Преобразователь переменного напряжения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл,Н 02 М 5/12 Н 02 И 7/12 3 Ьеударстеенный ко етет СССР по делан изобретений и открытийКиевский научно-исследовательский и кон трукторс институт периферийного оборудованцш. ий) Заявитель 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИ Преобразователь переменного .напряжения относится к электротехнике иможет быть использован при построении систем питания электро-радиоаппаратуры различного назначения,5Известны устройства, содержащиетрансформатор и вольтодобавочный узелИзвестно устройство содержащеетиристорный вольтодобавочный узел странсформатором и входным выпрямитетолем. Устройство работает по принципудобавления напряжения, наводимогопервичными полуобмотками вольтодобавочного трансформатора с положительным или отрицательным знаком отно 15сительно напряжения питающей сети вовторичной обмотке, включенной последовательно между одним из входных ивьходных выводов устройства, и обеспечивает получение трех уровней выходного напряжения на зажимах нагрузки,Данное устройство обеспечивает регулирование (или стабилизацию) в заданных пределах сетевого напряжения, а для получения низких или повышенных напряжений, по сравнению с сетевым, необходима установка дополнительного силового трансформатора, что существенно ухудшает массогабаритные показатели рассматриваемого устройства 1Известно устройство содержащее силовой трансформатор, выпрямитель, два вольтодобавочных трансформатора, преобразовательную схему, выполненную на диодах и регулирующем транзисторе, а также схему управления. Стабилизация напряжения в нагрузке производится путем изменения состояния регулирующего транзистора, которое приводит к изменению напряжения на вольтодобавочных трансформаторах.В этой схеме вольтодобавочные трансформаторы работают с постоянным подмагничиванием, а перемагничивание их происходит в отрицательной полу- период входного напряжения, за счет энергии, накапливаемой в обмотках этих же трансформаторов, через об 928564 4ратное сопротивление диодов выпрямителя. По этой причине, в качестве сердечников для трансформаторов используются материалы с малой коэрцитивной силой, типа Ферритов, А это означает, что такие схемы работоспособны на высоких частотах (порядка десятков килогерц). На промышленной частоте такая схема неэффективна изФа очень резкого повышения массы и абаритовСС.Наиболее близким по техническому решению к изобретению является преобразователь переменного напряжения, содержащий входной трансформатор первичная и вторичная силовые обмотки которого связаны с входными и с выходными выводами соответственно, вольтодобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя, выводы переменного тока которого соединен с дополнительной обмоткой входного трансформатора, а выходы постоянного тока подключены через фильтр к входу модулирующего блока, выходная цепь которого соединена последовательно с одной из силовых обмоток входного трансформатора 3.Недостатком известного устройства является сравнительная сложность,изза наличия дополнительного узла вольтодобавочного трансформатора и двух управляемых блоков на ключевых элементах (управляемого выпрямителя и инвертора). Кроме того устройствоимеет сравнительно больше массу и габариты.Цель изобретения - упрощение,уменьшение массы и габаритовПоставленная цель достигаетсятем, что в преобразователе переменного напряжения модулирующий блоквыполнен по мостовой схеме.Выходная цепь модулирующего блока включена последовательно с первичной обмоткой входного трансформатораКроме того, при использованиипредлагаемого устройства для питанияцепей постоянного тока введены два диода и дополнительный трансформаторпри этом вторичная обмотка входноготрансформатора выполнена в .виде двухполуобмоток, каждая из которых включена последовательно с диодом и формирует плечо выходного выпрямителя, а выход модулирующего блока включенв цепь вторичной обмотки трансформатора через дополнительный трансформатор, вторичная обмотка которого вы полнена со средней точкой и включен между выводами полуобмоток вторичной обмотки входного трансформатора.Такое построение преобразователя позволяет, с одной стороны, исключить вольтодобавочный трансформатор, что упрощает схему и снижает массогабаритные показатели устройства. С другой стороны при выполнении отдельной обмотки входного трансформатора с коэффициентом трансформации можно до нуля окомпенсировать пульсации в выходном напряжении и получить на первичной обмотке трансформатора прямоугольное напряжение со стабильной амплитудой. При отсутствии Фильтров на нагрузке коэффициент трансформации отдельной обмотки определяется уровнем постоянной составляющей в выпрямленном напряжении и равен 2 Я:. При наличии фильтров в нагрузке коэффициент трансформации ее снижается пропорционально величине постоянной времени фильтров. Формирование прямоугольника со стабильной амплитудой на перцицной стороне входного трансформатора позволяет расширить функциональные возможности преобразователя при построении многоканальных стабилизированных источников электропитания без существенного увеличения массы и габаритов устройства,35 40 45 50 55 о 15 20 25 Зо Предлагаемый преобразователь переменного напряжения может быть использован и для регулирования или стабилизации переменного напряжения, когда требуется гальваническая развязка первичной и вторичной обмоток входного трансформатора или при согласовании входного и выходного напряжений. Эта цель достигается тем,что отдельная обмотка трансформатора выполнена с коэффициентом трансформации, пропорциональным требуемому диапазону регулирования выходного напряжения, и подключена непосредственно на вход модулирующего блока вольтодобавочного узла. При этом выпрямитель и фильтр вольтодобавочного узла исключаются.На Фиг. 1 изображена схема устройства, нагруженного на вход выпрямителя с фильтром; на Фиг. 2 - вариант схемы при выполнении на М силовых трансформаторов; на фиг. 3 - эпюры токов и напряжений, поясняющие работу устройства на фиг, ч - вариант преобразователя переменного нап5 Ч ряжения, используемый для питания цепей постоянного тока.Преобразователь (фиг. 1) содержит входной трансформатор 1, имеющий первичнуюобмотку 2, вторичную обмотку 3, к которой подключены выходной выпрямитель на диодах 4 со сглаживающим фильтром 5, и дополнительную обмотку 6, питающую выпрямитель вольтодобавочного узла на диодах 7 с Фильтром на конденсаторе 8, и модулирующий блок, выполненный по мостовой схеме на ключах 9 - 12. Модулирующий блок включен последовательно с обмоткой 2 и управляется от блока 13 управления, который входными зажима" ми подсоединен к нагрузке, а. выходными - к цепям управления ключей 9- 12.Величина напряжения на обмотке 6 ,и, соответственно, выпрямителя на, диодах 7 выбирается из условий компенсации пульсаций в выпрямленном напряжении согласно диапазону регулирования выходного напряжения. Ключи 9 - 12 по командам с блока управления подключают напряжение конденсатора 8 в фазе или в противофазе с напряжением сети. Кроме того, с их помощью первичную обмотку можно подключать непосредственно к питающей сети. В блоке 13 .управления выходное напряжение преобразователя сравнивается с опорным. Если это напряжение не равно опорному, то напряже ние конденсатора 8, в зависимости от знака рассогласования, вычитается или складывается с напряжением об" мотки 2. При .равенстве опорного и выходного напряжений регулирующий элемент подключает обмотку 2 непосредственно к питающей сети.При построении преобразователя на В силовых трансформаторах (фиг. 2) обмотки 2 этих трансформаторов включены параллельно. Обмотки 6 могут быть выполнены на каждом трансформаторе отдельно,или ве на одном трансформаторе (согласно мощности компенсирующего сигнала). Выпрямитель на диодах, 7, конденсатор 8 и ключи 9- 12 остаются подключенными также, как и в схеме на фиг, 1. Обратную связь при этом можно замкнуть на один из входов источника.При использовании устройства для питания цепей постоянного тока вторичная обмотка выполнена в виде двухполуобмоток 3 и 3 а на выход мо 28564 б.дулирующего блока включена обмоткадополнительного трансформатора 14,вторичная обмотка которого выполненасо средней точкой и включена междувыводами полуобмоток 3 и 3 трансФорматора 1 (Фиг. 4).На Фиг. 1 и 2 приведены эпюры токов и напряжений, в цепях преобразо"вателя,1 о где 0 с - напряжение питающей сети; 0, - идеальное по Форме напряжение, которое необходимо сформироватьна обмотке 2 трансформатора 1,чтобына нагрузке получить идеально сгла 15 женное стабильное напряжение; О 1"напряжение на выходе без Фильтрапри активной нагрузке; 11 о - постоянная составляющая выпрямленного напряжения на выходе; Б - идеальноещ напряжение, которое необходимо по"луцить на выходе моста на ключах 9"12, чтобы полностью скомпенсироватьпульсации в выходном напряжении;1. ,- реальное напряжение на выходевью25 моста на ключах 9-12, 1 ,; напряжение на выходе выпрямителя на дио"дах 7.,с конденсатором 8; У- опорное напряжение узла управления 13;Бн- реальное напряжение на выходном выпрямителе с фильтром на входеблока 13 управления; 1 Р 9-12 " токуправления ключами 9- 12.Сущность работы заявляемого преобразователя заключается в.том, что в35идеальном случае, на первичной обмотке 2 силового трансформатора 1формируется напряжение прямоугольнойформы Ц со стабильной амплитудой.Тогда на выходе выпрямителя на дио 40дах 4 с фильтром 5 получаем идеально сглаженное и стабильное напряжение цо ъ (на Фиг. 3 церез К обозначенкоэффициент трансформации), Для это. го напряжение компенсации Ц на выходрегулирующего элемента должно иметь45форму, приведенную на фиг 3 (01, ).Реальный спектр компенсирующегонапряжения 11 ц,имеет несколько другую Форму и формируется следующимобразом.59При включении напряжения питающеисюсети напряжение на нагрузке Цравно нулю. Блок управления 13, сравни"вая это напряжение с опорный У,выдаст сигналы для включения ключей 9и 11 (для положительного полупериода питающего напряжения) или 1 О и 12(для отрицательного полупериода), Нарастает напряжение на выходе устрой 7 9285 ства и одновременно заряжается конденсатор 8. Когда напряжение Ицо,рпревысит Ц 0 на величину Ьц зависящую" ,л чувствительности сравнивающего элемента узла 13) включается ключ 5 10 и выключается ключ 9 (фиг. 3 1 9-12). В дальнейшем работа протекает аналогично. Когда напряжение Упревысит Цсппроисходит смена включения и выключенных ключей таким образом, 10 что они работают на вычитание. При смене полупериода питающей сети алгоритм работы ключей 9-12 меняется на обратный. Таким образом, напряжение Ув,поддерживается равным опорному, 15 а размах пульсации определяется чувствительностью сравнивающего элемента узла 13.Работа устройства (фиг. 2) аналогична работе преобразователя 20 (фиг. 1),Процесс преобразования переменного напряжения в постоянное стабилизированное, в устройстве, показанном на фиг. 4 протекает аналогично рас смотренным вариантам, с той лишь разницей что прямоугольное напряжение со стабильной амплитудой формируется на выходе вход двухполупериодного выходного выпрямителя) .30Вольтодобавочный трансформатор 14 в предлагаемом преобразователе рассчитывается на повышенную частоту на спектр компенсируемых гармоник) а выходной фильтр выполняется без дросселей (на конденсаторе, с достаточно малой емкостью), что приводит к улучшению массогабаритных и динамических характеристик преобразоваселя.40Предлагаемоеустройство имеет меньшую массу и габариты и более простую схему, за счет исключения вольтодобавочного трансформатора и за счет исключения цепей рассыщения при использовании его для питания цепей постоянного тока.Формула изобретения1. Преобразователь переменного на- пряжения, содержащий входной транс 64 8форматор, первичная и вторичная силовые обмотки которого связаны с входными и с выходными выводами соответственно, вольтодобавочный узел, выполненный в виде выпрямителя, выводы переменного тока которого соединены с дополнительной обмоткой входного трансформатора, а выводы постоянного тока подключены через Фильтр к входу модулирующего блока, выходная цепь которого соединена последовательно с одной из силовых обмоток входного трансформатора,о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, уменьшения массы и габаритов, модулирующий блок выполнен по мостовой схеме.2. Преобразователь по и. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что выходная цепь модулирующего блока включена последовательно с первичной обмоткой входного трансформатора.3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что при использовании его для питания цепей постоянного тока введены два диода и дополнительный трансформатор,при этом вторичная обмотка входного трэнсформатора выполнена в виде двух полуобмоток, каждая из которых включена последовательно с диодом и Формирует плечо выходного выпрямителя, а выход модулирующего блока включен в цепь вторичной обмотки трансформатора через дополнительный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена со средней .точкой и включена между выводами полуобмоток вторичной обмотки входного трансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР8 547739, кл. 6 05 Г 1/22, 1975.2. Авторское свидетельство СССРй 547015, кл, Н 02 М 7/04, 19753, Авторское свидетельство СССР396674, кл. 8 05 Р 1/30, 1971.Составитель И,ГоловиковаРедактор Н,Воловик Техред Т, Фанта Коррект акаэ 3278/72 ВНИисн 13035, м вилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 71И Государственделам изобретосква, ЖР Поого комитета СССРний и открытийушская наб., д. 4/ ере