Одноуровневые формы выходного напряжения

Однократная ШИМ. Прямоугольное выходное напряжение с одним импульсом в полупериоде (рис. 6.4,а) содержит нечетные гармоники с номером n, напряжение которых.

где U_A — амплитуда прямоугольного напряжения; г — относительная длительность импульса прямоугольного напряжения; причем.

где t_и — длительность импульса; T — период повторения импульсов.

На рис. 6.4, б показаны построенные по (6.8) с первой по седьмую нечетные гармоники и коэффициент гармоник, определяемый по (6.1). При прямоугольном напряжении без паузы на нулевом уровне (г 1) напряжение U = U_A, а напряжение UA = 4 U/р_v2.

Поэтому коэффициент.

Рисунок 6.4 Однократная ШИМ одноуровневого напряжения.

Транзисторные инверторы с самовозбуждением

Простейшими транзисторными инверторами являются инверторы с самовозбуждением, в которых функции нелинейного магнитного элемента исполняет силовой трансформатор (рис. 7.9). Во всех изображенных схемах управление мощными транзисторами (биполярными или МДП-типа) осуществляется с помощью специальных базовых обмоток, расположенных наряду с первичной и вторичными обмотками на магнитопроводе силового трансформатора Т. При этом базовые цепи мощных транзисторов с объединенными эмиттерами могут питаться либо от двух самостоятельных обмоток, либо от одной обмотки со средней точкой (рис. 7.9,а, д), либо от одной обмотки без средней точки (рис. 7.9,г). В последнем случае обратное напряжение база—эмиттер каждого из транзисторов в его закрытом состоянии ограничено сравнительно малым постоянным прямым напряжением диода, что особенно важно для мощных дрейфовых биполярных транзисторов с небольшим предельно допустимым обратным напряжением база—эмиттер. В инверторах с самовозбуждением наряду с биполярными транзисторами n-p-n-типа принципиально могут использоваться также транзисторы p-n-p-типа. В последнем случае полярность питающего напряжения для всех схем, показанных на рис. 7.9, и полярности включения всех диодов следует изменить на противоположные.

Временные диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие работу однофазных транзисторных инверторов с выходным напряжением прямоугольной формы (см. рис. 7.9) на нагрузку активного характера, изображены на рис. 7.10,а; на нагрузку индуктивного характера — на рис. 7.10,б. Отметим, что приведенные на рис. 7.10 временные диаграммы будут в равной степени характерны и для всех других типов однофазных высокочастотных транзисторных инверторов с выходным напряжением прямоугольной формы вне зависимости от типов используемых в них транзисторов и способа управления ими. Поскольку принцип действия всех схем, изображенных на рис. 7.10, а—д одинаков, ограничимся рассмотрением работы простейшей схемы, приведенной на рис. 7.9,а.

Пусть в произвольно выбранный момент t1 (рис. 7.10,а) транзистор VT1 открыт и насыщен, а транзистор VT2 полностью закрыт и находится в режиме отсечки. Исходное состояние схемы поддерживается соответствующими полярностями напряжений на базовых обмотках трансформатора (показаны на рис. 7.9, а без скобок) и переходах база—эмиттер силовых транзисторов. Данное состояние схемы инвертора сохранится до тех пор, пока не произойдет кратковременное насыщение силового трансформатора, в результате коллекторный ток открытого транзистора резко возрастает, стремясь в пределе к току короткого замыкания источника питания. Открытый транзистор выйдет из режима насыщения, после чего под действием ПОС состояние схемы изменится на противоположное исходному—транзистор VT1 закроется, а транзистор VT2 откроется и перейдет в режим насыщения. При этом полярности напряжений на обмотках силового трансформатора будут соответствовать показанным на рис. 7.9,а в скобках. При следующем насыщении силового трансформатора схема инвертора возвратится в исходное состояние и т. д. Для активной нагрузки напряжения на первичной (u1) и вторичной (uн=uвых) обмотках поддерживаются в течение каждого рабочего полупериода постоянными, а ток через открытый транзистор во времени постоянен (Iк нас) и равен приведенному току нагрузки инвертора:

Рисунок 7.9 Основные схемы однофазных транзисторных инверторов с самовозбуждением (а, б, в, г, д).

Рисунок 7.10 Временные диаграммы, иллюстрирующие работу однофазных транзисторных инверторов.

где w1, w2— числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора (для обмоток с выводом нулевой точки под w1 и w2 следует понимать числа витков соответствующих полуобмоток); Uп—напряжение питания инвертора; Рн—сопротивление его нагрузки.

Для индуктивно-активной нагрузки токи коллектора открытого транзистора и нагрузки в течение каждого рабочего полупериода не остаются неизменными во времени, а увеличиваются к концу полупериода, достигая своих максимальных значений непосредственно перед очередной коммутацией мощных транзисторов. При этом максимальный ток нагрузки.

максимальный коллекторный ток открытого транзистора.

эффективный ток нагрузки.