Главная Автономный инвертор - преобразователь постоянного тока в переменный



мирователя импульсов являются усилительный каС на тиристоре или транзисторе, работающем в ключ режиме, и трансформатор, осуществляющий пот?1 альное разделение.

Существующие схемы выходных формирователе! принципу действия можно разделить на два типа:, мирователи с внутренней положительной обратной зью и формирователи без внутренней обратной свяэ"

Формирователи с обратной связью представляю бой спусковые либо автоколебательные устройства,-ботающие в ждущем режиме и управляемые входн сигналами. Длительность выходных импульсов устройств определяется либо внутренними парам? ми, либо интервалом времени между запуска» (включающим) и сбрасывающим (выключающим) ными сигналами. Свойство сохранять в течение не» рого времени определенное устойчивое состояние,. называемая «память», обеспечивается в формиро! лях этого типа положительной обратной связью, рая, как правило, является трансформаторной, для служит дополнительная обмотка разделительного форматора. К выходным формирователям первого относятся блокинг-генератор, трансформаторный i тивибратор Ройера, динамический триггер, тиристор формирователь.

Формирователи второго типа представляют со транзисторные усилители мощности, работающие в чевом режиме, с трансформаторным выходом. Они обладают свойством памяти, и длительность пх вы ных импульсов определяется длительностью вxo сигнала.

Кроме различий по принципу действия, схемы at ных формирователей отличаются возможностью фс ровать управляющие импульсы той или иной длит ности. Для управления тиристорами автономных ит торов необходимы импульсы относительно малой тельности (десятки, сотни микросекунд), ие завися от выходной частоты инвертора, так называемые-кие» импульсы, и импульсы, длительность которых ражается долями периода выходной частоты 1/ l/(2f), т. е. при регулировании выходной частоты " • изменяться в больших пределах от сотен микросе! до сотен миллисекунд, так называемые «широкие».] пульсы.

Как узкие, так и широкие импульсы могут быть получены с помощью всех указанных формирователей в зависимости от минимальной выходной частоты инвертора и принципа построения логической части системы.

14. ВЫХОДНОЙ ТРАНСФОРМАТОР

Передача управляющего импульса от формирователя к тиристору силовой схемы осуществляется через разделительный трансформатор, свойства и режим работы которого во многом определяют свойства и возможности различных схем формирователей. Ниже будут рассмотрены режимы работы трансформатора в различных схемах формирователей импульсов.

Промежуток времени между двумя выходными импульсами формирователя можно разбить иа следующие два основных этапа: этап намагничивания и этап размагничивания маггштопровода. После окончания цикла состояние магнитопровода должно совпадать с его состоянием до начала цикла, только в этом случае возможен установившийся периодический режим работы формирователя. *

Рассмотрим более подробно процессы в магнитопро-воде, полагая, что в момент t==ta начала цикла состояние его характеризуется индукцией Во. Примерный вид петли перемагничивания приведен на рис. 36. В течение первого этапа от to до ti магнитопровод перемагничива-ется от So до Sl на величину AS = Si -So, а во время второго этапа от до tz размагничивается от Si до Во, причем э. д. с, индуктируемая в обмотках трансформатора, пропорциональна скорости перемагничивания и противоположна по знаку во время обоих этапов. Основное уравнение, характеризующее состояние магнитопровода во время перемагничивания, имеет вид:

Рис. 36. Петля гистерезиса сердечника формирователя.

-\aclt.

(35)



где м -э. д. с. в обмотке трансформатора; да-члс витков рассматриваемой обмотки; s -сечение магни! провода.

Если обозначить э. д. с, наводимую в обмотке трг форматора во время намагничивания, (/r, а э. д. е., водимую во время размагничивания. Up, то на осно! НИИ (35), учитывая, что за время обоих этапов мага» провод перемагничивается на одно и то же значей! АВ, можно записать следующее уравнение:

т. е. при любой форме э. д. с. Un и Up их площади д ны быть равны и пропорциональны АВ. Это след иметь в виду, особенно в тех случаях, когда необходй сократить время размагничивания, поскольку для а необходимо увеличивать Up, повышая тем самым пряжения на ключевых элементах формирователя. С ным обстоятельством приходится считаться при пр тировапни формирователей широких импульсов, у к рых время паузы обычно соизмеримо с време: импульса.

Перейдем теперь к рассмотрению вопроса о том, КИМ образом задается начальный режим магнитопр да. С точки зрения максимального использования желательно, чтобы значение AS за время перемагн вания было как можно больше. В предельном сл магнитопровод используется полностью, если он пе] магничивается от ~В, до +В,. Однако в реальных -чаях коэффициент использования магнитопровода

кАВЩВ,) (

бывает меньше единицы по следующим причин 1) прн высоких частотах повторения импульсов и пе; магиичивании по полному циклу имеются потери и грев мапннтопровода: 2) устройства, задающие нача ное значение индукции Во в магнитопроводе, усложнят схему формирователя, и поэтому в некоторых случ* для упрощения схемы магнитопровод используют ней ностьго.

Степень недоиспользования магнитопровода и. потерь обычно весьма существенна при часто выше 100 Гц для обычных электротехничес: сталей и выше 800Тц для железоникелевых сплава 64

пермаллоев. Коэффициент использования магнитопровода следует снижать при увеличении частоты в соответствии со следующим соотношением:

(38)

где /о- частота, прн которой возможно полное использование магнитопровода из данной стали.

Рассматривая устройства, задающие значения начальной индукции, будем полагать, что частота ниже предельной, и магнитопровод можно полностью использовать.

В простейшем случае, если устройства задания начального состояния магнитопровода отсутствуют, Во устанавливается равным остаточной индукции Вг и коэффициент использования магнитопровода

*-(Й,~-В,)/(2Й.)-(1--А:„)/2

в этом случае определяется коэффициентом прямоуголь-ности петли гистерезиса kn-Br/Bg. В тороидальных ленточных магнитопроводах, в которых отсутствует немагнитный зазор, значения Вг и магнитопровода совпадают с значениями Вг и А„ материала. Обычно значение ка для них лежит в пределах 0,5-0,9, следовательно, магнитопровод трансформатора в этом случае используется всего на 5-25%. При узких импульсах шириной порядка нескольких десятков микросекунд такой коэффициент использования вполне допустим. Прн более широких импульсах габариты трансформатора существенно увеличиваются и в этом случае приходится задавать рабочую точку таким образом, чтобы повысить коэффициент использования.

У шихтованных магнитопроводов обычно коэффициент прямоугольности несколько ниже. Кроме того, наличие зазоров между пластинами еще сильнее уменьшает прямоугольность магнитопровода, в. .связи с чем ис-пользованне таких магнитопроводов выше, чем тороидальных. В пределе, увеличивая воздушный зазор, можно уменьшить Вг почти до нуля, повысив тем самым коэффициент использования магнитопровода до 50%, Однако такой метод приводит к увеличению намагничивающего тока, что отрицательно сказывается на режиме работы элементов формирователя и на параметрах выходных импульсов.



Задавать начальную точку Во с индукцией, отличт от Вг, можно при помощи отдельной обмотки трансфс матора, через которую от рабочего источника питак„ El проходит ток смещения /см. Значение тока смещен рассчитывается по характеристике намагничивания териала магнитопровода таким образом, чтобы в начг ной точке создать напряженность поля

соответствующую выбранной индукции Во- Параметр является средней длиной линий магнитного потока.

Для упрощения трансформг -ра часто обмотку смещения ключают и ток смещения про! екают через рабочую обмс (рис. 37) от специального тщ ника смещения £2. Такой спос задания рабочей точки проще удобнее.

Рассмотрим конкретные спс бы формирования напряжен намагничивания и размагничи! пня в схемах выходных форми вателей импульсов. Электро-жущая сила намагнпчиваиия, рг ная Vn, возникает в обмс трансформатора (практически всех схем форми вателей) за счет прикладываемого к ней через упра ляемый ключ (на рис. 37 обозначен Л) постоян» напряжения источника £i. и на холостом ходу pai

Рнс. 37. Схема смещения рабочей точки сердечника формирователя.

где Д(/к

/к - падение напряжения в замкнутом ключе; намагничивающий ток трансформатора; / - суммарй активное сопротивление контура намагничивания, в* чающее в себя сопротивление обмотки, соединительв проводов и пр.

На практике составляющими AU и /R можно п( небречь ввиду их малости как на холостом ходу, так под нагрузкой.

» В дальнейшем будем считать:

Следует также принять допущения идеальности ключевого .адемеита Л с точки зрения быстродействия: времена его включения и выключения равны пулю. Тогда величина индукции намагничивания согласно (35) определяется выражением

B„+EJ,, или Д8«,.ЯЛ. (40)

1Тз последнего выражения видно, что габариты трансформатора, характеризуемые произведением ws, находятся в прямой зависимости от величины напряжения намагничивания и времени действия этого напряжения, что оказывается существениым препятствием для формирования широких импульсов.

Величина э. д. с, размагничивания Up определяется способом и конкретной схемой задания начального режима магнитопровода. В простейшем случае, когда начальная точка специально ничем не задается, т. е. магнитопровод работает в диапазоне индукций, больших Вт, в момент размыкания ключа в обмотке трансформатора (на холостом ходу) возникает бесконечно большая э. д. с, размагничивания (в идеальном случае) за счет отсутствия контура протекания намагничивающего тока /, который не может мгновенно стать нулевым. В реальных случаях э. д. с. ограничивается за счет неидеаль-ностн ключа и трансформатора, достигает больших значений и, главное, ничем не контролируется. Для предотвращения этого обмотка шунтируется либо диодом, включенным встречно э. д. с. Un, либо диодом с дополнительным источником £2. В первом случае величина Up ограничивается на уровне падения напряжения в диоде i\Ua И составляет доли вольта. Во втором случае величина Up ограничивается на уровне напряжения дополнительного источника £2.

Размагничивание магнитопровода трансформатора, включенного по схеме рис. 37, можно разделить на две стадии: 1) спадание тока намагничивания, протекавшего в обмотке до размыкания ключа, до нуля и соответственно изменение индукции от Bi до В/, 2) размагничивание магнитопровода током источника смещения и изменение индукции От By до Во.

Первая стадия размагничивания осуществляется за счет накопленной в трансформаторе в процессе намагнн-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17


0.034