CC BY
35
Конструювання радіоапаратури
УДК 621.317
МАГНІТОРЕЗИСТИВНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ АКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ З ТИРИСТОРНИМ КЕРУВАННЯМ
1 2
Смолянінов В.Г. , к.т.н., доцент, Сухопара О.М. к.т.н., нач відділу
1 Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ", м. Київ, Україна
2
Об'єднання "Технічний центр Європи”, м. Київ, Україна
В магніторезистивних перетворювачах (МРП), які використовують гальваномагнітні явища в магнітних плівках, корисний сигнал визначається ефектом параметричного перетворення електромагнітного поля в провідниковому гірорезонансному середовищі, тензор питомого опору якого змінюється у відповідності до зміни намагніченості плівки під дією магнітного поля [1]. Зміну напруженості підмагніченого поля Н0 яка знаходиться в межах феромагнітного резонансу плівки, можливо здійснити електричним шляхом за допомогою схем керування МРП. Таким чином задача дослідження полягає в розробці та розрахунку нових схемотехнічних рішень для керування МРП на потужних напівпровідникових елементах.
Теоретичні викладки
В якості плівки в МРП використано залізоникелевий сплав, який електронно-променевим способом нанесений на керамічну основу. Еквівалентна схема вимірювання МРП наведена на рис.1, де власно перетворювач складається з чотирьох, подібних по формі до петлі, гілок які з’єднані у відрізки. Кожна гілка складається з двох стрічок з’єднаних послідовно мідними
провідниками які утворюють чутливий елемент [1]. При такій конфігурації перетворювач має вигляд резистивного електричного моста. В схемі також використані, баластні конденсатори С4, С5, низькочастотні фільтри R3C6, R4C1, калориметрична головка вимірювача потужності -1, вольтметр - 2 та елементи фазової корекції
R1, R2, C1, C2, C3 які підключені до фазокорегуючого ланцюга навантаженого на МРП для відповідного включення фази струму в чутливому елеме-
Рис.1
122
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№44
Конструювання радіоапаратури
нті,
Регулювання фазових співвідношень потрібно проводити в ланцюзі струму - І, рис.1, за допомогою комутатора. Схема електронного комутатора з тиристорним керуванням наведена на рис.2. Робота комутатора відбувається наступним чином. Нехай сигнали керування подані на керуючі електроди робочих тиристорів VS3 та VS6 та тиристор вузла комутації VS1. Струм в навантаженні замикається по колу:
(+)Е/2 — W2 і — Р53 — RH — VS6 —W21 — (—)U2i одночасно конденсатор
Сг вузла комутації робочих тиристорів заряджається по колу (+)[/]_ — VS1—C1 — W-l — (—)[/! з полярністю наведеною на рис.2, без дужок.
Для кола заряда конденсатора Сь спираючись на другий закон Кірхго-фа можна отримати диференційне рівняння
де С1 - ємність конденсатора, Lwl - індуктивність первинної обмотки W1 трансформатора TV 1, R1 = (_RW1 + RVsi) - активний опір кола заряда, який складається з Rw 1 - опір первинної обмотки TV 1 та Rvsl- прямий опір включеного тиристора VS 1, і1 — струм в колі заряда конденсатора СІ.
Для знаходження струму і1 визначимо зображення по Лапласу [2] з виразу (1) враховуючи, що конденсатор СІ не заряджен, у вигляді
Рис.2
Ui
V
= (Ді + + ^г)кр) - LwJ(.0)
Рішення цього рівняння відносно І (р) має вигляд
При роботі схеми вузла комутації струм повинен зменшитись до нуля
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№44
123
Конструювання радіоапаратури
до часу доки тиристор знаходиться у провідному стані, що відповідає режиму природної комутації, тому стале значення струму /(0) будемо враховувати таким, що дорівнює нулю. Тоді вираз (2) прийме вигляд
З виразу (3) знайдемо оригінал [3] та визначимо струм в колі заряду
де ь>2 = О/ік1 • СД - (RI/4L10 , а = RJ2Lwl
За умови отримання коливального процесу а < відповідно R.і « 2-,jLwl/C. Враховуючи, що активний опір кола заряду малий R1 -> 0, вираз для і 1 прийме вигляд
Напруга на первинній обмотці трансформатора 7V1 визначається виразом
Uwl = Lwl—= U1 cosait . at
Для ідеального узгоджувального трансформатора за умови, що кількість витків первинної обмотки дорівнює кількості витків кожної половини вторинних обмоток W1 = W21 = Щ,2 = Щ,і = а величина напруги живлення U1 » U2, визначимо час t0, на протязі якого відбувається швидкісне включення навантаження Дн, рис.2.
Запишемо рівняння для струму навантаження
І2-/н = 0 , (4)
де /н = U2/Ru значення сталого струму в навантаженні під дією напруги U2,i2 - струм в навантаженні в режимі швидкісного включення
де Дн - активний опір навантаження, Lw2, Lw3 - індуктивність вторинних обмоток TV1.
Рішення рівняння (4) відносно t0 має вигляд
Для зміни фази струму в навантаженні Дн сигнали керування додаються на керуючі електроди робочих тиристорів VS4 та VSS та тиристор вузла
124
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№44
Конструювання радіоапаратури
комутації VS2, в цей же час тиристор VS1 зачинений потенціалом (полярність без дужок) на рис.2, зарядженого конденсатора С1
При включені тиристора VS2, відбувається перезаряд конденсатора С1 на рис.2, по колу С1 — VS2 — W1— Cv Напруга яка наведена в обмотці W1, трансформується у вторинні обмотці Uw2 = Uw2 = 2U1coscx)t та крізь відкриті тиристори VS4 та VS5 додається у зворотній полярності до тиристорів та VS6 які запираються. Для відновлення запираючих властивостей робочого тиристора до нього на деякий час, що дорівнює t ВИкл-, додається негативна напруга. За умови рівняння напруг, що наводяться на вторинних обмотках трансформатора TV 1, напрузі U2f отримаємо
Максимальний струм в колі заряду конденсатора С1 пов’язан зі сталим стру-мом в колі навантаження відомим співвідношенням [3]
UiJCjL^l = Кп' ІИ , (6)
де Кп= (1,5...2) - коефіцієнт пропорційності. При спільному вирішенні рівнянь (5) та (6) можливо знайти значення ємності індуктивності Lwl
: = ^вїдн; ДО £бїдн - мінімально необхідний час для від-
враховуючи, що tBliKn
новлення запірних властивостей тиристора. Після відповідних перетворень отримаємо
Lwi —
K„-h
(U2/U„ Д
ь _ arccos
Розроблена схема вузла тиристорного керування для зміни фази струму в навантаженні магнітнорезистивного перетворювача має високу комутаційну стійкість, яка обумовлена тим, що заряд конденсатора С1 відбувається від джерела підвищеної напруги гальванічно розв’язаного від джерела напруги живлення U2, що дозволяє змінювати його величину в широких межах без втрати працездатності схеми в цілому.
Література
1. Вунтесмері Вал.С., Смолянінов В.Г., Витяганець А.І Засоби керування магніто-резистивним перетворювачем активної потужності // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, Радіоапаратобудування.-2009- Вип. 38.-С. 73-78.
2. Замкнутые системы преобразования электрической энергии / Под ред. В. Я. Жуйкова. -К: Техніка; Братислава: Альфа. - 1989. - 360с.
3. Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Преобразовательная техника. - К.: Вища школа. - 1978. — 424с.
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№44
125
Конструювання радіоапаратури
Смолянінов В.Г., Сухопара О.М. Магніторезистивний перетворювач активної потужності з тиристорним керуванням. Керування магніторезистивним перетворювачем (МРП) можливо здійснити електричним шляхом за рахунок зміни напруженості підмагнічуючого поля яка знаходиться в межах феромагнітного резонансу плівки, що утворює чутливий елемент МРП. Регулювання фазових співвідношень потрібно проводити в ланцюзі струму який охоплює чутливий елемент МРП. Розроблена схема тиристорного керування МРП з гальванічною розв’язкою вузла комутації, наведені аналітичні вирази для розрахунку його елементів.
Ключові слова:магнітнорезистивний перетворювач, вузол комутації, тиристор
Смолянинов В.Г., Сухопара А.Н. Магниторезистивный преобразователь активной мощности с тиристорным управлением. Управление магниторезистивным преобразователем (МРП) можно реализовать электрическим путем за счет изменения напряженности подмагничивающего поля , что находится в пределах ферромагнитного резонанса пленки, которая образует чувствительный элемент МРП. Регулировку фазовых соотношений надо производить в цепи тока, которая охватывает чувствительный элемент МРП. Разработана схема тиристорного управления МРП с гальванической развязкой узла коммутации, представлены аналитические выражения для расчета его элементов.
Ключевые слова: магниторезистивный преобразователь, узел коммутации, тиристор
Smolyaninov V.G., Suchopara A.N. The magnetoresistive transformer of active power with semiconductors of the knot operation. This management it is possible to realize a magnetoresistive transformer by an electric way due to the change of tension of the field, that is within the limits of ferromagnetic resonance of tape which forms a pickoff. Regulation of phase correlations is necessary to be produced in the chain of current, which embraces a pickoff. The management facilities are considered with galvanic outcome and power semiconductors, the calculation of the switch elementes with the help of simple analytical equations.
Key words: magnetoresistive transformer, knot operation, semiconductors, direct current
126
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№44
