ пар конденсаторов цепей, состоящих из двух параллельных ветвей, каждая.из которых содержит включенные встречно относительно дру гой ветви вентили, соединенные последовательно с обмотками, выполненными на общем магнитопроводе и включенными согласно, позволяет получить в Я-фазном умножителе напряжения прямоугольную форму Фазных токов и токов заряда конденсаторов всех каскадов . умножения, а также нулевой угол сдвига первой гармоники Фазного тока относительно фазного напряжения.Коэффициент мощности в этом случае увеличивается по сравнению с непосредственным зарядом емкости от источника напряжения и достигает величины 0,9-9,95.При заряде конденсаторов постоянным током йовышается коэффициент полезного действия по сравнению с зарядом конденсатора от источника напряжения в результате уменьшения потерь на активных сопротивлениях в цепи заряда. Таким образом увеличивается коэффициент полезного дейст вил в-фазного умножителя напряжения, поскольку ток заряда каждого из конденсаторов умножителя можно считать постоянным. Выполнение обмоток дросселя магнитосвязанными и включенными согласно дает возможность уменьшить величины индуктивностей обмоток для формирования постоянного тока заряда конденсаторов и, следовательно, уменьшить размеры и массу дросселя.Введение в качестве вентилейУ включаемых последовательно с обмотками дросселя, тиристоров обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения независимо от числа каскадов умножения.Достаточно высокие коэффициенты мощности и полезного действия, а также плавная регулировка выходного напряжения позволяют использовать предлагаемый Щ-Фазный умножитель напряжения в бестрансформаторных источниках питания с повышенным выходным напряжением при больших мощностях нагрузки, в результате чего достигается резкое уменьшение массы и габаритных размеров устройства в целом.