Преобразователь постоянного напряжения

(19) (11) 3150 Н 02 М 7/537 ОПИС ИЗОБРЕТ ичноной Ромаш, Эектропитатуры. М с. 152,И чники в гоапп19 ания11рис диоэлектрдио:и связ -10 б,ОСТОЯННОГО ключенный транзисающим щ резисыми вывоа ю щ и й ширеиия диа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическийинститут им, С.М.Кирова. рис. 6-1.2. Коссов О.АУсилители мощностина транзисторах в режиме переключений. М., "Энергия", 1971 с. 205,рис. 8-6,(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ П НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий под к входным выводам мостовой торный инвертор с переключ трансформатором и балластнь тором, связанными с выходи дами устройства, о т л и ч с я тем, что, с целью рас паэона регулирования частоты преобразования, в него введен дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого, подключенная последовательно с первичной обмоткой переключающего трансформатора, подсоединена к выходным выводам устройстваи к крайним выводам балластного резистора, выполненного в виде потенциометра, средний вывод которого подключен к точке соединения первичныхобмоток допопнительного и переключающего трансформаторов, при этомв базовые цепи каждого из подключенных к первому входному выводу транзисторов инвертора включены согласно-последовательно вторичные обмотки дополнительного, трансформатора,а в базовые цепи каждого из двухдругих транзисторов инвертора включена последовательная цепь из первого резистора и вторичной обмотки,дополнительного трансформатора, эашунтированная последовательной цепьюизвторого резистора и введеннойвторичной обмотки переключающеготрансформатора, причем указанныевторичные обмотки дополнительного ипереключающего трансформаторов включены согласно с базовыми обмотками .транзисторов инвертора.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в переменное прямоугольное напряжение с регулируемой частотой 5 в системах электропривода, радиотехники и автоматики.Известны преобразователи постоянного напряжения, содержащие два тран.зистора, выходной трансформатор и 10 дроссель с дополнительной обмоткой для регулирования частоты преобразования с помощью измерения тока подмагничивания Я и 2 .Недостатком известных преобразо вателей является малый диапазонрегулирования частоты преобразования.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения, 20 содержащий мостовой транзисторный инвертор с переключающим трансформато ром и балластньж резистором, связанными с выходными выводами устройства 3 .25Недостатком преобразователя постоянйого напряжения является то,что в процессе регулирования одновременно с изменением частоты выходного напряжения изменяется уровень вход ного напряжения и входного тока тра- зисторов инвертора, что ограничивает ширину диапазона регулирования частоты преобразования.Цель изобретения - расширение ди- З 5 апазона регулирования частоты преобразования,Поставленная цель достигается тем, что в йреобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенныйк 40 входным выводам мостовой транзисторный инвертор с переклкчающим трансфовматором и балластным резистором, связанными с выходными выводами устройства, введен дополнительный транс"45 форматор, первичная обмотка которого, подключенная последовательно с первичной обмоткой переключающего трансформатора, подсоединена к выход" ным выводам устройства и к крайним 50 выводам балластного резистора, выполненного в виде потенциометра, средний вывод которого подключен 1 к точке соединения первичных обмоток дополнительного и переключающего 55 ,трансформаторов, при этом в базовые цепи каждого из подключенньм к первому входному выводу транзисторов инвертора включены согласно-последовательно вторичные обмотки дополнительного трансформатора, а в базовые цепи каждого из двух других транзисторов.инвертора включена последовательная цепь из первого резистораи вторичной обмотки, дополнительноготрансформатора, зашунтированная последовательной цепью из второго.резистора и введенной вторичной обмоткипереключающего трансформатора, причем указанные вторичные обмотки дополнительного и переключающего транс.форматоров включены согласно с базовыми обмотками транзисторов инвертора.На фиг. 1 показана принципиальнаяэлектрическая схема предлагаемогопреобразователя постоянного напряжения, на фиг. 2 в .зависимость относительной частоты выходного напряжения1 Л цот уровня относительного напряжения на первичной обмотке переключающего трансформатора - 1 / Ордля значений ширины диапазона регули-.рования о = 3,510; на фиг, 3 - зависимость относительного уровня вход-.ного напряжения транзисторов -0 /О,Еэ,ч 917от величины 0/0 з для значений соот"ношения коэффициентов трансформацииК, /К = 1 1,5; 2; 3; на фиг. 4 экспериментальные характеристики регулируемого инвертора номинальноймощности 400 Вт,Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит транзисторы1-4 с обратными диодами 5-8 и базовыми сопротивлениями 9-12, Первичная обмотка 13 переключающего трансформатора 14 соединена согласно-последовательно с первичной обмоткой 15 дополнительного трансформатора 16. Обмотки обратной связи 17-20 и 21-24 трансформаторов 16 и 14 включены согласно-последовательно во входные цепитранзисторов 1-4. Балластный резистор выполнен в виде потейциометра 25, подвижный контакт которого подключен к точке, соединения первичных обмоток 13 и 15, а два других - к диагонали переменного тока моста, Каждая из дополнительных обмоток обратной связи 26 и 27 переключающего трансформатора 14 включена согласно-параллельно обмоткам обратной связи 23 и 24 дополнительного трансформатора 16, Каждая из пар дполнительных сопротивлений 28 и 29, 30 и 31 общим1127060 3выводом соединена с обмотками обратной связи 19 и 20 соответственно, а двумя другими - с обмотками обратной связи 23 и 26, 24 и 27 соответственно. Нагрузка подключается непосредственно к диагонали переменного тока мостаПереключение транзисторов 1-4 происходит по насыщению сердечника трансформатора 14, в связи с чем,число 1 О витков его первичной обмотки 13 выбирают из условия получения максималь. ной частоты выходного напряжения,когда к ней приложено все напряжение питания. Дополнительный трансформа тор 16 предназначен для поддержания необходимого уровня входного напряже- . ния транзисторов, при этом выбранное число. витков его первичной обмотки 15 обеспечивает работу сердечника 2 О в ненасыщенном режиме во всем диапазоне регулирования частоты.Коэффициенты трансформации между обмотками обратной связи и первичными обмотками трансформаторов 16, н 25 14 выбирают равными по величине с тем, чтобы суммарная ЭДС во входных цепях транзисторов 1 и 2 во всем дипазоне регулирования оставалась неизменной. Величину коэффициента трансформации К 1 данных обмотокопределяют из условия получения режима экономичной и надежной работы входных цепей транзисторов 1 и 2. Коэффициент трансформации К,.между до 35 полиительными обмоТками обратной связи 26 и 27 и первичной обмоткой 13 переключающего трансформатора по величине выше коэффициента К 1 (т.е, число витков обмоток 26 и 27 меньше числа витков обмоток 17-20) .Преобразователь постоянного,напряжения работает следующим образом.Транзисторы 1, 4 и 2,3 поочередно чодключают к источнику постоянного напряжения первичные обмотки трансформаторов 16 и 14, при этом ,на всех обмотках обратной связи 17-20, 21-24, 26 и 27 образуется напряжение прямоугольной формы изменяющейся полярности. Напряжение на входе транзисторов 1-4 определяется алгебраической суммой ЭДС обмоток. обратной связи переключающего и допол-, нительного трансформаторов.Когда движок потенциометра 25 находится в крайнем правом положении (фиг. 1), напряжениена первичной обмотке 13 переключающего трансформатора 14 0 н максимальнои равно по величине напряжению питания Оц ( Ц/Ид = 1), при этом частота выходного на- пряжения максимальна (точки о на фиг. 2). Напряжение на входе транзисторов 1-4 полностью определяется обмотками обратной связи 17-20 и допол. нительными обмотками обратной связи 26 и 27 переключающего трансформатора. Напряжение на входе транзисторов 1 и 2 - Ц , равно своему оптимальному значению (точка й, на фиг. 3), а напряжение на входе транзисторов 3 и 4 максимально (точки п О 1, ру и О", (фиг. 3).При перемещении движка потенциометра 25 влево напряжение на первичной обмотке 13 0 уменьшается, а напряжение на первичной обмотке 15 1 увеличивается, приводя к снижению частоты выходного напряжения преобразователя, которая изменяется по линейному закону (фиг. 2). Одновременно с изменением напряжений на первичных обмотках изменяются и ЭДС наводимые в обмотках обратной связи трансформаторов. Бо мера уменьшения ЭДС обмоток обратной связи 17 и 18 увеличивается ЭДС обмоток обратной связи 21 и 22 и так как коэффициенты трансформации этих обмоток равны, то уровень входного напряжения транзисторов 1 и 2 остается неизменным (на фиг. 3 совпадает с осью абсцисс)На начальном участке регулирования частоты от точек д О" О" иа ф га, соответственно до точек Ъ1 у фаей Я Ф Ь" иЪ (см. фиг. 3) напряжение навходе транзисторов 3 и 41 спреде-МЪФ ляется суммой ЭДС обмоток обратной связи 19, 20 и 26, 27 переключающего трансформатора 14. При уменьшении частоты напряжение 0 4 такжебх 9,4 уменьшается, и в тот момент, когда ЭДС параллельно соединенных обмоток обратной связи 23, 24 и 26, 24 становятся равными (фиг. 3, точки ь1 а 1 и 3 Ч ъцф 2 ф Ъ,Ь, Ъ ) О снижается до величиныО,., т.е. Ц /О = 1, при этом напряжение йа первичной обмотке 13, равно ц . При дальнейшем уменьшении частоты напряжение 0 практи"с ,е. чески не изменяется. Значение вели 1чины 0(см, фиг. 3) определяется из условия равенства ЭДС параллельных обмоток0-0,;2 1С уменьшением частоты вйходного напряжения преобразователя величина ЭДС обмоток обратной связи трансформатора 14 уменьшается, а трансформатора 16 увеличивается, что ведет к снижению скачка базового тока транзисторов 1 и 2 в момент их переклю" 10 чения. Однако дополнительные обмотки обратной связи 26 и 27 в момент переключения практически накоротко замыкают обмотки обратной связи 23 и 24 дополнительного трансформатора, 15 что ведет к резкому скачку базового тока транзисторов 3 и 4 и их надежному отключению.Как видно из фиг. 3, с уменьшением отношения коэффициентов К /К умень шаются дополнительные потери во входных цепях транзисторов 3 и 4, которые вызваны изменением их входного напряжения, но при этом снижается величина скачка базового тока в мо - 25 мент переключения. В связи с этим целесообразно выбирать значение К,/К = 1,5-2,0, что соответствует линиям О Ь с иО х Ъ с(фиг3) вСтабилизация уровня входного на/ пряжения транзисторов 1-4 и повыше ние надежности отключения транзисторов 3 и 4 в момент переключения позволяет значительно расширить диапазон надежного и экономичного регулирования частоты выходного напряжения инвертора.При снижении величины напряжения О. до величины игр х что соответствует точкам Ь , Ь и Ьи (Фиг. 2), 40 частоты пере 1 агничивания сердечников трансформаторов 16 и 14 становятся равными. Этому режиму на фиг, 2 соответствует минимальная частота выходного напряжения 1 ;, величина которой о-.,еделяется из соотношенияГигр "в Огр(, ЯМегде , и 2 - коэффициенты, определяемые конструктивными параметрами трансформаторов16 и 14.Трансформаторы 16 и 14 рассчитаны на частоты 1 д и 1 рц соответственно, а их соотношение равно1 рас мах (х 2рсвс тра с 0 С учетом приведенных соотношений определяют величину Оср и ширину диапазона регулирования 3О1 ф 1 рас А рас и 1 и расЕсли напряжение Д, меньше величины О (линии Ьс. Ъиьс нахфиг, 2), переключение транзисторовпроисходит по насыщению сердечникадополнительного трансформатора 16,при этом частота выходного напряжения возрастает от значениями дозначения 1 рас, Данный режим работыпреобразователя является нежелательным, и процесс регулирования закан.чивается при достижении частотойвыходного напряжения значения 1 .Предложенный преобразователь постоянного напряжения обладает широким диапазоном надежного и экономичного регулирования частоты выходногонапряжения, причем ширина диапазонане связана с допустимым снижениемуровня входного напряжения транзисторов. В связи с этим верхний пределрегулирования, определяется частотными.характеристикамиэлементов схемы, анижний - допустимыми для каждой конкретной модели габаритами дополнительного трансформатора.Проведены лабораторные испытанияпреобразователя постоянного напряжения номинальной мощностью 400 Вт принапряжении питания 27 В с диапазоном регулирования от 1000 до 50 Гц.Инвертор содержит однофазный мостсоставных транзисторов марки КТ 825 В,переключающий и дополнительный трансФорматоры выполнены на тороидальных сердечниках типа ОЛ/16-6,5 иОП/24-6,5 из стали Э, В качестве регулируемого делителя напряжения применен потенциометр СПО сопротивлением 270 Ом,Результаты испытаний показали, чтопреобразователь постоянного напряже. -ния надежно работает во всем диапазоне регулирования частоты от 985 Гцдо 42 Гц (см. Фиг. 4, кривая измене:ния 1 ); при номинальной мощностинагрузки система обладает следующими характеристиками (см. Фиг. 4); ши/рина диапазона регулирования с=23, КПДпреобразователя во всем диа7 1127060 8пазоне регулирования выше 813, потреб- гателя позволит значительно упросляемый от сети ток 4 не превосходит тить схему инвертора, отказаться от величины 18 А, ряда обратных связей между двигателем и преобразователем напряжения,Применение предложенного управ-.снизить габариты изделия при неизляемого инвертора в качестве органа менных энергетических и регулировочюегулирования скорости вращения дви- ных характеристиках.1127060 О,Е Составительс еловская Техред Т, Ма Редакт аж 666го комитета СССй и открытийРаушская наб Зака дписно иал ППП"Патент", гУжгород, ул. Проектн йе Хд 3, Уц ъ 8753/43ВНИИПИ, Гопо деламИ 3035, М дарствен изобрете ква, Ж-З В. Ежовчка Корректор А.Зимокос