Однотактне джерело живлення з безпосереднім перетворенням

Однотактне джерело живлення з безпосереднім перетворенням, що містить вхідний LC-фільтр, напівпровідникові ключі, високочастотний трансформатор з повітряним зазором і випрямляч із 3 Відоме однофазне однотактне джерело живлення з безпосереднім перетворенням, що містить вхідний LC-фільтр, два однонаправлених транзисторних ключі, блок керування, зв'язаний з керуючими електродами ключів, однотактний високочастотний трансформатор із двома первинними обмотками й однонапівперіодний випрямлювач із дроселем, що згладжує, (Перспективные источники сварочного тока / С. Д. Рудык, В. Е. Турчанинов, С. Н. Флоренцев. - Электротехника, №7 / 98. - С.813.), у якому виключено функцію випрямлення вхідної напруги й отримано добрі результати по ККД і КП. Пристрій прийнято за прототип. У відомому пристрої силові ключі піддаються перенапругам, що досягають подвоєної напруги живлення. Крім того, відсутність накопичувача енергії не дозволяє підтримувати живлення навантаження в моменти переходу напруги мережі через нуль. Ці особливості негативно впливають на якість роботи джерела й обмежують його область застосування. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити однотактне джерело живлення з безпосереднім перетворенням, у якому за рахунок внесення нових елементів і зміни схеми забезпечується безпосереднє перетворення трифазної напруги в постійну при високих ККД і КП, що дозволяє забезпечити якісне регулювання вихідної напруги і поліпшити споживчі властивості джерела. Для рішення поставленої задачі в пристрої, що містить вхідний LC-фільтр, напівпровідникові ключі, високочастотний трансформатор з повітряним зазором і випрямлювач із дроселем, що згладжує, а також блок керування, зв'язаний з керуючими електродами ключів, відповідно до винаходу, кожен вивід первинної обмотки трансформатора з'єднаний через LC-фільтр із фазами мережі через три однонаправлених напівпровідникових ключі, кожний з який складається з послідовно включених діода і транзистора, при цьому забезпечено згодне включення ключів кожної фази, а вторинна обмотка трансформатора підключена через однонапівперіодний випрямлювач і дросель, що згладжує, до виходу джерела, при цьому трансформатор виконано із зазором у магнітному ланцюзі, а однойменні виводи (початки чи кінці) обмоток підключені - первинна до катодів ключів, а вторинна до анода випрямного діода. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 представлено блок-схему джерела, на Фіг.2 - схему силової частини. Пристрій містить вхідний LC-фільтр І (L1 - L3 330мкГн 50А, С1-С3 4,7мкФ 630В, Фіг.2), до якого підключена матриця однонаправлених ключів 2 (VT1 VT6 IRG4PSH71UD, VD1 - VD6 HFA80FA120, Фіг.2), вихід матриці з'єднаний з високочастотним однотактним розділовим трансформатором 3 (Т1 з коефіцієнтом трансформації 4, Фіг.2), вторинна обмотка якого підключена до вихідного випрямлювача 4 (VD7, VD8 150EBU04, L4 30мкГн 300А, Фіг.2), при цьому сигнали керування для матриці ключів формує схема керування 5 (на Фіг.2 показана умовно). Схема являє собою однонаправлений матричний перетворювач з 3 92979 4 фазним входом і 2-фазним виходом, навантажений на високочастотний трансформатор. Пристрій працює в такий спосіб. Первинна обмотка трансформатора Т1 (3, Фіг.1) з високою частотою (що у 10...1000 раз перевищує частоту мережі) поперемінно підключається до фаз мережі за допомогою матриці ключів 2 (Фіг.1), причому в кожний момент часу відкритий тільки один ключ із групи VT1, VT3, VT5 і один із групи VT2, VT4, VT6. Конденсатори С1-С3 згладжують імпульсні викиди напруги в моменти переключення ключів. Послідовність переключення вибирається такий, щоб за період переключення середнє значення напруги на первинній обмотці Т1 дорівнювало нулю: Tsw (1) u T1dt 0 0 де u1 - напруга на первинній обмотці Т1; Tsw - період переключення. Ця умова необхідна для забезпечення повного розмагнічування магнітопроводу Т1. При цьому на виході мостового випрямлювача напруга буде до u T1 , де K T1 - коефіцієнт трансфорK T1 мації Т1. Середню (за період переключення) вихідну напругу визначимо з урахуванням вихідного фільтру (L4): Tsw u T1 1 (2) U dt Tsw K T1 0 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 t a , t b , t c - час підключення трансформатора до фаз А, В, С. Позначимо D a t a / Tsw , D b t b / Tsw , D c t c / Tsw - скважності стосовно фаз А, В, С відповідно. Тоді для вхідних струмів розглянутого перетворювача можна записати: i a Iн D a sign(u a ), рівнювати ib Iн D b sign(u b ), (3) i c Iн D c sign(u c ), де Iн - приведений до первинної сторони струм навантаження, u a , u b , u c - 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 , де гу. (4) - коефіцієнт, що визначає вихідну напру 5 92979 Середнє за час Tsw напруга на первинній обмотці трансформатора визначається як (5) U T1 u a D a u b D b u c D c причому знак цієї напруги визначається номерами включених ключів. Підставивши (4) у (5), одержимо (6) UT1 (ua2 ub2 uc 2 ) 15 Uфм2 , де Uфм - амплітуда фазної напруги мережі. Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 6 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 відсутні пульсації з частотою мережі. Це дозволяє значно підвищити якість напруги перетворювача і зменшити вимоги до вихідного фільтра. Слід зазначити, що за умовою повного розмагнічування осердя Т1 максимальна скважність дорівнює 0,5. 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