1.4. Однофазный инвертор напряжения с выводом нулевой точки первичной обмотки трансформатора
Схема однофазного инвертора напряжения с выводом нулевой точки первичной обмотки трансформатора приведена на рис. 3. Эта схема, как и две ранее рассмотренные, содержит два транзистора и два диода обратного тока. Для пояснения работы этой схемы воспользуемся временными диаграммами, приведенными на рис. 5. При подаче импульса управления на транзистор VT1, транзистор открывается и по цепи (+Ud)→(первая полуобмотка первичной обмотки трансформатора) →VT1 →(- Ud) начинает проходить ток. На вторичной обмотке трансформатора формируется положительная полуволна выходного напряжения. При подаче импульса управления на транзистор VT2, транзистор открывается и по цепи (+Ud)→( вторая полуобмотка первичной обмотки трансформатора) →VT2 →(-Ud) начинает проходить ток. На вторичной обмотке трансформатора формируется отрицательная полуволна выходного напряжения. Регулируя длительность каждой полуволны кривой выходного напряжения, можно регулировать действующее значение этого напряжения. Наличие промежуточного трансформатора позволяет наилучшим способом согласовать по величине напряжение источника питания (Ud) и напряжение нагрузки (Uнг).
Рассмотрим методику расчета однофазного инвертора напряжения с выводом нулевой точки первичной обмотки трансформатора.
Исходные данные, необходимые для расчета:
Напряжение нагрузки, UнгN = 220 В;
Ток нагрузки , I нгN =1 A;
Напряжение входной сети , UвхN = 12 В;
Допустимое отклонение напряжения входной сети ±ΔUвх = 10,0%;
Частота выходного напряжения, f=50Гц.
Учитывая, что напряжение источника питания 12В инвертор напряжения целесообразно выполнить по схеме с выводом нулевой точки первичной обмотки трансформатора. Поскольку ток, потребляемый инвертором из источника питания в этой схеме,· проходит только через один транзистор, потери мощности на транзисторах будут в два раза меньше, по сравнению с мостовой схеме инвертора, что будет способствовать увеличению коэффициента полезного действия (КПД) инвертора.
Расчет параметров трансформатора
Для определения коэффициента трансформации трансформатора, kтр, зададимся максимальным коэффициентом скважности γmax = 0,9 .
Это значение γ будет при минимальном входном напряжении, Uвх.min:
Uвх.min = Uвх N (1- ΔUвх % /100 ) = 12(1-0,1) = 10,8В
и номинальном токе нагрузки Iнг = 1А.
Определим требуемую величину коэффициента трансформации трансформатора, kтр=W1/W2:
kтр = (Uвх min - ΔUкэ.нас)γmax /[UнгN + (ΔUтр)γmax], (16)
где ΔUтр - падение напряжения на обмотках трансформатора, приведенное к вторичной обмотке;
Можно рекомендовать задаваться величиной ΔUтр =(0,01-0,02)Uнг.N. .
Примем ΔUтр =0,01Uнг.N=0,01•220=2,2В.
ΔUкэ.нас - падение напряжения на открытом транзисторе. Зададимся величиной ΔUкэ.нас=1В.
kтр =(10,8-1)•0,9 / [220 + 2,2• 0,9] = 0,0397.
Определим амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора при номинальном значении входного напряжения, равном
Uвх N = 12 В:
U2m N =(Uвх N - ΔUкэ.нас) / kтр = (12 – 1 )/ 0,0397 =277 В.
Напомним, что напряжение U2m N – это амплитуда напряжения импульса прямоугольной формы, трансформируемое на вторичную обмотку трансформатора при включенных транзисторах схемы.
Далее определим номинальное значение коэффициента скважности γN. Действующее значение напряжения нагрузки в номинальном режиме задано заданием, Uнг.N=220В.
Откуда
Действующее значение напряжения первичной обмотки трансформатора
U1N = U2N kтр = (220+2,2)•0,0397 = 8,82 В.
Это же напряжение может быть определено через входное напряжение
Uвх N и γN :
Рассчитанные значения U1N одинаковы, что свидетельствует о точности выполненных расчетов.
Действующее значение первой гармоники напряжения вторичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода:
Определим действующие значения токов первичной и вторичной обмоток.
Действующее значение тока вторичных обмоток трансформатора задано техническим заданием, I2N:
I2N =1А.
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора, I1N :
