74 Стабилизированные транзисторные преобразователи.— М.: Энергоатомиздат, 1986. — 376 с.: ил.
Рассмотрены схемотехнические решения, теория и расчет транзисторных стабилизированных преобразователей различного вида, используемых в качестве вторичных источников электропитания промышленных установок и транспортных средств. Наибольшее внимание уделено вопросам построения силового контура преобразователей постоянного напряжения и инверторов, как однофазных, так и трехфазных.
Для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой систем электропитания электронной аппаратуры.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Первые транзисторные преобразователи разработаны более 30 лет назад. За прошедший период вопросы построения транзисторных преобразователей и входящих в них элементов как в теоретическом, так и практическом плане проработаны достаточно глубоко. Изданные книги по транзисторным преобразователям, в том числе и книга автора [П.1], относились в основном к относительно маломощным преобразователям на германиевых транзисторах.
В настоящее время транзисторные преобразователи электроэнергии занимают в науке и технике раздел, не меньший по объему и значимости, чем тиристорные преобразователи. Это произошло благодаря разработке и освоению промышленностью в последние 10 лет быстродействующих кремниевых транзисторов на токи и напряжения в несколько сотен ампер и вольт соответственно. Вторжение транзисторов в область силовой преобразовательной техники, где традиционно использовались тиристоры, вызвало необходимость разработки новых схем силового контура преобразователей в силу специфичных свойств транзисторов, в частности их полной управляемости и повышенной скорости переключения. Такие схемотехнические решения, опубликованные в последние годы, проанализированы и систематизированы в данной книге.
Современные тенденции микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры, в том числе входящих в них блоков вторичного электропитания, требуют повышения частоты преобразования, что вызывает необходимость использования новых схемотехнических решений силовых контуров транзисторных преобразователей. Анализ этих решений и их систематизация также проведены в данной книге.
Основное внимание уделено транзисторным преобразователям с выходом как на переменном, так и на постоянном токе со стабильным по уровню и частоте выходным напряжением. Однако с известными коррективами материал книги может быть использован для преобразователей, в которых выходное напряжение изменяется по заданному закону, например в системах электропривода.
Вопросы, касающиеся характеристик и расчета параметров основных элементов силового контура (транзисторов,диодов, конденсаторов, трансформаторе и дросселей), в книге изложены кратко (в основном в обзорном виде) в связи с изданием в последние годы ряда монографий, где эти вопросы изложены подробно.
Вопросы выполнения схем управления преобразователей в книге рассмотрены очень кратко в связи с тем, что интенсивное развитие микроэлектронной схемотехники, в основном цифровой, позволяет решать логическо-информационные задачи схем управления путем использования малого числа интегральных микросхем с большой и сверхбольшой степенями интеграции вплоть до однокристальной микро-ЭВМ. Разработанные в последние годы и непрерывно совершенствующиеся полевые (МДП) транзисторы могут управляться непосредственно от логических микросхем с низким уровнем выходного тока (единицы миллиампер) и напряжения (единицы вольт) без каких-либо промежуточных усилителей и трансформаторов, что резко упрощает задачи построения блоков управления. Применение элементов микроэлектроники в схемах управления преобразователей рассмотрено в специальных работах [П.2, П.З].
Книга состоит из девяти глав, в шести из которых (2, 3, 5, 6, 8 и 9-й) рассматриваются инверторы, преимущественно с синусоидальной формой выходного напряжения, в двух (4-й и 7-й) — преобразователи постоянного напряжения, а в одной (i-й)—общие вопросы построения преобразователей.
Автор выражает благодарность канд. техн. наук В. Г. Еременко за ценные замечания, сделанные им при рецензировании книги, и канд. техн. наук. Г. М. Веденееву за тщательное и высокопрофессиональное редактирование рукописи, несомненно способствующее ее совершенствованию.
Автор благодарит также всех товарищей по работе, принимавших участие в разработке преобразователей, которые рассмотрены в книге, и в первую очередь Н. Н. Лаптева, И. А. Войтовича, В. А. Цишевского.
Автор
ОГЛАВЛ EH HE
Предисловие................ . 3
Глава первая. Общие сведения о преобразователях и их элементах . 5
1.1. Назначение и разновидности преобразователей электрической энергии................. 5
1.2. Принципы построения полупроводниковых преобразователей . . 10
1.3. Типовые схемы преобразователей постоянного напряжения . . 12
1.4. Типовые схемы инверторов........... 15
1.5. Особенности применения основных элементов . . , . . • . . 21
1.5.1. Полупроводниковые элементы........ 21
1.5.2. Конденсаторы.............. 26
1.5.3. Трансформаторы........... . 30
1.5.4. Дроссели без постоянной составляющей тока обмотки . . 35
1.5.5. Дроссели с постоянной составляющей тока обмотки , . 36
Глава вторая. Формирование и стабилизация выходного напряжения
инверторов ................ 38
2.1. Методы формирования выходного напряжения инверторов . . 38
2.1.1. Требования к выходному напряжению и критерии его качества .............% . . 38
2.1.2. Классификация методов формирования выходного напряжения............... 40
2.1.3. Одноуровневые формы выходного напряжения .... 45
2.1.4. Многоуровневые формы выходного напряжения..... 52
2.2. Методы изменения формы выходного напряжения для стабилизации его значения............. 56
2.2.1. Классификация методов изменения формы выходного напряжения ..............._ 56
2.2.2. Метод изменения глубины модуляции...... 58
2.2.3. Метод дополнительной многократной широтно-импульсной модуляции............: . 61
2.2.4. Метод геометрического суммирования напряжений . . . 67
2.3. Фильтры для формирования синусоидального напряжения . . 68
2.3.1. Виды фильтров и их фильтрующие способности ... 68
2.3.2. Энергетические и массогабаритные показатели фильтров , 75
Глава третья. Однофазные однокаскадные инверторы .... 81
.3.1. Нерегулируемые инверторы........... 81
3.1.1. Основные схемы........... 81
3.1.2. Расчетные соотношения . ;........ 84
3.1.3. Сопоставление схем........... 92
372
3.2. Регулируемые инверторы с широтно-импульсной модуляцией . , 93
.3.2.1. Основные схемы............ 93
3.2.2. Расчетные соотношения........ . 95
3.2.3. Особенности вариантов схем......... 106
3.3. Регулируемые инверторы с амплитудно-широтно-импульсной. модуляцией ................ 107
Глава четвертая. Преобразователи постоянного напряжения . . 113
4.1. Общие вопросы.............. 113
4.1.1. Классификация............. 113
4.1.2. Основы расчета............ 116
4.2. Однотактные преобразователи с гальванически связанными входом
и выходом (тип 1C)............ 121
4.2.1. Основные схемы............• 121
4.2.2. Схемы с двухобмоточным дросселем....... 125
4.2.3. Комбинированные схемы.......... 128
4.3. Однотактные преобразователи с трансформаторным разделением цепей (тип IP).............. 131
4.3.1. Преобразователи с промежуточным трансформатором . . 131
4.3.2. Преобразователи с входным трансформатором . . . . 134
4.3.3. Преобразователи с выходным трансформатором . . . . 140
4.4. Двухтактные преобразователи с трансформаторным разделением цепей (типа 2Р)............. 147
4.4.1. Простейшие схемы . . . ........ 147
4.4.2. Преобразователи комбинированного типа с дросселем в первичной цепи............. 150
4.4.3. Преобразователи с дросселем переменного тока . . . 158
4.5. Двухтактные преобразователи с гальванически связанным входом
и выходом (тип 2С)............ 163
4.5.1. Основные схемы . .........- 163
4.5.2. Расчетные соотношения, используемые в регулируемых преобразователях.........• . . . . 170
4.5.3. Особые схемы ............ 177
Глава пятая. Однофазные многокаскадные инверторы .... 182
5.1. Назначение и классификация.......... 182
5.2. Инверторы с входным необратимым преобразователем постоянного напряжения.............. 183
5.3. Инверторы с входным обратимым преобразователем постоянного напряжения............... 188
5.3.1. Основные схемы............ 188
5.3.2. Расчетные соотношения.......... 191
5.3.3. Сравнение вариантов схем......... 194
5.4. Инверторы с выходным преобразователем частоты . . . . 195
5.4.1. Основные схемы............ 195
5.4.2. Расчетные соотношения.......... 200
5.4.3. Сравнение вариантов схем......... 201
Глава шестая. Преобразователи с переключением обмоток силового
трансформатора............... 202
61. Назначение и классификация ......... 202
6.2. Преобразователи с переключением секций первичной обмотки выходного трансформатора........... 204
373
6.2.1. Основные схемы............ 204
6.2.2. Расчетные соотношения, используемые для формирования ступенчатого выходного напряжения...... 206
6.2.3. Расчетные соотношения, используемые для формирования и стабилизации прямоугольного выходного напряжения . . 208
6.3. Преобразователи с переключением секций вторичной обмотки выходного трансформатора.......... 214
6.3.1. Основные схемы........... 214
6.3.2. Расчетные соотношения, используемые для формирования ступенчатого выходного напряжения...... 217
6.3.3. Расчетные соотношения, используемые для формирования и стабилизации прямоугольного выходного напряжения . . 218
6.4. Преобразователи с переключением секций обмоток промежуточного трансформатора повышенной частоты....... 220
6.4.1. Основные схемы........... 220
6.4.2. Расчетные соотношения.......... 227
Глава седьмая. Многоячейковые преобразователи постоянного напряжения.................. 229
7.1. Назначение и классификация.......... 229
7.2. Преобразователи модульной (матричной) структуры . ' . . . 230
7.3. Многотактные преобразователи.......... 233
7.4. Преобразователи с трансформаторным делителем напряжения . 239
7.5. Преобразователи с суммированием выходных напряжений . . 245
7.6. Преобразователи с делением входного напряжения с помощью ячеек с трансформаторами........... 256
7.7. Преобразователи с конденсаторными делителями входного напряжения .............., 261
Глава восьмая. Многоячейковые инверторы...... . 265
8.1. Назначение и классификация.......... 265
8.2. Инверторы с суммированием выходных напряжений . . i . 267
8.2.1. Суммирование одинаковых по форме и частоте напряжений 267
8.2.2. Суммирование одинаковых по частоте и разных по длительности импульсов напряжений........ 271
8.2.3. Суммирование периодических напряжений основной и кратной ей частот............. 276
8.2.4. Суммирование разных по длительности и частоте напряжений .............. 280
8.2.5. Суммирование напряжений, воспроизводящих функции Уолша 283
8.2.6. Варианты выполнения силового контура суммирования . . 285
8.3. Инверторы с промежуточным звеном повышенной частоты . . 288
8.3.1. Инверторы с полным преобразованием на повышенной частоте ............... 288
8.3.2. Инверторы с частичным преобразованием на повышенной частоте............... 290
8.3.3. Инверторы с суммированием двух напряжений повышенной,
но разной частоты (с выделением напряжения «биений») 292
8.4. Инверторы с делением входного напряжения...... 293
8.4.1. Инверторы с автотрансформаторными делителями напряжения ................ 293
8.4.2. Инверторы с конденсаторными делителями напряжения . 300
8.4.3. Инверторы с переключением секций источника питания . . 305
8.4.4. Инверторы с комбинацией принципов деления и суммирования напряжения............ 312
374
Глава девятая. Трехфазные инверторы........ 3I
9.1. Составные трехфазные инверторы......... 314
9.1.1. Трехфазные инверторы, состоящие из трех однофазных . . 314
9.1.2. Трехфазные инверторы, состоящие из двух однофазных . 319
9.2. Элементарные трехфазные инверторы........ 321
9.2.1. Мостовой трехфазный инвертор........ ^21
9.2.2. Трехфазный кольцевой инвертор......• ^5
9.2.3. Трехфазные инверторы с уменьшенным числом транзисторов A2I
9.3. Трехфазные инверторы с улучшенной формой выходного напряжения................. 3^
9.3.1. Инверторы, в фазном напряжении которых отсутствуют третья и кратные ей гармоники........ .329
9.3.2. Инверторы с трансформаторным выходом и многоступенчатой аппроксимирующей синусоиду формой линейных и фазных напряжений............ 334
9.3.3. Инверторы с бестрансформаторным выходом и многоступенчатой аппроксимирующей синусоиду формой выходных напряжений .............. 347
9.3.4. Регулирование выходного напряжения..... 359-
9.4. Трехфазные инверторы с промежуточным звеном повышенной частоты................. 363
ОС1?
Список литературы ............... ои/
Цена: 150руб.
