ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования постоянного напряжения в переменное синусоидальное и может быть использовано в электрическом транспорте и промышленных предприятиях.
1
1
1
2
3
1
4
2
1
5
3
6
2
2
7
3
2
4
1
3
5
6
7
2
3
2
3
1
2
4
1
2
4
1
2
3
1
2
Наиболее близким к настоящей полезной модели является преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное по патенту РФ на полезную модель № 105093, МПК Н02М 7/53846, 27.05.2011, содержащий маломощный источник постоянного низкого напряжения, соединенный со стабилизированным по частоте кварцевым стабилитроном, генератором синусоидального напряжения, выполненным на полупроводниковом элементе в микроминиатюрном исполнении, к выходу которого подключен резистор R с ползунком для снятия переменного напряжения и изменения его по величине, подключенным к одной обкладке конденсатора C, другая обкладка которого одновременно подключена к базе слаботочного транзистора VT с n-р-n переходом, имеющим коллекторно-эмиттерную нагрузку, и средней точке последовательно соединенных резисторов R и R, при этом к коллекторной нагрузке слаботочного транзистора VT, представляющей из себя резистор R, подключен конденсатор С, а к эмиттерной нагрузке слаботочного транзистора VT, представляющей из себя резистор R, подключен конденсатор С, к выходу которого подключены начало резистора R и база силового транзистора VТ с n-р-n переходом, к выходу конденсатора С подключены начало резистора R и база силового транзистора VТ с n-р-n переходом, причем концы резисторов R. и R одновременно подключены к положительной полярности маломощного источника постоянного напряжения, а концы резисторов R, R, R, R R эмиттеры силовых транзисторов VТ и VТ одновременно заземлены, при этом коллекторы силовых транзисторов VТ и VТ подключены соответственно к началам индуктивностей L, L резонансного контура, состоящего из параллельно соединенных конденсатора C и двух одинаковых последовательно соединенных индуктивностей L, L, а также к первой и второй обкладкам конденсатора C, при этом к точке соединения индуктивностей L, L подключена положительная полярность мощного источника постоянного высокого напряжения, причем частота резонансного контура совпадает с номинальной рабочей частотой генератора синусоидального напряжения, а с выхода индуктивности L,, магнитно связанной с индуктивностями L, L, снимается энергия нагрузки.
Недостатком известного преобразователя является низкая надежность работы, обусловленная слабой регулировочной характеристикой величины выходной мощности преобразователя, особенно при малых значениях выходной мощности, а также при последовательно-параллельном включении силовых транзисторов преобразователя.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности работы за счет усиления регулировочной характеристики величины выходной мощности преобразователя, что позволит регулировать амплитуду и интенсивность управляющих синусоидальных сигналов при сохранении высокой стабильности частоты переменного тока на выходе преобразователя.
1
1
1
2
3
1
4
2
1
5
3
6
2
2
7
3
2
4
1
3
5
6
7
2
3
2
3
1
2
4
1
2
1
2
3
1
2
1
Технический результат достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное синусоидальное, содержащий маломощный источник постоянного низкого напряжения, соединенный со стабилизированным по частоте кварцевым стабилитроном, генератором синусоидального напряжения, выполненным на полупроводниковом элементе в микроминиатюрном исполнении, резистор R с ползунком для снятия переменного напряжения и изменения его по величине, подключенным к одной обкладке конденсатора C, другая обкладка которого одновременно подключена к базе слаботочного транзистора VТ с n-р-n переходом, имеющим коллекторно-эмиттерную нагрузку, и средней точке последовательно соединенных резисторов R и R, при этом к коллекторной нагрузке слаботочного транзистора VТ, представляющей из себя резистор R, подключен конденсатор С, а к эмиттерной нагрузке слаботочного транзистора VT, представляющей из себя резистор R, подключен конденсатор С, к выходу которого подключены начало резистора R и база силового транзистора VТ с n-р-n переходом, к выходу конденсатора С подключены начало резистора R и база силового транзистора VТ с n-р-n переходом, причем концы резисторов R и R одновременно подключены к положительной полярности маломощного источника постоянного напряжения, а концы резисторов R, R, R, R, R, эмиттеры силовых транзисторов VТ и VТ одновременно заземлены, при этом коллекторы силовых транзисторов VТ и VТ подключены соответственно к началам индуктивностей L, L резонансного контура, состоящего из параллельно соединенных конденсатора C и двух одинаковых последовательно соединенных индуктивностей L, L, а также к первой и второй обкладкам конденсатора C4, при этом к точке соединения индуктивностей L, L подключена положительная полярность мощного источника постоянного высокого напряжения, причем частота резонансного контура совпадает с номинальной рабочей частотой генератора синусоидального напряжения, а выхода индуктивности L магнитно связанной с индуктивностями L, L снимается энергия нагрузки, согласно настоящей полезной модели, в него дополнительно введены блок управления и последовательно соединенные усилитель синусоидального сигнала, определитель нуля, делитель частоты периодов синусоидального сигнала, блок пропуска синусоидальных сигналов, при этом блок управления соединен со вторым входом блока делителя периодов синусоидального сигнала, вход усилителя синусоидального сигнала подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход - ко второму входу блока пропуска синусоидальных сигналов, выход которого соединен с началом резистора R.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема преобразователя постоянного напряжения в переменное синусоидальное.
Преобразователь содержит генератор 1 синусоидального напряжения, подключенный к положительной полярности маломощного (2,5-10 В) источника 2 постоянного низкого напряжения.
Генератор 1 синусоидального напряжения, выполнен на полупроводниковом элементе в микроминиатюрном исполнении, при, этом частота генератора 1 стабилизирована кварцевым стабилитроном на номинальную рабочую частоту.
1
1
1
2
3
К выходу генератора 1 подключен резистор R с ползунком для снятия переменного напряжения и изменения его по величине. Ползунок резистора R1 подключен к одной обкладке конденсатора C, другая обкладка которого одновременно подключена к базе слаботочного транзистора VТ с n-р-n переходом, имеющим коллекторно-эмиттерную нагрузку, и средней точке последовательно соединенных резисторов R и R.
1
4
2
1
5
3
К коллекторной нагрузке слаботочного транзистора VT, представляющей из себя резистор R, подключен конденсатор С, а к эмиттерной нагрузке слаботочного транзистора VТ, представляющей из себя резистор R, подключен конденсатор С.
3
6
2
2
7
3
К выходу конденсатора С подключены начало резистора R и база силового транзистора VT с n-р-n переходом, а к выходу конденсатора С подключены начало резистора R и база силового транзистора VТ с n-р-n переходом.
2
4
Концы резисторов R и R одновременно подключены к положительной полярности маломощного источника 2 постоянного низкого напряжения.
1
3
5
6
7
2
3
Концы резисторов R, R, R, R, R, эмиттеры силовых транзисторов VТ и VТ одновременно заземлены.
2
3
1
2
4
Коллекторы силовых транзисторов VТ и VТ подключены соответственно к началам индуктивностей L, L резонансного контура, а также к первой и второй обкладкам конденсатора C.
Частота резонансного контура совпадает с номинальной рабочей частотой генератора 1 синусоидального напряжения.
4
1
2
1
2
Резонансный контур состоит из параллельно соединенных конденсатора C и двух одинаковых последовательно соединенных индуктивностей L, L. К точке соединения индуктивностей L, L подключена положительная полярность мощного (6-10 кВ) источника 3 постоянного высокого напряжения, подлежащего преобразованию в переменный ток.
3
1
2
3
С выхода индуктивности L, магнитно связанной с индуктивностями L, L, снимается энергия нагрузки, т.е. индуктивность L служит для отбора энергии переменного тока резонансного контура в нагрузку.
Отличием преобразователя постоянного напряжения в переменное синусоидальное является то, что в него дополнительно введены последовательно соединенные усилитель 4 синусоидального сигнала,
1
1
определитель 5 нуля, делитель 6 частоты периодов синусоидального сигнала, блок 7 пропуска синусоидальных сигналов, а также блок 8 управления. Блок 8 управления соединен со вторым входом делителя 6 частоты и с ползунком резистора R. Вход усилителя 4 подключен к выходу генератора 1 синусоидального напряжения. Второй выход усилителя 4 подключен ко второму входу блока 7 пропуска синусоидальных сигналов. Выход блока 7 соединен с началом резистора R.
Усилитель 4 выполняет функцию усиления синусоидального сигнала генератора 1 до установленного значения.
Определитель 5 нуля - определитель перехода синусоидального сигнала через нуль - выполняет функцию определения начала периода синусоиды и выработки импульсного сигнала длительностью, равной периоду синусоидального сигнала для подачи его на вход делителя 6 частоты.
Делитель 6 частоты выполняет функцию деления количества выходных периодов синусоидальных сигналов.
Блок 7 пропуска синусоидальных сигналов выполняет функцию пропуска количества периодов синусоидальных сигналов, установленных блоком 8 управления. Блок 7 выполнен по схеме «И».
Блок 8 управления выполняет функцию установления коэффициента К деления в делителе 6 частоты. Этот коэффициент К может быть равным 1, 1/2, 1/3, 1/4…1/N. Частота выходного сигнала блока 7 равна произведению номинальной частоты на коэффициент деления.
Работа преобразователя осуществляется следующим образом.
2
1
1
1
2
3
1
1
1
1
2
После включения маломощного источника 2 постоянного низкого напряжения и мощного источника 3 постоянного высокого напряжения генератор 1 синусоидального напряжения начинает вырабатывать синусоидальный сигнал, стабилизированный кварцевым стабилитроном на номинальную рабочую частоту. На первом выходе усилителя 4 появляются непрерывно следующие друг за другом синусоидальные сигналы. С первого выхода усилителя 4 синусоидальные сигналы поступают в определитель 5 нуля - блок определения перехода синусоидального сигнала через ноль - и в моменты нулевого потенциала превращаются определителем 5 нуля в импульсы положительной полярности, следующие непрерывно с постоянным интервалом во времени. С выхода определителя 5 нуля синусоидальные сигналы поступают в делитель 6 частоты периодов сигналов, где непрерывно следующие импульсы по заданной программе делятся в соотношении 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6 или 1:N. Далее непрерывно следующие друг за другом синусоидальные сигналы поступают на первый вход блока 7 пропуска синусоидальных сигнале, совпадающих с выходным сигналом делителя 6 частоты. На выходе блока 7 появляются только те синусоидальные сигналы, выход которых разрешается выходными импульсами блока 6, что позволяет регулировать в итоге энергию, подаваемую на резонансный контур, не меняя режима работы силового транзистора VТ. Так как выход блока 7 подключен к началу резистора R, который вторым концом подключен к земле, с ползунка резистора R через конденсатор C синусоидальный сигнал поступает на место соединения резисторов R, R и на базу транзистора VТ. Ползунок резистора R, позволяющий менять сопротивление резистора, а следовательно и режим работы транзистора VT, подключается к базе силового транзистора VT, что является дополнительным вторым регулятором мощности, подаваемой на колебательный контур, подключённым к эмиттеру VТ, коллектор которого подключается к мощному источнику постоянного напряжения.
2
3
1
4
5
1
1
1
1
1
2
3
Резисторы R и R подбираются так, чтобы у слаботочного транзистора VТ с n-р-n переходом, имеющим коллекторно-эмиттерную нагрузку R и R соответственно, рабочая вольт-амперная характеристика находилась на середине линейной ее части при отсутствии на входе слаботочного транзистора VT синусоидального сигнала. Синусоидальный сигнал с выхода блока 7, проходит через конденсатор C на вход базы слаботочного транзистора VT, причем амплитуду синусоидального сигнала можно регулировать ползунком резистора R. При поступлении полуволны синусоидального сигнала с положительным потенциалом на базу слаботочного транзистора VT с n-р-n переходом на его коллекторе появляется полуволна синусоидального сигнала с отрицательным потенциалом, который, поступая через конденсатор С на базу силового транзистора VТ с n-р-n переходом поддерживает его в закрытом состоянии.
1
5
3
2
6
2
На эмиттере силового транзистора VT с n-р-n переходом протекающий ток через резистор R создает полуволну синусоидального сигнала с положительным потенциалом, который поступает через конденсатор С на базу силового транзистора VТ с n-р-n переходом и открывает его. Этот сигнал на резисторе R создает напряжение, воспроизводящее поступающий сигнал и открывает силовой транзистор VТ.
1
3
2
1
2
3
2
3
3
1
2
При полуволне синусоидального сигнала с отрицательным потенциалом на выходе блока 7 слаботочный транзистор VT с n-р-n переходом запирается и на его коллекторе возникает полуволна синусоидального сигнала с положительным потенциалом, который возрастает до уровня напряжения маломощного источника 2 постоянного низкого напряжения. Этот потенциал, поступает на базу силового транзистора VТ с n-р-n переходом и открывает его. При открывании силового транзистора VТ с n-р-n переводом ток протекает от мощного источника 3 постоянного высокого напряжения, подлежащего преобразованию в переменный ток, через индуктивность L и силовой транзистор VТ . При открывании силового транзистора VT, ток протекает от мощного источника 3 постоянного высокого напряжения через индуктивность L и силовой транзистор VТ. Частота резонансного контура совпадает с номинальной рабочей частотой генератора 1 синусоидального напряжения, и с выхода индуктивности L, магнитно связанной с индуктивностями L, L, снимается энергия нагрузки.
Таким образом, настоящий преобразователь, являющийся мощным преобразователем постоянного тока в переменный синусоидальный с относительно хорошей синусоидальностью выходного сигнала, позволяет повысить надежность работы при сохранении высокой стабильности частоты переменного тока на выходе преобразователя за счет возможности улучшения регулировочных характеристик выходной мощности преобразователя в широких пределах - от самой минимальной мощности до самой максимально возможной, даже при последовательно-параллельном включении силовых транзисторов преобразователя.