Преобразователь постоянного напряжения

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий подключенный к входным выводам мостовой транзисторный инвертор с переключающим трансформатором и балластньм резистором . Связанными с выходными выводами устройства, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты преобразования , в него введен дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого, подключенная последовательно с первичной обмоткой переключающего трансформатора, подсоединена к выходным выводам устройства и к крайним выводам балластного резистора , вьтолненного в виде потенциометра , средний вывод которого подключен к точке соединения первичных обмоток дополнительного и переключающего трансформаторов, при этом в базовые цепи каждого из подключенных к первому входному выводу тран . зисторов инвертора включены соглас (Л но-последовательно вторичные обмотки дополнительного, трансформатора, а в базовые цепи каждого из двух других транзисторов инвертора включена последовательная цепь из первого резистора и вторичной обмотки, дополнительного трансформатора, зашунтированная последовательной цепью из второго резистора и -введенной вторичной обмотки переключающего трансформатора, причем указанные вторичные обмотки дополнительного и переключакядего трансформаторов включены согласно с базовыми обмотками транзисторов инвертора.

COOS СОВЕТСНИХ

СЦФ РОМ

РЕСПУЬЛИН (19) (11) Н 02 М 7/537

3 (59

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3615140/24-07 (22) 08.02.83 (46) 30.11.84. Бюп. В 44. (72) Р.Р.Валиуллин, Л.Я.Зиннер, Г.Ф.Кропачев, Н.Ф.Миляшов, В.Н.Тарасов и А.С.Чемерчев (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. С.M.Kèðîâà (53) 621. 3 14. 572 (088,8) (56) 1. Касаев О".И. Транзисторные преобразователи напряжения и часто- . ты. М., "Энергия", 1966, с. 100, . рис. 6-1.

2. Коссов О.А.. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. М., "Энергия", 1971 с. 205, рис. 8-6.

3. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М., "Радио:и связь", 1981, с. 152, рис ° 8-10б. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий подключенный к входным выводам мостовой транзисторный инвертор с переключающим трансформатором и балластным резистором, связанными с выходными выводами устройства, о т л и ч а ю щ.и йс я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты преобразования, в него введен дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого, подключенная последовательно с первичной обмоткой переключающего трансформатора, подсоединена к выходным выводам устройства и к крайним выводам балластного резистора, выполненного в виде потенциометра, средний вывод которого подключен к точке соединения первичных обмоток допопнительного и переключающего трансформаторов, при этом в базовые цепи каждого из подключенных к первому входному выводу транзисторов инвертора включены соглас.но-последовательно вторичные обмотки дополнительного, трансформатора, а в базовые цепи каждого из двух других транзисторов инвертора включена последовательная цепь из первого резистора и вторичной обмотки, дополнительного трансформатора, зашунтированная последовательной цепью из*второго резистора и введенной вторичной обмотки переключакщего трансформатора, причем указанные вторичные обмотки дополнительного и переключающего трансформаторов включены согласно с базовыми обмотками . транзисторов инвертора.

1127060

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в переменное прямоугольное напряжение с регулируемой частотой в системах электропривода, радиотехники и автоматики.

Известны преобразователи постоянного напряжения, содержащие два тран.зистора, выходной трансформатор и дроссель с дополнительной обмоткой для регулирования частоты преобразования с помощью измерения тока подмагничивания (1) и (2j .

Недостатком известных преобразо- 15 вателей является малый диапазон регулирования частоты преобразования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения, 20 содержащий мостовой транзисторный инвертор с переключающим трансформато ром и балластньж резистором, связанными с выходными выводами устройства )3) .

Недостатком преобразователя постоянного напряжения является то,что в процессе регулирования одновременно с изменением частоты выходного напряжения изменяется уровень вход- 30 ного напряжения и входного тока тра *зисторов инвертора, что ограничивает ширину диапазона регулирования частоты преобразования.

Цель изобретения — расширение ди- З5 апазона регулирования частоты преобразования, Поставленная цель достигается тем, что в йреобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенный к 40 входным выводам мостовой транзисторный инвертор с переключающим трансфовматором и балластным резистором, связанными с выходными выводами устройства, введен дополнительный транс-<5 форматор, первичная обмотка которого подключенная последовательно с первичной обмоткой переключающего трансформатора, подсоединена к выходным выводам устройства и к крайним 50 выводам балластного резистора, выполненного в виде потенциометра, средний вывод которого подключен1к точке соединения первичных обмоток дополнительного и переключающего 55 ,трансформаторов, при этом в базовые цепи каждого из подключенных к первому входному выводу транзисторов инвертора включены согласно-последовательно вторичные обмотки дополнительного трансформатора, а в базо вые цепи каждого из двух других транзисторов.инвертора включена последовательная цепь из первого резистора и вторичной обмотки, дополнительного трансформатора, зашунтированная по следовательной цепью из второго.резистора и введенной вторичной обмотки переключающего трансформатора, причем указанные вторичные обмотки дополнительного и переключающего трансформаторов включены согласно с базовыми обмотками транзисторов инвертора.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения, на фиг. 2 †.зависимостр относительной частоты выходного напряжения

1/1„к,„от уровня относительного напряжения на первичной обмотке переключающего тра сформатора — )„ /00 для значений ширины диапазона регули-. рования d = 3,5 10; на фиг. 3 — зависимость относительного уровня вход-ного напряжения транзисторов -0 „/0

sn,ч 617 от величины 0„/0з для значений соотношения коэффициентов трансформации

К,/К< = 1;. 1 5; 2; 3; нафиг. 4экспериментальные характеристики регулируемого инвертора номинальной мощности 400 Вт.

Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит транзисторы

1-4 с обратными диодами 5-8 и базовыми сопротивлениями 9-12. Первичная обмотка 13 переключающего трансформатора 14 соединена согласно-последовательно с первичной обмоткой 15 дополнительного трансформатора 16. Oб-. мотки обратной связи 17-20 и 21-24 трансформаторов 16 и 14 включены согласно-последовательно во входные цепи транзисторов 1-4. Балластный резистор

4 выполнен в виде потенциометра 25, -подвижный контакт которого подключен к точке, соединения первичных обмоток 13 и 15, а два других — к диагонали переменного тока моста. Каждая из дополнительных .обмоток обратной связи 26 и 27 переключающего трансформатора 14 включена согласно-па-. раллельно обмоткам обратной связи 23 и 24 дополнительного трансформатора

16. Каждая из пар дполнительных сопротивлений 28 и 29, 30 и 31 общим

1127060

3 выводом соединена с обмотками обратной связи 19 и 20 соответственно, а двумя другими — с обмотками обратной связи 23 и 26, 24 и 27 соответственно. Нагрузка подключается непосредственно к диагонали переменного тока моста °

Переключение транзисторов 1-4 происходит по насыщению сердечника трансформатора 14, в связи с чем,число 10 витков его первичной обмотки 13 выбираюч из условия получения максимальной частоты выходного напряжения,когда к ней приложено все напряжение питания. Дополнительный трансформа- 15 тор 16 предназначен для поддержания необходимого уровня входного напряже- . ния транзисторов, при этом выбранное число. витков его первичной обмотки

15 обеспечивает работу сердечника 2б в ненасыщенном режиме во всем диапазоне регулирования частоты.

Коэффициенты трансформации между обмотками обратной связи и первичными обмотками трансформаторов 16, и 25

14 выбирают равными по величине с тем, чтобы суммарная ЭДС во входных цепях транзисторов 1 и 2 во всем дипазоне регулирования оставалась неизменной. Величину коэффициента трансформации К1 данных. обмоток определяют из условия получения режима экономичной и надежной работы входных цепей транзисторов 1 и 2. Коэффициент трансформации h между до 3

35 полиительными обмотками обратной связи 26 и 27 и первичной обмоткой

13 переключающего трансформатора по величине выше коэффициента К1 (т.е. число витков обмоток 26 и 27 меньше числа витков обмоток -17-20) .

Преобразователь постоянного,на-. пряжения работает следующим образом.

Транзисторы 1, 4 и 2,3 поочередно чодключают к источнику постоянного напряжения первичные обмотки трансформаторов 16 и 14, при этом ,на всех обмотках обратной связи

17-20, 21-24, 26 и 27 образуется напряжение прямоугольной формы изменяющейся полярности. Напряжение на входе транзисторов 1-4 определяется алгебраической суммой ЭДС обмоток. обратной связи переключающего и допол-, нительного трансформаторов.

Когда движок потенциометра 25 находится в крайнем правом положении (фиг. 1), напряжение на первичной обмотке 13 переключающего трансформатора 14 0 н максимально..и равно по величине напряжению питания (1 (0„/Ид =

1), при этом частота выходного на- пряжения максимальна (точки g на фиг. 2). Напряжение на входе транзисторов 1-4 полностью определяется обмотками обратной связи 17-20 и дополнительными обмотками обратной связи

26 и 27 переключающего трансформатора. Напряжение на входе транзисторов 1 и 2 — Ц, равно своему оптимальному значению (точка й, на фиг. 3), а напряжение на входе транзисторов 3 и 4 максимально (точки а с F21 и д " (фиг 3), При перемещении движка потенциометра 25 влево напряжение на первичной обмотке 13 0и уменьшается, а напряжение. на первичной обмотке 15

12 увеличивается приводя к сниже нию частоты выходного напряжения преобразователя, которая изменяется по линейному закону (фиг. 2). Одновременно с изменением напряжений на первичных обмотках изменяются и ЭДС

:наводимые в обмотках обратной связи трансформаторов ° 17o мера уменьшения ЭДС обмоток обратной связи

17 и 18 увеличивается ЭДС обмоток обратной связи 21 и 22 и так как коэффициенты трансформации этих обмоток равны, то уровень входного напряжения транзисторов 1 и 2 остается неизменным (на фиг. 3 совпадает с осью абсцисс.).

На начальном участке регулирования частоты от точек д д а и а г а>, соответственно до точек3 Ь

В У Я Ф " и Ъ, (см. фиг. 3) напряжение на входе транзисторов 3 и 4 „ опреде-

8 ЪФ ляется суммой ЭДС обмоток обратной связи 19, 20 и 26, 27 переключающего трансформатора 14 При уменьшении частоты напряжение 0 4 также бх 9,4 уменьшается, и в тот момент, когда

ЭДС параллельно соединенных обмоток обратной связи 23, 24 и 26, 24 становятся равными (фиг. 3, точки 1

Ьн ш lv 41

° ° 2 1

4снижается цо величины О@„,, т.е. Оь /U „„= 1, при этом напряжение На первичной обмотке

13, равно ц . При дальнейшем умень9 шении частоты напряжение0 практисi,wчески не изменяется. Значение вели1 чины 0„(см. фиг. 3) определяется из условия равенства ЭДС параллельных обмоток

1127060

0„- U,-, 2 1

С уменьшением частоты вйходного напряжения преобразователя величина

ЭДС обмоток обратной связи трансформатора 14 уменьшается, а трансформатора 16 увеличивается, .что ведет к снижению скачка базового тока транзисторов 1 и 2-в момент их переклю- 19 чения. Однако дополнительные обмотки обратной связи 26 и 27 в момент переключения практически накоротко замыкают обмотки обратной связи 23 и

24 дополнительного трансформатора, что ведет к резкому скачку базового тока транзисторов 3 и 4 и их надежному отключению.

Как видно из фиг. 3, с уменьшением отношения коэффициентов К /К умень- щ шаются дополнительные потери во входных цепях транзисторов 3 и 4, которые вызваны изменением их входного напряжения, но при этом снижается величина скачка .базового тока в мо — 25 мент переключения. В связи с этим целесообразно выбирать значение

К,/К» = 1,5-2,0, что соответствует линиям»л»» l»z ср и0 Ъ с (фиг ° 3)

Стабилизация уровня входного на/ пряжения транзисторов 1-4 и повьппение надежности отключения транзисторов 3 и 4 в момент переключения поз»воляет значительно расширить диапазон надежного и экономичного регулирования частоты выходного напряжения инвертора.

При снижении величины напряжения U, до величины ll».p, что соответствует точкам Ь, Ь и Ь» (фиг ° 2) 40 частоты пере.1агничивания сердечников трансформаторов 16 и 14 становятся равными. Этому режиму на фиг. 2 соответствует минимальная частота выходного напРяжения 1„„„, величина которой on-., åäåëÿåòñÿ из соотношения

Г 1»р "»» "гр

g где gt и g2 — коэффициенты, определяемые конструктивными пара. метрами трансформаторов

16 и 14.

Трансформаторы 16 и 14 рассчитаны на частоты1„п и1 с» соответственно, а их соотношение равно рас »»»a»» 4

4ро с 2рас Q

С учетом приведенных соотношений определяют величину U»p и ширину диапазона регулирования о

UA

1 »рс/ хрс»с

И»» И 2 рс»С

Если напряжение g меньше величины ц»,< (линии Ь », Ъ"»." и Д» », на

I фиг. 2), переключение транзисторов происходит по насьпцению сердечника дополнительного трансформатора 16, при этом частота выходного напряжения возрастает от значениями „до значения грос Данный режим работы преобразователя является нежелательным, и процесс регулирования закан-чивается при достижении частотой выходного напряжения значения f „„„.

Предложенный преобразователь постоянного напряжения обладает широким диапазоном надежного и экономичного регулирования частоты выходного напряжения, причем ширина диапазона не связана с допустимым снижением уровня входного напряжения транзисторов. В связи с этим верхний предел регулирования, определяется частотными. характеристиками элементов схемы, а нижний — допустимыми для каждой конкретной модели габаритайи дополнительного трансформатора.

Проведены лабораторные испытания преобразователя постоянного напряжения номинальной мощностью 400 Вт при напряжении питания 27 В с диапазоном регулирования от 1000 до 50 Гц.

Инвертор содержит однофазный мост составных транзисторов марки КТ 825В, переключакнций и дополнительный трансформаторы выполнены на тороидальных сердечниках типа ОЛ-10/16-6,5 и

0JI-17/24-6,5 из стали Э-350. В качестве регулируемого делителя напряжения применен потенциометр СПО-2 сопротивлением 270 Ом.

Результаты испытаний показали, что преобразователь постоянного напряже— ния надежно работает во всем диапазоне регулирования частоты от 985 Гц до 42 Гц (см. фиг. 4, кривая измене= ния 1 ); при номинальной мощности нагрузки система обладает следующими характеристиками (см. фиг. 4): ши/ рина диапазона регулирования J

=23, КПД преобразователя во всем диа7 1127060 8 пазоне регулирования выше 81Х, потреб- гателя .позволит значительно упросляемый от сети ток 4 не превосходит тить схему инвертора, отказаться от величины 18 А. ряда обратных связей между двигателем и преобразователем напряжения, Применение предложенного управ-. снизить габариты изделия при неизляемого инвертора в качестве органа менных энергетических и регулировочюегулирования скорости вращения дви- ных характеристиках.

112706.0

Рие.2

ui4 62 ОВь2 ВАЗОВ

Фие. Ю

1127060

О,B

li0

0,8

Заказ 8753/43 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

И3035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал ППП"Патент", г ° Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель В.Ежов

Редактор Л. Веселовская Техред Т. Маточка Корректор А. Зимокосов