Описан преобразователь постоянного напряжения в переменное однотактный по входу и двухтактный по выходу с симметричным режимом намагничивания магнитопровода выходного трансформатора. Мощность преобразователя 500 Вт, выходное напряжение 5 кВ, частота преобразования регулируется в диапазоне от 3 до 30 кГц, питающая сеть 230 В, 50 Гц, объем 3 дм3

Кривоносенко, А. В.

Кривоносенко, Д. А.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Потребление электрической энергии промышленной системы энергоснабжения в преобразованном виде, которое осуществляется на повышенной частоте, приводит к значительной экономииматериальных и энергетических ресурсов, поскольку уменьшается вес, габариты электромагнитных компонентов и повышается КПД процессапреобразования.Широко применяемые и распространенныедвухтактные мостовые и полумостовые преобразователи имеют сложные системы управления, контроля, защиты ключей, обеспечивающие симметричное намагничивание магнитопровода выходного трансформатора, исключающие сквозные токи в ключах, защиту от токов короткого замыканиянагрузки, защиту от перенапряжений на ключах.Одно из направлений повышения надежности иуменьшения стоимости преобразователей связанос сокращением количества ключей в преобразователе и упрощения системы управления и контроля.В [1] описан преобразователь однотактный повходу и двухтактный по выходу, в котором выходной трансформатор работает на полной магнитнойиндукции, как в двухтактных преобразователях,исключены сквозные токи в ключе – достоинствооднотактных преобразователей. Простая системауправления, выполненная на одной микросхеме,обеспечивает защиту преобразователя от короткогозамыкания нагрузки и запуск преобразователя безиспользования отдельного источника питания. Однако в описанном преобразователе возникают значительные, более 700 В, напряжения на ключе.В данной статье описан преобразователь однотактный по входу и двухтактный по выходу, сочетающий достоинства однотактного преобразователя – отсутствие сквозных токов, и симметричныйрежим намагничивания магнитопровода выходного трансформатора – достоинство двухтактныхпреобразователей [2]. Электрическая схема преобразователя приведена на рис. 1.Схема управлении затвором транзистора А1 выполнена на основе драйвера М1 аналогично, как вбалластах питания люминесцентных газоразрядных ламп [3].Работа преобразователя осуществляется следующим образом. При подключении преобразователя к сети осуществляется заряд конденсаторафильтра через выпрямитель и заряд разделительных конденсаторов С1, С2 до напряжения источника U, при этом током заряда разделительныхЭнергетика111УДК 541.64:547.759.32ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ С СИММЕТРИЧНЫМ РЕЖИМОМ НАМАГНИЧИВАНИЯ МАГНИТОПРОВОДА ВЫХОДНОГО ТРАНСФОРМАТОРАА.В. Кривоносенко, Д.А. КривоносенкоИнститут сильноточной электроники СО РАН, г. ТомскE!mail: kav@lae.hcei.tsc.ruОписан преобразователь постоянного напряжения в переменное однотактный по входу и двухтактный по выходу с симметрич!ным режимом намагничивания магнитопровода выходного трансформатора. Мощность преобразователя 500 Вт, выходное на!пряжение 5 кВ, частота преобразования регулируется в диапазоне от 3 до 30 кГц, питающая сеть 230 В, 50 Гц, объем 3 дм3.Ключевые слова:Преобразователь, энергосбережение, регулируемая частота.Key words:Converter, energy saving, control frequency.Рис. 1. Электрическая схема преобразователя. А1 – сетевой помехоподавляющий фильтр В84115!Е!В30; VD1!VD4 – мост IRКВРС608, R2 – 47 Ом, С1, С2 – МБГО!2 20 мкФ ±10 %, 400 В, С3 – 0,003 нФ, L1 – Д273, VD1, VD2 – КД213А, L2 – Д356,Rн*=125 Ом, Т1 – трансформатор на О!образном магнитопроводе из ленты 2НСР сечением 4 см2, обмоткиw1=w2=40 витков провода ПВ4 1,5 мм2, w3=1600 витков провода МГТФ 0,15 мм2, VT1 – IR J4PH50UD; А2 – плата упра!вления транзистора: М1 – JR 2155, C1 – К50!6!25В 50 мкФ, С2,С4 – КМ 0,1 мкФ, С3 – КМ 2,2 нФ, R1 – 90 кОм, R2 –100 кОм, R3 – 10 кОм, R4 – 22 Ом, VD2 – КС508Гконденсаторов С1, С2 намагничивается магнитопровод выходного трансформатора Т1. Включаетсясхема управления, которая выдает управляющиеимпульсы со скважностью D=2 с заданной частотой f на затвор транзистора VT. Через несколько периодов в дросселе L2 устанавливается среднее значение тока Iд.ср=U/R*н, где R*н – приведенное сопротивление нагрузки к первичной обмотке трансформатора.При открывании транзистора, разделительныеконденсаторы С1, С2 включаются относительно источника последовательно, их суммарное напряжение превышает напряжение источника, диоды VD1,VD2 закрываются и источник Е отключается от преобразователя. Конденсаторы разряжаются, например С1, по цепи: положительный вывод конденсатора, обмотка дросселя L2, транзистор, нагрузка, отрицательный вывод конденсатора, формируя на нагрузке импульс одной полярности. При разряде разделительных конденсаторов ток в обмотках дросселя нарастает увеличивая запас энергии в дросселе.При закрывании транзистора, ток дросселя, потребляемый от источника Е, переключается на зарядразделительных конденсаторов, и протекая по обмоткам трансформатора в обратную сторону формирует на нагрузке напряжение другой полярности.На закрытый транзистор действует напряжениепри резистивной согласованной нагрузке.При работе преобразователя на резистивнуюнагрузку, разделенную на две и подключенные взамен секций входной обмотки трансформатора,диоды VD1, VD2 можно исключить из схемы. Осциллограммы тока в дросселе и напряжение натранзисторе в преобразователе при работе на резистивную нагрузку приведены на рис. 2.Рис. 2. Осциллограммы: 1) напряжение на транзисторе;2) ток в обмотке дросселя, f=3 кГц, Rн=125 ОмНапряжение на элементах измерялось штатнымпробником к осциллографу TDS2012B, а токи в цепях на резистивном шунте сопротивлением 0,3 Ом,собранном из резисторов ТВО0,1251,5 Ом. (Приизмерении токов и напряжений в преобразователеего питание осуществлялось через разделительныйтрансформатор). Из рис. 2 следует, что при открытии транзистора ток в дросселе нарастает, а призакрывании – снижается.При работе преобразователя на нагрузку черезтрансформатор наличие диодов VD5, VD6 обязательно, поскольку их отсутствие затягивает фронтимпульса напряжения на нагрузке, т. к. для токаразряда разделительных конденсаторов появляетсядополнительная цепь через фильтр Сф.Таким образом, через разделительные конденсаторы протекает переменная составляющая тока,величина которой за период при установившемсярежиме работы нагрузки за период равна нулю(рис. 2), этим самым обеспечивается симметричное намагничивание магнитопровода трансформатора.Особенностью работы преобразователя является отсутствие всплесков тока и напряжения натранзисторе при его закрывании и открывании,поскольку согласно законам коммутации, наличиеиндуктивности дросселя в цепи протекания токаисключает всплески тока при его коммутации, аналичие конденсатора в цепи протекания тока приего коммутации исключает всплеск напряжения.Для обеспечения одинаковых форм положительной и отрицательной волн напряжения на нагрузке необходимо выполнить условия по равенству постоянных цепей разряда конденсаторов С1,С2 и индуктивности дросселя L на нагрузку:(*)где Rн* – приведенное к первичной обмотке трансформатора сопротивление нагрузки преобразователя; С – величина емкости первого и второго конденсаторов С1=С2=С; L – индуктивность дросселя.Сами значения величин C и L выбираются извеличины нагрузки и величины спада напряжения(тока) на сопротивлении нагрузки за время действия импульса:где U, I – допустимые величины спада напряжения и тока за длительность импульса  tи=1/2f, гдеtи – длительность импульса; f – частота преобразования.Из (*) следует, что:где  – волновое сопротивление силового контурапреобразователя. При выполнении условия (*)обеспечивается максимальная мощность преобразователя, которая следует из анализа энергетических характеристик RLC контура, рассмотренных,например, в [4].По предложенной схеме изготовлен преобразователь мощностью 500 Вт с регулированием частоты преобразования в диапазоне от 3 до 30 кГц.Осциллограммы напряжения на транзисторе итока конденсатора при приведенной нагрузкеè íC>( )/(R * ),t U Uè í è íC>( )/(R * ), L>( R *)/ ,t U U t I I í íR *C=L/R *,2didtUvt U L U U U    Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 316. № 4112125 Ом (набор резисторов ТВО60) при частоте30 кГц приведены на рис. 3Рис. 3. Осциллограммы: 1) напряжение на транзисторе;2) ток конденсатора, f=30 кГцРис. 4. Осциллограммы: 1) напряжение на транзисторе;2) ток транзистора, при работе на трансформатор,f=30 кГцНа рис. 4 приведены осциллограммы напряжения на транзисторе и ток через него при работе натрансформатор и, соответственно, на рис. 5 напряжение на транзисторе и на нагрузке.Рис. 5. Осциллограммы: 1) напряжение на транзисторе;2) напряжение на нагрузке, при работе на трансфор!маторПри эксплуатации преобразователя установлено, что он устойчиво работает от питающей сети230 В, 50 Гц с заданной мощностью 500 Вт при изменении частоты преобразования в диапазоне от 3до 30 кГц, обеспечивая выходное напряжение 5 кВ.ВыводыОписан преобразователь однотактный по входуи двухтактный по выходу преобразователь постоянного напряжения в переменное с симметричным режимом намагничивания магнитопроводавыходного трансформатора, силовой контур которого содержит один ключ. Приведены соотношения по выбору параметров элементов схемы преобразователя. Экспериментально подтверждены заявленные свойства преобразователя.Энергетика113СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Багинский Б.А., Макаревич В.Р. Малогабаритный сетевой источник питания // Приборы и техника эксперимента. – 1989. –№ 6. – С. 116–118.2. Преобразователь: пат. 2260894 Рос. Федерация.№ 2003135191/09; заявл. 03.12.03; опубл. 20.09.05, Бюл. № 26. –5 с.3. Peter N., Wood A.N. Применение экономичного драйвера JR2155 в электронных балластах // В кн.: Силовые полупроводниковые приборы / пер. с англ. под ред. В.В. Токарева. – Воронеж: Элист, 1995. – С. 592–597.4. Каляцкий И.И., Семкин Б.М., Халилов Д.Д. Электрофизическая аппаратура и электрическая изоляция. – М.: Энергия,1970. – 242 с.Поступила 12.02.2010 г.

Преобразователь постоянного напряжения в переменное с симметричным режимом намагничивания магнитопровода выходного трансформатора

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University