Преобразователь переменного напряжения со звеном высокой частоты

1 п 60 О 675 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СОюз Советских Соцналистйческих Ресоублик(22) Заявлено 04.07.74 (21) 2041382/07с присоединением заявки Ме(45) Дата опубликования описания 19.04.78(51) М. Кл,е Н 02 М 52 Государственный иом овета Министров СССРло делам нзооретенийн открытий 21.314.57088.8)(71) Заявитель А. В. Кобзев и Б, И, Коновалововательский институт автоматики электромеханики С. К. ЗемаНаучно-иссл 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕН СО ЗВЕНОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫотличается тем, что н выпрямителем, прико входным выводам епосредственно к выИзобретение 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, выполненные в виде инверторных ячеек на полностьо управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор, первичной обмоткой подключенный 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 1.Недостатками указанного преобразователя являются недоиспользование активных материалов (стали сердечника) силового высокочастотного (ВЧ) трансформатора и завышенные коммутационные потери в силовых ключах из-за неоправданно увеличенного числа переключений ключей,Полностью использовать активные материалы силового ВЧ трансформатора можно без внесения изменений в силовую часть преобразователя, но при этом коммутируя силовые ключи модулятора и демодулятора таким образом, чтобы сохранить постоянство вольт-секундных площадей полуволн переменного напряжения, прикладываемого к ВЧ-трансфор матору.Обеспечение постоянства вольт-секундных площадей полуволн высокочастотного напряжения приводит к сокращенио числа переключений силовых ключей за полупериод 10 сетевого напряжения, что, в свою очередь,уменьшает коммутационные потери и повышает КПД.Известно устройство, обеспечивающее постоянство вольт-секундных площадей напря жения, прикладываемого к обмотке силовоготрансформатора, в котором в качестве задатчика такого режима используется сам силовой трансформатор с насыщающимся сердечником 12. Однако в мощных системах такое 20 решение оказывается неприемлемым, так каксердечники трансформаторов работают на индукции, не достигающей величины индукции насыщения, причем с ростом частоты рабочая индукция, как известно, еще более снижается, 25 что обусловлено ростом потерь в стали приувеличении частоты.Предлагаемое решениеблок управления снабжечем вход его подключен30 модулятора, а выход - н3водам 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,.(1)21 5 сы где 5 - вольт-секундная площадь полуволны напряжения па входе трансформатора;К - 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 5.На фиг. 2 изображены кривые синусоидального напряжения сети 16, пульсирующего напряжения питания автогенератора 1 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 д, 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 изобретенияПреобразователь 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 подключенный 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, отличающийся 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, отличающийй ся тем, что, с целью повышения устойчивости работы мультивибратора эмиттер-ба. зовые переходы его транзисторов подсоединены к источнику смещения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Мо 3564390, кл. Н 02 М 5/22, 1974.2. Патент США Мо 366075, кл, Н 02 М 5/32, 1974.