СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1966 года по МПК H02M7/538 

Известные статические преобразователи постоянного тока в переменный, собранные по двухтактной схеме на триодах, управляемых от задающего генератора, включенных на первичную обмотку силового трансформатора, не позволяют простыми средствами получать на выходе одновременно два напряжения одинаковой частоты и различной формы со стабилизацией одного из них по амплитуде.

Предложен статический преобразователь, г котором магнитопровод силового трансформатора имеет сердечники разных сечений с двумя вторичными обмотками. Одна из них вместе с первичной расположена на магнитопроводе большего сечения, работающем в йенасыщенном режиме, а другая-на магнитопроводе меньшего сечения, работающем в режиме насыщения. Параллельно вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе меньшего сечения, включен конденсатор, образующий с обмоткой феррорезонансный контур.

Такое выполнение позволяет простыми средствами получить на выходе трансформатора два напряжения одинаковой частоты и разной формы - прямоугольное и синусоидальное, причем синусоидальное напряжение стабилизировано но амплитуде. Преобразователь одновременно может питать потребителей нестабилизированным прямоугольным напряжением.

На фиг. 1 представлена электрическая схема одного из вариантов предлагаемого статического преобразователя постоянного тока с синусоидальной формой кривой выходного напряжения, стабилизированного по амплитуде; на фиг. 2 - график работы преобразователя в режиме холостого хода; на фиг. 3 - график работы преобразователя под нагрузкой.

Основные элементы схемы: задающий генератор прямоугольного напряжения Зг, на выходе которого включен согласующий трансформатор Tpi, переключающие триоды Ti и TZ, силовой трансформатор Гра с насып енным участком магпитопровода, на котором размещена вторичная обмотка W, нервичная обмотка W J на линейном участке магнитопровода трансформатора вторичная обмотка Wa, предназначенная для питания нагрузок, для которых предпочтительна прямоугольная форма кривой (выпрямительные блоки радиоустройств), и конденсатор С.

Задающий генератор может быть любого тина LC, (кварцевый, камертонный и др.). Работоснособность схемы фиг. 1 проверялась на LC-генераторе (1000 гц±7%} и камертонном (1000 гц +6,2%). Ниже приведены основные характеристики и осциллограммы при использовании LC-генератора.

тора прямоугольных колебаний с внешней синхронизацией по частоте от задающего генератора. Трансформатор Тр имеет сердечник П-образной формы, изготовленный из заготовки стандартного Ш-образного сердечника, у которого один из тонких стержней (на чертеже - левый стержень). Таким образом, сердечник трансформатора Тр, имеет линейный (утолщенный) и нелинейный (тонкий) стержни, на которых размещены перечисленные выше обмотки.

Конденсатор С выбран с учетом постоянного (е, рабочем диапазоне изменений нагрузки и питающего нанряжепия) насыщения нелинейного сердечника трансформатора Тр. При комплексной нагрузке с известными параметрами величину емкости С следует выбирать с учетом cos ф нагрузки. Для уменьшения емкости конденсатора С применяют известную схему автотрансформаторного включения конденсатора С и нагрузки Z, обеспечивающую при заданном уровне напряжения на нагрузке повышенное напряжение на конденсаторе С.

Наличие нелинейного сердечника и емкости, соединенной параллельно с обмоткой W«, позволяет использовать явление феррорезонанса токов во вторичном контуре трансформатора для стабилизации напряжения и выделения первой гармоники напряжения на зажимах нагрузки. Использование феррорезонансных токов, в отличие от известных схем преобразования прямоугольного напряжения в синусоидальное на линейных контурах LC, обеспечивает высокий к.п.д. и относительно малые габариты силового звена предлагаемого преобразователя.

В рассматриваемой схеме к.п.д. достигает 70-75%, в то время как в схеме с линейным к онтуром LC к.п.д. составляет 10-15%. Предварительные расчеты показывают, что габариты силового трансформатора при этом сокращаются в 6-8 раз.

Коэффициент нелинейных искажений кривой напряжения на выходе преобразователя при необходимости будет существенно малым (3-5%), если последовательно с частями емкости С включать индуктивности и образовывать резонансные фильтры для подавления 3-й и 5-й гармоник (четные гармоники в прямоугольном напряжении отсутствуют). Наличие фильтров уменьшает суммарную емкость С на 10-15% по сравпению с емкостью для преобразователя той же мощности, но без фильтров.

На основе трех предложенных однофазных преобразователей может быть построен трехфазный преобразователь, обладающий всеми вышеописанными преимуществами. Для этого на базы переключающих триодов подают от задающего генератора напряжения, сдвинутые по фазе на 120°. Вторичные обмотки W трансформаторов Тр-у можно соединить в треугольник или в звезду. В обоих случаях в линейном напряжении трехфазной системы автоматически исчезают третьи гармоники напряжения и надобность в описанных выше фильтрах отпадает.

Результаты работы преобразователя в режиме холостого хода представлены в виде графиков на фиг. 2. В процессе работы изменялось напряжение источника постоянного тока от нуля до 26 б и измерялся потребляемый ток и напряжение на выходе при паличии емкости во вторичной цепи С 15 мкф и без нее (). Коэффициент нелинейных искажений на всем диапазоне изменения питающего напряжения не выходил из пределов .

Из графика видно, что нри выбранных параметрах схемы изменение питающего напряжения от значения Ui 2l в (оптимальный режим по току потребления) па ±24% вызывает изменение -вторичного напряжения Оо

всего лишь на +3%, т. е. налицо относительно жесткая стабилизация напряжения.

Результаты работы преобразователя под нагрузкой представлены в виде графиков на фиг. 3.

Работа проводилась при двух значениях питающего напряжения: в и 24 в и активном характере нагрузки. В процессе работы измерялась мощность Pj,, потребляемая преобразователем от источника постоянного

тока, и активная мощность нагрузки Р. Мощность, потребляемая задающим генератором не учитывалась. Из отношения значений мощностей PI и РЗ подсчитапо значение к.п.д. в диапазоне изменения нагрузки от О до 160 вт

при cos ф 1. Из графика видно, что преобразователь обеспечивает стабилизацию напряжения при изменении нагрузки от О до 160% от номинальной в следующих пределах: при напряжении питания в в пределах

50-н47 8, т. е. жесткость внешней характеристики 6о/о; при наличии напряжения питания fya -21 в в пределах ,8 е, т. е. жесткость внешней характеристики 2,4%. Максимальный к.п.д. схемы соответствует

значениям нагрузок 100 и 160 0 при напряжении питания 21 и 24 в соответственно и в обоих случаях равен «75%.

Энергетические показатели схемы могут быть существенно улучшены в зависимости от

качества материала применяемого сердечника. В числе таких материалов можно рекомендовать, например, сплавы 34НКМП и 35НКМП с толщиной листа 0,05-0,08 мм. также использовать витые тороидальные сердечники с насыщенными участками магнитопроБОда, образованными обработкой методом электрической эрозии, с целью сохранения межвитковой изоляции ленты магнитопровода.

Предмет изобретения

ющего генератора, включенных на первичную обмотку силового трансформатора, отличающийся тем, что, с целью получения на выходе трансформатора одновременно двух напряжений одинаковой частоты прямоугольной и синусоидальной формы, магнитонровод указанного силового трансформатора имеет сердечники разных сечений с двумя вторичными обмотками, одна из которых вместе с первичной расположена на магнитопроводе большего

сечения, работающем в ненасыш,енном режиме, а другая-на магнитопроводе меньшего сечения, работающем в режиме насыщения. 2. Преобразователь но п. 1, отличающийся тем, что, с целью стабилизации выходного синусоидального напряжения, параллельно указанной вторичной обмотке, расположенной на магнитопроводе меньшего сечения, включен конденсатор, образующий с обмоткой феррорезонансный контур.

1Гг(8),1,(з)

д W 12 14 16 18 20 .2 26

fus.f

Ы:-0)К

,-1

L/fS)

Фиё.2