Преобразователь переменного напряжения со звеном высокой частоты

 

(и) 600675

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналистйческих

Ресиублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.07.74 (21) 2041382/07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 19.04.78 (51) М. Кл.е Н 02М 5f293

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 621.314.57 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

С. К. Земан, А. В. Кобзев и Б. И. Коновалов

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

СО ЗВЕНОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для регулирования или стабилизации однофазного сетевого напряжения во всех тех случаях, где требуется повышенное качество выходного напряжения и небольшая масса и габариты регулятора (стабилизатора) .

Известен преобразователь переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащий модулятор и демодулятор, выполнен- 10 ные в виде инверторных ячеек на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор, первичной обмоткой подключенный к выходу модулятора, а вторичной — ко входу демоду- 15 лятора, а также блок управления с задающим магнитотранзисторным мультивибратором, связанным по выходу с управляющими входам и кл ю чей модул я тор а и демодулятор а (1) .

Недостатками указанного преобразователя 20 являются недоиспользование активных материалов (стали сердечника) силового высокочастотного (ВЧ) трансформатора и завышенные коммутационные потери в силовых ключах из-за неоправданно увеличенного числа 25 переключений ключей.

Полностью использовать активные материалы силового ВЧ трансформатора можно без внесения изменений в силовую часть преобразователя, но при этом коммутируя силовые 30 ключи модулятора и демодулятора таким образом, чтобы сохранить постоянство вольт-секундных площадей полуволн переменного напряжения, прикладываемого к ВЧ-трансформатору.

Обеспечение постоянства вольт-секундных площадей полуволн высокочастотного напряжения приводит к сокращению числа переключений силовых ключей за пол период сетевого напряжения, что, в свою очередь, уменьшает коммутационные потери и повышает КПД.

Известно устройство, обеспечивающее постоянство вольт-секундных площадей напряжения, прикладываемого к обмотке силового трансформатора, в котором в качестве задатчика такого режима используется сам силовой трансформатор с насыщающимся сердечником (2). Однако в мощных системах такое решение оказывается неприемлемым, так как сердечники трансформаторов работают на индукции, не достигающей величины индукции насыщения, причем с ростом частоты рабочая индукция, как известно, еще более снижается, что обусловлено ростом потерь в стали при увеличении частоты.

Предлагаемое решение отличается тем, что блок управления снабжен выпрямителем, причем вход его подключен ко входным выводам модулятора, а выход — непосредственно к вы600675

3 водам для питания упомянутого мультивибратора.

Это позволяет повысить КПД преобразователя за счет уменьшения неоправданно большого числа переключений ключей.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя переменного напряжения со звеном высокой частоты; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.

Преобразователь содержит транзисторы 1, 2, обратные диоды 3, 4, трансформатор 5 с сердечником из материала с прямоугольной петлей гистерезиса со входными обмотками

6, 7, мостовой выпрямитель 8, подключенный своими входными выводами к сети переменного напряжения 9, формирователи импульсов

10, 11, источник смещения 12, преобразователь сетевой частоты в высокую — модулятор 13, преобразователь высокой частоты в сетевую — демодулятор 14, силовой ВЧ-трансформатор 15.

Принцип работы магнитоуправляемого автогенератора, выполненного на транзисторах

1, 2 и трансформаторе 5, который известен также под названием автогенератора Ройера, широко освещен в литературе и заключается в том, что транзисторы переключаются под действием роста тока коллектора вследствие увеличения намагничивающего тока трансформатора в момент насыщения его сердечника, т. е. когда индукция в сердечнике достигает величины индукции насыщения В.

Из закона электромагнитной индукции можно получить выражение для В.

В = (1)

21 5сы где S„— вольт-секундная площадь полуволны напряжения па входе трансформатора;

1V — число витков входной обмотки трансформатора;

Ь „— активное сечение сердечника трансформатора.

Из выражения (1) следует, что переключение транзисторов автогенератора происходит лишь после того, как величина вольт-секундной площади напряжения, приложенного ко входной обмотке трансформатора автогенератора, достигнет фиксированной величины S .

На фиг. 2 изображены кривые синусоидального напряжения сети 16, пульсирующего напряжения питания автогенератора 17 и выходных импульсов автогенератора 18, которые поступают на входы формирователей импульсов 10, 11. Источник положительного смещения 12 предназначен для открывания транзисторов 2 и 1 в момент спадания пульсирующего напряжения питания автогенератора до

4 нуля (кривая 17). В результате в момент времени, когда напряжение питания автогенератора равно нулю, т. е. в момент неопределенного состояния элементов, обмотки 6, 7 трансформатора закорачиваются друг на друга через транзисторы 1, 2 и диоды 3, 4, чем достигается срыв генерации и с начала каждого полупериода сетевого напряжения автогенератор начинает генерацию с одного и того же состояния сердечника трансформатора 5, обеспечивая устойчивую работу устройства.

Формирователи импульсов 10, 11 формируют прямоугольные разнополярные импульсы, длительности которых повторяют длительности импульсов автогенератора (кривая 19).

Импульсы с формирователей 10, 11 поступают на управляющие входы силовых ключевых элементов модулятора 13 и демодулятора 14.

Таким образом, подсоединение мостового выпрямителя задающего автогенератора к сети, иначе ко входным выводам модулятора, обеспечивает постоянство вольт-секундных площадей напряжения, прикладываемого к обмоткам силового ВЧ-трансформатора 15 (кривая 20), а вследствие этого — улучшение использования активных материалов силового

ВЧ-трансформатора и уменьшение коммутационных потерь в ключевых элементах преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащий модулятор и демодулятор, выполненные в виде инверторных ячеек на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор, первичной обмоткой подключ HHbIH к выходу модулятора, а вторичной — ко входу демодулятора, а также блок управления с задающим магнитотранзисторным мультивибратором, связанным по выходу с управляющими входами ключей модулятора и демодулятора, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения КПД, блок управления снабжен выпрямителем, причем вход его подключен ко входным выводам модулятора, а выход — непосредственно к выводам для питания мультивибратора.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы мультивибратора эмиттер-базовые переходы его транзисторов подсоединены к источнику смещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Мю 3564390, кл. Н 02М 5/22, 1974.

2. Патент США Ко 366075, кл, Н 02М 5/32, 1974.