Розроблення вузлів низьковольтного джерела вторинного електроживлення

Середня напруга   на виході інвертора:

 

Середній струм тиристора  :

 

Зовнішня характеристика автономного інвертора струму у відносних величинах має вигляд:

 ,

 

де   ‒ коефіцієнт навантаження ( ).

 

Тоді:

 

Рисунок 3.1 ‒ Зовнішня характеристика АІС

 

 

Розрахувати параметри однофазного мостового транзисторного автономного інвертора напруги (АІН). Зобразити схему силових ланцюгів інвертора, а також часові діаграми струмів і напруги в характерних точках силового ланцюга.

Визначити: напругу  , що діє, на навантаженні інвертора, середній струм   джерела живлення, максимальний   і середній   струми вентилів і ємність   конденсатора на вході інвертора. Вибрати тип транзисторів, діодів і конденсатора  .

Вихідні дані для розрахунків: f = 25 кГц; Ud= 60 В; rн = 15 Ом; LH = 200 мкГн; ± ΔUс = 7,5 %.

 

Розвʼязання

Розрахунок автономного інвертора напруги з активно-індуктивним навантаженням  ,   починається з обчислення базового струму   і параметра навантаження  :

 

Схема однофазного мостового транзисторного автономного інвертора напруги приведена на рисунку 4.

        

Рисунок 4 – Схема однофазного мостового транзисторного автономного інвертора напруги

 

У однофазному мостовому інверторі напруги без вихідного фільтру напруга, що діє   на навантаженні  .

Струм   навантаження, що діє:

 

 ,

 

де  

Тоді:

 

Середній струм   джерела живлення:

 .

 

Максимальний струм   навантаження и максимальний струм   керованих вентилів.

 

Середній струм   керованих вентилів:

 

де   ‒ момент проходження струму навантаження через нуль (в кутових одиницях ‒ радіанах):

 

 (480).

 

Тоді

 

Середній струм зворотних діодів:

 ,

 

 

Ємність конденсатора на вході інвертора визначають за виразом:

 ,

 

де   ‒ постійна часу навантаження:  ;

  ‒ період вихідної напруги інвертора:  ;

  ‒ частота інвертора;

  ‒ допустиме підвищення напруги на конденсатор.

 

 

Тип конденсаторів: чотири К52-5-70В-100мкФ±30%. Обираємо діоди 2Д805А з параметрами: Uобр.max=75 B > Ud=60 B;

Iпр.max=0,200 A > IVD=0,120 A, f max=600 кГц > fраб=25 кГц. Транзистори 2T819А з параметрами: UКЭmax=100 B, Iк.max=15 A, fгр.=3 МГц.

 

 

Пояснити роботу перетворювача напруги заданого типу. Зобразити схему його силових ланцюгів. Згідно з варіантом необхідно зобразити двотактний транзисторний напівмостовий перетворювач напруги з самозбудженням.

 

Розв’язання

Схему представлено на рисунку 5. До неї входять 2 силові транзистори, VT1 i VT2, які працюють в режимі перемикання, i трансформатор TV з осердям, виробленим з матеріалу з прямокутною петлею гістерезису.

 

Рисунок 5 ‒ Двотактна напівмостова схема перетворювача напруги з самозбудженням

 

На рисунку 5.1 наведено криву перемагнічування осердя трансформатора (петля гістерезису) В =f(iw) та колекторні характеристики транзисторів, криві зміни струму у первинній обмотці трансформатора і1, вихідної напруги U2 прямокутної форми i магнітного потоку Ф в осерді трансформатора.

 

Рисунок 5.1 ‒ Крива перемагнічування осердя трансформатора (петля гістерезису) В =f(iw) та колекторні характеристики транзисторів, криві зміни струму у первинній обмотці трансформатора і1, вихідної напруги U2

 

Якщо за початкову робочу точку взяти точку 1 (від’ємне насичення осердя трансформатора), то при подачі постійної напруги на вхід схеми Uп через розкид колекторних характеристик транзисторів i наявності опору R1 струм колектора одного з них (нехай, VT1) буде більшим, ніж другого (VT2). Під впливом результуючих ампервитків первинної обмотки в осерді трансформатора виникне магнітний потік, зміна якого спричинить ЕРС в обмотці. Ця ЕРС зумовить додатнє збільшення струму i6 в транзисторі VT1.

Розпочнеться лавинний процес відкривання транзистора VT1 i закривання VT2. Транзистор VT1 перейде у режим насичення. Робоча точка переміститься в точку 2, струм i1 досягне значення струму намагнічування i далі майже не змінюється, магнітна індукція В (потік Ф) змінюється від точки 2 до точки 3, при цьому в обмотці W2 наводиться імпульс напруги Uт. У точці 3 осердя починає насичуватися, різко зростає струм i1, зменшується швидкість зміни магнітного потоку i величина напруга U2 (точки 3, 4, 5), робоча точка швидко переміщується по ділянці 4 ‒ 5 колекторної характеристики. різко спадає струм i6, оскільки припиняється процес зміни потоку в осерді. Напруга на обмотках спадає до нуля, робочі точки транзистора i трансформатора переміщуються по лінії 5 ‒ 6. На цьому закінчується перший півперіод роботи перетворювача. Транзистор VT1 переходить у режим відсічки. Але при переході робочої точки по лінії 5 ‒ 6 петлі гістерезису відбувається невелике зменшення потоку в осерді, то спричинить ЕРС зворотної полярності в ycix обмотках. В результаті в обмотці W' виникне ЕРС, яка зумовить додатній струм в базі транзистора VT2. У другому півперіоді потік осердя змінюється від +Фт до -Фт . Робоча точка пройде через точки 7, 8, 9, 10, 11. В обмотці W2 буде індукуватися від’ємний імпульс напруги U2. Таким чином, змінна напруга U 2. має прямокутну форму.

Напівмостова схема має одночасно переваги двох: містить два силових транзистори, напруги на яких такі ж, як i у мостовій схемі. Але конденсатори в цій cxeмi працюють у важких електричних режимах, оскільки через кожен конденсатор протікає повний, приведений до первинної обмотки, струм навантаження.

Двотактні ТПН з самозбудженням застосовуються для живлення порівняно малопотужних навантажень, які не перевищують кілька десятків Ват.

 

 

1 Руденко В. С., Сенько В. И., Чиженко И. Н. Преобразовательная техника. ‒ К.: Высшая шк. ‒ 1983.

2 Иванов-Цыганов А. И. Электоропреобразовательные устройства РЭА: Учеб. Для вузов по спец. «Радиотехника». ‒ М.:Высш. шк.,1991.

3 Забродин Ю. С. Промышленная электроника. ‒ М.: высш. шк., 1982.

4 Электрические конденсаторы и конденсаторные установки – Под ред. Г. С. Кучинского – М.: Энергоатомиздат, 1987.