Статический преобразователь постоянного тока

 

ОП И САН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Севе пиих

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 26.И1.1963 (№ 850024/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 17.V1.1966. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 24 VIII.1966!,л. 21d-, 12/03

21а4, 35/14

ЧПК Н 02m

G 051

УД К 621.314.572:

:621.316.722.1 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Автор изобретения

Н. Н. Ельчанинов

Заявитель

СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В ПЕРЕМЕННЬ1й

Известные статические преобразователи постоянного тока в переменный, собранные по двухтактной схеме на триодах, управляемых от задающего генератора, включенных на первичную обмотку силового трансформатора, не позволяют простыми средствами получать на выходе одновременно два напряжения одинаковой частоты и различной формы со стабилизацией одного из них по амплитуде.

Предло>кен статический преобразователь, г котором магнитопровод силового трансформатора имеет сердечники разных сечений с двумя вторичными обмотками. Одна из них вместе с первичной расположена на магнитопроводе большего сечения, работающем в ненасыщенном режиме, а другая — на магнитопроводе меньшего сечения, работающем в режиме насыщения. Параллельно вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе меньшего сечения, включен конденсатор, образующий с обмоткой феррорезонансный контур.

Такое выполнение позволяет простыми средствами получить на выходе трансформатора два напря>кения одинаковой частоты и разной формы — прямоугольное и синусоидальное, причем синусоидальпое напряжение стабилизировано по амплитуде. Преобразователь одновременно может питать потребителей нестабилизированным прямоугольным напря>кением.

На фиг. 1 представлена электрическая схема одного из вариантов предлагаемого статического преобразователя постоянного тока с синусоидальной формой кривой выходного напряжения, стабилизированного по амплитуде; па фиг. 2 — график работы преобразователя в режиме холостого хода; на фиг. 3 — график работы преобразователя под нагрузкой.

Основные элементы схемы: задающий генератор прямоугольного напряжения Зг, на выходе которого включен согласующий трансформатор Тр,, переключающие триоды Т, и

? 2; силовой трансформатор Трз с насыщенным участком магпитопровода, на котором размещена вторичная обмотка W,, первичная обмотка 1Г, на линейном участке магнитопровода трансформатора Тр; вторичная обмотка В,, предназначенная для питания нагрузок, для которых предпочтительна прямоугольная форма кривой (выпрямительные блоки радиоустройств), и конденсатор С.

Задающий генератор может быть любого типа LC, (кварцевый, камертонный и др.). Работоспособность схемы фиг. 1 проверялась на

25 LC-генераторе (1000 гц+ ?,) и камертонном (1000 гц 0,2%). Ниже приведены основные характеристики и осциллограммы при использовании ?.С-генератора.

Переключающие триоды Т1 и Т, и первичная обмотка 9", трансформатора Тра объединены в обы шую схему двухтактного генера183268

65 тора прямоугольных колебаний с внешней синхронизацией по частоте от задающего генератора. Трансформатор Тр> имеет сердечник П-образной формы, изготовленный из заготовки стандартного Ш-образного сердечника, у которого один из тонких стержней (на чертеже — левый стержень) . Таким образом, сердечник трансформатора Тр, имеет линейный (утолщенный) и нелинейный (тонкий) стержни, на которых размещены перечисленные выше обмотки.

Конденсатор С выбран с учетом постоянного (в рабочем диапазоне изменений пагрузки и питающего напряжения) насыщения нелинейного сердечника трансформатора Тр>. При комплексной нагрузке с известными параметрами величину емкости С следует выбирать с учетом cos cp нагрузки. Для уменьшения емкости конденсатора С применяют известную схему автотрансформаторного включения конденсатора С и нагрузки Z„, обеспечивающую при заданном уровне напряжения на нагрузке повышенное напряжение на конденсаторе С.

Наличие нелинейного сердечника и емкости, соединенной параллельно с обмоткой W „, позволяет использовать явление феррорезонанса токов во вторичном контуре трансформатора для стабилизации напряжения и выделения первой гармоники напряжения на зажимах нагрузки. Использование феррорезонансных токов, в отличие от известных схем преобразования прямоугольного напряжения в синусоидальное на линейных контурах LC, обеспечивает высокий к,п.д. и относительно малые габариты силового звена предлагаемого преобразователя.

В рассматриваемой схеме к.п.д. достигает

70 — 75%, в то время как в схеме с линейным

Контуром LC к.п.д. составляет 10 — 15О,,.

Предварительные расчеты показывают, что габариты силового трансформатора при этом сокращаются в 6 — 8 раз.

Коэффициент нелинейных искажений кривой напряжения на выходе преобразователя при необходимости будет существенно малым (3 — 5%), если последовательно с частями емкости С включать индуктивности и образовывать резонансные фильтры для подавления

3-й и 5-й гармоник (четные гармоники в прямоугольном напряжении отсутствуют) . Наличие фильтров уменьшает суммарную емкость

С на 10 — 15% по сравнению с емкостью для преобразователя той же мощности, по без фильтров.

На основе трех предложенных однофазшгх преобразователей может быть построен трехфазный преобразователь, обладающий всеми вышеописанными преимуществами. Для этого на базы переключающих триодов подают or задающего генератора напряжения, сдвинутые по фазе на 120 . Вторичные обмотки W„ трансформаторов Тр> можно соединить в треугольник или в звезду. В обоих случаях в линейном напряжении трехфазной системы авто5

Зо

60 матически исчезают третьи гармоники напряжения и надобность в описанных выше фильтрах отпадает.

Результаты работы преобразователя в режиме холостого хода представлены в виде графиков на фиг. 2. В процессе работы изменялось напряжение источника постоянного тока от нуля до 26 в и измерялся потребляемый ток и напряжение на выходе при наличии емкости во вторичной цепи С = 15 мкф и без нее (C=O). Коэффициент нелинейных искажений на всем диапазоне изменения питающего напряжения не выходил из пределов

4 —:17%.

Из графика видно, что при выбранных параметрах схемы изменение питающего напряжения от значения / — — 21 в (оптимальный режим по току потребления) па:- 24% вызывает изменение вторичного напряжения U всего лишь»а +3%, т. е. налицо относительпо жесткая стабилизация напряжения.

Результаты работы преобразователя под нагрузкой представлены в виде графиков на фиг. 3.

Работа проводилась при двух значениях питающего напряжения: U,=21 в и U,=24 в и активном характере нагрузки. В процессе работы измерялась мощность Р„потребляемая преобразователем от источника постоянного тока, и активная мощность нагрузки Р>. Мощность, потребляемая задающим генератором не учитывалась. Из отношения значений мощностей Р, и Р> подсчитано значение к.п,д. в диапазоне изменения нагрузки от О до 160 вт при cos ср = 1. Из графика видно, что преобразователь обеспечивает стабилизацию напряжения при изменении нагрузки от О до 160% от номинальной в следующих пределах: при напряжении питания U>=21 в в пределах

50 —:47 в, т. е. жесткость внешней характеристики 6%; при наличии напряжения питания 0=21 в в пределах 51 —:49,8 в, т. е. жесткость внешней характеристики 2,4%.

Максимальный к.п.д. схемы соответствует значениям нагрузок 100 и 160 в при напряжении питания 2! и 24 в соответственно и в обоих случаях равен =75%.

Энергетические показатели схемы могут быть существенно улучшены в зависимости от качества материала применяемого сердечника. В числе таких материалов можно рекомендовать, например, сплавы 34НКМП и

35НКМП с толщиной листа 0,05 — 0,08 мя.

Можно также использовать витые тороидальпые сердечники с насыщенными участками магпитопровода, образованными обработкой методом электрической эрозии, с целью сохранения межьитковой изоляции ленты магпитопровода.

Предмет изобретения

1. Статический преобразователь постоянного тока в переменный, собранный по двухтактпой схеме на триодах, управляемых от зада183268 ющего генератора, включенных на первичную обмотку силового трансформатора, отличающийся тем, что, с целью получения на выходе трансформатора одновременно двух напряжений одинаковой частоты прямоугольной и сипусоидальной формы, магнитопровод указанного силового трансформатора имеет сердечники разных сечений с двумя вторичными обмотками, одна из которых вместе с первичной расположена на магнитопроводе большего сечения, работающем в ненасыщенном режиме, а другая — на магнитопроводе меньшего сечения, работающем в режиме насыщения.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью стабилизации выходного спнусоидального напряжения, параллельно указанной вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе меньшего сечения, включен конденсатор, образующий с обмоткой ферро10 резонансный контур.

183268 г ®, Ч,lj(И,y

07

30 Рб

Ц 147 .д Ю Фт 4ä 5g Ю 7Ю 80 Ю Ю /Ю 1Щ /30 140 157 9,т У7г

Ajp. У

Составитель А. Обух

Редактор Е. A. Кречетова ехред Л. К. Ткаченко Корректор Л. В. Тюняева

Заказ 2294/10 Тираж 2200 Формат бум. 60>(90 /з OR åè .3,41 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров CCCP

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типографии, пр. Сапунова, 2