Зварювальний випрямляч з безпосереднім перетворенням енергії

Зварювальний випрямляч з безпосереднім перетворенням енергії, що містить вхідний LC 3 тока / С. Д. Рудык, В. Е Турчанинов, С. Н. Флоренцев. -Электротехника, №7/98. - С. 8-13.], у якому виключено функцію випрямлення вхідної напруги й отримано добрі результати по ККД і КП. Відоме джерело постійного струму [патент US №2003/0039134 Three-phase-electrical intermediate circuit having reduced network feedback-identical pulse-director system with a wide positioning range pertaining to the output voltage /J.W.Kolar – Feb. 27, 2003], що містить вхідний LC-фільтр до входу якого підключено трифазно-двофазний матричний комутатор з ультрарозрядженою матрицею ключів, дві вихідні фази якого підкючені до підвищкючого перетворювача напруги. Джерело працює від трифазної мережі, має добрі показники по ККД та КП. Пристрій прийнято за прототип. Недоліком пристрою є гальванічний зв'язок навантаження із мережею живлення, що унеможливлює його використання для зварювання. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити зварювальний випрямлювач з безпосереднім перетворенням енергії, у якому за рахунок внесення нових елементів забезпечується безпосереднє перетворення трифазної напруги в постійну при високих ККД і КП, та трансформаторна розв’язка мережі і навантаження. Для рішення поставленої задачі в пристрої, що містить вхідний LC-фільтр, трифазно-двофазний матричний комутатор з ультрарозрядженою матрицею ключів, відповідно до винаходу, вихід комутатора підключено до ланцюга обмеження напруги, що складається, з послідовно включених транзистора з вбудованим зворотнім діодом і конденсатора, і до входу введеного в схему моста з чотирьох транзисторів зі зворотними діодами, підключеного до первинної обмотки високочастотного трансформатора, а вторинна обмотка високочастотного трансформатора підключена через двохнапівперіодний випрямлювач і дросель, що згладжує, до входу випрямлювача. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 представлена блок-схема джерела, на Фіг.2 - схема силової частини. Пристрій містить вхідний LC-фільтр 1 (L1 - L3 330мкГн 50 А, С1 – С3 4,7мкФ 630 В, Фіг. 2), до якого підключені три діодно-транзисторних комутатори 2-4 (VD1 - VD12, VT1 - VT3, Фіг.2, застосовано три модуля VUI3012N1 IXYS), виходи яких підключено до мосту 5 з чотирьох транзисторів зі зворотними діодами (VT4 - VT7, Фіг.2, застосовано модуль MKI100-12F8 IXYS), при цьому до мосту 5 підключено ланцюжок обмеження напруги 6 (VT8 IRGPS60B120KD, С4 33 мкФ 1000 В, Фіг, 2), вихід моста підключено до високочастотного трансформатора 7 (Т1, Фіг.2, коефіцієнт трансформації 9), вторинна обмотка якого підключена до випрямлювача 8 (VD13, VD14 модуль MEК600-04DA IXYS, L4 30 мкГн 500 А, Фіг.2), і схему керування 9 (на Фіг.2 показана умовно). Пристрій працює в такий спосіб. Первинна обмотка трансформатора T1 з високою частотою (що у 10 - 1000 раз перевищує частоту мережі) поперемінно підключається до фаз мережі через два відкритих транзистори моста і два відкритих діодно-транзисторних комутатори. 92694 4 Послідовність переключення вибирається такою, щоб за період переключення середнє значення напруги на первинній обмотці Т1 дорівнювало нулю: Tsw uT1dt 0 (1) де u1- напруга на первинній обмотці Т1; Tsw - період переключення. Ця умова необхідна для запобігання підмагнічування і насичення магнитопровода Т1. При цьому на виході мостового випрямлювача напруга uT1 буде дорівнювати , де KT1 - коефіцієнт траK T1 0 нсформації Т1. Середню (за період переключення) вихідну напругу визначимо з урахуванням вихідного фільтру (L4): U TSW 1 TSW uT1 dt K T1 0 (2) Таким чином, змінюючи порядок підключення Т1 до фаз мережі (дотримуючись при цьому умови (1)), можна керувати вихідною напругою і, що немаловажно, формою вхідного струму. Приймемо ta, tb, tc - час підключення трансформатора до фаз А, В, С Позначимо Da=ta/TSW, Db=tb/TSW, Dc=tc/TSW скважності стосовно фаз А, В, С відповідно. Тоді для вхідних струмів розглянутого перетворювача можна записати: ia IH Da sign(ua ) , ib IH Db sign(ub ) , ic IH Db sign(ub ) (3) де IH - приведений до первинної сторони cтрум навантаження, ua, ub, uc-фазні напруги мережі. Для забезпечення близького до одиниці коефіцієнта потужності необхідно, щоб вхідний струм у кожній фазі був пропорційний відповідній фазній напрузі. Це може бути досягнуте шляхом вибору скважностей у такий спосіб: Da ua , Db ub Dc uc , (4) де - коефіцієнт, що визначає вихідну напругу. Середнє за час Tsw напруга на первинній обмотці трансформатора визначається як UT1 ua Da ub Db uc Dc (5) причому знак цієї напруги визначається номерами включених ключів. Підставивши (4) у (5), одержимо UT1 2 2 2 2 (ua ub uc ) 15 Uфм , (6) де Uфм - амплітуда фазної напруги мережі. Таким чином, дотримуючись умови (4), можна домогтися близького до одиниці коефіцієнта потужності джерела. Крім цього, з (6) випливає ще один важливий висновок: на виході джерела відсувні пульсації з частотою мережі. Це дозволяє значно підвищити якість напруги перетворювача і зменшити вимоги до вихідного фільтра. 5 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 92694 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601