Перетворювач трифазної напруги в постійну

1. Перетворювач трифазної напруги в постійну, що містить вхідний RLC-фільтр, три зворотноходових трансформатори, в яких первинна обмотка виконана з відводом від середини, три вихідних однопівперіодних випрямлячі, вихідний конденсатор, шість діодів і силовий ключ із блоком керування, причому до виходу кожної фази вхідного RLC-фільтра підключені середні точки первинних обмоток зворотноходових трансформаторів, до початкових виводів обмоток підключені аноди діодів, катоди яких з'єднані між собою і підключені до колектора силового ключа, кінцеві виводи обмоток підключені до катодів діодів, аноди яких з'єднані між собою і підключені до емітера силового ключа, керуючий електрод якого з'єднаний із схемою керування; початкові виводи вторинних обмоток зворотноходових трансформаторів через однопівперіодні випрямлячі підключені до позитивного виводу вихідного конденсатора, а кінцеві виводи C2 2 (19) 1 3 96382 4 Відомий перетворювач трифазної напруги в чених діодів, прямоходового трансформатора з постійну на основі зворотноходового перетворютрьома обмотками, випрямляча із двох вихідних вача (J.Minibock and J.W.Kolar. "Design and діодів і дроселя, при цьому кінцевий вивід першої experimental investigation of a single-switch threeобмотки прямоходового трансформатора з'єднаphase flyback-derived power factor corrector", in ний з анодом першого діода, катод якого з'єднаний Proc.IEEE INTELEC'OO, 2000,pp.471-478;J.W.Kolar з "мінусом" (негативним виводом) першого конand F.C.Zach. "Direct three-phase single-stage денсатора і анодом другого діода, flyback-type power factor corrector", Electron.Lett., "плюс"(позитивний вивід) першого конденсатора vol.34,p. 1177,June1998), що містить вхідний з'єднаний з кінцевим виводом другої обмотки пряфільтр, три зворотноходових трансформатори, в моходового трансформатора і з колектором силояких первинна обмотка виконана з відводом від вого ключа, початковий вивід другої обмотки з'єдсередини, шість діодів і транзистор як силовий наний з катодом третього діода, анод якого ключ, та три однопівперіодних випрямлячі, що з'єднаний з "плюсом" (позитивним виводом) другопрацюють на загальне навантаження. Перетворюго конденсатора і катодом другого діода, початковач відрізняється близьким до одиниці коефіцієнвий вивід першої обмотки з'єднаний з "мінусом" том потужності, простотою керування, малою кіль(негативним виводом) другого конденсатора і емікістю силових транзисторів (один) і наявністю тером силового ключа, катоди двох вихідних діодів трансформаторної розв'язки входу і виходу. через дросель підключені до "плюса" (позитивного Відома модифікація вищезазначеного перетвиводу) вихідного конденсатора, при цьому анод ворювача з двома силовими транзисторами першого вихідного діода з'єднаний з початковим (F.Stogerer, J. Minibock and J.W.Kolar, "Design and виводом третьої обмотки прямоходового трансexperimental verification of a novel 1.2 форматора, а анод другого вихідного діода - з кінkW480Vac/24Vdc two-switch three-phase DCM цевим виводом цієї обмотки і "мінусом" (негативflyback-type unity power factor rectifier", in Proc.IEEE ним виводом) вихідного конденсатора. PESC'01,2001,pp.914-919), в якому вдвічі зменшені При цьому в схему може бути додатково ввевимоги до пробивних напруг силових ключів, що дено ланцюг із двох узгоджено-послідовно вклюдозволяє ефективно застосовувати їх як польові чених діодів, середня точка яких з'єднана з нульотранзистори. Пристрій прийнято за прототип. вою точкою вхідного RLC-фільтра, причому Недоліками обох наведених пристроїв є відсувільний катод діода з'єднаний з колектором силотність можливості рекуперації енергії розсіювання вого ключа, а вільний анод діода з'єднаний з емізворотноходових трансформаторів, що входять до тером силового ключа. їх складу, що призводить до перенапруг на силоОкрім цього, силовий ключ може бути виконавих елементах перетворювача, зниженню ККД за ний із двох послідовно з'єднаних транзисторів, рахунок додаткових втрат енергії в обмежувальних середня точка яких підключена до нульової точки RCD-ланцюгах. вхідного RLC-фільтра. В основу винаходу поставлено задачу удоскоСуть винаходу пояснюється кресленнями, де налити перетворювач трифазної напруги в постійна фіг. 1 представлено блок-схему перетворювача ну, в якому за рахунок внесення нових елементів і трифазної напруги в постійну, на фіг. 2 - його елезміни схеми забезпечується підвищення ККД і ктричну схему, на фіг. 3 - варіант схеми фіг. 2 із зменшуються втрати енергії, що поліпшує його зменшеним впливом різниці характеристик трансспоживчі властивості. форматорів на якість формування вхідних струмів, Для рішення поставленої задачі в пристрої, що на фіг. 4 - варіант схеми фіг. 3 із зменшеними вимістить вхідний RLC-фільтр, три зворотноходових могами до робочої напруги ключових транзисторів. трансформатори, в яких первинна обмотка викоЯк приклад виконання перетворювача з вихіднана з відводом від середини, три вихідних одноною напругою 48 В і максимальним струмом навапівперіодних випрямлячі, вихідний конденсатор, нтаження 50 А і частотою комутації 20 кГц привешість діодів і силовий ключ із блоком керування, дений пристрій, який містить вхідний RLC-фільтр 1 причому до виходу кожної фази вхідного RLC(L1=L2=L3=330 мкГн 7 А, С1 = С2 = С3=4,7 мкФ фільтра підключені середні точки первинних обмо400 В, R1=R2=R3=100 Ом 2 Вт, фіг. 2), до якого ток зворотноходових трансформаторів, до початпідключені три зворотноходових трансформатори кових виводів обмоток підключені аноди діодів, 2, у яких первинна обмотка виконана з відводом катоди яких з'єднані між собою і підключені до ковід середини (Т1-Т3 з коефіцієнтом трансформації лектора силового ключа, кінцеві виводи обмоток (2,4+2,4):1, фіг. 2), три вихідних однопівперіодних підключені до катодів діодів, аноди яких з'єднані випрямлячі 3 (VD3,VD6,VD9 типу 80EBU04, фіг. 2), між собою і підключені до емітера силового ключа, підключених до вторинних обмоток трансформакеруючий електрод якого з'єднаний із схемою кеторів 2, і навантажених на вихідний конденсатор 4 рування; початкові виводи вторинних обмоток зво(С6=4700 мкФ 63 В, фіг. 2), шість діодів ротноходових трансформаторів через однопівпе(VD1,VD2,VD4,VD5,VD7,VD8) типу DSEP30-12AR і ріодні випрямлячі підключені до "плюса" силовий ключ 5 (VT1) типу IRG4PSH71U із блоком (позитивного виводу) вихідного конденсатора, а керування 6 (UC3844, фіг. 2). Ланцюг відведення кінці - до його "мінуса" (негативного виводу), вихід залишкової енергії поля розсіювання 7 складаєтьперетворювача утворений виводами вихідного ся із двох конденсаторів (С4 = С5=165 мкФ 800 В конденсатора, відповідно до винаходу, пристрій по 2 з'єднані послідовно конденсатори 330 мкФ додатково містить ланцюг відведення залишкової 400 В, фіг. 2), трьох узгоджено-послідовно вклюенергії поля розсіювання, який складається із двох чених діодів (VD10,VD11,VD12 типу DSEP30-12AR, конденсаторів, трьох узгоджено-послідовно вклюфіг. 2), прямоходового трансформатора з трьома 5 96382 6 обмотками (Т4 з коефіцієнтом трансформації В закритому стані силового ключа VT1 відбу10:10:1), випрямляча із двох вихідних діодів вається обрив ланцюгів первинних обмоток Т1 (VD13,VD14 типу 70CRU04, фіг. 2) і дроселя Т3. ЕРС самоіндукції, що виникає під час зниження (L4=200 мкГн 25 А). З'єднання елементів електриїх первинного струму, відкриває діоди чної схеми виконано відповідно до фіг. 2. VD3,VD6,VD9. Відбувається передача енергії магПри використанні більш потужних ключових та нітних полів Т1 - Т3 до вихідного конденсатора С6. напівпровідникових компонентів, індуктивних елеВхідні ж струми Т1 - Т3 швидко спадають до нуля. ментів потужність запропонованого перетворюваДля досягнення близького до одиниці коефіцієнту ча можна підвищити на порядок. потужності необхідною умовою є повне розмагніПристрій працює в такий спосіб. чування Т1 - Т3, у протилежному випадку середні Застосований метод керування перетворювавхідні струми перетворювача не будуть пропорчем - широтно-імпульсна модуляція з постійною ційні відповідним фазним напругам. частотою. Шпаруватість імпульсів керування клюЗалишки енергії, що накопичені у полях розсічем VT1 перетворювача встановлюється залежно ювання Т1 - Т3, потрапляють через діоди від потрібної вихідної потужності. Робота складаVD1,VD2,VD4,VD5,VD7,VD8 (залежно від напрямку ється з двох тактів: прямий хід (відкритий стан відповідного струму) та діод VD10 до конденсатоVT1) з накопленням енергії у магнітному полі трарів С4, С5. До них же потрапляє і енергія, накопинсформаторів Т1 - Т3 та передачею енергії кончена у магнітному полі трансформатора Т4. Така денсаторів С4, С5 у навантаження через Т4, і зворециркуляція енергії дозволяє підвищити ККД перотний хід (закритий стан VT1) з передачею енергії ретворювача та значно знизити вимоги до виготомагнітного поля Т1 - Т3 у навантаження через їх влення трансформаторів Т1 - Т4, оскільки підвивторинні обмотки та діоди VD3,VD6,VD9 і відвещення їх розсіювання не призведе до підвищення дення залишкової енергії (полів розсіювання) Т1 втрат енергії в перетворювачі. Т4 у конденсатори С4, С5. Схема працює в режимі На якість формування вхідних струмів великий переривчастого магнітного потоку у трансформавплив має розбіжність характеристик намагнічуторах Т1 - Т3. вання трансформаторів Т1 - Т3. Для зменшення При відкритті силового ключа VT1 первинні негативного впливу цих розбіжностей нульова точобмотки Т1- Т3 утворюють симетричну зірку, нука Т1 - Т3, яка утворюється при відкритті VT1, молем якої являється VT1. Завдяки симетрії харакже бути з'єднана з нульовою точкою вхідного RLCтеристик Т1 - Т3 напруги на них розподіляються фільтра. Це здійснюється за рахунок введення в також симетрично і дорівнюють напругам фаз месхему двох додаткових діодів. Отримана схема режі живлення. За рахунок діодів наведена на фіг. 3. Додаткові діоди -VD15,VD16 VD1,VD2,VD4,VD5,VD7,VD8 струми намагнічувандля варіанта перетворювача потужністю 2,4 кВт, ня мають незмінні напрямки незалежно від полярописаного вище - типу DSEP30-12AR. ностей миттєвих напруг фаз. В цей час діоди Для зменшення вимог до пробивної напруги VD3,VD6,VD9 закриті зворотною напругою. Відбусилового ключа його можна замінити двома послівається накопичення енергії в індуктивностях надовно з'єднаними транзисторами із зворотними магнічування Т1 - Т3. діодами. При цьому для забезпечення контрольоВ цей же час конденсатори С4, С5 опиняються ваного розподілу напруги між ними і зменшення з'єднаними через транзистор VT1 та діоди впливу розбіжностей характеристик трансформаVD11,VD12 з обмотками трансформатора Т4. Діод торів їх середню точку можна з'єднати з нульовою VD13 відкривається і відбувається передача енерточкою вхідного RLC-фільтра. Отримана схема гії С4, С5 через дросель L4 до виходу перетворюнаведена на фіг. 4. Силовий ключ виконано на вача (конденсатор С6). Діоди VD10,VD14 у цей час двох польових транзисторах VT1,VT2 типу закриті зворотною напругою. IRFPS43N50K (для вихідної потужності 2,4 кВт). Завдяки лінійному характеру індуктивностей Керування обома транзисторами синхронне, від намагнічування Т1 - Т3 їх вхідні струми на момент існуючої схеми керування. закриття VT1 є пропорційними відповідним фазЗастосування запропонованого перетворюваним напругам, а оскільки частота комутації незмінча трифазної напруги в постійну дозволить підвина, те саме можна сказати і про середні вхідні щити якість напруги мережі живлення, зменшити струми. Таким чином, перетворювач відносно мевтрати енергії в перетворювачі, покращити його режі являє собою симетричне активне навантамасогабаритні характеристики. ження з коефіцієнтом потужності, близьким до одиниці. 7 96382 8 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 96382 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601