Статический преобразователь постоянного напряжения в переменное Советский патент 1977 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для формирования переменио го прямоугольного напряжения с регулируемыми частотой и длительностью импульсов.

Статические преобразователи, выполненные иа основе мапштотранзисторных мультивибраторов (МТМ), нашли применение для управления двигателями переменного тока, для питания радиоэлектронных схем, а также в качестве выходных каскадов схем управления мощными преобразователями частоты.

Сиихронизировать 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 дв)хполярные прямоугольные импульсы переменной частоты с одинаковой вольтсекундной площадью (1). Недостатком этой схемы является то, что транзисторы МТМ работают в режи.ме разомкнутой базы.

При включении добавочного транзистора с диодами в цепи первичных обмоток трансформатора обратной связи МТМ появляется возможность управлять не только включением и

выключением МТМ, но и величиной его выходного напряжения путе.м изменения относительной продолжительности включенного состояния добавочного транзистора (2).

Однако синхронизация МТМ коммутацией

цепей положительной обратной связи позволяет получить пря.моугольное переменное напряжение только на собственной частоте МТМ. При работе МТМ на частотах выше собственной (когда только и воз.можна синхронизация) выходное напряжение всегда квазипрямоугольное.

При синхронизации МТМ путем подачи на базы его транзисторов синхронизирующего напряжения напрял ение синхронизации может быть двухиолупериодным прямоугольной или синусоидальной формы (полная синхронизация (ПС), иметь вид коротких однополярных импульсов (импульсная синхронизация) или

однополярных импульсов, регулируемых по длительности (широтно-и.мпз-льсная синхронизация).

При полной и импульсной синхронизации с выхода МТМ снимается двухполярное прямоугольное напряжение, а при щиротно-импульспои - двухполупериодное квазипрялюугольное с регулируемой длительностью импульсов (3). Если при полной синхронизации МТМ работает устойчиво на любой частоте, большей его собственной, то при импульсной и широтноимпульсной синхронизации при определенных условиях возникает так называемый режим однополупериодной импульсной синхронизации (ОИС), когда синхронизирующее напряжение воздействует только на один траизистор МТМ, производя одно переключение за период, а второе обратное переключение происходит вследствие насыщения сердечника естественным путем. Этот режим не может быть использован в качестве рабочего, так как выходная частота МТМ увеличивается в два раза, а выходное напряжение становится несимметричным. Чтобы исключить ОИС при импульсной и щиротно-импульсной синхронизации МТМ, необходимо подавать первый синхронизирующий имнульс в онределенной фазе относительно момента предыдущего естественного нереключения МТМ, то есть необходимо времязадающее устройство. Без такого устройства отсутствует гарантия устойчивой двухполупериодной синхронизации МТМ (4). Простейшее времязадающее устройство, выполненное на конденсаторах, обеспечивает только ограииченную область устойчивой синхронизации но частоте и напряжению (3). Аналогом описываемого преобразователя является транзисторный мультивибратор, к управляющим переходам транзисторов которого присоединены цепи из последовательно включенных диода, обмотки насыщающегося дросселя, добавочной обмотки трансформатора МТМ и бесконтактного ключа, причем обмотка дросселя и добавочные обмотки щунтированы сопротивлением или конденсатором (5). Однако область устойчивой синхронизации такого преобразователя сильно ограничена по частоте и лежит в пределах: 1 . 1 . 1 f 1 ./СИНХ „,, ьдер перпер пср где fcHHx - частота синхронизации; вых - выходная частота; W - время перемагничнвания дросселя. Поэтому такие преобразователи могут применяться в основном для получения переменного напряжения постоянной частоты. Кроме того, разброс параметров материала сердечника дросселя насыщения не позволяет выбрать сердечник трансформатора МТМ на частоту. достаточно близкую к его выходной частоте, что увеличивает весогабаритные показатели преобразователя. Целью описываемого изобретения является 6 расширение диапазона регулирования выходной частоты н исключение режима однополупериодной синхронизации. Это достигается тем, что в предлагаемый преобразователь, содержащий магнитотран- 6 зисторныи мультивиоратор, синхронизируемый положительными импульсами, с дополнительными обмотками силового трансформатора, введен управляемый вышеуказанными дополнительными обмотками двухтактный усилитель 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, объединенными анодами, причем точка соединения диодов подсоеднпена к катодам тиристоров 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 нитания20. 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. Разделительные диоды 12, 13 исключают протекание базовых токов через нагрузочные сопротивления 18, 19 двухтактного усилителя на тиристорах. Проводимость диодов синхронизации опрееляется не только наличием положительных мпульсов синхронизации, но и потенциалом атодов тиристоров двухтактного усилителя, а счет чего осуществляется разделение имульсов синхронизации на два канала со сдвиом в 180 эл. град. Таким образом, цепи синхронизации в даном случае образованы последовательным содинением разделительных диодов и диодов инхронизации, а точки их соединения подлючены к выходам двухтактного усилителя к катодам тиристоров), управляемого дополительными обмотками силового трансфоратора н позволяющего осуществить режим олной синхронизации путем потенциального правления цепей синхронизации. При подаче напряжения питания магнитотранзисторный мультивибратор 1 начгшаст работать как обычная автоколебательная схема на собственной частоте. Если подать короткие положительные синхронизирующие импульсы частотой /синх на вход преобразователя (то есть на аноды диодов 21, 22), отключив от схемы выходы двухтактного усилителя на тиристорах, то вид синхронизации будет определяться величиной промежутка времени между положительным фронтом синхронизации и моментом предыдущего переключения транзисторов 2, 3. Когда , то наступает устойчивая двухполупериодная импульсная синхронизация (ДИС) магнитотранзисторного мультивибратора 1, который работает с частотой, в два раза меньшей частоты синхронизации. В случае -- двухполупериодная синхронизация переходит в однополупериодную импульсную синхронизацию (ОИС), когда магнитотранзисторный мультивибратор работает с частотой, равной частоте синхронизации. При этом синхронизирующее напряжение запирает всегда один из транзисторов 2,3 и 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 Предположим, что при подаче напряжения питания открылся транзистор 2, а транзистор 3 остался закрытым. Под действием напряжеПИЯ 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 тиристор 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. Поскольку , то насыщение транс форматора 4 произойдет раньше, чем придет следующий синхроимпульс. Однако переключения транзисторов мультивибратора не 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. В момент прихода следующего синхроимпульса тиристор 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 придет через время , то есть наступает устойчивая двухполупериодная импульсная синхронизация. При кратковременном пропадании напряжения питания или сбое синхронизирующих импульсов процессы будут протекать аналогичным образом до восстановления устойчивой ДИС. Максимальная длительность переходного процесса импульсной синхронизации в этом случае равна периоду напряжения синхронизации. Для устойчивой работы описываемого Статического преобразователя необходимо соблюдать следующие условия: . Го, где t/гсб - напряжение базовых обмоток 7, 8; tc - длительность синхроимпульса; 0-время восстановления управляющих 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 магитотранзисторный мультивибратор, цепь синронизации которого связана через диоды с ополнительными обмотками силового трансорматора, отличающийся тем, что, с цеые расширения диапазона регулирования выодной частоты и исключения режима одноолупериодной синхронизации, он снабжен вязанным по цепи управления с вышеуказаными обмотками двухтактным усилителем на иристорах, присоединенных анодами к плюовой клемме для нодключения источника

смещения, а цепи синхронизации образованы последовательно соединенными разделительными диодами, подключенными катодами к оазам транзисторов мультивибратора, и диодами указанной цепи синхронизации, объединенными анодами, нричем 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.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1.Патент США № 3351840, кл. 321-45, М. Кл. Н 02М, 1970.

2.Заявка Японии № 40 - 69519, кл. 5606, опубл. 45-39131.

3.«Электротехника, № 8, 1966, стр. 24-27.

4.Авторское свидетельство № 170110, М. Кл. Н 02М, 1966.

5.Авторское свидетельство № 163264, М. Кл. Н 02М (прототип), 1966.

тлл

г/