Статический преобразователь постоянного напряжения в переменное

ц 5 б 2048 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 15,06.77, Бюллетень22 л а Н 02 М 7/537 Государственныи комитет Совета Министров СССР по делам изобретений 3) УДК 621.314.5(71) Заявитель И, А, Житков, А. А. Кувшинов и А. К. Лузгинов о-исследовательский институт автоматики и электромехани Томском институте автоматизированных систем управлениярадиоэлектроники На пр54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕИзобретение 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 магпитотранзисторных 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 в 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 сдиодами в цепи первичных обмоток трансформатора обратной связи МТМ появляется возможность управлять не только включением и 5 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 син хронизация) выходное напряжение всегдаквазипрямоугольное. При синхронизации МТМ путем подачи набазы его транзисторов синхронизирующего на- О пряжения напряжение синхронизации можетбыть двухполупериодным прямоугольной или синусоидальной формы (полная синхронизация (ПС), иметь вид коротких однополярных импульсов (импульсная синхронизация) или 5 одно полярных импульсов, регулируемых подлительности (широтно-импульсная синхронизация).При полной и импульсной синхронизации свыхода МТМ снимается двухполярное прямо угольное напряжение, а при широтно-импульс.Разделительные диоды 12, 13 исключают протекание базовых гоков через нагрузочные сопротивления 18, 19 двухтактного усилителя на тиристорах.Проводимость диодов синхронизации определяется не только наличием положительных импульсов синхронизации, но и потенциалом катодов тиристоров двухтактного усилителя, за счет чего осуществляется разделение импульсов синхронизации на два канала со сдвигом в 180 эл, град.Таким образом, цепи синхронизации в данном случае образованы последовательным соединением разделительных диодов и диодов синхронизации, а точки их соединения подключены к выходам двухтактного усилителя (к катодам тиристоров), управляемого дополнительными обмотками силового трансформатора и позволяющего осуществить режим полной синхронизации пугем потенциального управления цепей синхронизации. ной - двухполупериодное квазипрямоугольноес регулируемой длительностью импульсов (3).Если при полной синхронизации МТМ работает устойчиво на любой частоте, большей егособственной, то при импульсной и широтноимпульсной синхронизации при определенныхусловиях возникает так называемый режимоднополупериодной импульсной синхронизации (ОИС), когда синхронизирующее напряжение воздействует только на один транзистор МТМ, производя одно переключение запериод, а второе обратное переключение происходит вследствие насыщения сердечника естественным путем, Этот режим не может бытьиспользован в качестве рабочего, так как выходная частота МТМ увеличивается в два раза, а выходное напряжение становится несимметричным,Чтобы исключить ОИС при импульсной иширотно-импульсной синхронизации МТМ, необходимо подавать первый синхронизирующийимпульс в определенной фазе относительномомента предыдущего естественного переключения МТМ, то есть необходимо времязадающее устройство. Без такого устройства отсутствует гарантия устойчивой двухполупериодной синхронизации МТМ (4). Простейшееврем язадающее устройство, выполненное наконденсаторах, обеспечивает только ограниченную область устойчивой синхронизации по 30частоте и напряжению (3).Аналогом описываемого преобразователяявляется транзисторный мультивибратор, куправляющим переходам транзисторов которого присоединены цепи из последовательно 35включенных диода, обмотки насыщающегосядросселя, добавочной обмотки трансформатора МТМ и бесконтактного ключа, причем обмотка дросселя и добавочные обмотки шунтированы сопротивлением или конденсатором 40(5).Однако область устойчивой синхронизациитакого преобразователя сильно ограниченапо частоте и лежит в пределах:1" 1 1 45) 1 сннх ) 2 1 ) вых )пер пер пер пергДе 1,ех - частота синхРонизаЦии;- выходная частота;Гпер - ВрЕМя ПЕрЕМаГНИЧИВаНИя дрОССЕЛя. 50Поэтому такие преобразователи могут применяться в основном для получения переменногонапряжения постоянной частоты, Кроме того,разброс параметров материала сердечникадросселя насыщения не позволяет выбрать 55сердечник трансформатора МТМ на частоту,достаточно близкую к его выходной частоте,что увеличивает весогабаритные показателипреобразователя,Целью описываемого изобретения является 60расширение диапазона регулирования выходной частоты и исключение режима однополупериодной синхронизации.Это достигается тем, что в предлагаемыйпреобразователь, содержащий магнитотран зисторньш мультивибратор, синхронизируемый положительными импульсами, с дополнительными обмотками силового трансформатора, введен управляемый вышеуказанными дополнительными оомотками двухтактпы;", литель на тиристорах, присоединенных анодами к плюсовой клемме для подключения источника смещения, а цепи синхронизации образованы последовательно соединенными разделительными диодами, подключенными катодами к базам транзисторов мультивибратора, и диодами синхронизации, ооъединен ными анодами, причем точка соединения диодов подсоедипена к катодам тнристоров и нагрузочным резисторам усилителя, а обмотки управления каждого транзистора мультивибратора и соединенного с ним тиристора включены в фазе.На чертеже представлена принципиальная 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 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 источника 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, подключенных катодами к анодам разделительных диодов 13, 12 соответственно, К управляющим электродам тиристоров 15, 16 и к базам транзисторов 3, 2 присоединены одноименными концами дополнительные обмотки 9, 10 и базовые обмотки 8, 7 соответственно, В цепях управления тиристорами, как обычно, должны быть включены диоды для исключения импульсов обратной полярности.При подаче напряжения питания магнитотранзисторный мультивпбратор 1 начинает работать как обычная автоколебательная схема на собственной частоте, Если подать короткие положительные синхронизирующие импульсы частотой сннх на вход преобразователя (то есть на аноды диодов 21, 22), отключив отсхемы выходы двухтактного усилителя на тиристорах, то вид синхронизации будет определяться величиной промежутка времени Ы 1между положительным фронтом синхронизации и моментом предыдущего переключениятранзисторов 2, 3.1Когда М 1), то наступает устойчиваяУсинхдвухполупериодная импульсная синхронизация (ДИС) магнитотранзисторного мультивибратора 1, который работает с частотой, в два раза меньшей частоты синхронизации,1В случае М,( двухполупериодная син 1 синххронизация переходит в однополупериоднуюимпульсную синхронизацию (ОИС), когда магнитотранзисторный мультивибратор работает с частотой, равной частоте синхронизации. При этом синхронизирующее напряжение запирает всегда один из транзисторов 2,3и реверсирует процесс перемагничивания только один раз за период. Обратное переключение мультивибратора происходит вследствие насыщения сердечника трансформатора естественным путем. Этот режим является нерабочим.Рассмотрим работу описываемого статического преобразователя в случае, когда Л 1,( ( 1УсннхПредположим, 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 тири- стор 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.1Поскольку Л 1,(, то насыщение транс,Хсннхформатора 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.10 15 20 25 03 35 40 45 50 55 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 синхроимпульса, то следующий синхроимпульс придет1через время М=, то есть наступаетУс 1 н.хустойчивая 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:их)-си)вб 1 сф где У; - напряжение базовых обмоток 7, 8;1 с - длительность синхроимпульса;1; - время восстановления управляю.щпх 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 магнитотранзистооный мультивпбратор, цепь синхронизации которо; о связана через диоды с дополнительнымн обмотками силового трансформатора, отличающийся тем, что, сцепи;о расширения диапазона регулирования выхо 1 ной частоты и исключения режима однополупср подлой синхронизации, он снабжен связанным по цепи управления с вышеуказанными обмотками двухтактным усилителем на тиристорах, присоединенных анодами к плюсовой клемме для подключения источника562048 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, Раушская наб., д. 4/5типография, 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. 8Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент США3351840, кл, 321 - 45, М.Кл. Н 02 М, 1970.5 2, Заявка Японии40 - 69519, кл, 5606,опубл, 45 в 391.3. Электротехника,8, 1966, стр. 24 - 27.4. Авторское свидетельство170110,М. Кл. Н 02 М, 1966.10 5. Авторское свидетельство163264, М.Кл. Н 02 М (прототип), 1966.