Особенности работы полупроводниковых триодов и силовых трансформаторов в ППН

В ППН триод работает в режиме ключа.

В этом режиме имеются точка А – триод полностью открыт, и точка В – триод закрыт.

Наибольшая мощность рассеивания во время перехода из А в В. Поэтому нужно иметь малое время переключения. Фронты должны быть крутые, импульсы управления должны иметь малую длительность фронта. Триоды должны быть высокочастотные.

Чем выше частота, тем меньше габариты трансформатора.

Известно что, чем выше частота, тем в сердечнике больше потерь на вихревые токи.

Для получения малых габаритов силовых трансформаторов ППН применяются высокие частоты 10-100 кГц, а для того чтобы сердечник не имел или мог работать при таких частотах без потерь на вихревые токи; для сердечников применяются ферриты. У ферритов высокое активное сопротивление материала сердечника. Применяются для сердечников трансформаторов специальные стали, имеющие высокое активное сопротивление; толщина пластин минимальна.

6.4ППН в виде мультивибратора с индуктивными связями

Этот ППН представляет собой двухтактный инвертор.

Н

В

Представляет из себя двухтактный транзисторный усилитель, выполненный на двух триодах Т₁ и Т₂ и силовом трансформаторе (СТ). С выхода напряжение подаётся на вход усилителя за счёт витков обратной связи W_oc и начинается генерация. Триоды работают в ключе и на выходе будет импульсы прямоугольной формы за счёт применения в трансформаторе сердечника с прямоугольной петлёй гистерезиса. При такой петле значение индукции в сердечнике изменяется скачком. Затем индукция становится постоянной. По такому же закону меняется напряжение на обмотках трансформатора (прямоугольные импульсы).

Данная схема применяется при малых мощностях, т.к. сердечник находится в насыщении. Для получения больших мощностей применяют ППН с двумя трансформаторами или с усилителем мощности.

В данной схеме трансформатор 1 имеет сердечник с прямоугольной петлёй гистерезиса, а трансформатор 2 имеет сердечник, работающий в линейном режиме (не насыщенный) по такой схеме работает преобразователь ПП 24/400. Этот преобразователь для получения большой мощности, имеет вместо одного триода несколько включённых параллельно.

6.5 ППН с усилителем мощности и защитой от перегрузки

Инвертором служит транзисторный усилитель, выполненный на триодах Т₁Т₂ и двух трансформаторах, инвертор двухтактный т.к. на базы триодов подаются импульсы прямоугольной формы от задающего генератора (ЗГ).

ЗГ – выполнен по схеме мультивибратора с индуктивными связями.

С выхода тр2 импульсы прямоугольной формы поступают на выпрямительный мост ВМ. Пульсации выпрямительного напряжения сглаживаются конденсатором С.

Питание R_н будет происходить постоянным током – значит это конвертор.

Весь ток нагрузки протекает через обмотку реле защиты (РЗ). РЗ – имеет ток срабатывания немного больше допустимого для данной схемы (исходя из допустимой мощности в нагрузке).

В случае если ток нагрузки выше допустимого уровня, РЗ притянет якорь (разомкнутся тыловые контакты между задающим генератором и ТР1). Работа инвертора прекращается. Замыкаются фронтовые контакты РЗ цепи обмотки 2 и на обмотку 2 подаётся U_аб реле стало на самоблокировку, т.е. теперь при отсутствии тока в обмотке 1 якорь будет притянут.

Для возобновления работы преобразователя необходимо устранить перегрузку и нажать кнопку (КН).

Недостатком данной схемы, как и любого двухтактного инвертора, является удвоение напряжения на переходе эмиттер и коллектор.

6.6 ППН на тиристорах

Применяется когда необходимо преобразовать большие мощности (кВт) или высокие напряжения.

Функциональная схема ППН на тиристорах:

ЗГ – задающий генератор вырабатывает импульсы прямоугольной формы.

ФИ – формирователь импульсов, преобразует импульсы прямоугольной формы в пилообразные остроконечные импульсы небольшой длительности.

Инв – инвертор на тиристорах.

При подаче на управляемые электроды тиристоров этих импульсов происходит работа тиристоров, как ключей и напряжение постоянного тока U_аб преобразовывается в импульсы прямоугольной формы U_вых.

ПЗУ – пускозащитное устройство.

Рассмотрим тиристор и его характеристики

В обратном направлении ВАХ тиристора как у вентиля. В прямом направлении сопротивление в начале очень велико, пока напряжение не достигнет величины U_перек после чего сопротивление тиристора становится очень малым (как у обычного вентиля). Если ток управления увеличится, то напряжение переключения уменьшается. При большом токе управления характеристика тиристора превращается в ВАХ обычного вентиля.

Для того чтобы тиристор был закрыт надо уменьшить ток, что обычно достигается включением напряжения в обратном направлении.

Схема инвертора

ФИ имеет 2 выхода каждый для своего тиристора, на выходе импульсы небольшой длительности со сдвигом . При запуске инвертора на обмотку II реле защиты РЗподаётся одиночный импульс (Пуск) и РЗ притянет свой якорь при этом замкнуты фронтовые контакты РЗ в цепи питания инвертора и напряжение U_аб подаётся на тиристоры.

Тиристоры будут закрыты т.к. напряжение переключает их больше чем U_аб когда I_у = 0. Одновременно начинает работать ЗГ и ФИ и образуются импульсы управления.

Предположим, что первый импульс поступает на электрод Т₁, амплитуда импульса такова, что тиристор переходит в открытое состояние, тогда от АБ протекает ток. При этом на выходе импульсы одной полярности. При протекании тока по обмотке W₁ (в сердечнике создаётся магнитный поток), который вызовет напряжение в обмотке W₂.

Рассмотрим, какая полярность напряжения будет на обмотках W₁ и W₂ и какая будет амплитуда.

На крайних зажимах СТ напряжение равно сумме напряжение на обмотку W₁ и W₂ и равно 2U_аб.

Это напряжение прикладывается к конденсатору С и он заряжается до величины 2U_аб.

Обозначим полярности конденсатора 2U_аб.

Затем приходит импульс U_фи2 на управляющие электроды тиристора Т₂, и тиристор Т₂ откроется. Конденсатор С начинает разряжаться, причём ток разряда I_с направлен в прямом направлении через Т₂ и обратном через Т₁, т.к. через Т₁ в прямом направлении ток протекает под действием U_аб, а в обратном под действием 2U_аб, следовательно, Т₁ закроется.

Ток протекает через действующие U_аб, W₂ и Т₂ и выходе образуется импульс противоположной полярности, одновременно изменяется полярность на всех обмотках трансформатора. Конденсатору С прикладывается 2U_аб противоположной полярности, и он перезаряжается. Следующий импульс управления приходит на Т₁ и он откроется. Конденсатор начинает разряжаться, причём ток разряда через Т₁ протекает в прямом направлении, а через Т₂ в обратном и Т₂ закроется.

Напряжение U_вых кроме питательного напряжения подаётся на выпрямительный мост В₁ – В₄ и с выхода с моста выпрямляется напряжение, поданное на обмотку I РЗ, под действием этого напряжения протекает ток, и якорь РЗ будет оставаться всё время притянут пока работает инвертор. Если работа инвертора прекратится, то РЗ якорь свой отпустит, будет разорвана цепь U_аб (снято напряжение с инвертора).

Этим будет предотвращен выход из строя тиристора или трансформатора, т.к. через них протекает установившийся постоянный ток, для которого сопротивление тиристора и трансформатора очень мало.