СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2075818 (13) C1

(51) 6 H02M7/04, H02M7/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5056577/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.05.28 
(45) Опубликовано: 1997.03.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 625296, кл. H 02 M 7/06, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР N 1171930, кл. H 02 M 7/04, 1985. 3. Авторское свидетельство СССР N 851692, кл. H 02 M 7/04, 1981. 
(71) Заявитель(и): Научно-внедренческая фирма "Элькон" 
(72) Автор(ы): Коновалов С.И.; Голиков В.Ф.; Васильевский А.А.; Малашин А.Н.; Постников В.А. 
(73) Патентообладатель(и): Коновалов Сергей Иванович 

(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Использование: в устройствах, предназначенных для преобразования переменного напряжения в постоянное, в частности в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом различного назначения. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ, содержит два выпрямителя 1 и 3, два преобразователя 2 и 5 повышенной частоты, сглаживающий фильтр 4, высокочастотный выпрямитель 6, высокочастотный сглаживающий фильтр 7 и блок 9 управления преобразователями 2 и 5. Изобретения позволяют улучшить массогабаритные показатели устройства. 2 с. п. ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано при построении устройств, предназначенных для преобразования переменного напряжения в постоянное, в частности источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом различного назначения.

Известен способ преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение (Авторское свидетельство СССР N 625296, кл. H 02 M 7/06, 1978 г.), в котором переменное напряжение выпрямляют, затем преобразуют в напряжение повышенной частоты, из которого формируют ступенчато-прямойугольное напряжение, мгновенное значение огибающей которого равно разности между напряжением постоянного тока, равного амплитудному значению выпрямленного напряжения, и самим выпрямленным напряжением, а затем суммируют это напряжение с выпрямителем.

Недостатками указанного способа являются: относительно большие масса и габариты устройства, реализующего способ, из-за достаточной сложной реализации в силовой преобразовательной технике процесса получения ступенчато-прямоугольного напряжения из высокочастотного напряжения прямоугольной формы с постоянной амплитудой импульсов; невозможность регулирования, стабилизации и получения различных номиналов выходного напряжения; отсутствие гальванической развязки выходного напряжения преобразователя питающей сетью.

Известен способ преобразования переменного напряжения в постоянное (Авторское свидетельство СССР N 1171930, кл. H 02 M 7/04, 1985 г), заключающийся в том, что переменное напряжение выпрямляют, затем преобразуют в напряжение высокой частоты, из которого формируют знакопеременное ступенчато-прямоугольное напряжение, которое затем суммируют с выпрямленным напряжением, причем знакопеременное ступенчато-прямоугольного напряжения формируют с огибающей, которая образуется в результате вычитания из мгновенного значения выпрямленного напряжения его среднего значения.

Недостатками данного способа являются: ухудшенные массогабаритные показатели устройства, реализующего способ, из-за его усложнения, связанного с процессом получения знакопеременного ступенчато-прямоугольного напряжения; невозможность регулирования, стабилизации и получения различных номиналов выходного напряжения; отсутствие гальванической развязки выходного напряжения с питающей сетью.

Прототипом изобретения является способ преобразования переменного напряжения в постоянное, реализованный в преобразователе переменного напряжения в постоянное (Авторское свидетельство СССР N 851692, кл. H 02 M 7/04, 1981 г. ). Данный способ заключается в том, что входное переменное напряжение преобразуют в вольтодобавочное импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты с огибающей выпрямленного входного напряжения. Кроме того, входное переменное напряжение выпрямляют, фильтруют и формируют из него основное импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты с постоянной амплитудой импульсов, форма огибающей которого совпадает с формой напряжения, образующегося в результате вычитания из выпрямленного входного напряжения его среднего значения. Затем получают суммарное напряжение путем суммирования основного и вольтодобавочного напряжения, а выходное постоянное напряжение формируют путем выпрямления и последующей фильтрации суммарного напряжения.

К недостаткам способа-прототипа следует отнести ограничение в выборе значения повышенной частоты преобразования электроэнергии в устройстве, реализующем способ (частота преобразования в 5 раз превышает частоту входного переменного напряжения). Такое ограничение не позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели устройства, реализующего способ. Кроме того, выпрямленное суммарное напряжение содержит в своем составе низкочастотную составляющую значительной амплитуды, что вызвано большой погрешностью аппроксимации требуемое формы огибающей основного импульсного напряжения. Это приводит к увеличению потребных значений реактивностей выходного фильтра и ухудшению его массогабаритных показателей в устройстве, реализующем способ.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи улучшения массогабаритных показателей устройства, реализующего способ.

Решение поставленной задачи достигается тем, что входное переменное напряжение выпрямляют, фильтруют и формируют из него основное импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты с постоянной амплитудой импульсов, равной амплитудному значению выпрямленного напряжения. Преобразуют входное переменное напряжение в вольтодобавочное импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты с огибающей выпрямленного напряжения. Формируют суммарное напряжение путем суммирования первого и второго импульсных знакопеременных напряжений повышенной частоты, которые формируют с постоянной амплитудой импульсов из основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты в течение интервалов селекции, середины которых совпадают с нулевыми значениями входного переменного напряжения, а длительность указанных интервалов селекции выбирают в диапазоне (0,05 0,15)Т, где Т период повторения входного переменного напряжения, путем деления по амплитуде основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты. В промежутки времени, отличные от интервалов селекции, первое импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты формируют равным вольтодобавочному импульсному знакопеременному напряжению повышенной частоты, а второе импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты формируют путем вычитания из основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты вольтодобавочного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты. Формируют выходное постоянное напряжение путем выпрямления и последующей фильтрации суммарного напряжения.

Новыми существенными признаками изобретения по сравнению с прототипом являются, формирование основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты с амплитудой, равной амплитудному значению выпрямленного напряжения; формирование первого и второго импульсных знакопеременных напряжений повышенной частоты, которые формируют с постоянной амплитудой импульсов из основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты в течение интервалов селекции, середины которых совпадают с нулевыми значениями входного переменного напряжения, а длительности указанных интервалов селекции выбирают в диапазоне (0,05 0,15)Т, где Т период повторения входного переменного напряжения, путем деления по амплитуде основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты, причем в промежутки времени, отличные от интервалов селекции, первое импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты формируют равным вольтодобавочному импульсному знакопеременному напряжению повышенной частоты, а второе импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты формируют путем вычитания из основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты вольтодобавочного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты; формирование суммарного напряжения путем суммирования первого и второго импульсных знакопеременных напряжений повышенной частоты.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в уменьшении массы и габаритных размеров устройства для осуществления способа из-за отсутствия ограничения на выбор значения частоты преобразования, а также из-за отсутствия низкочастотной составляющей в выпрямленном напряжении, поступающем на выходной сглаживающий фильтр.

Существо изобретения поясняется фиг. 1 4. На фиг. 1, 2 представлена совокупность операций, составляющих существо предлагаемого способа. На фиг. 3 схема устройства, реализующего предлагаемый способ. На фиг. 4 временные диаграммы, поясняющие работу устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг. 1 обозначены:

Известные операции: 1 и 3 выпрямление входного переменного напряжения;

2 получение вольтодобавочного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты с огибающей выпрямленного напряжения;

4 фильтрация переменного напряжения низкой частоты;

5 преобразователь постоянного напряжения, равного амплитудному значению выпрямленного напряжения в импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты с постоянной амплитудой импульсов, равной амплитудному значению выпрямленного напряжения;

9 и 10 соответственно выпрямление и фильтрация напряжения, полученного в результате выполнения операции 8.

Вновь введенные операции:

6 формирование первого импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты;

7 формирование второго импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты;

8 суммирование первого и второго импульсных знакопеременных напряжений повышенной частоты.

Согласно фиг. 2 входное переменное напряжение выпрямляют в выпрямителе 1, выпрямленное напряжение U1 преобразуют в преобразователе 2 повышенной частоты в вольтодобавочное импульсное знакопеременное напряжение U2. Кроме того, переменное напряжение выпрямляют в выпрямителе 3 и подают на сглаживающий фильтр 4. Полученное на выходе 4 постоянное напряжение преобразуют в преобразователе 5 повышенной частоты в импульсное знакопеременное напряжение U5. В течение интервалов селекции 0 1, 2 - 3, 4 5 и т. д. напряжение U5 делится по входам формирователей 6 и 7 в соотношении, определяемом длительностью интервалов селекции, а в остальные временные интервалы из напряжения U5 вычитается напряжение, равное напряжению U2, которое вырабатывается в формирователе 6. В результате на входы сумматора 8 поступает напряжение U7, пропорциональное второму импульсному знакопеременному напряжению и напряжение U6, пропорциональное первому импульсному знакопеременному напряжению. После суммирования и выпрямления на выходы выпрямителя 9 формируется импульсное напряжение U9 с постоянной амплитудой импульсов, которое сглаживается фильтром 10 и поступает в нагрузку 11.

Согласно фиг. 3 устройство, реализующее способ, содержит: выпрямитель 1, преобразователь 2 повышенной частоты, который своим силовым входом соединен с выходом выпрямителя 1, выпрямитель 3, сглаживающий фильтр 4, который своим входом соединен с выходом выпрямителя 3, а выходом с силовым входом преобразователя 5 повышенной частоты, инвертор которого выполнен по мостовой схеме, выпрямитель 6, который своим входом подключен к согласно-последовательно соединенным первой вторичной обмотке трансформатора преобразователя 2 и вторичной обмотке трансформатора преобразователя 5, а выходом к сглаживающему фильтру 7, соединенному с нагрузкой 8, блок управления 9 преобразователя 2 и 5, причем вторая вторичная обмотка трансформатора преобразователя 2 подключена к выходу инвертора преобразователя 5 путем согласно-последовательного соединения с первичной обмоткой трансформатора преобразователя 5.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

При подключении устройства к сети переменного тока, на выходе сглаживающего фильтра 4 устанавливается постоянное напряжение, величина которого равна амплитуде выпрямленного выпрямителем 3 напряжения. При поступлении сигналов управления с выхода блока управления 9 на управляющие входы ключевых элементов преобразователя 5 на выходе инвертора преобразователя 5 на выходе инвертора преобразователя 5 формируется импульсное знакопеременное напряжение Un с постоянной амплитудой импульсов, равной амплитуде выпрямленного напряжения. В течение интервалов селекции 0 1, 2 3, и т. д. напряжение Un делится между обмотками трансформаторов преобразователей 2 и 5 в соотношении, определяемом заранее выбранной длительностью интервала селекции, которая выбирается в пределах (0,05 0,15)Т, где Т период повторения входного переменного напряжения. Ключевые элементы преобразователя 2 в течение интервалов селекции разомкнуты, так как на их управляющие входы в это время не поступает сигналов управления, поэтому в течение этих временных интервалов роль первичной обмотки трансформатора блока 2 выполняет обмотка, соединенная с входом инвертора блока 5. Параметры трансформаторов блоков 2 и 5 выбраны таким образом, что в течение интервалов селекции в обмотке трансформатора блока 2, соединенной последовательно с первичной обмоткой трансформатора блока 5, наводится э. д. с. самоиндукции U2.2, равная по абсолютной величине от 0,15 Uм (при выборе длительности интервала селекции равном 0,057 Т) до 0,45 Uм (при длительности интервала селекции 0,15 Т), где Uм амплитуда выпрямленного входного переменного напряжения. Поэтому в таком режиме во вторичной обмотке трансформатора блока 2, соединенной с выпрямителем 6, будет формироваться напряжение U2.1, пропорциональное напряжение U2.2. Во вторичной обмотке трансформатора блока 5 вырабатывается при этом напряжение U5,пропорциональное разности напряжений Uн и U2.2. Соединенные последовательно обмотки трансформаторов блоков 2 и 5 включены таким образом, что происходит сложение напряжений U2.1 и U5, далее суммарное напряжение выпрямляется выпрямителем 6 и поступает на вход сглаживающего фильтра 7. Выходное напряжение фильтра U7 поступает в нагрузку 8. В интервалы времени, отличные от интервалов селекции, вступает в работу инвертор блока 2. Поскольку выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя 1 в течение этих временных интервалов превышает напряжение U2.2 формировавшееся в течение интервалов селекции, а коэффициент трансформации трансформатора блока 2 между обмотками, соединенными с выходом инвертора этого блока, и обмоткой, соединенной с выходом инвертора блока 5, как правило выбирается равными 1, через ключевые элементы блока 2 будет протекать ток. При этом в обмотках трансформатора, соединенных с ключевыми элементами инвертора, наводится э. д. с. самоиндукции, определяемая значением выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя 1. Роль первичной обмотки трансформатора блока 2 будут попеременно выполнять обмотки, соединенные с ключевыми элементами блока. В результате такого управления во вторичной обмотке трансформатора блока 2, соединенной с первичной обмоткой трансформатора блока 5, будет формироваться напряжение U2.2, равное выходному напряжению инвертора блока 2, которое является вольтодобавкой к напряжению Uн. На вход выпрямителя 6 будет поступать сумма напряжений U2.1, пропорционального выходному напряжению инвертора блока 2, и U2, пропорционального разности напряжений Uн и U2.2. При этом на выходе выпрямителя 6 формируется напряжение U6, у которого отсутствует низкочастотная модуляция на частотах, кратных частоте входного переменного напряжения. Изменяя соответствующим образом коэффициенты трансформации трансформаторов преобразователей, можно получать на выходе устройства различные номиналы постоянного напряжения, а изменяя скважность управляющих импульсов, осуществлять регулирование и стабилизацию выходного напряжения. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ преобразования переменного напряжения в постоянное, заключающийся в том, что входное переменное напряжение выпрямляют, фильтруют и формируют из него основное импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты с постоянной амплитудой импульсов, преобразуют входное переменное напряжение в вольтодобавочное импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты с огибающей выпрямленного напряжения, формируют выходное постоянное напряжение путем выпрямления и последующей фильтрации суммарного напряжения, отличающийся тем, что основное импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты формируют с амплитудой равной амплитудному значению выпрямленного напряжения, суммарное напряжение получают путем суммирования первого и второго импульсных знакопеременных напряжений повышенной частоты, которые формируют с постоянной амплитудой импульсов из основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты в течение интервалов селекции, середины которых совпадают с нулевыми значениями входного переменного напряжения, а длительности указанных интервалов селекции выбирают в диапазоне (0,05.0,15)Т, где Т период повторения входного переменного напряжения, путем деления по амплитуде основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты, причем в промежутки времени, отличные от интервалов селекции, первое импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты формируют равным вольтодобавочному импульсному знакопеременному напряжению повышенной частоты, а второе импульсное знакопеременное напряжение повышенной частоты формируют путем вычитания из основного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты вольтодобавочного импульсного знакопеременного напряжения повышенной частоты.

2. Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее первый выпрямитель, соединенный своим входом с выходами для подключения источника входного переменного напряжения, первый преобразователь повышенной частоты, выполненный на инверторе, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, и первом силовом трансформаторе, первичная обмотка которого подключена к выходу инвертора, высокочастотный выпрямитель, один из входных выводов которого соединен с первым выводом первой вторичной обмотки первого силового трансформатора, высокочастотный сглаживающий фильтр, входом соединенный с выходом высокочастотного выпрямителя, а выходом с выводами для подключения нагрузки, последовательно соединенные второй выпрямитель, сглаживающий фильтр и второй преобразователь повышенной частоты, причем вход второго выпрямителя соединен с выводами для подключения источника входного переменного напряжения, а второй преобразователь повышенной частоты выполнен на мостовом инверторе и втором силовом трансформаторе и блок управления, отличающееся тем, что первый силовой трансформатор снабжен второй вторичной обмоткой, а его первичная обмотка выполнена с выводами средней точки, к выходу мостового инвертора подключены соединенные согласно-последовательно первичная обмотка второго силового трансформатора и вторая вторичная обмотка первого силового трансформатора, вторичная обмотка второго силового трансформатора и первая вторичная обмотка первого силового трансформатора соединены согласно-последовательно и свободный вывод вторичной обмотки второго силового трансформатора подключен к другому входному выводу высокочастотного выпрямителя, при этом коэффициенты трансформации первого и второго силовых трансформаторов выбраны из условия обеспечения постоянства по амплитуде напряжения на входе высокочастотного выпрямителя, при этом блок управления выбран обеспечивающим равным нулю напряжения на управляющем входе инвертора в течение интервалов селекции, середины которых совпадают с нулевыми значениями входного переменного напряжения, а их длительности выбраны в диапазоне (0,05 - 0,15)Т, где Т период повторения входного переменного напряжения, и отличным от нуля в остальные моменты времени.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru