RU64451U1 - PULSE CONVERTER - Google Patents

Abstract

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. Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является снижение искажения, создаваемые преобразователем в сети переменного тока и обеспечение более полного использования энергии сети. 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. 1 н.п.ф., 3 з.п.ф., 2 илл.The device relates to the field of electrical engineering and can be used in powerful pulsed sources of stabilized current for the construction of various devices requiring the conversion of alternating voltage to direct, in particular when constructing a converter for cathodic protection of pipelines and other underground metal structures from soil corrosion. The technical result achieved by solving the task is to reduce the distortion created by the converter in the AC network and to ensure a more complete use of network energy. The block diagram of the converter (figure 1) consists of series-connected starting current limiting unit 1, a network noise filter 2, a network voltage rectifier 3, a power correction unit 4, a voltage conversion unit 5, an output rectifier 6 and an output filter 7. Scheme the converter also includes an input potential value control unit 8 connected to a voltage conversion unit 5. The input of the power factor correction unit 4 is connected to the output of the network rectifier 6, the output is connected to the input of the voltage conversion unit 5, and the output of the input potential value control unit 8 is connected to the input of the voltage conversion unit 5. In addition, the converter circuit can be supplemented by the operating time control unit 9, connected to the input potential magnitude control unit 8 and the output rectifier 6. 1 npf, 3 zpf, 2 ill.

Description

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.The device relates to the field of electrical engineering and can be used in powerful pulsed sources of stabilized current for the construction of various devices requiring the conversion of alternating voltage to direct, in particular when constructing a converter for cathodic protection of pipelines and other underground metal structures from soil corrosion.

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.).Known pulse current regulator containing an inverter, the output transformer of which contains two identical first and second secondary windings, a half-wave rectifier with a midpoint, the output of which is connected to a storage LC filter with load resistance at the output, the first and second current transformers, the ends of the primary windings of which combined at one point and connected to the negative pole of the load resistance, and their beginnings are connected respectively to the end of the first and the beginning of the second secondary a coil of the inverter transformer, a control circuit transistor inverter. The first and second current transformers are equipped with additional identical secondary windings, which, together with the main secondary windings of the current transformers, are connected in series, the end of the main secondary winding of the first current transformer being connected to the end of the additional secondary winding of the second current transformer, the beginning of which is connected to the beginning of the additional the secondary winding of the first current transformer, the end of which is connected to the end of the additional secondary winding of the second trans the current formatter, and its beginning and the beginning of the main secondary winding of the first current transformer are each connected to the anodes of the rectifier diodes, the cathodes of which are combined at one point and connected to one of the inputs of the control circuit of the inverter key transistors, to the other input of which a common connection point of the additional secondary windings of current transformers (see RF patent No. 2234790, IPC Н02М 3/335, publ. 08.20.2004).

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.A disadvantage of the known pulse stabilizer is the low efficiency and reliability of its operation due to the limitation of the limits for adjusting the output parameters, the inability to work in the mode of maintaining the given potential of the structure, as well as the increased degree of distortion created by the converter in the AC network.

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.).The closest technical solution to the claimed one is an AC to DC converter containing a network rectifier connected in input to input terminals for connecting a supply network, a conversion channel consisting of a high frequency inverter and a power transformer connected in series, the secondary winding of which is connected to the input of a high frequency rectifier, inductive-capacitive smoothing filter and inverter control unit, with the average output of the transformer primary winding The ora is connected to one of the outputs of the network rectifier, one of the outputs of the high-frequency rectifier through the inductive filter element is connected to the first output terminal for connecting the load, and the filter capacitor is connected between the first and second output terminals, the last of which is connected to the common bus. In this case, the network and high-frequency rectifiers are connected in output in series and each of them is made in a bridge circuit, and the power input of the inverter is connected to the output of the inductive-capacitive filter (see RF patent No. 2006163, IPC Н02М 7/06, publ. 15.01.1994 g .).

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.The known converter also lacks the ability to work in the mode of maintaining the given building potential, the limits for adjusting the output parameters are limited, the degree of distortion created by the converter in the AC network is increased, which reduces the efficiency and reliability of the converter.

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.The objective of this utility model is to increase the efficiency and reliability of the converter, as well as the ability to work in the mode of maintaining the given building potential or in the current stabilization mode.

Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является снижение искажения, создаваемые преобразователем в сети переменного тока и обеспечение более полного использования энергии сети.The technical result achieved by solving the task is to reduce the distortion created by the converter in the AC network and to ensure a more complete use of network energy.

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.The task is achieved in that the pulse converter containing a network rectifier, a voltage conversion unit, and an interference filter, according to a utility model, is equipped with a power factor correction unit and an input potential value control unit, while the input of the power factor correction unit is connected to the output of the network rectifier, the output is with the input of the voltage conversion unit, and the output of the control unit of the input potential value is connected to the input of the voltage conversion unit.

Кроме того, преобразователь снабжен блоком ограничения пусковых токов и сетевым помехоподавляющим фильтром.In addition, the converter is equipped with an inrush current limiting unit and a network noise suppression filter.

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.In this case, the power factor correction block is made in the form of a step-up regulator of the rectified mains voltage and includes a power switch, a booster diode, a storage choke, an output buffer capacitor, and a control circuit based on a special controller.

Помимо того, блок контроля величины входного потенциала включает датчик потенциала и схему управления преобразователем напряжения.In addition, the input potential magnitude control unit includes a potential sensor and a voltage converter control circuit.

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.The inventive combination of features can reduce the distortion created by the Converter in the AC network and to ensure a more complete use of the active energy of the supply voltage by reducing the reactive component of the current. In addition, the claimed combination makes it possible to change the operating mode of the Converter, maintaining a given building potential.

Помимо того, повышается надежность работы устройства в целом за счет устранения резких скачков тока и напряжения при включении и выключении устройства.In addition, the reliability of the device as a whole is improved by eliminating sudden surges in current and voltage when the device is turned on and off.

Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная блок-схема преобразователя; на фиг.2 - электрическая принципиальная схема преобразователя.The inventive utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a functional block diagram of a converter; figure 2 - electrical schematic diagram of the Converter.

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.Positions in the drawings mean the following: 1 - block limiting inrush currents; 2 - network noise filter; 3 - network voltage rectifier; 4 - power correction unit; 5 - voltage conversion unit; 6 - output rectifier; 7 - output filter; 8 - control unit of the magnitude of the input potential; 9 - time control unit; 10 - thermistor; 11 - varistor; 12 - power key; 13 - booster diode; 14 - cumulative throttle; 15 - output buffer capacitor; 16 is a control diagram; 17 - power keys; 18 is a power key management diagram 17; 19 - diodes; 20 is a control diagram.

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.The block diagram of the converter (figure 1) consists of series-connected starting current limiting unit 1, a network noise filter 2, a network voltage rectifier 3, a power correction unit 4, a voltage conversion unit 5, an output rectifier 6 and an output filter 7. Scheme the converter also includes an input potential value control unit 8 connected to a voltage conversion unit 5. The input of the power factor correction unit 4 is connected to the output of the network rectifier 6, the output is connected to the input of the voltage conversion unit 5, and the output of the input potential value control unit 8 is connected to the input of the voltage conversion unit 5.

Кроме того, схема преобразователя может быть дополнена блоком 9 контроля времени наработки, соединенного с блоком 8 контроля величины входного потенциала и выходным выпрямителем 6.In addition, the converter circuit can be supplemented by a running time control unit 9 connected to the input potential value control unit 8 and the output rectifier 6.

Электрическая принципиальная схема выполнения преобразователя дана на фиг.2.An electrical circuit diagram of the implementation of the Converter is given in figure 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.According to the circuit diagram, the inrush current limiting unit 1 may include a thermistor 10 with a negative temperature coefficient and a high-current high-speed varistor 11 to limit surge surges, the amplitude of which can reach 2 kV.

Блок 1 ограничения пусковых токов осуществляет ограничение броска тока в момент включения устройства, что позволяет избежать перегрузок элементов во время переходных процессов.Block 1 limiting inrush currents limits the inrush current at the time of switching on the device, which avoids overloading of elements during transients.

Сетевой помехоподавляющий фильтр 2, например типа C1L0C2C3C4, осуществляет подавление электромагнитных помех, как со стороны сети, так и со стороны самого импульсного преобразователя.The network noise filter 2, for example, type C1L0C2C3C4, suppresses electromagnetic interference, both from the network side and from the side of the pulse converter.

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.The power correction unit 4 is made in the form of a boost pulse regulator of the rectified mains voltage and includes a power switch 12, a booster diode 13, a storage choke 14, an output buffer capacitor 15, and a control circuit 16 based on a special controller.

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.The control circuit 16 of the power switch 12 allows you to reduce the reactive component of the power, which provides a more complete use of energy, increasing the power factor to a value of 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.Block 5 voltage conversion is performed according to the bridge circuit, includes power switches 17 and control circuit 18 of power keys 17. Block 5 converts a constant voltage of 350-400 V into an output of 46 or 96 V.

Выходной выпрямитель 6 выполнен на диодах 19 включенных по мостовой схеме, для обеспечения меньших пульсаций выходного напряжения.The output rectifier 6 is made on diodes 19 connected in a bridge circuit to provide less ripple of the output voltage.

Блок 7 выходной фильтр, подавляет паразитные колебания и помехи присутствующие в выходном напряжении.Block 7 output filter, suppresses stray vibrations and interference present in the output voltage.

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.Block 8 monitoring the magnitude of the potential contains an input for connecting a potential sensor and a control circuit 20, which allows you to change the operating mode of block 5 in such a way as to ensure the magnitude of the potential of the structure at a given level.

Схема 18 управления может быть выполнена, например, на основе ШИМ-контроллера.The control circuit 18 may be performed, for example, based on a PWM controller.

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.The operating time control unit 9 counts down the time when the potential of the protected structure is at a given level or when the device provides a given output current depending on the operating mode.

Преобразователь работает следующим образом.The converter operates as follows.

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.An input voltage of 220 volts is supplied to the inrush current limiting unit 1, where the inrush current is limited at the moment the device is turned on. Further, the voltage is supplied to the network noise suppression filter 2, which suppresses electromagnetic interference, both from the network side and from the side of the pulse converter itself, and then to the voltage rectifier 3. After rectifier 3, a constant voltage is supplied to power correction unit 4, which provides an almost sinusoidal form of current consumption from the network. The voltage conversion unit 5 converts the direct voltage (350-400 V) to the output 48 or 96 V and supplies it to the output rectifier 6. Rectified and filtered by the output rectifier 6, the voltage is supplied to the load, which is used as a protected structure and an anode ground electrode.

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.Block 8 monitors the potential of the structure and adjusts the operation of the circuit nodes in such a way that the potential of the structure remains equal to the specified value. The value of the potential of the structure is also set in block 8. When the device is operating in the current stabilization mode, the control circuit 18 ensures that the output value of the device is obtained at the device output.

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.The operating time control unit 9 counts down the time when the protective potential is located on the protected structure or when the device provides a given output current depending on the operating mode.

Claims (4)

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий сетевой выпрямитель, блок преобразования напряжения и фильтр помех, отличающийся тем, что он 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.1. An AC to DC converter comprising a network rectifier, a voltage conversion unit and an interference filter, characterized in that it is equipped with a power factor correction unit and an input potential value control unit, wherein the input of the power factor correction unit is connected to the output of the network rectifier, output - with the input of the voltage conversion unit, and the output of the control unit of the magnitude of the input potential is connected to the input of the voltage conversion unit. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он снабжен блоком ограничения пусковых токов и сетевым помехоподавляющим фильтром.2. The Converter according to claim 1, characterized in that it is equipped with a block limiting inrush currents and a network noise filter. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что 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.3. The Converter according to claim 1, characterized in that the power factor correction unit is made in the form of a boost pulse regulator of the rectified mains voltage and includes a power switch, a booster diode, a storage choke, an output buffer capacitor and a control circuit based on a special controller. 4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок контроля величины входного потенциала содержит схему управления блоком преобразования напряжения.

4. The Converter according to claim 1, characterized in that the control unit of the magnitude of the input potential contains a control circuit of the voltage conversion unit.