Преобразователь напряжения

 

Использование: в электротехнике, и в частности в трансфарматоростроении и может быть использовано с целью получения квазисинусоидальной формы выходного напряжения и уменьшения массы и габаритов, а также упрощения конструкции инверторов постоянного напряжения с трансформаторным выходом. Сущность: преобразователь напряжения, содержит магнитопровод, который выполнен из двух сердечников с различной магнитной проницаемостью - ненасыщающегося 1 из материала с линейной кривой намагничивания и насыщающегося 2 из матрериала с прямоугольной петлей гистерезиса, на которых расположена первичная обмотка 3, вторичная обмотка 4, которая выполнена из двух секций 5 и 6, соединенных согласно-последовательно и расположенных на разных сердечниках. Варьируя витковыми, магнитными, геометрическими параметрами преобразователя напряжения, а также числом сердечников, можно достичь требуемой формы и высокого качества выходного напряжения без привлечения дополнительных аппаратурных затрат для этой цели, а также снизить массу и габариты, упростить конструкцию инверторов напряжения. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и в частности к трансформаторостроению и может быть использовано для получения квазисинусоидальной формы выходного напряжения и уменьшению массы и габаритов, а также упрощения конструкции инверторов постоянного напряжения с трансформаторным выходом.

Широко известны транзисторные и тиристорные инверторы напряжения с трансформаторным выходом, предназначенные для преобразования постоянного напряжения в переменное и питания микродвигателей систем управления и навигации, средств связи и ЭВМ, требующих синусоидальное входное напряжение, либо близкое по форме квазисинусоидальное.

Для этой цели существуют различные устройства синтезирования многоступенчатого напряжения, например, на основе параллельного включения нескольких инверторных ячеек, работающих с разной частотой преобразования [1] а также пассивные фильтры для выделения первой (основной) гармоники ряда Фурье из прямоугольного выходного напряжения инвертора.

Однако рассмотренные выше аналоги, наряду с их достоинствами, имеют и некоторые недостатки, связанные с их низкими удельными показателями, сложностью организации и реализации системы управления параллельной работой инверторов, сравнительно низкой надежностью; введением избыточности по установленной массе комплектующих элементов и несущих конструкций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является трансформатор [2] содержащий магнитопровод, выполненный из двух сердечников с разной магнитной проницаемостью, на которых расположена первичная обмотка, вторичная обмотка.

Однако указанный прототип не позволяет преобразовать прямоугольное входное напряжение с выхода полупроводникового инвертора в желаемое многоступенчатое (квазисинусоидальное) выходное напряжение, что является его существенным недостатком, ограничивающим область его применения.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, уменьшение массы и габаритов инверторов постоянного напряжения посредством преобразования их прямоугольного выходного напряжения в многоступенчатое (квазисинусоидальное) с помощью преобразователя напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе напряжения, содержащим магнитопровод, который выполнен из двух сердечников с различной магнитной проницаемостью, на которых расположена первичная обмотка, вторичная обмотка, один из сердечников выполнен из ненасыщающегося материала с линейной кривой намагничивания, а другой из насыщающегося материала с прямоугольной петлей магнитного гистерезиса, вторичная обмотка выполнена из двух секций, соединенных согласно-последовательно и расположенных на разных сердечниках.

Это позволяет при подаче на первичную обмотку преобразователя знакопеременного напряжения инвертора прямоугольной формы осуществить в любой его полупериод последовательное (поочередное друг за другом) перемагничивание сердечников составного магнитопровода и получить в разных секциях выходной обмотки импульсы взаимо-ЭДС разного уровня и сдвинутых относительно друг друга по фазе так, что на концах выходной обмотки преобразователя образуется многоступенчатое (квазисинусоидальное) напряжение.

Процесс поочередного перемагничивания сердечников составного магнитопровода происходит здесь в силу нелинейных (релейных) свойств используемого магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса для одного сердечника и линейных свойств магнитного материала для другого сердечника.

Выбранные магнитные материалы в предложенном устройстве широко известны и используются в трансформаторах преобразовательных устройств-пермаллоевые сплавы и аморфные магнитные материалы с ППГ, а также альсиферы, некоторые ферриты с линейной, либо близко к линейной средней кривой намагничивания.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя напряжения; на фиг. 2 конструктивный чертеж преобразователя напряжения; на фиг. 3 кривые намагничивания сердечников составного магнитопровода преобразователя напряжения; на фиг. 4 эпюры напряжений и магнитных потоков в сердечниках составного магнитопровода преобразователя напряжения.

Принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя напряжения (см. фиг. 1) состоит из магнитопровода, выполненного из двух сердечников с различной магнитной проницаемостью ненасыщающегося 1 из материала с линейной кривой намагничивания и насыщающегося 2 из материала с прямоугольной петлей магнитного гистерезиса, на которых расположена первичная обмотка 3, вторичная обмотка 4, которая выполнена из двух секций 5 и 6, соединенных согласно последовательно и расположенных на разных сердечниках.

На фиг. 2 обозначено: 1 торроидальный замкнутый сердечник из ненасыщающегося материала с линейной кривой намагничивания; 2 торроидальный замкнутый сердечник из насыщающегося материала с прямоугольной петлей гистерезиса; 3 первичная намагничивающая обмотка преобразователя напряжения, охватывающая одновременно оба сердечника составного магнитопровода; 4 вторичная обмотка преобразователя напряжения, состоящая из двух секций; 5 секция выходной обмотки 4, расположенная на сердечнике 1; 6 секция выходной обмотки 4, расположенная на сердечнике 2.

На фиг. 3 обозначено: В индукция; Н напряженность; 1 линейная кривая намагничивания материала сердечника 1;
2 прямоугольная петля магнитного гистерезиса материала сердечника 2.

На фиг. 4 обозначено:
Uвх входное знакопеременное напряжение прямоугольной формы;
Ф, Ф1, Ф2 магнитный поток, магнитный поток, соответственно, в сердечнике 1 и сердечнике 2;
е5, е6 взаимо-ЭДС, соответственно, в обмотке 5 и обмотке 6;
U4 выходное многоступенчатое (квазисинусоидальное) напряжение на концах вторичной обмотки 4;
t текущая фаза.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подаче на первичную обмотку 3 W3 (см. фиг. 1) знакопеременного прямоугольного напряжения Uвх= U с выхода инвертора (см. фиг. 4,а) по обмотке 3 протекает ток i3, образующий магнитодвижущую силу МДС F3=i3W3, которая начинает поочередно намагничивать сердечники 1 и 2 составного магнитопровода преобразователя напряжения из исходного магнитного состояния, например, из -Вs в +Вs или наоборот.

Первым, в силу линейности кривой намагничивания КН начинает перемагничиваться материал сердечника 1. В нем образуется магнитный поток Ф1 (см. фиг. 4, б), а в обмотке 5 W5, охватывающей данный сердечник наводится взаимо-ЭДС е5 (см. фиг. 4,в). Сердечник 1 перемагничивается частично до тех пор, пока напряженность результирующего магнитного поля в магнитопроводе Нрез. не сравняется по величине с коэpцитивной силой Нс2 материала сердечника 2 с ППГ, имеющей на вертикальных участках диф2>> диф1, где диф дифференциальная магнитная проницаемость материала.

Следовательно, при Нрезс2, сердечник 1 мгновенно прекращает свое дальнейшее перемагничивание и начинается процесс перемагничивания сердечника 2. В сердечнике 2 образуется магнитный поток Ф2 (см. фиг. 4,б), а в обмотке 6 W6, охватывающей данный сердечник, наводится взаимо-ЭДС е6 (см. фиг. 4,г) сдвинутая по фазе от начала оси ординат на заданный угол. Сердечник 2 перемагничивается полностью и с началом его насыщения, вновь начинается процесс дальнейшего намагничивания сердечника 1. В обмотке 5 W5 вновь появляется импульс наведенной ЭДС е5, однако, сдвинутый по фазе от предыдущего на заданный угол. В результате, на концах выходной обмотки 4 формируется положительный полупериод многоступенчатого (квазисинусоидального) напряжения, где уровень каждой ступеньки определяется коэффициентом трансформации по каждому сердечнику (соотношением числа витков между обмотками 3, 5 (6)), а длительность импульса геометрическими, витковыми, магнитными параметрами сердечников (сечением, КН, числом витков первичной обмотки).

Тогда, если варьировать параметрами сердечников (витковыми, геометрическими, магнитными, нагрузочными), числом сердечников можно получить наилучшее качество напряжения и максимальную степень приближения синтезируемой кривой к синусоиде (см. фиг. 4,д).

При смене полярности входного напряжения Uвх процесс поочередного перемагничивания сердечников магнитопровода повторяется и на концах вторичной обмотки 4 формируется отрицательный полупериод квазисинусоидального напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовать прямоугольное входное напряжение в многоступенчатое (квазисинусоидальное) и может быть использовано в источниках вторичного электропитания для уменьшения их массы и габаритов.


Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий магнитопровод, выполненный из двух сердечников с различной магнитной проницаемостью, на которых расположена первичная обмотка, вторичную обмотку, отличающийся тем, что один из сердечников выполнен из ненасыщающегося материала с линейной кривой намагничивания, другой из ненасыщающегося материала с прямоугольной петлей магнитного гистерезиса, вторичная обмотка выполнена из двух скеций, соединенных согласно последовательно и расположенных на разных сердечниках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для силовых трансформаторов электропоезда скоростной железной дороги

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электронных устройствах и устройствах автоматики в качестве двухфазного трансформатора, имеющего на выходе напряжения, сдвинутые на 90 электрических градусов

Изобретение относится к области трансформаторостроения и может быть использовано в промышленных объектах техники, где для решения задач электроснабжения необходимы трансформаторы

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в высокочастотных преобразователях напряжения (ПН) с независимым возбуждением для стабилизации их выходного напряжения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в военных и промышленных объектах и технике, где для решения задач электроснабжения необходимы однофазные трансформаторы. Технический результат состоит в обеспечении минимальных потерь в трансформаторе в процессе преобразования одного переменного по значению напряжения в другое и повышении к.п.д. на 10-15%. Это достигается путем использования магнитопровода со скругленными по радиусу его окна ярмами; использованием во вторичной цепи вместо одной обмотки, рассчитанной на какое-то напряжение (ток), трех обмоток, связанных определенной зависимостью по их индуктивностям; введением в схему вторичных обмоток фазосдвигающей цепочки. Магнитопровод со скругленными по радиусу его окна ярмами несмотря на удлинение средней линии повышает к.п.д. трансформатора. Введением дополнительных двух обмоток во вторичную цепь вместо одной и фазосдвигающей цепочки стабилизируется магнитная индукция в функции напряженности магнитного поля - независимо от значения нагрузки - и тем самым обеспечивается противофазность токов в первичной и вторичных обмотках. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для согласования высокочастотных радиотехнических устройств, имеющих высокие входное и выходное сопротивления, включенных в низкоомные тракты. Технический результат состоит в повышении коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора с произвольным и высоким коэффициентом трансформации. Вторичная обмотка выполнена в виде N одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно и размещенных поверх первичной обмотки в центральной ее части, где магнитный поток, обусловленный первичной обмоткой, максимален. Витки каждой обмотки связи частично размещены в одной из N диэлектрических трубок соответственно. Причем первые несколько витков и последние несколько витков первичной обмотки частично размещены в первой и второй дополнительных диэлектрических трубках соответственно, расположенных на краях первичной обмотки. Каждая из N+2 диэлектрических трубок расположена в средней части тороидального сердечника, а их длина примерно равна высоте тороидального сердечника. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторам высокого напряжения для каскадного соединения. Технический результат состоит в повышении напряжения при каскадном напряжении. Трансформатор (1) высокого напряжения для каскадного соединения включает первичную обмотку (8), обмотку (16) высокого напряжения и магнитопровод (4)со вторичной обмоткой (24). Первичная обмотка и обмотка высокого напряжения (8, 16) концентрично охватывают по меньшей мере часть магнитопровода (4). Обмотка (16) высокого напряжения состоит из одного или нескольких отдельных слоев, соединенных параллельно.3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике и в частности к трансформаторостроению и может быть использовано для получения квазисинусоидальной формы выходного напряжения и уменьшению массы и габаритов, а также упрощения конструкции инверторов постоянного напряжения с трансформаторным выходом

Наверх