7.Особенности лабораторной установки
Лабораторная установка (рис.8.2) питается от сети переменного тока 220 В. Включение установки осуществляется с помощью выключателя SА1, расположенном в левой нижней части лицевой панели макета. Внутри лабораторной установки имеется выпрямитель с фильтром, которые обеспечивают макет при питании от сети первичным выпрямительным напряжением, измеряемым вольтметром PU1 и первичным выпрямленным током, измеряемым амперметром PA1, которые расположены в левой верхней части лицевой панели макета.
Выходной ток преобразователя (ток нагрузки) плавно меняется резистивным потенциометром Rн, ручка которого расположена в правой части лицевой панели макета. Выходное напряжение преобразователя и ток нагрузки измеряются соответственно вольтметром PV2 и амперметром PA1, расположенным в правой верхней части макета.
Для выбора схемы исследуемого преобразователя: схема 1 - с усилителем мощности, схема 2 - с самовозбуждением, используется ключ SA2, расположенным в нижнем правом углу лицевой панели макета.
Назначение гнёзд на лицевой панели макета:
Х1-Х2 - наблюдение осциллограммы базового тока преобразователя с усилителем мощности.
Х3-Х4 - наблюдение осциллограммы коллекторного тока преобразователя с усилителем мощности.
Х5-Х6 - наблюдение осциллограммы выходного переменного напряжения преобразователя с усилителем мощности.
Х7-Х8 - наблюдение осциллограммы коллекторного тока преобразователя с самовозбуждением.
Х9-Х10 - наблюдение осциллограммы базового тока преобразователя с самовозбуждением.
Х11-Х12 - наблюдение осциллограммы выходного переменного напряжения преобразователя с самовозбуждением.
8. Приложения
8.1 Процессы функционирования в двухтактном преобразователе с самовозбуждением
Преобразователь (рис.8.3) содержит трансформатор ТU1, магнитопровод которого выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, и два транзистора VT1, VT2, работающих в ключевом режиме.
При включении преобразователя через резистор Rб и обмотки обратной связи W3, W4 протекают базовые токи транзисторов, достаточные для надежного запуска преобразователя. Из-за неидентичности параметров транзисторов их коллекторные токи окажутся различными, а следовательно результирующая намагничивающая сила в обмотках трансформатора не будет равна нулю.
В магнитопроводе трансформатора создается магнитный поток, который индуктирует в обмотках обратной связи Э.Д.С. такой полярности, что развивается лавинообразный процесс, приводящий к насыщению транзистора с большим начальным коллекторным током (например, VT1) и запиранию транзистора с меньшим коллекторным током (VT2). В результате этого лавинообразного процесса коллекторная полуобмотка трансформатора (с числом витков W1) окажется подключенной через транзистор VT1 к напряжению источника питания U1, вследствие чего начнется линейное изменение потока в магнитопроводе трансформатора со скоростью, равной
При включении преобразователя рабочая точка трансформатора из-за вышеописанного лавинообразного процесса очень быстро переходит в положение 2 и начинается медленный процесс перемагничивания магнитопровода трансформатора.
Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора нарастает от значения -Фs до + Фs, рабочая точка трансформатора перемагничивается по кривой намагничивания из положения 2 в положение 3.
На
этом интервале намагничивающий ток
трансформатора iμ
и коллекторный ток транзистора VT1
ik1=
iμ
+ iн'
(где iн'=
iнW2/W1-
приведенный ток нагрузки)
изменяется с малой скоростью. Это
объясняется тем, что характеристика
намагничивания трансформатора близка
к прямоугольной. В точке 3 магнитопровод
трансформатора
начинает насыщаться, индуктивность
трансформатора резко уменьшается, что
приведет к резкому увеличению скорости
нарастания токов
и iк1.
При этом коллекторный ток iк1 транзистора VT1 возрастает до значения, ограниченного током базы
,
где h21Э – коэффициент усиления транзистора по схеме с общим эмиттером, и транзистор VT1 выходит из области насыщения в активную область.
Напряжение
на транзисторе VT1
увеличивается, а на всех обмотках
транзсформатора уменьшается. Коллекторный
ток ik1
и
намагничивающий ток
начинают
уменьшаться, что приводит к уменьшению
магнитного потока и к изменению знака
производной dФ/dt.
При этом полярность ЭДС на всех обмотках
трансформатора изменяется на обратную.
Изменение полярности ЭДС на обмотках обратной связи приводит к отпиранию транзистора VT2 и запиранию VT1. Вновь возникает лавинообразный процесс, в результате которого транзистор VT1 оказывается в режиме отсечки, а VT2 – в режиме насыщения.
На втором полупериоде магнитный поток в трансформаторе уменьшается от +Фs до –Фs и на обмотках трансформатора индуктируется ЭДС противоположной полярности.
Для любого полупериода справедливо соотношение (1) поэтому и напряжение на вторичной обмотке трансформатора (с числом витков W2) в течение полупериода постоянно и равно
.
Это означает, что напряжения на обмотках трансформатора имеют прямоугольную форму.
Время изменения магнитного потока в трансформаторе от +Фs до –Фs определяет длительность полупериода, что позволяет определить частоту генерации f. Интегрируя (1) и учитывая, что поток достигает значения Фs за время Т/4 получаем:
C учетом падений напряжения в транзисторе Uкэнас и имея в виду, что Фs = Bs S получим
,
где S - площадь сечения магнитопровода трансформатора,
Вs - индукция насыщения.
Из-за большего выбороса коллекторного тока Iкm силовые транзисторы в данном преобразователе плохо используются по току, поэтому его применяют на мощности не более (30-50) Вт.
Достоинством преобразователя с самовозбуждением является простота и автоматическая защита его транзисторов и трансформатора от коротких замыканий.