SU1628167A1 - Преобразователь напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани . Целью изобретений  вл етс  улучшение массогабаритных характеристик и динамических свойств в широком диапазоне изменени  псто нного тока на выходе путем обеспечени  работы в режиме непрерывных токов. Преобразователь содержит-многообмоточные дроссели 1.1-1.N, силовой коммутатор 2, конденсаторы 3.1-3. М, при этом одноименные обмотки дросселей соединены последовательно и согласно. При работе преобразовател  ток нагрузки  вл етс  током подмагничивани  последовательно соединенных дросселей 1.1-1.N, выполненных таким образом, что ток намагничивани , при котором наступает насыщение магнитопровода каждого последующего дроссел , меньше предыдущего. Это позвол ет при снижении тока нагрузки увеличивать суммарную индуктивность дросселей, что обеспечивает работу преобразовател  в режиме непрерывных токов . 1 ил. fe

Description

Os

ю

00 CS

VI

It J-Z

-W

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани .

Цель изобретени  - улучшение массога- баритных характеристик и динамических свойств устройства в широком диапазоне изменени  посто нного тока на выходе путем обеспечени  работы устройства в режиме непрерывных токов.

На чертеже представлена обобщенна  схема преобразовател  напр жени .

Устройство содержит многообмоточные дроссели 1.1-1.N, силовой коммутатор 2, конденсаторы 3.1-З.М, одноименные обмотки дросселей соединены последовательно и согласно . Источник питани  подключаетс  к выводам 4.1 и 4.2, промежуточные выводы 5.1-5.К используютс  при необходимости в схеме преобразовател , выводы 6.1 и 6.2  вл ютс  выходными и используютс  дл  подключени  нагрузки 7.

Устройство работает следующим образом .

Индуктивность первого дроссел  1.1 выбрана таким образом, что при максимальном токе нагрузки и в некотором диапазоне около этого значени  его магнитный поток непрерывен. При этом магнитопровод первого дроссел  ненасыщен, а магнитопрово- ды остальных дросселей насыщены. Поэтому индуктивность намагничивани  определ етс  магнитным элементом 1.1.

При уменьшении тока нагрузки происходит уменьшение тока подмагничивани . При определенном значении тока подмагничивани  магнитопровод дроссел  1.2 выходит из насыщени . Таким образом, магнитопроводы дросселей 1.1 и 1.2 оказываютс  ненасыщенными, а остальных дросселей - насыщенными. При этом индуктивность намагничивани  определ етс  суммой индуктивностей намагничивани  дросселей 1.1 и 1.2, т.е. происходит ее возрастание. Это позвол ет обеспечить режим непрерывного тока намагничивани  при меньшем токе нагрузки за счет автоматического возрастани  индуктивности. При дальнейшем уменьшении тока нагрузки происходит также уменьшение тока намагничивани  и выход из насыщени  магнито- провода следующего дроссел  и его индуктивность намагничивани  добавл етс  к индуктивности намагничивани  уже вышедших из насыщени  магнитопроводов. Так как каждый следующий дроссель работает при меньшем токе подмагничивани , то по вл етс  возможность значительного увеличени  его индуктивности намагничивани . Таким образом суммарна  индуктивность намагничивани  оказываетс  при

большом числе дросселей обратно пропорциональной току намагничивани , т.е. току нагрузки, что позвол ет иметь дл  каждого значени  тока нагрузки минимально необходимую величину индуктивности дл  обеспечени  непрерывности тока, а следовательно, улучшить динамические свойства преобразовател .

Допустим, преобразователь напр жени  содержит два дроссел .

При использовании в известных устройствах одного дроссел  максимальную индукцию в его магнитопроводе выбирают несколько меньшей, чем индукци  насыщени  Bs, исход  из обеспечени  безопасной работы силового коммутатора, так как при достижении Bs ток через обмотки дроссел  начинает быстро возрастать. При использовании предлагаемого устройства максимальную индукцию первого дроссел  выбирают из тех же соображений. Однако дл  дополнительных дросселей можно прин ть максимальную индукцию в магнитопроводе равной Bs. Допустим, что объем магнитопровода

дроссел  св зан с током нагрузки следующим соотношением:

V A Ы2н.маКс.(1)

где А - некотора  посто нна ; L - индуктивность дроссел ;

(н.макс максимальный ток нагрузки;

что все элементы преобразовател  напр жени  идеальны;

что пульсации напр жени  на конденсаторах и тока намагничивани  малы;

что критическа  индуктивность дл  обеспечени  режима непрерывного тока обратно пропорциональна току нагрузки и определ етс  дл  каждой конкретной схемы преобразовател .

Минимальный ток нагрузки 1н.мин. при котором наступает режим прерывистого тока исход  из заданного суммарного объема магнитопроводов V2 обоих дросселей, с

учетом того, что магнитопровод второго дроссел  выходит из насыщени  при токе

НагруЗКИ н.мин;

к.мин 1н.минр I н.макс.(2)

Индуктивность первого магнитного элемента Li Up 1н.макс/1н.мин0 .(3)

где Цр - критическа  индуктивность дл  обеспечени  режима непрерывного тока при максимальном токе нагрузки (н.макс, так как он должен обеспечить режим непрерыв- ного тока при токе нагрузки от 1нмин0 до (н.макс

Исход  из (1) и с учетом (3) дл  объема магнитолровода первого дроссел  можно записать:

/. A.I . i2 д i |2 f JHMaitc V1 A Li-I н.макс - А I н.накс( i )

н мин

(4) При этом критический объем

(5) (6)

о VHP A н.макс,

тогда

„ -1н.макс .. Vi -:-Укр,

Ы.МИНо

Обозначим 1нмакс

1нМИН0

Выразим индуктивность второго дроссел  через объем его магнитопровода с учетом того, что он работает при меньшем токе намагничивани  и с большей максимальной индукцией, чем первый дроссель

L2 Li-V2/Vi-FD.(8)

где D - величина, равна  квадрату отношени  максимальной индукции второго дроссел  к максимальной индукции первого дроссел .

Определим минимальный ток нагрузки в предложенном устройстве, при котором наступает режим прерывистого тока

IH.MHH - 1нмин0 Ll/Li+L2.(9)

Объем магнитопровода второго дроссел  V2- V2 -Vi(10)

Подставл   в (9) выражени  (3) и (8), а затем (10). (6) и (7), получают

1«мин 1нмакс /Н-ИЭ V2VKp P F ) (11) Величина F может быть переменной, так как IH. определен.

Преобразуем (11) к виду . /. .Vz-F-VKp-F1

1нмакс/ нмин -

кр

(12)

Определим экстремум выражени  по переменной F

(

IHM8KC

(нмин нмакс

F 1+v7::(v2:-2-V.cP-F);

кр

(ма«)р 20. «нмин

Выражение (14) всегда отрицательно, следовательно, (12) имеет максимум, который наход т, приравн в (13) к нулю. Таким образом получают оптимальное значение переменной

FonT V2/2VKP+1/2D.(15)

Подставл   (15) в (11) и преобразу , получают

2 нмин ннакс/Ропт О .(16)

При использовании в устройстве одного дроссел  с объемом магнитопровода V Јминимальный ток нагрузки при переходе от непрерывного тока к прерывистому определ етс  как

1нмин(1нмзксУ,ф)Л/2;.(17)

Определим из (16), (17) и (15) отношение

минимального тока устройства с одним дросселем к минимальному току предложенного устройства

1нмин(У. ЕР+Укр)2 IHMHH

0

5

5

(18)

4-У,фЧ5Л/2:

Проведем конкретный численный расчет по формуле (18). Пусть имеетс  в распор жении общий объем магнитопроводов 5 VЈ 10 VKp. Допустим, что D 1 (т.е. не используетс  возможность увеличени  допустимой индукции so втором дросселе). Тогда имеем

о

0 IHMHH (10-Wp-1 tVypf 121Л/кРгеЧ 1имин 4У,ф--МО-Чф2 J

Р (19)

Отсюда видно, что минимальный ток нас ГРУЗКИ. Д° которого в предложенном устройстве обеспечиваетс  режим непрерывного тока, примерно в 3 раза меньше, чем в устройстве с одним дросселем.

Решим обратную задачу, т.е. определим л дл  заданного перепада тока нагрузки объем магнитопровода в устройстве с одним дросселем и суммарный объем в предложенном устройстве

нмакс

U

Пусть , нмин

тогда из (17) имеем

v z 10VKp. (20)

С другой стороны, дл  предложенного устройства из (16) с учетом D - 1 имеем 0Р0пт «3,16,(21)

Использу  (15), находим объем магнитопровода в предложенном устройстве V2 (Fonr-1/2D) ,pFonTA/KP/D«

«5,3VKP(22)

Сравнива  (20) и f22)} получают, что общий объем магнитопроводов в изобретении меньше, чем в устройстве с одним дросселем примерно в 2 раза при одинаковом (дес тикратном ) диапазоне изменени  тока нагрузки. Отсюда можно сделать вывод об улучшении масоогабаритных показателей преобразовател  о целом,

При использовании нескольких дросселей , соединенных последовательно, и с раз- ными токами насыщени  возможно получение большего выигрыша, но это может быть технологически нецелесообразно. Величина тока, при котором наступает на7 16281678

сыщение магнитопровода, может устанав-массогабаритных характеристик и динамиливатьс  величиной немагнитного зазора вческих свойств устройства в широком диамагнитопроводе и/или числом витков обмо-пазоне изменени  посто нного тока на

ток. при этом коэффициенты трансформациивыходе путем обеспечени  работы устройодноименных обмоток разных дросселей,5 ства в режиме непрерывных токов, одновключенных последовательно, должны бытьименные обмотки всех дросселей

одинаковы дл  всех дросселей.соединены последовательно и согласно,

причем дроссели выполнены таким обраФормула изобретени эом, что ток намагничивани , при котором

Преобразователь напр жени , содер-10 наступает насыщение магнитопровода кажжащий магнитный элемент, выполненный вдого последующего дроссел , меньше, /г

виде по крайней мере одного многообмоточ-чем предыдущего, а при максимальном токе

ного дроссел  с соответствующими конден нагрузки магнитолровод первого дроссел 

саторами, и силовой коммутатор, о т л и ч а-не насыщен,

ю щ и и с   тем, что, с целью улучшени 15

Claims (1)

1. Формула изобретения Преобразователь напряжения, содержащий магнитный элемент, выполненный в виде по крайней мере одного многообмоточного дросселя с соответствующими кондежсаторами, и силовой коммутатор, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик и динамических свойств устройства в широком диапазоне изменения постоянного тока на выходе путем обеспечения работы устройства в режиме непрерывных токов, одноименные обмотки всех дросселей соединены последовательно и согласно, причем дроссели выполнены таким образом, что ток намагничивания, при котором наступает насыщение магнитопровода каждого последующего дросселя, меньше, ft чем предыдущего, а при максимальном токе нагрузки магнитопровод первого дросселя не насыщен.