Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 55
Текст из файла (страница 55)
л>1) цепи переменного.н постоянного токов связаны между собой вентилями. Поэтому характер нагрузки выпрямителя, стоящего в преобразователе, а именно характер реактивности нагрузки, включенной в цепь постоянного тока, сказывается на процессах„протекающих в самом инверторе, т. е. в цепях переменного тока. По этой же причине процессы, протекающие в выпрямителе, во многом определяются элементами цепи переменного тока, т. е. инвертором.
Таким образом, правильное представление о формах и величинах токов, протекающих через обмотки трансформатора, транзисторы инвертора, выпрямительные диоды, можно получить, рассмотрев весь преобразователь в совокупности. При этом следует иметь в виду, Рис. 13,4 Рис. 13.3 что частота переключений в современных инверторах достигает десятков килогерц и существенньш вклад в процессы, протекающие в силовой цепи преобразователя, вносят паразитные параметры узлов и деталей, входящих в преобразователь.
Так, при частотах переключения, больших нескольких килогерц, следует учитывать такие паразитные параметры, как индуктивность рассеяния и межвитковую емкость трансформатора, индуктивность и сопротивление потерь конденсаторов, время включения й отключения транзисторов и диодов, некоторые монтажные емкости и индуктивности соединительных проводников.
Названные паразитные элементы компонентов преобразователя определяют в значительной мере и уровень высокочастотных помех, создаваемых преобразователем и попадающих в его выходную цепь. В некоторых случаях относительно высокий уровень высокочастотных помех заставляет отказаться от выгодного с энергетической точки зрения преобразователя, работающего на повышенной частоте, и применить менее выгодные способы получения стабильного н высоконадежного электропитания.
Проектирование и расчет полупроводникового преобразователя напряжения — задача сложная и многогранная. На характеристики 233 преобразователя существенное влияние оказывает инерционность процессов переключения транзисторов и диодов. Рассмотрим процессы, протекаюп1пе в преобразователе раздельно. Выделим сначала те процессы, на которые инерционность транзисторов не оказывает влияния. Назовем их лпнейныхш. В течение лпнейного процесса один из транзисторов' двухфазного инвертора насышен, т. е. является линейным сопротивлением, а другой находится в состоянии отсечки. Магнитный поток в сердечнике трансформатора сравнительно медленно меняется под действием первичного источника.
Изменение токов в схеме происходит только под влиянием энерпш, накопленной в реактивных элементах, имеющихся в схеме, а если пх нет, то токи в течение линейного процесса не меняются. Затем рассмотрим процессы коммутации, в течение которых под влиянием транзисторов происходит изменение полярности выходного напряжения инвертора.
Скорость и направление изменений токов во время процесса коммутации определяется не только реактивными элементами схемы, но и нелинейиымп элементами — транзисторами инвертора и диодамп выпрямителя. Поскольку условия отключения и включения транзисторов и диодов в разных схемах инверторов и для разных схем выпрямителей различны, и процессы коммутации получаются также различными, целесообразно рассматривать процессы коммутации отдельно для каждой схемы преобразователя. В линейных процессах, наоборот, для различных схем инверторов имеется много общего.
Еше одной причиной, обусловливающей значительное внимание к коммутационным процессам, является то, что в современных преобразователях, работающих на повышенной частоте, процессы коммутации составляют заметную часть периода. Поэтому расчеты, в которых не учитываются эти процессы, а предполагается мгновенное переключение нелинейных элементов схемы, дают малую точность. 0 13.2. Линейные процессы в силовой цепи инвертора с независимым возбуждением Для отделения линейных процессов от коммутационных примем, что транзисторы включаются и отключаются мгновенно, их выключение происходит с задержкой, равной Т, — времени рассасывания заряда неосновных носителей в базе. Помимо этого, положим диоды выпрямителя безынерционными.
Схема преобразователя рпс. 13.5, а содержит мостовой выпрямитель и двухтактный инвертор, выполненный по основной схеме, т. е. со средней точкой в первичной обмотке трансформатора. Если длительность открывающих транзисторы импульсов базового тока Т, выбрана такой, что в сумме с временем рассасывания заряда в базах транзисторов она остается меньшей длительности полупериода Т, возбуждающего напряжения, то на вторичной обмотке трансформатора создается переменное напряжение Уг прямоугольной формы с нулевыми паузами (рис.
!3.5, г). 204 Длительность импульсов напряжения Ур больше длительности возбуждающих импульсов на время Тр,. Соответственно длительность нулевой паузы в напряжении У, будет равна 0 = 7 — Тц — 7р, — — 0 — 7р,. (13.1) Токи, протекающие по вторичной обмотке трансформатора и через выпрямительные диоды, для такого случая были определеньг в % 7.6 при выпрямителях с нагрузками, начинающимися и с индуктивности Коллекторные токи транзисторов преобразователя представляют собой трансформированные в первичную обмотку соответствующие части тока Положительные импульсы тока (г трансформируются в верхнюю полуобмотку, протекают через транзистор Т„ а отрицатель- пгр ные — в нижшою и трапзп- Тр стор Т,.
ХТ Амплитуда импульсов базо- . гт вого тока должна быть такой, чтобы, пропуская ток 1„ трап- 'г г зисторы оставались насышеняы- — Тг гг,тТ мп, т. е. сопротивление резисто- Т ров Ег должно быть выбрано г) пз условяя Пг )74((ń— ()„)(У1...„. (13.2) Степень выполнения неравенства (13.2) определяет степень насыШения транзисторов г) инвертора.
Если теперь увеличивать длительность открывающих транзисторы импульсов — Т„, то нулевая пауза в напряжепин иг будет сокращаться и при Т„ =. Т вЂ” Т„ исчезнет совсем (см. рис. 13.5, б, в), В этом случае на выходе мостовой схемы выпрямителя будет создаваться постоянное напряжение ()р (рис.
13.6, а, б), которое меньше амплитуды (),„, иа величину падений напряжения на диодах выпрямителя и сопротивлении вторичной обмотки трансформатора. Считая сопрбтпвление обмотки малой величиной,.запишем ()О =игт — 2 (Епор+ г,!р), (13. 3) где (), = л(ń— (),„) — амплитуда напряжения и.; 1, — ток нагрузки выпрямителя; и = ш,/ш, — коэффициент трансформации.
Через транзистор инвертора будет протекать импульсньш ток (Рис. 13.6, в, г) с длительностью Т и амплитудой 1ки п10' Действующее значение этого тока, совпадающего с током в первичной полуобмотке трансформатора, 7„= I ь = О, 707л7 в. (13.5) Скорость изменения магнитной индукции в сердечнике трансформатора задается напряжением на его первичной полуобьютке, равным ń— У„„: ЕВ/ (1 = (ń— У,„)/(,В). (!3.6) Здесь У„а — напряжение коллектор — эмиттер насыщенного транзистора; Š— площадь сечения сердечника. Поскольку за полуперпод Т иидукцпя в сердечнике либо линейно нарастает от — В до +В , либо уменьшается от +В до — В„„ помножив производную ь(В/Й на Т, получим (ф~ удвоенную амплитуду индукции.
Поэтому В = (Е, — У„в) Т/(2щ>Я) = гт г = (Е, — У„в)/(4/щ>5), (13.7) где 7 = 1/(2Т) — частота возбуждающего на- Р а/ пряжения. Габаритная мощность трансформатора при пренебрежении величинами Увв, Ев„н «„та получается несколько большей мощности, выделяющейся в нагрузке; 1«А, =0,5 (27,Ев+7„У ) =1,2! У,.
(13,8) т гт в.> Поскольку ток, отдаваемый источником Е„, ьл« является суммой токов коллекторов двух транзисторов, то он получается постоянным и равным тва. Моьцность, отдаваемая первичз! ' ным исТочниакоьь, превышает мощность, выРис. 15.6 деляющуюся в нагрузке, на величину потерь в транзисторах, диодах и трансформаторе. Ранее положилн г,р малой величиной, а это позволяет пренебречь потерями мощности в трансформаторе. Мои!>>ость, теряющаяся в каждом .
из диодов выпрямителя, равна 0,5(Е,„„+ «„Ув)т„а в каждом изтранзисторов инаертора — 0,5Ув„/„в = 0,5У„,лтва. Таким образом, для к. п. д. идеализированного преобразователя будем иметь ьо ьа (13. 9) Ь«,+ 4 0,5(Еа „-1- г,т~)+2 0,5аг«„а ' Если бы выпрямитель был выполнен по основной двухфазной схеме, то выпрямленное напряжение было бы равно У, = Ув„, — Е.„— «,7„ (13.
10) и для к. п. д, преобразователя Ч= Ь«а + Еваа+ гвта+ лг«ва (13А1) 256 При малых величинах напряжения У, повышение к. п. д., даваемое (13.11) в сравнении с (13.9), получается заметным. Приведенные соотношения для идеализированной схемы преобразователя могут быть расчетнымп для ряда практических схем. Однако в большиастве случаев коммутационные процессы в реальных схемах заметно ухудшают показатели преобразователя. Поэтому полученные соотношения служат только для сравнения. В 13.3. Мостовая и полумостовая схемы ииверторов Мостовая схема по сравнению с основной (рис. 13.7) содержит в два раза большее число транзисторов и диодов, но в ней более простой трансформатор.
Транзисторы здесь коммутируются попарно. В первый полупериод в состоянии отсечки находятся транзисторы Т, и Т„, а в состоянии насыщения — транзисторы Т, н Тв. Во второй полупериод заперты транзисторы Тв и Т„а насыщены Т, и Т,. Такое переключение обеспечивает смену полярности напряжения на первичной обмотке трансформатора через каждые полпериода. Рас. !3.7 Р .155 На базы транзисторов Т, и Т, (Т, и Т,) переключающие импульсы тока должны подаваться от источников, гальваническн несвязанных между собой, что, конечно, усложняет схему возбудителя. К недостаткам мостовой схемы относится и то, что при одинаковых токах потери в транзисторах несколько больше, чем в основной схеме со средней точкой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
