Преобразователь постоянного напря-жЕНия B пЕРЕМЕННОЕ Советский патент 1981 года по МПК H02M7/42 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПЕРЕМЕННОЕ

1

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к преобразователям постоянного напряжения в переменное.

Такие преобразователи используются в системах электроснабжения, в электроприводе, для питания датчиков и других устройств автоматики и телемеханики.

Известны преобразователи, имеющие низковольтный первичный источник питания, а для повышения выходного напряжения используются инверторы с повышающими выходными трансформаторами 1.

Однако при низких частотах выходного напряжения использование трансформаторов, рассчитываемых на первую гармонику, связано с ухудшением массогабаритных показателей преобразователей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь постоянного напряжения в переменное , содержащий высокочастотный преобразующий блок, мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, и узел управления с источником опорного напряжения и блоком обратной связи 2.

Недостатком такого преобразователя является сложность силового каскада, включающего в себя несколько последовательных преобразователей энергии, и низкий КПД последних. Кроме того, при работе таких преобразователей на активно-индуктивную нагрузку необходимо, чтобы выпрямитель, входящий в струтуру силового каскада, был обратимым. Это приводит к дополнительному усложнению преобразователей и снижению их надежности.

Целью изобретения является упрощение преобразователей постоянного напряжения в синусоидальное, повышение их КПД и

10 стабильности.

Это достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное 2 узел управления выполнен на базе магнитного усилителя и магнитного мультивибратора, выходные обмотки мультивибра15тора подключены к управляющим входам ключей мостового инвертора, а с базами его транзисторов связаны рабочие цепи магнитного усилителя, подключенные к крайним выводам дополнительных обмоток высокочастотного преобразующего блока, общие

20 выводы этих обмоток подключены к эмиттерам транзисторов мультивибратора и к одному из выходов блока обратной связи, при

этом мостовой инвертор подключен к выходной обмотке высокочастотного преобразующего блока.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Силовой каскад включает в себя высокочастотный преобразующий блок 1 с трансформатором 2 и мостовой инвертор, выполненный на транзисторных ключах 3-6 переменного тока. Инвертор одной диагональю подключен к выходной обмотке 7 трансформатора 2, другой через фильтр 8 ,- к нагрузке 9.

Узел управления состоит из источника 10, опорного напряжения синусоидальной формы, блока 1 обратной связи, магнитного мультивибратора 12 и магнитного усилителя (МУ). Питание преобразующего блока 1 И магнитного мультивибратора 12 производится . от источника входного постоянного напряжения.

Магнитный усилитель, выполненный по схеме с диодным разделением интервалов, используется в качестве фазосдвигающего устройства. Его рабочие обмотки 13 и 14 через ограничивающие резисторы 15 и 16 подключены к базам транзисторов магнитного мультивибратора 12. Питание рабочих цепей МУ осуществляется от дополнительных обмоток 17 трансформатора 2. Эти обмотки общими выводами подключены к шине питания, связанной с эмиттерами транзисторов магнитного мультивибратора 12. Управляющие обмотки МУ 18 и 19 через диоды подключены к крайним выводам обмоток 17 и одному из выходов блока обратной связи. Другой выход этого блока подключен к общим выводам обмотки 17. Поэтому управляющее напряжение МУ равно разности напряжений на обмотках 17 и на выходе блока обратной связи.

Входы блока обратной связи подключены к источнику опорного напряжения и к выходу фильтра. Выходные обмотки магнитного мультивибратора 12 подключены к управляющим входам ключей переменного тока инвертора.

Высокочастотный преобразующий блок 1 работает в автогенераторном режиме. На выходной обмотке 7 и на обмотках 17 трансформатора 2 формируются прямоугольные импульсы с длительностью Полупёриода Т. Амплитуда импульсов на обмотке 7 равна ZU,y а на обмотках 17 ти„, где Z, m - коэффициенты трансформации. Форма напряжения на обмотках 7 (Ц,р) показана на фиг. 2а.

Магнитный мультивибратор 12 работает в режиме синхронизации с частотой преобразующего блока , синхронизация осуществляется магнитным усилителем. Напряжения на обмотках блока 1 и магнитного мультивибратора 12 сдвинуты по фазе на время t,..

Когда полярность напряжения на обмотках 17 соответствует рабочему интервалу одного из дросселей МУ, диод в рабочей цепи этого дросселя открыт, к его рабочей обмотке через ограничивающий резистор и переход эмиттер-база открытого транзистора магнитного мультивибратора 12 прикладывав ется напряжениелиц. При этом сердечник дросселя перемагничивается из состояния с начальной индукцией BO до насыщения

(фиг. 26). При насыщении сердечника ток в рабочей цепи МУ резко возрастает и открытый до этого момента транзистор магнитного мультивибратора 12 запирается, происходит переключение магнитного мультивибратора. Форма напряжения на выходных обмот

ках магнитного мультивибратора показана на фиг. 2в.

Время перемагничивания сердечника МУ от BO до -ЬВд (BS- индукция насыщения) равно временному сдвигу t между напряжениями на обмотках преобразующего блока 1 и магнитного мультивибратора 12.

После насыщения сердечника ток в рабочей цепи МУ в течение остав1Йейся части рабочего интервала протекает через диод, включенный параллельно переходу эмиттер-

5 база транзистора магнитного мультивибратора 12, и ограничивается резистором.

В следующем полупериоде работы преобразующего блока 1 для сердечника, намагниченного до -fBg, наступает управляющий интервал. В течение этого интервала под

0 действием напряжения на обмотке 17 отпирается диод в цепи управляющей обмотки МУ, к этой обмотке прикладывается разность напряжения mlJn. и выходйого напряжения блока обратной связи Uy. Происходит размагничивание сердечника от Ч-В до Bq. Выходные обмотки магнитного мультивибратора 12. управляют ключами 3-6 переменного тока мостового инвертора. В зависимости от полярности напряжения на этих обмотках включены либо ключи 3 и 6,

0 либо ключи 4 и 5. Врезультате на выходе инвертора формируется напряжение (7 в виде двухполярных прямоугольных импульсов, показанных на фиг. 2 г.

Среднее значение этого напряжения за 5 период Т равно

u -fe-u.r.

где Uy-среднее значение выходного напряжения блока обратной связи за период модуляции т.

Отсюда видно, что при принятых допу щениях среднее значение выходного напряжения инвертора за период Т пропорционально среднему значению напряжения Uy за этот период, т.е. полезная «средняя составляющая и по форме повторяет полез5 ную составляющую напряжения U.

Блок обратной связи вырабатывает напряжение, по форме совпадающее с синусоидальным опорным напряжением периодом Т, а по величине пропорциональное разности средних значений выходного напряжения преобразователя Ugb, и напряжения Uflfl. Поэтому полезная составляющая и также будет изменяться по синусоиде с периодом Tg. После выделения этой составляющей фильтром 8 на выходе преобразователя получают синусоидальное напряжение с низким коэффициентом высших гармоник (фиг. 2д). Среднее значениие этого напряжения за полу период Tg/2 с учетом падения напряжения в фильтре и в других элементах (AUo) определяется выражением J - U Поскольку среднее значение напряжения на выходе блока обратной связи равно (Uon-nUgb«), то гКу и - zivy -j. , . ZKKy OH in гдеК - коэффициент усиления блока обратной связи; п - коэффициент передачи делителя выходного напряжения. выходное напряже 5ЫХ Из последних двух выражений видно, что выходное напряжение преобразователя не зависит от величины напряжения питания, т.е. обеспечивается инвариантность преобразователя по отношению к возмущениям на входе. Кроме того, за счет действия контура обратной связи снижается влияние возмущения со стороны нагрузки, учтенное величиной ди оТаким образом, преобразователь постоянного напряжения в синусоидальное, обладая небольшими габаритами и массой, что обусловлено использованием высокочастотного преобразующего блока, значительно проще известных преобразователей такого класса. Силовой каскад преобразователя является обратимым и допускает подключение нагрузки любого характера. При этом он содержит всего два последовательных преобразователя мощности, что обеспечивает высокий КПД. Кроме того, преобразователь благодаря особой структуре узла управления имеет высокую стабильность выходного напряжения. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий высокочастотный преобразующий блок, мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, и узел управления с источником опорного напряжения и блоком обратной связи, огличающийся тем, что, с целью упрощения повышения коэффициента полезного дейстВИЯ и стабильности, узел управления выполнен на базе магнитного усилителя и магнитного мультивибратора, выходные обмотки мультивибратора подключены к управляющим входам ключей мостового инвертора, а с базами его транзисторов связаны рабочие цепи магнитного усилителя, подключенные к крайним выводам дополнительных обмоток высокочастотного преобразующего блока, общие выводы этих обмоток подключены к эмиттерам транзисторов мультивибратора и к одному из выходов блока обратной связи, управляющие цепи магнитного усилителя подключены к крайним выводам указанных обморок и к другому выходу блока обратной связи, при этом мостовой инвертор подключен к выходной обмотке высокочастотного преобразующего блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Моин В. С., Лаптев Н, Н. Стабилизированные транзисторные преобразователе.: Энергия, 1972, с. 290. 2. Авторское свидетельство СССР № 492985, кл. Н 02 Н 7/42, 1974.