ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве преобразователя постоянного напряжения с уменьшенным коэффициентом пульсаций.
Известен преобразователь постоянного напряжения одного номинала в постоянное напряжение другого номинала, содержащий источник питания и функционально соединенные электронную часть, трансформаторную часть, выпрямитель, фильтр и выходные клеммы, причем электронная часть содержит основной мостовой инвертор и схему управления транзисторами, трансформаторная часть содержит магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, а плюсовой вывод фильтра соединен со схемой управления транзисторами [1]. Данный преобразователь отличается простотой конструкции и схемы, высокой надежностью и низкой стоимостью, однако ему присущи и недостатки, среди которых основным является сравнительно низкое качество выходного напряжения.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем источник питания с плюсовой и минусовой клеммами и функционально соединенные электронную часть, трансформаторную часть, выпрямитель, фильтр и выходные клеммы с плюсовой и минусовой клеммами, причем электронная часть содержит основной мостовой инвертор и схему управления транзисторами, трансформаторная часть содержит магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, а плюсовой вывод фильтра соединен со схемой управления транзисторами, в электронную часть введен дополнительный мостовой инвертор, выходное напряжение которого сдвинуто по фазе во времени относительно напряжения основного мостового инвертора на угол 90°, магнитопровод трансформаторной части выполнен тороидальным и составным, содержащим внутренний сердечник с пазами и соосный ему внешний сердечник с пазами, первичная обмотка разделена на первую и вторую катушки, размещенные в пазах внутреннего сердечника, причем витки первой катушки сдвинуты по фазе в пространстве относительно витков второй катушки на угол 90°, а вторичная обмотка выполнена трехфазной и размещена в пазах внешнего сердечника.
На чертеже представлена структурная схема преобразователя постоянного напряжения.
Преобразователь содержит источник питания 1 с плюсовой 1-1 и минусовой 1-2 клеммами и функционально соединенные электронную часть 2, трансформаторную часть 3, выпрямитель 4, фильтр 5 и выходные клеммы 6 с плюсовой 6-1 и минусовой 6-2 клеммами, при этом электронная часть 2 содержит основной мостовой инвертор 2-1, дополнительный мостовой инвертор 2-2 и схему управления транзисторами 2-3, трансформаторная часть 3 содержит магнитопровод (не обозначен) тороидальнной формы, содержащий внутренний пазовый сердечник 3-1, в пазах (не показаны) которого размещена первая катушка (не обозначена) первичной обмотки 3-2, соединенная с основным мостовым инвертором 2-1 и вторая катушка (не обозначена) первичной обмотки 3-2, соединенная с дополнительным мостовым инвертором 2-2, и соосный ему внешний пазовый сердечник 3-3, в пазах которого размещена трехфазная вторичная обмотка 3-4, подключенная к выпрямителю 4. Плюсовой вывод (не обозначен) фильтра 5 соединен со схемой управления транзисторами 2-3 и плюсовой клеммой 6-1 выходных клемм 6, а минусовой вывод (не обозначен) фильтра 5 соединен с минусовой клеммой 6-2 выходных клемм 6. Выполнение магнитопровода трансформаторной части 3 тороидальным и пазовым, состоящим из двух соосных сердечников 3-1 и 3-3 позволяется вместо пульсирующего поля в обычном магнитопроводе, получить круговое вращающееся магнитное поле (КВМП), использование которого дает возможность применить вместо однофазной вторичной обмотки - трехфазную обмотку. Увеличение числа фаз выпрямления позволяет увеличить частоту пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшить коэффициент пульсаций почти в 5 раз.
Основными условиями образования КВМП в конструкции трансформаторной части 3 являются: подача на первую и вторую катушки первичной обмотки 3-2 токов, сдвинутых во времени по фазе на угол 90°; размещение витков первой относительно витков второй катушки в пространстве по фазе на угол 90° и равенство магнитодвижущих сил катушек:
1
где F - магнитодвижущая сила первичной обмотки 3-2;
1
2
I, I - токи, протекающие по первой и второй катушкам, соответственно;
1
2
w, w - число витков первой и второй катушек, соответственно.
Магнитодвижущая сила вторичной обмотки 3-4 при этом будет равна
А
B
C
где I, I, I - токи фаз вторичной обмотки 3-4;
A
B
C
w, w, w - число витков фаз вторичной обмотки, соответственно.
2
При соблюдении указанных условий образования КВМП, ЭДС фазы вторичной обмотки E равна
2
A
B
C
где w=w=w=w - число витков фазы вторичной обмотки 3-4;
- частота напряжения основного мостового инвертора 2-1 и дополнительного мостового инвертора 2-2 электронной части 2.
Между внутренним сердечником 3-1 и соосным ему внешним сердечником имеется воздушный зазор, величина которого определяется типом посадки сердечников. Конструкция внутреннего сердечника 3-1 аналогична конструкции статора управляемого однофазного асинхронного двигателя, а конструкция внешнего сердечника 3-3 аналогична конструкции статора трехфазной машины переменного тока. Все элементы структурной схемы преобразователя серийно выпускаются отечественной промышленностью.
Преобразователь работает следующим образом.
При наличии напряжения на плюсовой 1-1 и минусовой 1-2 клеммах источника питания 1, оно подается на вход (не обозначен) основного мостового инвертора 2-1 и вход (не обозначен) дополнительного мостового инвертора 2-2 электронной части, которые начинают преобразовывать постоянное напряжение в последовательность прямоугольных импульсов. Указанные последовательности поступают на первую катушку (не обозначена) и вторую катушку (не обозначена) первичной обмотки 3-2 трансформаторной части 3. При соблюдении всех условий образования КВМП в магнитопроводе (не обозначен), а именно в сердечниках 3-1 и 3-3 возникает магнитный поток, магнитные силовые линии, которые пересекают витки трехфазной вторичной обмотки 3-4 и наводят в них ЭДС, определяемую по формуле (3). Трехфазное переменное напряжение обмотки 3-4 поступает на выпрямитель 4, где преобразуется в постоянное напряжение. Выпрямленное напряжение подается на сглаживающий фильтр 5, где происходит сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения до требуемого уровня, при этом плюсовой вывод (не обозначен) фильтра 5 соединен с плюсовой клеммой 6-1 выходных клемм 6 и с входом (не показан) схемы управления транзисторами 2-3, а минусовой вывод (не обозначен) фильтра 5 соединен с минусовой клеммой 6-2 выходных клемм 6.
Источники
[1]. Электропитание устройств связи. Под ред. Ю.Д. Козляева. М.: Радио и связь, 1998, с. 319, рис. 7.33, б.