Преобразователь переменного напряжения в постоянное

Полезная модель относится к электротехнике и силовой электронике и может быть использована в качестве трансформаторно-выпрямительного устройства с промежуточным звеном высокой частоты в системах электропитания постоянным током от первичной сети переменного тока, например, в системах электроснабжения перспективных летательных аппаратов с повышенной энерговооруженностью.

Техническим результатом предложения является снижение массы, габаритов и пульсаций выходного напряжения устройства.

Указанный технический результат обеспечивается БЛАГОДАРЯ тому, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий выпрямитель 1, первый и второй балластные дроссели 2, 3, балластный конденсатор 4, соединенный последовательно со вторым дросселем, входные и выходные выводы 5, 6 устройства для подсоединения к источнику переменного тока и к нагрузке постоянного тока, соответственно, причем первый дроссель и индуктивно-емкостная цепочка из последовательно между собой соединенных второго дросселя с конденсатором своими первыми выводами подключены к первому входному выводу устройства, выходные выводы которого подключены к выводам постоянного тока выпрямителя, а величина индуктивного сопротивления каждого балластного дросселя меньше величины емкостного сопротивления балластного конденсатора, ВВЕДЕНЫ блок управления 7 с импульсно-управляющими выходными выводами, а также первый и второй выпрямительно-инверторные преобразователи 8, 9, каждый из которых состоит из последовательно между собой соединенных входного выпрямителя 10 и выходного инвертора 11, выводы управления которого подключены к выходным выводам блока управления, причем выводы переменного тока его входного выпрямителя подключены ко второму входному выводу устройства и вторым выводам первого дросселя и индуктивно-емкостной цепочки, соответственно, а выходные выводы его выходного инвертора подключены к соответствующим выводам переменного тока выпрямителя, а также БЛАГОДАРЯ тому, что блок управления имеет цепи 12, 13 обратных связей по входному и выходному напряжениям и выполнен с возможностью регулирования параметров импульсных сигналов на своих выходных выводах в зависимости от отклонений сигналов в его цепях обратных связей от эталонных. В ф-ле 2 п., илл. - 1

Полезная модель относится к электротехнике и силовой электронике и может быть использована в качестве трансформаторно-выпрямительного устройства с промежуточным звеном высокой частоты в системах электропитания постоянным током от первичной сети переменного тока, например, в системах электроснабжения перспективных летательных аппаратов с повышенной энерговооруженностью.

Техническим результатом предложения является снижение массы, габаритов и пульсаций выходного напряжения устройства

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное (аналог), содержащие два последовательно по выходу соединенных мостовых трехфазных выпрямителя и предвключенный трехфазный трансформатор с одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками, из которых первая выполнена по схеме звезда, а вторая - по схеме треугольник для снижения пульсаций выходного выпрямленного напряжения (Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. В двух томах / под редакцией С.А.Грузкова. - М: Издательство МЭИ, 2005. Том 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. 568 с, стр.426, рис 12.45).

Недостатком известных преобразователей переменного напряжения в постоянное (аналогов), являются большие массы и габариты, определяемые низкочастотным трансформатором, относительно большие пульсации выходного напряжения из-за относительно малой «пульсности» схемы, а также сложность технологии из-за неодинаковости количества витков и сечений проводов вторичных обмоток трансформатора, что снижает надежность и приводит к увеличению стоимости устройства (особенно при малых числах витков вторичных обмоток, с соотношением ).

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное (прототип), содержащий выпрямитель и два однотипных предвключенньгх трансформатора, первый из которых подключен к питающей сети через первую группу балластных дросселей, а второй - через последовательно между собой соединенные вторую группу балластных дросселей и группу компенсирующих балластных конденсаторов (с удвоенным реактивным сопротивлением по сравнению с индуктивным сопротивлением дросселей в сумме с индуктивностями рассеяния трансформаторов (Патент на полезную модель 108245, Бюллетень 25 от 10.09.2011 г., Резников СБ., Коняхин С.Ф., Бочаров В.В.).

Указанный преобразователь за счет упрощенной технологии, определяемой одинаковостью трансформаторов, имеет большую надежность и более низкую стоимость по сравнению с аналогами.

Недостатком указанного известного преобразователя переменного напряжения в постоянное является большие массы и габариты, определяемые низкочастотными трансформаторами и относительно большие пульсации выходного напряжения из-за относительно малой «пульсности» схемы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сути (прототипом) является последний из указанных преобразователей переменного напряжения в постоянное.

Техническим результатом предложения является снижение массы, габаритов и пульсаций выходного напряжения устройства.

Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий выпрямитель, первый и второй балластные дроссели балластный конденсатор, соединенный последовательно со вторым дросселем, входные и выходные выводы устройства для подсоединения к источнику переменного тока и к нагрузке постоянного тока, соответственно, причем первый дроссель и индуктивно-емкостная цепочка из последовательно между собой соединенных второго дросселя с конденсатором своими первыми выводами подключены к первому входному выводу устройства, выходные выводы которого подключены к выводам постоянного тока выпрямителя, а величина индуктивного сопротивления каждого балластного дросселя меньше величины емкостного сопротивления балластного конденсатора, ВВЕДЕНЫ блок управления с импульсно-управляющими выходными выводами, а также первый и второй выпрямительно-инверторные преобразователи, каждый из которых состоит из последовательно между собой соединенных входного выпрямителя и выходного инвертора, выводы управления которого подключены к выходным выводам блока управления, причем выводы переменного тока его входного выпрямителя подключены ко второму входному выводу устройства и вторым выводам первого дросселя и индуктивно-емкостной цепочки, соответственно, а выходные выводы его выходного инвертора подключены к соответствующим выводам переменного тока выпрямителя, а также благодаря тому, что блок управления имеет цепи обратных связей по входному и выходному напряжениям и выполнен с возможностью регулирования параметров импульсных сигналов на своих выходных выводах в зависимости от отклонений сигналов в его цепях обратных связей от эталонных.

По техническому существу указанный технический результат обеспечивается путем замены низкочастотных трансформаторов импульсно-регулируемыми звеньями высокой частоты, имеющими относительно меньшие массы и габариты и позволяющие за счет регулирования (например, широтно-импульсного) получить относительно высокую «пульсность» и стабильность выходного напряжения.

Лабораторные испытания макета предлагаемого устройства и компьютерное моделирование подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного внедрения.

На фиг. приведена структурно-принципиальная силовая схема предлагаемого преобразователя переменного напряжения в постоянное в однофазном исполнении.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит: выпрямитель 1, первый и второй балластные дроссели 2, 3, балластный конденсатор 4, соединенный последовательно со вторым дросселем, входные и выходные выводы 5, 6 устройства для его подсоединения к источнику переменного тока и к нагрузке постоянного тока, соответственно, блок управления 7 с импульсно-управляющими выходными выводами, а также первый и второй выпрямительно-инверторные преобразователи 8, 9. Каждый из выпрямительно-инверторных состоит из последовательно между собой соединенных входного выпрямителя 10 и выходного инвертора 11. Блок управления имеет цепи 12, 13 обратных связей по входному и выходному напряжениям.

Первый дроссель 2 и индуктивно-емкостная цепочка из последовательно между собой соединенных второго дросселя 3 с конденсатором своими первыми выводами подключены к первому входному выводу 5 устройства. Выходные выводы 6 устройства подключены к выводам постоянного тока выпрямителя 1. Выводы управления инвертора 11 каждого выпрямительно-инверторного преобразователя 8, 9 подключены к выходным выводам блока управления 7. Выводы переменного тока его входного выпрямителя 10 подключены ко вторым выводам первого дросселя 2 и индуктивно-емкостной цепочки 3-4, соответственно, а выходные выводы его выходного инвертора 11 подключены к соответствующим выводам переменного тока выпрямителя 1.

Величина индуктивного сопротивления каждого балластного дросселя 2, 3 меньше величины емкостного сопротивления балластного конденсатора 4 (L<1/С, где L -индуктивность каждого дросселя, С - электроемкость конденсатора).

Блок управления 7 выполнен с возможностью регулирования параметров импульсных сигналов на своих выходных выводах в зависимости от отклонений сигналов в его цепях 12, 13 обратных связей от эталонных.

Выходной инвертор 11 каждого из выпрямительно-инверторных преобразователей 8, 9 является высокочастотным и может иметь выходной трансформатор для согласования напряжений и обеспечения гальванической развязки между входом и выходом устройства.Инвертор может быть выполнен по двухтактной мостовой или полумостовой схеме на транзисторных ключах типа МОСФЕТ.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом.

Входные выводы 5 устройства подключают к источнику переменного тока, например - к однофазной цепи, а выходные выводы 6 - к нагрузке постоянного тока, например, к аккумуляторной батарее, светодиодному светильнику, накопительному конденсатору и др.

Если, например, выполняется соотношение 1/С2L, то на входных выводах выпрямительно-инверторных блоков 8 и 9 появляются переменные напряжения, сдвинутые по временной фазе относительно друг друга на 90 эл. градусов (/2 рад) благодаря тому, что в цепи 2 течет отстающий по фазе ток, а в цепи 3-4 - опережающий. При этом значение коэффициента мощности на входе устройства будет близким к единице.

При высокочастотном управлении инверторами 11 и при наличии на их входных выводах пульсирующих выпрямленных напряжений, изменяющихся по законам: U₀|sin(t)| и U₀|sin(t+/2)| на выходах инверторов появляются амплитудно-модулированные напряжения с высокочастотной прямоугольной «несущей» составляющей и низкочастотной синусоидальной «огибающей» (так называемые «биения»).

Благодаря взаимному фазовому сдвигу между «огибающими» и широтно-импульсному регулированию амплитуд «несущих» составляющих указанных напряжений при их суммировании в выпрямителе 1 на выходных выводах 6 устройства можно получить, постоянное напряжение с относительно малыми пульсациями (с малым коэффициентом пульсаций).

Таким образом, путем замены низкочастотных трансформаторов импульсно-регулируемыми звеньями высокой частоты, имеющими относительно меньшие массы и габариты и позволяющими за счет регулирования (например, широтно-импульсного) получить относительно высокую «пульсность» и стабильность выходного напряжения.

Благодаря вышеизложенному обеспечивается заявленный технический результат предложения: снижения массы, габаритов и пульсаций выходного напряжения устройства.

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий выпрямитель, первый и второй балластные дроссели и балластный конденсатор, соединенный последовательно со вторым дросселем, входные и выходные выводы устройства для подсоединения к источнику переменного тока и к нагрузке постоянного тока соответственно, причем первый дроссель и индуктивно-емкостная цепочка из последовательно между собой соединенных второго дросселя с конденсатором своими первыми выводами подключены к первому входному выводу устройства, выходные выводы которого подключены к выводам постоянного тока выпрямителя, а величина индуктивного сопротивления каждого балластного дросселя меньше величины емкостного сопротивления балластного конденсатора, отличающийся тем, что в него введены блок управления с импульсно-управляющими выходными выводами, а также первый и второй выпрямительно-инверторные преобразователи, каждый из которых состоит из последовательно между собой соединенных входного выпрямителя и выходного инвертора, выводы управления которого подключены к выходным выводам блока управления, причем выводы переменного тока его входного выпрямителя подключены ко второму входному выводу устройства и вторым выводам первого дросселя и индуктивно-емкостной цепочки соответственно, а выходные выводы его выходного инвертора подключены к соответствующим выводам переменного тока выпрямителя.

2. Преобразователь переменного напряжения в постоянное по п.1, отличающийся тем, что блок управления имеет цепи обратных связей по входному и выходному напряжениям и выполнен с возможностью регулирования параметров импульсных сигналов на своих выходных выводах в зависимости от отклонений сигналов в его цепях обратных связей от эталонных.