Статический преобразователь постоянного напряжения в переменное

 

(и) 5á2048

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕ1ЕНИ Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За".âëåïî 1 ;.08.74 (21) 2053685/07 с присоединением заявки Уев (51) М. Кл. Н 02М 7/537

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15,06.77. Бюллетень М 22

Дата опубликования оппсанпя 18.07.77 (53) УДК 621.314.57 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

M А. Житков, А. А. Кувшинов и А. К. Лузгинов

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

Государственный комите (23) Приоритет

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для формирования переменного прямоугольного напряжения с регулируемыми частотой и длительностью импульсов.

Статические преобразователи, выполненные на основе магнитотранзисторных мультивибраторов (МТМ), нашли применение для управления двигателями переменного тока, для питания радиоэлектронных схем, а также в качестве выходных каскадов схем управления мощными преобразователями частоты.

Синхронизировать МТМ от задающих генераторов постоянной либо переменной частоты можно двумя способами: путем замыкания или размыкания B определенные моменты времени цепей положительной обратной связи

МТМ с помощью добавочных тиристоров или транзисторов и путем подачи на базы транзисторов МТМ синхронизирующего напряжения.

При включении двух тиристоров в цепи положительной обратной связи МТМ и поочередном управлении ими от задающего генератора переменной частоты с выхода МТМ снимаются двухполярные прямоугольные импульсы переменной частоты с одинаковой вольтсекундной площадью (1) . Недостатком этой схемы является то, что транзисторы МТМ работают в режиме разомкнутой базы.

При включении добавочного транзистора с диодами в цепи первичных обмоток трансформатора обратной связи NTM появляется возможность управлять не только включением и выключением МТМ, но и величиной его выходного напряжения путем изменения относительной продолжительности включенного состояния добавочного транзистора (2) .

Однако синхронизация МТМ коммутацией

10 цепей положительной обратной связи позволяет получить прямоугольное переменное напряжение только на собственной частоте

МТМ. При работе МТМ на частотах выше собственной (когда только и возможна син15 хронизация) выходное напряжение всегда квазипрямоугольное.

При синхронизации МТМ путем подачи на базы его транзисторов синхронизирующего на20 пряжения напряжение синхронизации может быть двухполупериодным прямоугольной или синусоидальной формы (полная синхронизация (ПС), иметь вид коротких однополярных импульсов (импульсная синхронизация) или

25 однополярных импульсов, регулируемых по длительности (широтно-импульсная синхронизация).

При полной и импульсной синхронизации с выхода МТМ снимается двухполярное прямо30 угольное напряжение, а при широтно-импульс562048

45 Разделительные диоды 12, 13 исключают протекание базовых гоков через нагрузочные сопротивления 18, 19 двухтактного усилителя на тиристорах.

Проводимость диодов синхронизации опре50 деляется не только наличием положительных импульсов синхронизации, но и потенциалом катодов тиристоров двухтактного усилителя, за счет чего осуществляется разделение импульсов синхронизации на два канала со сдви55 гом в 180 эл. град.

Таким образом, цепи синхронизации в данном случае образованы последовательным соединением разделительных диодов и диодов синхронизации, а точки их соединения под60 ключены к выходам двухтактного усилителя (к катодам тиристоров), управляемого дополнительными обмотками силового трансформатора и позволяющего осуществить режим полной синхронизации пугем потенциального

05 управления цепей синхронизации. ной — двухполупериодное квазипрямоугольное с регулируемой длительностью импульсов (3).

Если при полной синхронизации МТМ работает устойчиво на любой частоте, большей его собственной, то при импульсной и широтноимпульсной синхронизации при определенных условиях возникает так называемый режим однопол упер иодной импульсной синхронизации (ОИС), когда синхронизирующее напряжение воздействует только на один транзистор МТМ, производя одно переключение за период, а второе обратное переключение происходит вследствие насыщения сердечника естественным путем. Этот режим не может быть использован в качестве рабочего, так как выходная частота MTM увеличивается в два раза, а выходное напряжение становится несимметричным, Чтобы исключить ОИС при импульсной и широтно-импульсной синхронизации МТМ, необходимо подавать первый синхронизирующий импульс в определенной фазе относительно момента предыдущего естественного переключения МТМ, то есть необходимо времязадающее устройство. Без такого устройства отсутствует гарантия устойчивой дыухполупериодной синхронизации МТМ (4) . Простейшее времязадающее устройство, выполненное на конденсаторах, обеспечивает только ограниченную область устойчивой синхронизации по частоте и напряжению (3).

Аналогом описываемого преобразователя является транзисторный мультивибратор, к управляющим переходам транзисторов которого присоединены цепи из последовательно включенных диода, обмотки насыщающегося дросселя, добавочной обмотки трансформатора МТМ и бесконтактного ключа, причем оомотка дросселя и добавочные обмотки шунтированы сопротивлением или конденсатором (5).

Однако область устойчивой синхронизации такого преобразователя сильно ограничена по частоте и лежит в пределах:

1" 1 1 1

2 пер пер 4åð пер где f, X — частота синхронизации;

1„, — выходная частота; гпер — время перемагничивания дросселя.

Поэтому такие преобразователи могут применяться в основном для получения переменного напряжения постоянной частоты. Кроме того, разброс параметров материала сердечника дросселя насыщения не позволяет выбрать сердечник трансформатора МТМ на частоту, достаточно близкую к его выходной частоте, что увеличивает весогабаритные показатели преобразователя.

Целью описываемого изобретения является расширение диапазона регулирования выходной частоты и исключение режима однополупериодной синхронизации.

Это достигается тем, что в предлагаемый преобразователь, содержащий магнитотранзисторньш мультивибратор, синхронизируемый положительными импульсами, с дополнительными обмотками силового трансформатора, введен управляемый вышеуказанными дополнительными Оомотками двухтактиы;", . Силитель на тиристорах, присоединенных анодами к плюсовой клемме для подключения источника смещения, а цепи синхронизации образованы последовательно соединенными раз10 дслительными диодами, подключенными катодами к базам транзисторов мультивибратора, и диодами синхронизации, ооъединенными анодами, причем точка соединения диодов под Оедипена к катодам тиристоров и нагру15 зочным резисторам усилителя, а обмотки управления каждого транзистора мультивибратора и соединенного с ним тиристора включены в фазе.

На чертеже представлена принципиальная

20 схема описываемого преобразователя, состоящего из магнитотранзисторного мультивибратора 1, собранного на транзисторах 2, 3 и трансформаторе 4 с первичными 5, 6, базовыми 7, 8, дополнительными 9, 10 и выходной 11

-5 обмотками, двух разделительных диодов 12, 13, присоединенных катодами к базам транзисторов 2, 3, двухтактного тиристорного усилителя 14, собранного на тиристорах 15, 16, аноды которых присоединены к «плюсу» исЗ0 точника смещения 17, а их катоды — к анодам разделительных диодов 12, 13 и через резисторы 18, 19 — к«минусу» источника питания 20.

Входом преобразователя являются соединенные аноды диодов синхронизации 21, 22, подЗ5 ключенных катодами к анодам разделительных диодов 13, 12 соответственно. К управляющим электродам тиристоров 15, 16 и к базам транзисторов 3, 2 присоединены одноименными концами дополнительные обмот40 ки 9, 10 и базовые обмотки 8, 7 соответственно. В цепях управления тиристорами, как обычно, должны быть включены диоды для исключения импульсов обратной полярности.

562048

25

При подаче напряжения питания магнитотранзисторный мульт||вибратор 1 на шнаст работать как обычная автоколебательная схема на собственной частоте. Если подать короткие положительные синхронизирующие импульсы частотой j„„ на вход преобразователя (то есть на аноды диодов 21, 22), отключив от схемы выходы двухтактного усилителя на тиристорах, то вид синхронизации будет определяться величиной промежутка времени Ы| между положительным фронтом синхронизации и моментом предыдущего переключения транзисторов 2, 3.

Когда AtI), то наступает устойчивая

Усинх двухполупериодна я импульсная синхронизация (ДИС) магнитотранзисторного мультивибратора 1, который работает с частотой, в два раза меньшей частоты синхронизации.

В случае Л4|(двухполупериодная син./синх хронизация переходит в однополупериодную импульсную синхронизацию (ОИС), когда магнитотранзисторный мультивибратор работает с частотой, равной частоте синхронизации. При этом синхронизирующее напряжение запирает всегда один из транзисторов 2,3 и реверсирует процесс перемагничивания только один раз за период. Обратное переключение мультивибратора происходит вследствие насыщения сердечника трансформатора естественным путем. Этот режим является нерабочимм.

Рассмотрим работу описываемого статического преобразователя в случае, когда At|( (1

/синс

Предположим, что при подаче напряжения питания открылся транзистор 2, а транзистор

3 остался закрытым. Под действием напряжения добавочной обмотки 9 трансформатора 4 тиристор 15 включается и через него на базу закрытого транзистора 3 подается дополнительное положительное смещение.

Первый пришедший после подачи напряжения питания синхроимпульс закрывает тиристор 15 и вызывает переключение транзисторов мультивибратора. Под действием изменившего свою полярность напряжения на добавочной обмотке 10 тиристор 16 включается, и через него на базу закрытого транзистора 2 подается дополнительное положительное смещение.

Поскольку At,(, то насыщение транс, fc,:нх форматора 4 произойдет раньше, чем придет следующий синхроимпульс. Однако переключения транзисторов мультивибратора пе произойдет, так как транзистор 2 закрыт положительным смещением, подаваемым с катода тиристора 16. На обмотках трансформатора 4 напряжение исчезает, а транзистор 3 закрывается, так как его база соединена с эмиттером через малое ограничительное сопротивление.

Транзистор 2 также закрыт.

03

В момент прихода следующего синхроимпульса тирпстор 16 выключается, положительное смещение с базы транзистора 2 снимается, и, поскольку сердечник трансформатора мультивибратора при импульсной синхронизации является элементом памяти, транзистор 2 открывается. Под действием напряжения обмотки 9 включается тиристор 15, и через него положительное смещение подается на базу закрытого транзистора 3.

Так как момент последнего переключения магнитотранзисторного мультивибратора совпал по времени с моментом прихода сннхроимпульса, то следующий синхроимпульс придет

1 через время М| ——, то есть наступает

fc»>ix устойчивая двухполупериодная импульсная синхронизация.

При кратковременном пропадании напряжения питания или сбое синхронизирующих импульсов процессы будут протекать аналогичным образом до восстановления устойчивой ДИС.

Максимальная длптельность переходного процесса импульсной синхронизации в этом случае равна периоду напряжения синхронизации.

Для устойчивой работы описываемого статического преобразователя необходимо соблюдать следующие условия: - вх ) =си ) + II 4с о, где U „- — напряжение базовых обмоток 7, 8;

1с — длительность синхроимпульса;

t; — время восстановления управляющих свойств тиристоров.

Диапазон выходных частот преобразователя ограничен снизу собственной частотой магнитотранзисторного мультивибратора, а сверху — длительностью синхроимпульсов.

Выполнение статического преобразователя постоянного напряжения в переменное по описываемой схеме позволяет расширить диапазон регулирования выходной частоты и полностью исключить режим однополупериодной синхронизации.

Формула изобретения

Статический преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий магнитотранзисторный мультивпбратор, цепь синхронизации которо, о связана через диоды с дополнительнымн обмотками силового трансформатора, о т 7 и ч а ю III, è é с я тем, что, с це.-н;о расширения диапазона регулирования выходной частоты и исключения режима однополупсрподной синхронизации, он снабжен связанным по цепи управления с вышеуказанными обмотками двухтактным усилителем на тиристорах, присоединенных анодами к плюсовой клемме для подключения источника

562048

+ Ecw

Составитель Е, Дорошин

Техред О. Тюрина

Редактор И. Шейкин

Корректор А. Степанова

Заказ 1539/16 Изд. № 522 Тираж 917 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 смещения, а цепи синхронизации образованы последовательно соединенными разделительными диодами, подключенными катодами к оазам транзисторов мультивибратора, и диодами указанной цепи синхронизации, объединенными анодами, причем точка соединения диодов подсоединена к катодам тиристоров и нагрузочным резисторам усилителя, а обмотки управления каждого транзистора мультивибратора и соединенного с ним тиристора включены в фазе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США И 3351840, кл. 321 — 45, М.

Кл. Н 02М, 1970.

5 2. Заявка Японии № 40 — 69519, кл. 5606, опубл. 45 — 39131.

3. «Электротехника», № 8, 1966, стр. 24 — 27.

4. Авторское свидетельство № 170110, М. Кл. Н 02М, 1966.

10 5. Авторское свидетельство № 163264, М.

Кл. Н 02М (прототип), 1966.