Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



Таблица 3.3

0,38

0,38

0,38

0,38

0,42

0,42

0,42

0,42

25,5

25,5

25,5

25,5

25,5

4,75 4,75 5 5

4,75

24,5

24,5

24,5

24,5

24,5

оо 4 4 4

4,2 4

4,2 4,2

ш -I с

5,25 5,25 5 5

5,25

25,5

25,5

25,5

25,5

24,5

24,5

24,5

24,5

оо 45 45 45 50 45 50

оо 4

3,8 4

3,8 3,8

оо 45 45 45 40 45 40

2,25

2,25

2,25

2,25

О 3 3 3 3

3,2 3,2 3,2

1,25 1,24 0,32 1,55 0,32 0,05 1,93 1,93

2,?5

2,25

2,25

2,25

0,03

0,13

0,06

о,ооа

0,19

примечание: rl и г". - сопротивления первичных полуобмоток трансформатора для моментов времени 7"i и Т2; Е\ и Е\ - напряжения на первичных полуобмотках трансформатора для моментов времени Ti и 7"г; Ег и Е"г - падение напряжения на выпрямительных диодах для моментов времени Ti н Гг; Л] и /ij - коэффициенты трансформации для моментов времени Т\ и Гг.

кую стабилизацию магнитного режима трансформатора. В противном случае выбирают материал сердечника трансформатора с малым коэффициентом прямоугольности петли гистерезиса или вводят дополнительный немагнитный зазор в магнитопровод трансформатора. Однако это приводит к дополнительным потерям в силовых цепях преобразователей. Поэтому такой способ стабилизации магнитного режима может быть использован толь-

1

IJQ---

6 -

--- 5

Г-Тп 2

2 Т/2

А В

Рис. 3.75. Петля перемагничивания и соответствующие ей напряжения на

ходе датчика полного тока

ко в маломощных преобразователях и за счет некоторого понижения их КПД.

Подмагничивание сердечника трансформатора питания может возникать и при полной симметрии схемы преобразователя, но при изменяющемся во времени напряжении питания. К этому случаю можно отнести включение и выключение преобразователя при наличии фильтра на его входе или наличии пульсаций в питающем напряжении.

Часто для предотвращения опасных последствий одностороннего насыщения режим перемагничивания рассчитывается исходя из существенно заниженных значений магнитной индукции. Габариты трансформатора при этом возрастают. Емкости коллекторных переходов силовых транзисторов уменьшают разбаланс коллекторных токов за счет выравнивания длительностей полупериодов.

Параметрические методы борьбы с односторонним насыщением препятствуют миниатюризации преобразователей, поэтому целесообразно за счет некоторого усложнения схемы решать эту задачу с помощью цепей автоматической стабилизации магнитного реж}ма. В качестве сигналов несимметрпи могут быть использованы средние за период значения напряжений на первичных обмотках трансформатора питания илн средние за период значения токов. По сигналам несимметрии вырабатываются управляющие воздействия коррекции режима перемагничивания, например изменяется длительность включенных состояний силовых транзисторов, или с помощью дополнительной обмотки компенсируется постоянная составляющая магнитного потока. Такие схемы уменьшают иесимметрию режима, связанную с первичной обмоткой, но не реагируют на подмагпичивапие сердечника со стороны вторичной обмотки.

Более полная информация о магнитных процессах может быть получена о помощью Моделирующего токового трансформатора, число обмоток которого равно числу обмоток трансформатора питания, а отношение витков точно соответствуют таким же отношениям для трансформатора питания. Обмотки моде-

У"м,п/Яг 4


Э350

Рис. 3.76. Конструкция тороидального трансформатора с датчиком полного тока:

/ - вторичная обмотка; 2 - первичная обмотка; 5 -магнитный пояс; 4 - сердечник

Ш т т 160 Н,А/М

Рис. 3.77. Графики зависимости отношения дифференциальной магнитной проницаемости сердечника магнитного пояса к магнитной проницаемости сердечника трансформатора от напряженности магнитного поля



лирующего трансформатора включаются последовательно с соответствующими обмотками трансформатора питания, с дополнительной сигнальной обмотки снимается сигнал, пропорциональный суммарному току всех обмоток транс-•форматора питания. Такое устройство можно рассматривать как датчик под-ного тока намагничивания. Его недостатком является сложность создания фи-;зически подобной модели трансформатора питания.

Применение датчика полного тока - магнитного пояса (пояса Роговского) [7] - позволяет в инверторах с самовозбуждением жестко контролировать выбранную степень насыщения сердеч-•ника трансформатора питания, а в управляемых инверторах симметрировать процессы перемагничивания сердечника, мгновенно :прекращая перемагничивание при достижении наперед заданной •индукции. Конструкция трансформатора с датчиком полного то-ка показана на рис. 3.76.

Зависимость напряжения на магнитном поясе от магнитного »состояния сердечника определяется по формуле

Е* т] м.п "м.п м.и.дпф

тде м.п - напряжение на выходе магнитного пояса: W.n - число витков магнитного пояса; 5м.п - сечение витка магнитного пояса: рм.п.диф - дифференциальная магнитная проницаемость сердечника магнитного пояса; f/n - напряжение источника питания; Ui - число витков первичной обмотки трансформатора питания; 5т -сечение магнитопровода трансформатора питания рт.диф - текущее значение (дифференциальное) магнитной проницаемости материала магнитопровода трансформатора.

Для расчета пояса необходимо знать отношение рм.п.диф/рт.диф-Это отношение можно получить из сравнения кривых намагничивания материалов сердечника трансформатора и сердечника магнитного пояса расчетным путем или экспериментально. Зави-•симости для сердечника трансформатора из феррита М2000НМ и -сердечника магнитного пояса из материалов Э350 и 50НМ приве-.дены на рис. 3.77.

Выходное напряжение на датчике полного тока в зависимости •от времени изображено кривой а на рис. 3.75. Форма такого напряжения соответствует принятым допущениям и получается при :работе нерегулируемого инвертора. В том случае, когда инвертор регулируемый, напряжение на первичной обмотке изменяется скачками от О до Un, затем опять до О и до Un. В этом случае •напряжение на датчике полного тока имеет форму, соответствующую кривой б на рис. 3.75.

При разрывном магнитном потоке сердечника трансформатора могут появляться дополнительные выбросы напряжения на датчике полного тока, нарушающие нормальную работу инвертора. По этим причинам схема управления регулируемого инвертора должна быть построена так, чтобы она реагировала только на тот импульс с датчика полного тока, который соответствует 142

г-О 0-1

подходу сердечника к насыщению. Для этого достаточно ввести: запрет на переключение по сигналам магнитного пояса в течение первой половины импульса тока транзисторов питания.

Наиболее полное использование материала сердечника трансформатора питания с наименьшими потерями в нем достигается при симметричном перемагничивании сердечника, для чего мо-jKeT быть использована отрицательная обратная связь по интегральному значению намагничивающего тока. Для организаций такого регулирования может быть использован также сигнал с магнитного пояса.

Магнитный режим силовых трансформаторов в схемах транзисторных преобразователей с емкостным делителем (или В МОСТОВЫХ схемах с конденсаторам, включенным последовательно с первичной Обмоткой трансформатора) отличается отсутствием постоянной составляющей тока первичной обмотки. В мостовых схемах конденсатор включается только для достижения этой цели, несмотря на возникающую при этом необ- Рис. 3.78. Эквивалентная ходимость в подавлении пульсаций вы- схема д*™/

прямленного напряжения. еТГпрТженХемко-

Полагая, что ток намагничивания из- стным делителем меняется по линенному закону, можно

получить систему приближенных выражений, описывающих постоянные составляющие токов и напряжений в различные полупе-риады работы преобразователя в соответствии с эквивалентной: электрической схемой на рис. 3.78. Решение этой системы относительно напряжений на обмотке трансформатора в различные полупериоды дает:

rr, f/п - Г, П (r-r,) { + ) + nUnr,

\ AHl <Н2 /

Т+{Тг Г2 + Т2

\ AHl Ай2 /

(3.86)

TT, Un-T,T2 (1-2)

\Ah1 Ah2 /

T2 4- (71 Г2 + T2 r)

V R}\i RiJ21

(3.87>

Представляет интерес выражение для разности Е\-Е2, определяющее напряжение на конденсаторе, включенном последовательно в цепь первичной обмотки трансформатора питания мостового преобразователя:



UnT(T, - Ti) + 27-17-2 (г, -ri) ( ieL + I ] +

T-h(Tir, + T,r)iy--\.]

После того как получены значения Ei и £2, определяются и £2:

Тп \R>

F - С а--

7п \Л,

(3.88)

(3.89)

\TRBi TRsi

Далее рассчитывается постоянная составляющая тока намагничивания трансформатора

Он f

nEi - E

Л1 -

пЕ\ - Е

TV--.7-r

Несимметрия первичной цепи приводит к тому, что напряжения на конденсаторах делителя становятся разными, или к появлению постоянной составляющей напряжения на конденсаторе в диагонали моста, в результате чего возникают пульсации напряжений на нагрузке на рабочей частоте преобразователя с амплитудой

и{Е\п-Е\п)12. (3.91)

Подавление пульсаций требует увеличения массы и габаритов выходных фильтров. Из проведенного анализа следует, что существенно выгоднее обеспечивать симметрию напряжений на конденсаторах, напрмер, с помощью схемы, описанной в примере 4.8.

Следует отметить, что распространенное мнение о полном отсутствии подмагничивания сердечника трансформатора в схемах с кокденсаторами в первичной цепи несправедливо. Несимметрия вторичной цепи приводит к подмагничиванию сердечника со всеми вытекающими из этого последствиями, и ее необходимо учитывать при проектировании преобразователей.

При полной симметрии первичной цепи Г] = 72 и ГХ-Г2 неоим-метрия вторичной цепи не приводит к различию напряжений на конденсаторах, т. е. при этом Е\ = Е2. Различие емкостей делителя не сказывается на справедливости полученных выражений.

В табл. 3.4 помещены расчетные данные преобразователя, на основе которых можно оценить влияние различных эффектов на симметрию режима в рассматриваемых преобразователях.

Таблица 3.4

а ».

о ьг %

i£ %

<

1,0 1.0

1.0 1,0

1,0 1,0

105 105 100 100 100

7 7 6 7 6

7 7 8 7 8

1,5 1,5 1,5 1,2 1,2

1,5 1,5 1,5 1,8 1,8

14,25

14,25

14,83

15,0

15,0

14,079

15,35

15,75

15,17

15,0

15,0

15,92

0,0706 0

0,128

0,0428

0,278

3.11. Подавление помех импульсных преобразователей напряжения

При работе транзисторных ключей вследствие резкого изменения тока в силовых цепях возникают радиопомехи в диапазоне частот 15-10-4-10* Гц. На рис. 3.79 приведены типичные формы импульсов и их частотные спектры.

Основным путем распространения помех являются общие цепи питания. При этом радиопомехи распространяются по проводам, непосредственно свя-

20 дБIдекада.


Рис. 3.79. Параметры импульса (а) и частотный спектр его помех (б)

занным с источником помех, а также имеющим заметную емкостную нли индуктивную связь с цепями питания источника помех. На рис. 3.80 приведена схема распространения помех по проводам сети. Источник помех создает на проводах питания напряжение Uc, называемое симметричным, а также напряжения между каждым проводом и корпусом устройства и„1, Uhz, называемые несимметричными напряжениями радиопомех. Эти напряжения создают в

Источник помех

Го I

----J

Рис. 3.80. Распространение помех по проводам



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [23] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.0134