ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в мощных импульсных источниках стабилизированного тока при построении разного рода устройств, требующих преобразования переменного напряжения в постоянное, в частности при построении преобразователя для катодной защиты трубопроводов и других подземных металлических сооружений от почвенной коррозии.
Известен импульсный стабилизатор тока, содержащий инвертор, выходной трансформатор которого содержит две одинаковые первую и вторую вторичные обмотки, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к накопительному LC-фильтру с нагрузочным сопротивлением на выходе, первый и второй трансформаторы тока, концы первичных обмоток которых объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления, а их начала подсоединены соответственно к концу первой и началу второй вторичных обмоток трансформатора инвертора, схему управления ключевыми транзисторами инвертора. При этом первый и второй трансформаторы тока снабжены дополнительными одинаковыми вторичными обмотками, которые вместе с основными вторичными обмотками трансформаторов тока соединены в последовательную цепь, причем конец основной вторичной обмотки первого трансформатора тока соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, начало которой подсоединено к началу дополнительной вторичной обмотки первого трансформатора тока, конец которой соединен с концом дополнительной вторичной обмотки второго трансформатора тока, а ее начало и начало основной вторичной обмотки первого трансформатора тока подсоединены каждая к анодам выпрямительных диодов, катоды которых объединены в одну точку и подсоединены к одному из входов схемы управления ключевыми транзисторами инвертора, к другому входу которой подсоединена общая точка соединения начал дополнительных вторичных обмоток трансформаторов тока (см. патент РФ №2234790, МПК Н02М 3/335, опубл. 08.20.2004 г.).
Недостатком известного импульсного стабилизатора является низкие показатели КПД и надежности его работы за счет ограничения пределов регулировки выходных параметров, отсутствия возможности работы в режиме поддержания заданного потенциала сооружения, а также повышенная степень искажения, создаваемые преобразователем в сети переменного тока.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий сетевой выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения питающей сети, канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты и силового трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входом высокочастотного выпрямителя, индуктивно-емкостный сглаживающий фильтр и блок управления инвертором, причем средний вывод первичной обмотки трансформатора соединен с одним из выходов сетевого выпрямителя, один из выходов высокочастотного выпрямителя через индуктивный элемент фильтра соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, а конденсатор фильтра включен между первым и вторым выходными выводами, последний из которых соединен с общей шиной. При этом сетевой и высокочастотный выпрямители соединены по выходу последовательно и каждый из них выполнен по мостовой схеме, а силовой вход инвертора соединен с выходом индуктивно-емкостного фильтра (см. патент РФ №2006163, МПК Н02М 7/06, опубл. 15.01.1994 г.).
В известном преобразователе также отсутствует возможность работы в режиме поддержания заданного потенциала сооружения, ограничены пределы регулировки выходных параметров, повышена степень искажения, создаваемая преобразователем в сети переменного тока, что приводит к снижению КПД и надежности работы преобразователя.
Задачей настоящей полезной модели является повышение КПД и надежности работы преобразователя, а также возможность работы в режиме поддержания заданного потенциала сооружения или в режиме стабилизации тока.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является снижение искажения, создаваемые преобразователем в сети переменного тока и обеспечение более полного использования энергии сети.
Поставленная задача достигается тем, что импульсный преобразователь, содержащий сетевой выпрямитель, блок преобразования напряжения, и фильтр помех, согласно полезной модели, снабжен блоком коррекции коэффициента мощности и блоком контроля величины входного потенциала, при этом вход блока коррекции коэффициента мощности соединен с выходом сетевого выпрямителя, выход - со входом блока преобразования напряжения, а выход блока контроля величины входного потенциала соединен со входом блока преобразования напряжения.
Кроме того, преобразователь снабжен блоком ограничения пусковых токов и сетевым помехоподавляющим фильтром.
При этом блок коррекции коэффициента мощности выполнен в виде повышающего импульсного стабилизатора выпрямленного сетевого напряжения и включает силовой ключ, бустерный диод, накопительный дроссель, выходной буферный конденсатор и схему управления на основе специального контроллера.
Помимо того, блок контроля величины входного потенциала включает датчик потенциала и схему управления преобразователем напряжения.
Заявляемая совокупность признаков позволяет снизить искажения, создаваемые преобразователем в сети переменного тока и обеспечить более полное использование активной энергии питающего напряжения за счет уменьшения реактивной составляющей тока. Кроме того, заявляемая совокупность дает возможность изменять режим работы преобразователя, поддерживая заданный потенциал сооружения.
Помимо того, повышается надежность работы устройства в целом за счет устранения резких скачков тока и напряжения при включении и выключении устройства.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная блок-схема преобразователя; на фиг.2 - электрическая принципиальная схема преобразователя.
Позиции на чертежах означают следующее: 1 - блок ограничения пусковых токов; 2 - сетевой помехоподавляющий фильтр; 3 - сетевой выпрямитель напряжения; 4 - блок коррекции мощности; 5 - блок преобразования напряжения; 6 - выходной выпрямитель; 7 - выходной фильтр; 8 - блок контроля величины входного потенциала; 9 - блок контроля времени наработки; 10 - терморезистор; 11 - варистор; 12 - силовой ключ; 13 - бустерный диод; 14 - накопительный дроссель; 15 - выходной буферный конденсатор; 16 - схема управления; 17 - силовые ключи; 18 - схема управления силовыми ключами 17; 19 - диоды; 20 - схема управления.
Блок-схема преобразователя (фиг.1) состоит из последовательно соединенных между собой блока 1 ограничения пусковых токов, сетевого помехоподавляющего фильтра 2, сетевого выпрямителя напряжения 3, блока 4 коррекции мощности, блока 5 преобразования напряжения, выходного выпрямителя 6 и выходного фильтра 7. Схема преобразователя включает также блок 8 контроля величины входного потенциала, соединенный с блоком 5 преобразования напряжения. Вход блока 4 коррекции коэффициента мощности соединен с выходом сетевого выпрямителя 6, выход - со входом блока 5 преобразования напряжения, а выход блока 8 контроля величины входного потенциала соединен со входом блока 5 преобразования напряжения.
Кроме того, схема преобразователя может быть дополнена блоком 9 контроля времени наработки, соединенного с блоком 8 контроля величины входного потенциала и выходным выпрямителем 6.
Электрическая принципиальная схема выполнения преобразователя дана на фиг.2.
Согласно принципиальной схемы, блок 1 ограничения пусковых токов может включать терморезистор 10 с отрицательным температурным коэффициентом и сильноточный быстродействующий варистор 11 для ограничения импульсных перенапряжений, амплитуда которых может достигать 2 кВ.
Блок 1 ограничения пусковых токов осуществляет ограничение броска тока в момент включения устройства, что позволяет избежать перегрузок элементов во время переходных процессов.
Сетевой помехоподавляющий фильтр 2, например типа C1L0C2C3C4, осуществляет подавление электромагнитных помех, как со стороны сети, так и со стороны самого импульсного преобразователя.
Блок 4 коррекции мощности выполнен в виде повышающего импульсного стабилизатора выпрямленного сетевого напряжения и включает силовой ключ 12, бустерный диод 13, накопительный дроссель 14, выходной буферный конденсатор 15 и схему управления 16 на основе специального контроллера.
Схема управления 16 силовым ключом 12 позволяет снизить реактивную составляющую мощности, что обеспечивает более полное использование энергии сети, повышение коэффициента мощности до значения 0,99.
Блок 5 преобразования напряжения выполнен по мостовой схеме, включает силовые ключи 17 и схему управления 18 силовыми ключами 17. Блок 5 преобразует постоянное напряжение 350-400 В в выходное 46 или 96 В.
Выходной выпрямитель 6 выполнен на диодах 19 включенных по мостовой схеме, для обеспечения меньших пульсаций выходного напряжения.
Блок 7 выходной фильтр, подавляет паразитные колебания и помехи присутствующие в выходном напряжении.
Блок 8 контроля величины потенциала содержит вход для подключения датчика потенциала и схему управления 20, которая позволяет изменять режим работы блока 5 таким образом, чтобы обеспечить величину потенциала сооружения на заданном уровне.
Схема 18 управления может быть выполнена, например, на основе ШИМ-контроллера.
Блок 9 контроля времени наработки производит отсчет времени, когда потенциал защищаемого сооружения находится на заданном уровне или когда устройство обеспечивает заданный выходной ток в зависимости от режима работы.
Преобразователь работает следующим образом.
Входное напряжение 220 вольт подается на блок 1 ограничения пусковых токов, где происходит ограничение броска тока в момент включения устройства. Далее напряжение поступает на сетевой помехоподавляющий фильтр 2, осуществляющий подавление электромагнитных помех, как со стороны сети, так и со стороны самого импульсного преобразователя, и далее на выпрямитель напряжения 3. После выпрямителя 3, постоянное напряжение подается на блока 4 коррекции мощности, обеспечивающий практически синусоидальную форму потребления тока из сети. Блок 5 преобразования напряжения преобразует постоянное напряжение (350-400 В) в выходное 48 или 96 В и подает его на выходной выпрямитель 6. Выпрямленное и отфильтрованное выходным выпрямителем 6, напряжение подается на нагрузку, в качестве которой используется защищаемое сооружение и анодный заземлитель.
Блок 8 осуществляет контроль потенциала сооружения и производит корректировку работы узлов схемы таким образом, что потенциал сооружения остается равный заданному значению. Значение потенциала сооружения также задается в блоке 8. При работе устройства в режиме стабилизации тока, схема 18 управления обеспечивает получение на выходе устройства заданного значения выходного тока.
Блок 9 контроля времени наработки производит отсчет времени, когда на защищаемом сооружении находится защитный потенциал или когда устройство обеспечивает заданный выходной ток в зависимости от режима работы.