устройство преобразования переменного напряжения в регулируемое выпрямленное напряжение

Формула изобретения

Устройство преобразования переменного напряжения в регулируемое выпрямленное напряжение, содержащее источник переменного напряжения, которое выпрямляется двухполупериодным выпрямительным мостом, однонаправленный управляемый ключ, сглаживающий фильтр с нагрузочным сопротивлением на выходе, схему фазоимпульсного управления, отличающееся тем, что дополнительно введены второй однонаправленный управляемый ключ, первая и вторая группы, из тиристоров, диодов и конденсаторов каждая, причем в каждой упомянутой группе одни выводы конденсаторов и катоды соответствующих диодов соединены в общие точки, которые подсоединены к анодам соответствующих тиристоров этой группы, другие выводы конденсаторов в обеих упомянутых группах объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, аноды диодов в каждой упомянутой группе объединены и подсоединены соответственно к катодам первого и второго однонаправленных управляемых ключей, аноды которых объединены в одну точку и подсоединены через дроссель к положительному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, катоды тиристоров в обеих упомянутых группах объединены в одну точку и подсоединены к входному выводу сглаживающего фильтра, другой входной вывод которого подсоединен к отрицательному выводу двухполупериодного выпрямителя, а управляющие выводы первого и второго однонаправленных управляемых ключей и управляющие выводы всех тиристоров в обеих упомянутых группах подключены к выходу схемы фазоимпульсного управления, вход которой подключен к выходу источника переменного напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в управляемых выпрямительных установках с плавным регулированием среднего значения выпрямленного напряжения на мощной активно-индуктивной нагрузке.

Известно устройство преобразования переменного напряжения источника в регулируемое выпрямленное напряжение, содержащее включенный на выходе источника переменного напряжения трансформатор, выпрямительный мост с управляемыми вентилями, схему управления, сглаживающий фильтр и нагрузку. Регулирование выпрямленного напряжения ведется фазоимпульсным методом - величина напряжения меняется за счет задержки начала прохождения тока через очередной вентиль, вступающий в работу, по отношению к моменту его отпирания [1].

Однако известное устройство характеризуется большой пульсацией выпрямленного напряжения, что при мощной нагрузке усложняет конструкцию сглаживающего фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство преобразования переменного напряжения источника в регулируемое выпрямленное напряжение, содержащее двухполупериодный выпрямительный мост, однонаправленный управляемый ключ, нагрузочное сопротивление, источник переменного напряжения и схему фазоимпульсного управления. Переменное напряжение подводится к одной диагонали моста, а нагрузка подключается к другой его диагонали - между точкой соединения катодов двух неуправляемых вентилей и точкой соединения анодов двух других неуправляемых вентилей. Вентили пропускают ток попарно. Однонаправленный управляемый ключ включен последовательно с нагрузкой и служит для коммутации каждой полуволны выпрямленного напряжения в соответствии с интенсивностью импульсов управления. Нагрузка представляет собой сглаживающий фильтр с нагрузочным сопротивлением, включенным на его выходе [2].

Однако известное устройство характеризуется большой пульсацией выпрямленного напряжения в широком диапазоне регулирования среднего значения напряжения на мощной нагрузке, что предполагает необходимость иметь большую установочную мощность конденсаторов сглаживающего фильтра. Последнее обстоятельство при мощности нагрузки в несколько сот ватт и более существенно усложняет реализацию устройства выпрямления.

Задачей изобретения является снижение пульсаций выпрямленного напряжения источника и упрощение конструкции устройства преобразования.

Решение задачи достигается тем, что в устройство преобразования переменного напряжения в регулируемое выпрямленное напряжение, содержащее источник переменного напряжения, двухполупериодный выпрямительный мост, однонаправленный управляемый ключ, сглаживающий фильтр с нагрузочным сопротивлением на выходе, схему фазоимпульсного управления, дополнительно введены второй однонаправленный управляемый ключ, первая и вторая группы тиристоров, диодов и конденсаторов, причем в каждой группе конденсаторы и диоды катодами соединены в последовательные цепи, общие точки которых подсоединены к анодам тиристоров, оставшиеся выводы конденсаторов в обеих группах объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, аноды диодов в каждой группе объединены и подсоединены соответственно к катодам первого и второго однонаправленных управляемых ключей, аноды которых объединены в одну точку и подсоединены через дроссель к положительному выводу двухполупериодного выпрямительного моста, катоды тиристоров в обеих группах объединены в одну точку и подсоединены к входу сглаживающего фильтра, а управляющие выводы первого и второго однонаправленных управляемых ключей и управляющие выводы всех тиристоров в обеих группах подключены к выходу схемы фазоимпульсного управления, вход которой подключен к выходу источника переменного напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, а на фиг.2 приведены диаграммы, поясняющие его работу. Структурная схема приведена для первой и второй групп из соответственно М и N тиристоров, диодов и конденсаторов, причем М=N=4.

Схема содержит двухполупериодный выпрямительный мост 1, первый однонаправленный управляемый ключ 2, источник переменного напряжения 3, схему фазоимпульсного управления 4, второй однонаправленный управляемый ключ 5, сглаживающий фильтр 6, на выходе которого включено нагрузочное сопротивление 7, дроссель 8; четыре диода V_i1-V_i4, каждый из которых соединен последовательно с одним из четырех конденсаторов С_i1-C_i4, четыре тиристора Т_i1-Т_i4, аноды каждого из которых подсоединены к общей точке каждой из последовательных цепей диодов (V_i1-V_i4) и конденсаторов (С_i1-C_i4), iM, аноды диодов V_i1-V_i4 объединены в одну точку и подсоединены к катоду первого управляемого ключа 2, а свободные выводы конденсаторов С_i1-C_i4 объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному выводу моста 1; четыре диода V_j1-V_j4, каждый из которых соединен последовательно с одним из четырех конденсаторов С_j1-C_j4, четыре тиристора T_j1-T_j4, аноды каждого из которых подсоединены к общей точке каждой из последовательных цепей диодов (V_j1-V_j4) и конденсаторов (С_j1-C_j4), jN, аноды диодов V_j1-V_j4 объединены в одну точку и подсоединены к катоду второго управляемого ключа 5, а свободные выводы конденсаторов С_j1-C_j4 объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному выводу моста 1; катоды тиристоров T_i1-T_i4, T_j1-T_j4 объединены в одну точку и также подсоединены к входу сглаживающего фильтра 6, второй вход которого подсоединен к отрицательному выводу двухполупериодного выпрямительного моста 1, причем управляющие выводы ключей 2 и 5 и управляющие выводы всех тиристоров Т_i1-Т_i4, T_j1-T_j4 подключены к выходу схемы фазоимпульсного управления 4, а к ее входу подключен выход источника переменного напряжения 3; аноды первого 2 и второго 5 управляемых ключей объединены в одну точку и подсоединены через дроссель 8 к положительному выводу двухполупериодного выпрямительного моста 1.

Устройство преобразования переменного напряжения источника в регулируемое выпрямленное напряжение работает следующим образом. Переменное напряжение источника (см. фиг.2, а) выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 1 (б). В момент времени, соответствующий заданному углу , открывается ключ 2, при этом по нему протекает ток, создающий напряжение U(в), этим током одновременно через диоды V_i1-V_i4, заряжаются конденсаторы С_i1-C_i4, до напряжения U, далее через равные промежутки времени начиная с конца первого полупериода происходит коммутация тиристоров T_i1-T_i4, соответственно конденсаторы С_i1-C_i4 при этом поочередно разряжаются (д, е, ж, з) через нагрузочное сопротивление 7. В следующий полупериод с углом открывается второй ключ 5, через диоды V_j1-V_j4 заряжаются до напряжения U конденсаторы С_j1-C_j4, далее через равные промежутки времени, начиная с конца второго полупериода, происходит коммутация тиристоров T_j1-T_j4, соответственно конденсаторы С_j1-C_j4 при этом поочередно разряжаются (и, к, л, м) через нагрузочное сопротивление 7. Напряжение U_Rн на нагрузке (н) пульсирует с частотой, превышающей частоту напряжения источника в 8 раз. Очевидно, что чем выше частота пульсаций напряжения на входе фильтра, тем меньше необходима емкость сглаживающего конденсатора. Снижение емкости сглаживающего конденсатора фильтра упрощает конструкцию устройства преобразования в целом, прежде всего в части уменьшения массогабаритных характеристик, несмотря на некоторое усложнение его схемы. Эффект тем выше, чем больше мощность нагрузки.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения может быть понижена или повышена простым соответствующим убавление или добавлением тиристоров, диодов и конденсаторов в группах схемы устройства преобразования в зависимости от требований, предъявляемых к качеству напряжения на нагрузке.

Литература

1. Прянишников В. А. Электроника: Курс лекций. - СПб.: Корона-принт, 1998. - 400 с. (с. 330-331).

2. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Преобразовательная техника. - Киев: Выща школа, 1983. - 431 с. (с. 41).