Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения. Многофазные импульсные регуляторы напряжения. Принцип действия однофазного импульсного регулятора напряжения питания
ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
для питания
многоуровневых инверторов
Юрий Кумаков , соискатель степени к.т.н., Саратовский государственный технический университет
Перспективным направлением в развитии вентильных преобразователей частоты на основе автономных инверторов напряжения является применение схем с многоуровневой модуляцией выходного напряжения. Об одной из разработок в этой области – инверторах напряжения с мультиуровневой модуляцией – Юрий Александрович Кумаков уже рассказывал в нашем журнале («Новости ЭлектроТехники» № 6(36) 2005).
При разработке и внедрении многоуровневых схем возникает необходимость одновременного получения нескольких уровней постоянного напряжения для питания инвертора. В сегодняшнем материале автор рассматривает вопросы, связанные с применением для этой цели импульсных регуляторов постоянного напряжения.
В последние годы схемы вентильных преобразователей частоты на базе автономных инверторов напряжения (АИН) с многоуровневой ступенчатой модуляцией (СМ) или многоуровневой широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения получают всё более широкое распространение. С ростом числа уровней становится возможным формировать ступенчатое напряжение, которое аппроксимирует синусоидальное напряжение с точностью, определяемой числом уровней. В результате появляется возможность уменьшить потери мощности и снизить частоту ШИМ (если она применяется), а также существенно улучшить гармонический состав выходного напряжения АИН. Эти эффекты становятся более значимыми с увеличением числа уровней выходного напряжения . При разработке и внедрении многоуровневых схем появляется необходимость одновременного получения нескольких уровней постоянного напряжения для питания инвертора. В отдельных случаях этого удается достичь исключительно за счет схемных решений при использовании только одного источника питания (ИП) . В остальных случаях возникает необходимость одновременного применения нескольких ИП постоянного тока или напряжения.
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПИТАНИЯ АИН
Одним из перспективных направлений развития многоуровневых преобразователей стало использование многоячейковых структур. Каждая ячейка такой структуры состоит из однофазных мостовых преобразователей, выполненных на полностью управляемых ключах. Все ячейки соединяются последовательно на стороне переменного тока в каскады (преобразователи с такой схемой называются также каскадными). Ячейки получают питание от изолированных ИП постоянного тока, в общем случае имеющих разное напряжение .
Другим шагом стала разработка АИН с мультиуровневой модуляцией, большое число уровней выходного напряжения которых достигается за счет особого способа трансформаторного суммирования напряжений двух мостов. Однако АИН с мультиуровневой модуляцией также требуют наличия нескольких ИП. Например, АИН с 24-уровневой модуляцией требует трех, с 40-уровневой – четырех, с 60-уровневой – пяти ИП .
В некоторых случаях для этой цели можно использовать несколько двухобмоточных трансформаторов, каждый из которых соединен с неуправляемым выпрямителем. Этот способ вполне приемлем, однако стоимость подобного устройства может быть очень высокой.
Возможно и одновременное использование нескольких управляемых выпрямителей, имеющих на выходах разные уровни напряжения. Однако серьезным недостатком такого способа является импульсное потребление тока из входной сети, во многих случаях приводящее к искажению формы кривых напряжения и таким образом к ухудшению работы всех потребителей электроэнергии в той же сети.
Эту проблему часто решают путем замены группы управляемых выпрямителей на группу импульсных регуляторов постоянного напряжения (ИРПН) 1 , питающихся от одного или от нескольких неуправляемых выпрямителей, снабженных LC-фильтром. Такой способ позволяет достичь потребления практически синусоидального тока из входной сети с cos j
, близким к 1. Схемы с ИРПН имеют высокий КПД; наличие трансформаторов в них не требуется, однако по сравнению с трансформаторными ИП необходимы конденсаторы большой емкости как в самих ИРПН, так и в неуправляемом выпрямителе.
1 ИРПН также называют импульсными стабилизаторами напряжения (ИСН).
ТИПЫ ИРПН
Наиболее известными являются ИРПН трех типов:
- понижающего (U вых меньше U вх);
- повышающего (U вых больше U вх);
- инвертирующего (U вых имеет произвольную величину, но обратно U вх по знаку).
Наибольшее распространение получил ИРПН понижающего типа, в котором накопительный дроссель L одновременно является элементом сглаживающего LC-фильтра. В ИРПН повышающего и инвертирующего типов дроссель L не участвует в сглаживании пульсации выходного напряжения, которое достигается только за счет увеличения емкости конденсатора С, что приводит к увеличению массы и габаритов фильтра и устройства в целом.
Рис. 1
Схема ИРПН: а) понижающего типа,
б) повышающего типа,
в) инвертирующего типа
СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ ИРПН
Оптимальным алгоритмом управления ключом T для ИРПН любого типа является применение ШИМ, поскольку:
- обеспечиваются высокий КПД и оптимальная частота преобразования независимо от напряжения первичного источника питания Uвх и тока нагрузки;
- частота пульсации на нагрузке является неизменной, что имеет существенное значение для ряда потребителей электроэнергии;
- реализуется возможность одновременной синхронизации частот преобразования неограниченного числа ИРПН, что исключает опасность возникновения биений частот при питании нескольких ИРПН от общего первичного источника постоянного тока.
Вольтметр V и система управления (СУ) часто выполняются на аппаратной элементной базе. В таком случае эти два узла для каждого отдельного ИРПН включают в себя делитель напряжения, источник опорного напряжения, сравнивающий элемент, усилитель рассогласования, формирователь синхронизирующего напряжения (задающий генератор) и пороговое устройство, осуществляющее формирование модулированных по длительности импульсов.
Современная техника позволяет использовать в качестве СУ промышленный микроконтроллер (МК). На рынке МК можно найти кристаллы со встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и ШИМ-модуляторами. Тогда единственным элементом в цепи управления, помимо СУ, будет вольтметр V, представляющий собой делитель напряжения (или, в зависимости от возможностей выбранного кристалла, делитель напряжения и внешний АЦП).
Преимущества МК особенно очевидны, когда один МК обслуживает несколько ИРПН (что актуально в системе питания многоуровневого АИН). Тогда для каждого ИРПН независимыми элементами являются лишь делители напряжения, что приводит к снижению стоимости устройств. Плюсом МК является и возможность прямо в ходе работы гибко настраивать алгоритм управления одним или всеми ИРПН. Например, можно легко повысить или понизить частоту ШИМ в зависимости от чувствительности нагрузки к пульсациям выходного напряжения АИН.
Из-за высокой частоты нескольких ШИМ, скважность каждого импульса которых контролируется, дополнительные задачи возлагать на МК, управляющий несколькими ИРПН, нежелательно.
МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ ИРПН
Традиционно управление ИРПН осуществляется таким образом, чтобы ток через дроссель L был непрерывным. Тогда внешние и регулировочные характеристики ИРПН при непрерывном токе являются линейными. При прерывистом токе они нелинейны, а регулировочные характеристики еще и неоднозначны. Кроме того, расчеты режима прерывистого тока более сложны, чем непрерывного.
При выборе режима работы ИРПН для питания АИН необходимо учитывать, что для обеспечения режима непрерывного тока ИРПН индуктивность дросселя должна быть достаточно велика, причем её размер возрастает с уменьшением пульсаций входного тока и выходного напряжения. Однако спецификой АИН как нагрузки ИП является импульсный характер потребления тока со скачкообразным изменением от нуля до рабочего значения и наоборот, что обусловлено вентильным распределением энергии в инверторах напряжения. Накопление значительной энергии в дросселе может привести к всплескам выходного напряжения в моменты отключения вентиля и просадке напряжения в моменты его включения. Поэтому при питании АИН более оптимальным является режим прерывистого тока дросселя, для осуществления которого требуется меньшая индуктивность дросселя.
Итак, преимуществами прерывистого режима ИРПН являются: отсутствие всплесков напряжения при питании импульсной нагрузки и меньший номинал дросселя при том же значении максимального тока ИРПН, отсутствие колебаний выходного напряжения длительностью более одного-двух тактов ШИМ. Недостаток – увеличение емкости конденсатора C. Минусы, связанные с нелинейностью характеристик, при микропроцессорном управлении ИРПН большого значения не имеют.
РАСЧЕТ СХЕМ ДЛЯ РЕЖИМА ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА
Исходными (задаваемыми) параметрами ИРПН являются входное и выходное напряжения ИРПН U вх и U вых, максимальный ток I max , потребляемый нагрузкой, и предельная величина пульсаций U вых при токе I max , которую можно обозначить D
U max . При питании многоуровневого АИН значения U вх и U вых являются постоянными.
При реализации схемы ИРПН необходимо, отталкиваясь от значений этих четырех величин, рассчитать значения частоты переключения ключа T в режиме ШИМ T ШИМ, емкости конденсатора C, индуктивности дросселя L и найти оптимальный алгоритм расчета величины Q – скважности (коэффициента заполнения) импульса ШИМ, равной отношению времени открытия ключа T к длительности одного периода ШИМ. Поскольку величины T ШИМ, C и D
U max непосредственно связаны между собой, то одна из величин TШИМ и C может быть задаваемой, а значение второй должно рассчитываться по заданному параметру и величине D
U max .
РАСЧЕТ ЕМКОСТИ C И ЧАСТОТЫ T ШИМ
Из рис. 1 видно, что конденсатор C, формирующий выходное напряжение U вых и сглаживающий пульсации, обусловленные импульсным характером работы ключа, является одинаковым элементом ИРПН всех типов. Поэтому расчет емкости C или величины T ШИМ для ИРПН всех типов выполняется одинаково. При этом целесообразно отталкиваться от максимальной величины пульсаций выходного напряжения D U max в режиме прерывистого тока индуктивности. Для случая, когда задаваемой величиной является частота T ШИМ, а вычисляемой – C, емкость C можно рассчитать по формуле:
 | (1) |
Иногда размер емкости может быть искусственно увеличен, если она, помимо сглаживания пульсаций постоянного напряжения, используется для других целей. Например, выходные конденсаторы ИРПН могут использоваться также для возврата реактивной мощности нагрузки, питаемой АИН, как это сделано в мультиуровневых АИН . Существуют различные методики оценки емкости, необходимой для возврата реактивной мощности. Однако если рассчитанная по ним величина C превышает значение, полученное по формуле (1), то имеет место второй случай, когда величина C становится задаваемой. Тогда выгодно понизить частоту ШИМ до такого минимального значения, при котором пульсации выходного напряжения не превысят D U max . Это легко сделать, преобразовав формулу (1) к виду:
 | (2) |
В неуправляемом варианте (рис. 2, а) диод DR1 препятствует протеканию обратного тока через емкость, а диод DR2 направляет обратный ток в цепь источника питания. Такой вариант более прост в реализации, но имеет ряд недостатков, например, в некоторых случаях он может приводить к перенапряжениям нагрузки.
Более приемлемым является управляемый вариант (рис. 2, б). При превышении напряжением емкости C требуемого значения U вых система управления СУ с помощью управляемого ключа TR (при закрытом ключе T) производит накопление энергии в дросселе L, после чего при размыкании ключа накопленная энергия через диод DR поступает в сеть входного источника питания. Процесс повторяется с частотой, сравнимой с T ШИМ или равной ей, до тех пор, пока напряжение емкости не достигнет допустимых значений.
Рис. 2. Схемы рекуперативных ИРПН понижающего типа
а) неуправляемого,
б) управляемого
Следующим шагом при расчете схем ИРПН является получение значения индуктивности L. Из рис. 1 следует, что для ИРПН понижающего типа как ток зарядки, так и ток разрядки дросселя L протекает на землю через емкость C. Для ИРПН повышающего и инвертирующего типов ток разрядки дросселя протекает через емкость, а ток зарядки – нет. Поэтому методики расчета величины L отличаются.
ИРПН повышающего и инвертирующего типов
Рассмотрим сначала расчет индуктивности L для ИРПН повышающего и инвертирующего типов. Допустим, емкость C, заряженную в текущий момент до напряжения U C , необходимо дозарядить за один период ШИМ до требуемого напряжения U вых. Разница заданного и текущего напряжений при этом составляет dU C = U вых – U C . Тогда величины L и Q для этих типов ИРПН в режиме прерывистого тока будут связаны приближенной формулой:
| (3) |
 | (8) |
Рис. 3. Зависимости Q от dU C при разных Q 0 .
Все (dU C) 0 = 1 В; Q max = 0,9
Как отмечалось выше, статическая регулировочная характеристика при непрерывном токе дросселя является линейной; при прерывистом токе, как видно из формулы (8) и рис. 3, она нелинейная, однако управляющий МК легко может хранить её в виде таблицы (достаточно 50–100 значений). ИП с таким алгоритмом управления хорошо переносит импульсную нагрузку, не давая просадки или всплеска напряжения в начале или в конце импульсов выходного тока. На рис. 4 представлены результаты моделирования установившегося режима в ИРПН понижающего типа.
Рис. 4. Процессы в ИРПН понижающего типа в установившемся режиме.
U вх = 180 В; U вых = 60 В; ток нагрузки 6 А; T ШИМ = 100 кГц
Особенности пуска ИРПН
Приведенные выше расчеты регулировочной характеристики пригодны лишь для установившегося режима работы ИРПН. Особым случаем является пуск ИРПН, при котором напряжение U C изначально равно нулю. В этом случае применение алгоритма для любого типа ИРПН приведет к чрезмерному накоплению энергии в дросселе L, что в свою очередь вызовет значительный всплеск напряжения емкости C после достижения на ней заданного значения U вых и отключения вентиля T.
Проблема решается двумя путями. Первый состоит в том, что после включения питания управляющий МК должен ограничить максимальную скважность Q max значениями 0,2–0,3 до тех пор, пока напряжение емкости не станет приблизительно равным U вых. Но лучший способ – запретить на время зарядки C работу АИН, добившись таким образом обнуления выходного тока, при этом Q 0 (при (dU C) 0 = D
U max) на время зарядки C ограничивается значениями порядка 0,1 или менее.
На рис. 5 представлены результаты моделирования пуска ИРПН понижающего типа при отключенной нагрузке. Видно, что применение описанного алгоритма позволяет избежать сильного всплеска выходного напряжения и последующих колебаний выходного напряжения после достижения заданного значения U вых.
Процессы в реальных сетях могут отличаться от изображенных на рис. 5 в связи, например, с ограничением значения входного тока ИРПН. В последнем случае процесс зарядки емкости удлиняется.
Рис. 5. Процессы в ИРПН понижающего типа в режиме пуска без нагрузки и в момент после включения нагрузки.
U вх = 180 В; U вых = 60 В; ток нагрузки 6 А;
T ШИМ = 10–5 с; Q 0 (пусковое) = 0,08; Q 0 (рабочее) = 0,6
Выводы
1. Все типы ИРПН пригодны для питания многоуровневых АИН. Тип ИРПН для питания конкретных АИН может выбираться исходя из соотношения U вх и U вых, а также из рассчитываемых индуктивностей дросселя L для разных модификаций ИРПН.
2. При питании многоуровневых АИН оптимальным является режим прерывистого тока дросселя, поскольку ИП на базе такого ИРПН лучше приспособлен для питания импульсной нагрузки (отсутствуют всплески и просадки выходного напряжения в начале и в конце импульсов выходного тока). Кроме того, режим прерывистого тока позволяет избежать нежелательных колебаний напряжения длительностью более одного-двух тактов ШИМ.
3. Управление несколькими ИРПН одного АИН целесообразно возлагать на один управляющий МК, оснащенный нужным числом АЦП и ШИМ-модуляторов. Управляющий МК должен предусматривать специальный режим пуска ИРПН с целью предотвращения перенапряжений нагрузки.
Литература
Бурман А.П., Розанов Ю.К., Шакарян Ю.Г. Перспективы применения в ЕЭС России гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока // Электротехника. – 2004. – № 8. – С. 30–36.
2. Лазарев Г. Л. Высоковольтные преобразователи для частотно-регулируемого электропривода. Построение различных систем // Новости ЭлектроТехники. – 2005. – № 2(32).
3. Кумаков Ю.А. Инверторы напряжения со ступенчатой модуляцией и активная фильтрация высших гармоник // Новости ЭлектроТехники. – 2005. – № 6(36).
4. Кумаков Ю.А. Инвертор напряжения с мультиуровневой модуляцией: Патент РФ на полезную модель: МПК8 Н 02 М 7/48 / Автор и заявитель Кумаков Ю.А.; заявка № 2006114517/17 от 27.04.2006.
5. Импульсные стабилизаторы // Электроника и микросхемотехника [Электронный ресурс]: Интернет-учебник / Винницкий гос. тех. ун-т, институт АЭКСУ, каф. МПА; под ред. к.т.н. Ю.В. Шабатуры. – http://faksu.vstu.vinnica.ua/SiteNEV/rus/erectronic_inter/ew2/ch2-3/12_4.htm.
6. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – Ч. 2 – С. 9–31.
И ТРАНЗИСТОРНОГО ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Ключи на биполярных транзисторах составляют основу большинства импульсных и цифровых схем, с их помощью реализуются широко используемые схемы транзистор-транзисторной логики ТТЛ. Наибольшее распространение получил ключ с общим эмиттером (рис. 5.1), в котором нагрузка R К включена в цепь коллектора транзистора.
Рисунок 5.1 - Схема транзисторного ключа
В ключевом режиме транзистор находится в двух основных состояниях.
1 Состояние (режим) отсечки (ключ разомкнут). При этом через транзистор протекает минимальный ток I К = I КО » 0. Для того, чтобы транзистор находился в состоянии отсечки, необходимо сместить в обратном направлении эмиттерный переход транзистора, т.е. для транзистора n-p-n типа выполнить условие U БЭ < 0. Это достигается либо при U ВХ < 0, либо подачей на базу постоянного напряжения смещения Е СМ, которое обеспечит U Б < 0 при U ВХ = 0.
Мощность, теряемая на транзисторном ключе в режиме отсечки Р К = U К I К, очень мала ток как мал ток.
2 Состояние (режим) насыщения (ключ замкнут). В этом режиме оба перехода транзистора смещены в прямом направлении, т.е. электрическое сопротивление цепи коллектор - эмиттер очень мало (близко к нулю). Ток через транзистор в режиме насыщения определяется резистором R .К:
I КН = (Е К - U КН)/R К » Е К / R К, (5.1)
так как U КН » 0.
Режим насыщения достигается при
I Б = I БН = I КН / K I = I КН / h 21Э. (5.2)
Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы условие (5.2) выполнялось при минимальном значении статического коэффициента усиления h 21Э = h 21Э min для транзисторов данного типа. При этом входное напряжение должно удовлетворять условию
U ВХ /R 1 - Е СМ / R 2 ³ I БН g = gI КН / h 21Эmin (5.3)
где g - степень насыщения (g = 1,2...2).
Как и в режиме отсечки, в режиме насыщения мощность, теряемая на транзисторном ключе Р К = U К I К очень мала, так как мало напряжение U КЭН. Напряжение U КЭН приводится в справочниках. Для создания электронных ключей следует выбирать транзисторы с малым U КЭН << Е К.
Ключевые элементы применяются также в импульсных регуляторах напряжения, имеющих высокий КПД. Регулировать среднее значение напряжения на нагрузке можно изменением параметров импульсов. Наибольшее распространение получили широтно-импульсный способ регулирования, при котором амплитуда и период следования импульсов постоянны, а изменяется длительность импульса и паузы, а также частотно-импульсный метод, при котором постоянны амплитуда и длительность импульса, а изменяется период следования импульсов.
Импульсные регуляторы широко применяют как регуляторы и стабилизаторы напряжения, используемые для питания обмоток возбуждения электрических машин, электродвигателей постоянного тока, нагревательных элементов и других устройств и процессов, допускающих питание импульсным напряжением.
Импульсные регуляторы выполняются на тиристорах или транзисторах.
Транзисторный импульсный регулятор напряжения содержит генератор импульсов, параметры которых могут регулироваться вручную или автоматически, а на выходе генератора включен транзистор, работающий в ключевом режиме.
Отношение периода следования импульсов Т к длительности импульса t И называется скважностью Q И = Т/t И. Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения a = 1/Q И = t И /Т.
Среднее напряжение на нагрузке
U Н.СР = aЕ, (5.4)
где Е - напряжение питания выходного транзистора и последовательно включенной нагрузки.
Действующее значение напряжения
U Н..Д = ÖaЕ. (5.5)
Для активной нагрузки существенно действующее значение напряжения. Для нагрузки типа двигателя постоянного тока и нагрузки, работающей со сглаживающими фильтрами, важно среднее значение напряжения.
Если нагрузка носит индуктивный характер, то она должна шунтироваться диодом, включенным в обратном направлении. Диод защищает выходной транзистор от перенапряжений, возникающих в индуктивности при резком спаде тока в момент запирания транзистора. При этом ток в нагрузке становится непрерывным, протекая то от источника питания Е, когда ключ замкнут, то через шунтирующий диод, когда ключ разомкнут, за счет энергии, запасенной в индуктивности.
При идеальном ключе напряжение на нагрузке имеет форму прямоугольных импульсов, а ток пульсирует, изменяясь по экспоненциальной зависимости с постоянной времени t = L Н /R Н.
5.2 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка включает:
Транзистор КТ808ГМ;
Набор резисторов;
Источники регулируемого напряжения;
Импульсный регулятор напряжения с широтно-импульсной модуляцией;
Вольтметры и миллиамперметры;
Электронный осциллограф.
Автоматические регуляторы импульсного действия
Автоматическое управление широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья. Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во времени регулируемой (управляемой) величины - выходной величины управляемого объекта. Для осуществления цели управления, с учётом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта - управляющее воздействие. Оно предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемое поведение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатывается устройством управления (УУ).
Совокупность взаимодействующих управляющего устройства и управляемого объекта образует систему автоматического управления.
В современных системах автоматического управления системы автоматического регулирования являются подсистемами САУ и их применяют для регулирования различных параметров при управлении объектом или процессом.
Принцип действия всякой системы автоматического регулирования (САР) заключается в том, чтобы обнаруживать отклонения регулируемых величин, характеризующих работу объекта или протекание процесса от требуемого режима и при этом воздействовать на объект или процесс так, чтобы устранять эти отклонения.
Для осуществления автоматического регулирования к регулируемому объекту подключается автоматический регулятор, вырабатывающий управляющее воздействие на регулирующий орган. Это управляющее воздействие вырабатывается регулятором в зависимости от разности между текущим значением регулируемой величины (температуры, давления, уровня жидкости и т. д.), измеряемой датчиком, и желаемым её значением, устанавливаемым задатчиком.
Регулируемый объект и автоматический регулятор вместе образуют систему автоматического регулирования.
Основным признаком САР, является наличие главной обратной связи, по которой регулятор контролирует значение регулируемого параметра.
Рисунок 1. - Функциональная схема САР:
З - задатчик, для установки заданного значения параметра X0;
Д - датчик (термопара, терморезистор, датчик уровня, скорости и др. для разных систем);
Р - регулятор;
ИМ - исполнительный механизм (эл. мотор с редуктором, пневмоцилиндры и др.);
РО - регулирующий орган (кран, вентиль, заслонка и др.);
О - объект регулирования (печь, эл. мотор, резервуар и др.);
У - регулирующее (управляющее) воздействие;
Z - помеха (возмущение);
Х - регулируемый параметр;
X1 - сигнал на выходе датчика;
еX1X0 - ошибка, возникает при отклонении параметра от задания;
X0 - заданное значение регулируемого (управляемого) параметра может быть постоянным X0 или изменяемым (Ut).
Сигнал с задатчика может быть:
- - постоянным X0, const. для поддержания постоянства регулируемого параметра температуры, давления, уровня жидкости и т. д. (системы стабилизации);
- - может изменяться во времени U(t) по определённой программе (программное регулирование);
- - может изменяться во времени U(t) в соответствии с измеряемым внешним процессом (следящее регулирование).
Промышленностью выпускается большое количество различных автоматических регуляторов, предназначенных для регулирования режима работы котельных установок (температуры, давления, расхода, уровня, состава вещества и пр.).
Наибольшее распространение в промышленности получили стабилизирующие автоматические регуляторы непрерывного действия и релейные, реагирующие на отклонение регулируемой величины и использующие для воздействия на исполнительный механизм электрическую энергию или энергию сжатого воздуха. В современных регуляторах закон регулирования формируется, как правило, в соответствующих устройствах обратной связи, за исключением интегрального регулятора, который не имеет дополнительной обратной связи.
Регулятор импульсный - автоматический регулятор прерывистого действия, выходной сигнал (управляющее воздействие) которого имеет характер модулированной последовательности импульсов.
Необходимым элементом импульсного регулятора является импульсный элемент (модулятор), осуществляющий модуляцию выходной импульсной последовательности в соответствии с величиной сигнала ошибки. В зависимости от вида импульсной модуляции различают амплитудно-, широтно- и частотно-импульсные регуляторы.
Импульсный характер управления облегчает решение ряда технологических проблем, возникающих при разработке автоматических регуляторов, и позволяет создавать некие регулирующие устройства, обладающие существенными конструктивными и эксплуатационными преимуществами.
Одним из главных преимуществ импульсного регулятора является то, что в них с помощью простых и экономичных технических средств можно разрешить противоречие между точностью и мощностью управляющих сигналов.
При непрерывном характере управления первичный измерительный прибор (магнитоэлектрический гальванометр, логометр, гироскоп и т. п.) постоянно соединен с датчиком-преобразователем, который преобразует показания прибора в мощный сигнал, управляющий работой исполнительного механизма.
Датчик является дополнительной нагрузкой на подвижную систему прибора, снижающий точность его показаний. В импульсном регуляторе имеется возможность подключать датчик к первичному прибору лишь на время действия управляющего импульса.
На это время подвижная система измерительного прибора фиксируется в том положении, в котором она находилась перед появлением импульса, так что точность показаний прибора не ухудшается.
Существенным преимуществом регуляторов с амплитудно- и широтно-импульсной модуляцией (АИМ, ШИМ) является возможность осуществлять многоканальное регулирование.
При этом один импульсный регулятор управляет работой нескольких объектов управления ОУ1, ОУ2, ОУN за счет временного разделения каналов регулирования, осуществляемого импульсными элементами ИЭ-1, ИЭ-2,…,ИЭ-N, работающих с одинаковыми или кратными периодами повторения Т, но сдвинутых по фазе на величину?Т.
Рисунок 2. - Многоканальная импульсная САР:
а - структурная схема;
б - диаграмма работы импульсных элементов;
xi - регулируемые величины;
еi - сигналы ошибок;
ui - управляющие воздействия.
Основным преимуществом импульсных регуляторов с частотно- и широтно-импульсной модуляцией (ЧИМ и ШИМ) является сочетание высокого качества регулирования с конструктивной простотой и надежностью, характерными для релейных систем. Высокое качество регулирования обеспечивается здесь линеаризующим действием ЧИМ или ШИМ, благодаря которому динамические характеристики импульсного регулятора приближаются к характеристикам линейных регуляторов.
В то же время релейный характер выходного сигнала таких регуляторов позволяет применять простые и надежные исполнительные механизмы с релейным управлением: асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, гидравлические или электропневматические приводы, соленоидные клапаны, шаговые двигатели и т. п.
В качестве примера на рисунке 3 изображена блок-схема простейшего частотно-импульсного регулятора. Сигнал ошибки e(t), усиленный усилителем напряжения (УН), поступает на интегрирующий RC-фильтр. Сигнал после фильтра, усиленный усилителем мощности (УМ), подается на реле РУ, управляющее работой исполнительного механизма (ИМ) и реле времени (РВ). РВ, срабатывая с небольшой временной задержкой?t, разряжает конденсатор С.
Это приводит к возврату РУ и остановке ИМ. В результате на выходе РУ появляются прямоугольные импульсы с постоянной длительностью?t и с частотой, приблизительно пропорциональной сигналу ошибки e(t). По динамическим свойствам такой импульсный регулятор близок к простейшему линейному астатическому регулятору, а по конструктивной простоте и надежности - к трехпозиционному релейному регулятору.
Рисунок 3. - Блок-схема частотно-импульсного модулятора:
Импульсный способ передачи информации обладает повышенной помехозащищенностью. Поэтому импульсные регуляторы применяют в системах автоматического управления, содержащих проводные или радиотехнические каналы связи. Примерами таких систем являются радиолокационные станции сопровождения, системы телеуправления промышленными объектами и т. п.
В электроэнергетике большое распространение получили регуляторы напряжения, частоты и активной мощности с ШИМ и ЧИМ. В СССР выпускался большой ассортимент устройств для одно- и многоканального импульсного и цифрового регулирования типа МИР-63, пневматические обегающие устройства типов УМО-8 и УМО-16, предназначенные для 8- и 16-канального импульсного регулирования и выпускающиеся в составе системы «СТАРТ», машины для централизованного контроля и многоканального цифрового регулирования типов «ЭЛРУ», «Зенит», «Цикл-2», «АМУР», «МАРС-200Р» и др.
Импульсные регуляторы вместе со специальными логико-вычислительными устройствами позволяют создавать системы экстремального регулирования, предназначенные для автоматического подержания максимального (минимального) значения регулируемой величины. Примерами экстремальных импульсных регуляторов являются частотно-импульсный экстремальный регулятор «ЭРА-1» и экстремальные пневматические регуляторы серии АРС (система «СТАРТ»).
Заключение
Совершенствование технологии и повышение производительности труда во всех отраслях народного хозяйства относятся к важнейшим задачам технического прогресса нашего общества. Решение этих задач возможно лишь при широком внедрении систем автоматического регулирования и управления как отдельными объектами, так и производством, отраслью и всем народным хозяйством в целом.
Научно-техническая революция, вызванная созданием цифровых вычислительных машин, сказалась на развитии многих отраслей науки и техники. Особо сильному влиянию подверглись теория и практика автоматического регулирования и управления объектами и совокупностями объектов как в гражданской, так и в военной технике.
Применение цифровой вычислительной техники открывает большие возможности при управлении такими сложными устройствами и системами, как прокатные станы, домны, бумагоделательные машины, поточные линии, подвижные объекты (самолеты, ракеты, космические корабли и др.), автоматизированные системы управления производством, железнодорожным транспортом, воздушным движением и т. п.
Список использованных источников
- 1. Шандров, Б.В. Технические средства автоматизации Текст: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б.В. Шандров, А.Д. Чудаков. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 368 с. - ISBN: 978-5-7695-3624-3.
- 2. Ткачук, Ю.Н. Технические средства автоматизации полиграфического производства Текст: учеб. пособие / Ю.Н. Ткачук, Ю.В. Щербина. - Моск. гос. ун-т печати. - М.: МГУП - 2010. - 230 с. - ISBN 978-5-8122-1114-1.
- 3. Клюев, А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие / А.С. Клюев, А.Т. Лебедев, С.А. Клюев, А.Г. Товарное, под ред. А.С. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Альянс, 2009. - 368 с: ил. - ISBN: 5-903034-84-5 978-5-903034-84-0.
- 4. Каганов, В.И. Компьютерный анализ импульсной системы автоматического регулирования / В.И. Каганов, С.В. Терещенко // Вестник Воронежского института МВД России. - 2011. - №2. - С. 6-12. - ISSN 2071-3584. датчик импульсный модулятор
- 5. Пурро В. Автоматизация процессов.
Транскрипт
1 95 Лекция 0 ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План. Введение. Понижающие импульсные регуляторы 3. Повышающие импульсные регуляторы 4. Инвертирующий импульсный регулятор 5. Потери и КПД импульсных регуляторов 6. Выводы. Введение Источники вторичного электропитания, построенные по традиционной схеме (трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор) просты в исполнении, имеют низкий уровень электромагнитного излучения. Однако они рассеивают значительную мощность, имеют большие массу и габариты. Большие габариты таких источников обусловлены тем, что питающее напряжение имеет низкую частоту 50 Гц. Это приводит к необходимости применения трансформаторов с большим сечением магнитопровода и использованию конденсаторов большой емкости в сглаживающих фильтрах. Эти недостатки характерны и для линейных стабилизаторов, рассмотренных в ходе предыдущей лекции. В частности, коэффициент полезного действия таких стабилизаторов часто не превышает 50%. Малые значения КПД линейных стабилизаторов обусловлены в первую очередь тем, что мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе, оказывается достаточно большой, особенно при стабилизации малых напряжений. Значительно больший КПД обеспечивают схемы, в которых регулирующим элементом является коммутатор (ключ), который с определенным периодом повторения Т переключается из замкнутого состояния в разомкнутое и обратно. В качестве коммутаторов используют биполярные или МОП-транзисторы. Отношение времени открытого (замкнутого) состояния ключа к периоду повторения Т может регулироваться. Меняя это отношение, мы можем в широких пределах регулировать среднее значение напряжения на нагрузке. Такой способ регулирования называют широтно-импульсным (широтно-импульсная модуляция ШИМ). Последовательно с коммутатором включается фильтр нижних частот, сглаживающий пульсации выходного напряжения до допустимой величины. Такие схемы называют импульсными регуляторами.
2 96 Основными компонентами импульсных источников питания являются дроссели, конденсаторы, управляемые ключи и трансформаторы. Все перечисленные компоненты имеют малые потери, в идеале равные нулю. Если сопротивление ключа в замкнутом состоянии мало, то КПД импульсного источника может достигать 90% и более. Потери энергии в транзисторе, используемом в качестве коммутатора, происходят в основном на интервале переключения и определяются длительностью этого интервала. Поэтому чем лучше частотные свойства транзистора, тем выше КПД импульсного регулятора. Перечислим основные достоинства импульсных ИВЭП.. Высокий коэффициент полезного действия.. Малые масса и габариты. 3. Возможность получения выходного напряжения, превышающего входное (повышающие регуляторы). Импульсные источники вторичного электропитания позволили перейти от преобразования электрической энергии на низких частотах к работе на частотах в десятки и сотни килогерц. Это дало возможность значительно уменьшить размеры и массу трансформаторов и сглаживающих фильтров. Появление мощных высоковольтных транзисторов и материалов с малыми потерями для магнитопроводов высокочастотных трансформаторов дало возможность создания импульсных источников с бестрансформаторным входом. При выходной мощности 00 Вт такие источники могут иметь удельную мощность, превосходящую 00 Вт/дм, тогда как для традиционных ИВЭП этот показатель не превышает 0 Вт/дм. Укажем основные недостатки импульсных источников.. Напряжения и токи имеют импульсный характер. Это может привести к появлению высокочастотных помех в нагрузке и внешней сети. Для снижения уровня помех необходимо применение сглаживающих фильтров, тщательное экранирование и т.д.. Импульсный регулятор и схема управления коммутатором образуют систему с обратной связью. Необходимы специальные меры по обеспечению устойчивости регулятора. 3. Импульсные источники питания, в том числе и импульсные регуляторы, более дорогостоящи и требуют большего времени на разработку Схемы импульсных источников питания отличаются большим разнообразием принципов построения. Мы посвятим рассмотрению таких источников несколько лекций. Рассмотрим сначала основные схемы импульсных регуляторов.
3 97. Понижающий импульсный регулятор Схема понижающего регулятора показана на рис. 0.. Рис. 0. Регулирующим элементом является коммутатор, показанный на схеме в виде ключа. Дроссель и конденсатор C образуют сглаживающий фильтр. Частота переключений коммутатора должна быть большой для того, чтобы обеспечить малые пульсации выходного напряжения. Она может достигать сотен килогерц и единиц мегагерц. Увеличение частоты переключений позволяет значительно уменьшить массу и габариты сглаживающего фильтра. Рассмотрим электромагнитные процессы в схеме на рис. 0., которые происходят на интервале Т. Когда ключ замкнут, ток дросселя растет, и происходит накопление энергии в магнитном поле дросселя. Когда ключ разомкнут, ток дросселя замыкается через открытый диод VD. Энергия, накопленная в магнитном поле дросселя, расходуется на поддержание неизменного выходного напряжения. Рассмотрим, как изменяется ток дросселя в течение интервала переключения коммутатора Т. Будем считать, что емкость сглаживающего конденсатора очень велика, так что выходное напряжение постоянно. Режим работы схемы зависит от состояния ключа. Обозначим t и время, в течение которого ключ замкнут. Рассмотрим следующие интервалы времени.. Интервал 0 tи. Ключ замкнут. К диоду приложено обратное напряжение, и он закрыт. Приращение тока на этом интервале вх вых = t и i.. Интервал t и T. Ключ разомкнут. Диод открыт, и ток дросселя замыкается через диод и сопротивление нагрузки R н. Приращение тока (T t) вых и i =. Временные диаграммы напряжений и токов импульсного регулятора показаны на рис. 0..
4 98 Рис. 0. Поскольку коммутация происходит периодически, суммарное изменение тока на интервале времени T равно нулю: i = i T вх и вых + i = = Из этого соотношения следует, что выходное напряжение t 0.
5
99 t вых = и вх = D вх. (0.) T t Здесь D = и коэффициент заполнения импульсов. T Равенство (0.) называют регулировочной характеристикой импульсного регулятора. Таким образом, выходное напряжение импульсного регулятора пропорционально коэффициенту заполнения импульсов коммутатора. Поскольку D <, выходное напряжение всегда меньше входного. Поэтому такой регулятор называют понижающим. Величиной выходного напряжения можно управлять, изменяя коэффициент заполнения импульсов D. Такой процесс управления называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Она широко применяется не только в импульсных источниках питания, но и в других устройствах. Формула (0.) справедлива, если ток i (t) на интервале 0 T не обращается в нуль. Такой режим называют режимом непрерывного тока. Если ток дросселя в течение какого-либо промежутка времени на интервале 0 T обращается в нуль, то имеет место режим прерывистого тока. Поскольку емкость конденсатора конечна, выходное напряжение будет пульсирующим. Определим, как влияют на амплитуду пульсаций значения индуктивности и емкости сглаживающего фильтра. При оценке величины пульсаций выходного напряжения для упрощения анализа примем, что индуктивность дросселя; ток дросселя при этом имеет форму прямоугольных импульсов (рис. 0.3). Среднее значение тока () I ср = D I. Рис. 0.3 Если емкость конденсатора достаточно велика, его сопротивление на частоте первой и высших гармоник значительно меньше сопротивления нагрузки: ωc 6
00 При этом можно считать, что переменная составляющая тока замыкается через конденсатор. Приближенные формы кривых напряжения u С (t) и тока i С (t) показаны на рис Приращение напряжения u С Рис. 0.4 DT DT () (D) DT u = I dt = D I dt = I. С C C ср 0 0 Из полученного выражения следует, что амплитуда пульсаций выходного напряжения не зависит от его среднего значения. Для уменьшения амплитуды пульсаций выходного напряжения необходимо, чтобы выполнялось условие C (D) DT I. u С Аналогичным образом можно показать, что амплитуда пульсаций тока уменьшается, если индуктивность дросселя (D) DT Н. i C 7
0 В установившемся режиме величина пульсаций тока не зависит от его среднего значения. 3. Повышающий импульсный регулятор Схема повышающего импульсного регулятора показана на рис Когда ключ замкнут, диод закрыт, и к дросселю приложено входное напряжение. Используя допущения, принятые в предыдущем параграфе, определим изменение тока дросселя на интервале 0 tи вх i = t и. (0.) После размыкания ключа диод откроется, и образуется последовательная цепь. Энергия, накопленная в дросселе, передается на выход схемы. При этом ток дросселя уменьшается. Изменение тока на интервале t и T ()(T t) вых вх и i =. (0.3) Рис. 0.5 Поскольку среднее значение тока остается неизменным, суммарное изменение тока на интервале T равно нулю: i + i = 0. Подставляя в последнее равенство формулы (0.) и (0.3), получим регулировочную характеристика схемы, показанной на рис. 0.5: = D вых вх. 8
0 При D > 0. 5 выходное напряжение превышает входное. Поэтому регулятор на рис. 0.5 называют повышающим. Величиной выходного напряжения можно управлять, изменяя коэффициент заполнения импульса D. Как и в понижающем преобразователе, амплитуда пульсаций тока в схеме на рис. 0.3 не зависит от его среднего значения. 4. Инвертирующий импульсный регулятор Схема инвертирующего регулятора изображена на рис Разобъем цикл преобразования на два такта. В течение первого такта, при замкнутом ключе ток циркулирует в контуре, образованном источником входного напряжения, ключом и дросселем. При этом в дросселе происходит запасание энергии. При размыкании ключа энергия, накопленная в дросселе, передается в конденсатор и сопротивление нагрузки. Рис. 0.6 Определим регулировочную характеристику схемы на рис Примем, что в течение каждого такта напряжение постоянно, а ток дросселя изменяется линейно. При замкнутом ключе вх i =. tи Здесь t и интервал, в течение которого ключ замкнут, i приращение тока на этом интервале. При разомкнутом ключе вых i =. T tи Здесь i изменение тока на интервале T tи. Среднее значение тока за цикл преобразования должно остаться неизменным. Поэтому суммарное изменение тока на интервале T i + i = 0. Регулировочная характеристика инвертирующего импульсного регулятора 9
03 D =. D вых вх 5. Потери и КПД импульсных регуляторов Ключ является одним из основных источников потерь в импульсных источниках питания. В зависимости от топологии преобразователя на ключ приходятся от 40 до 50 % общей суммы потерь. Кривые напряжения и тока в ключе понижающего импульсного преобразователя показаны на рис В качестве ключа используется МОП-транзистор. Рис. 0.7 Римской цифрой I обозначены интервалы времени, соответствующие замыканию и размыканию ключа. Цифрой II обозначен интервал, соответствующий замкнутому состоянию ключа. Как следует из рис. 0.7, основную часть потерь в ключе составляют потери на электропроводность и потери на переключение. Для уменьшения потерь на электропроводность стараются минимизировать напряжение на замкнутом ключе. Другим элементом, вносящим значительный вклад в общую сумму потерь, является диод. График тока диода на интервале коммутации показан на рис. 0.8. 10
04 Рис. 0.8 Основную долю потерь в диоде составляют потери на электропроводность и обратное восстановление. Потери, связанные с прохождением обратного тока через диод на интервале обратного восстановления, могут достигать значительной величины. Обратный ток диода может вызывать бросок тока в ключе, что приведет к дополнительным потерям. Для уменьшения потерь используют диоды Шоттки, имеющие меньшее прямое напряжение. Другой путь уменьшения потерь замена диода МОП-транзистором. Эффект от замены заключается в том, что сопротивление открытого канала МОП-транзистора очень мало. Управляющие импульсы на затворы МОПтранзисторов подаются так, что нижний транзистор открывается только после того, как полностью закроется верхний транзистор. Такое управление МОП-ключами имитирует работу диода и называется синхронным управлением. Определим приближенно потери в понижающем импульсном регуляторе, показанном на рис. 0.. Это даст возможность оценить влияние параметров регулятора на величину потерь КПД рассматриваемой схемы. Для упрощения выкладок примем следующие допущения.. Вольт-амперную характеристику ключа будем считать кусочно-линейной (рис. 0.9). В закрытом состоянии ток ключа равен нулю, а в открытом состоянии ключ имеет сопротивление, равное R вкл. Сопротивление ключа в открытом состоянии не зависит от тока через него. Рис. 0.9 Рис. 0.0 11
05. Вольт-амперную характеристику диода также будем считать кусочнолинейной (рис. 0.0). Величина 0 определяет пороговое напряжение, при котором появляется заметный ток диода. Сопротивление диода в открытом состоянии равно R D. 3. Примем, что индуктивность дросселя бесконечна. Это означает, что ток в ключе и диоде, когда они открыты, постоянный. Учитывая принятые допущения, определим потери в понижающем импульсном регуляторе. Они складываются из потерь на электропроводность и потерь на переключение. (D) + R I (D) R I P откр = Rкл DI н + I н 0 D н + др н. В последнем выражении I н ток нагрузки. Потери на переключение равны средней мощности, рассеиваемой в ключе за время его включения и выключения. Аналитическая оценка потерь на переключение связана с большими трудностями, поскольку кривые токов и напряжений при замыкании и размыкании ключа имеют сложную форму. Примем, что ток при замыкании и размыкании ключа изменяется линейно. При этом допущении потери на переключение, равные средней мощности, рассеиваемой в ключе, P пер = T t t 4 i dt + () вх н i dt = I t + t вх н вх н вкл выкл. t T t 3 T Полученные выражения показывают, что потери понижающего импульсного регулятора меньше, если коэффициент заполнения импульсов близок к единице. Аналогичным образом можно оценить потери в повышающем импульсном регуляторе. 6. Выводы. Источники вторичного электропитания, построенные по традиционной схеме (трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор) рассеивают значительную мощность, имеют большие массу и габариты, малый КПД.. Значительно больший КПД обеспечивают импульсные источники, в которых регулирующим элементом является коммутатор (ключ), который переключается с определенным периодом повторения Т. 12
06 3. Основными компонентами импульсных источников питания являются элементы, имеющие малые потери дроссели, конденсаторы, управляемые ключи и трансформаторы. 4. Импульсные источники вторичного электропитания работают на частотах в десятки и сотни килогерц. Это дало возможность значительно уменьшить размеры и массу трансформаторов и сглаживающих фильтров. 105 Лекция 11 ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ РАЗДЕЛЕНИЕМ ВХОДА И ВЫХОДА План 1. Введение. Прямоходовые преобразователи 3. Обратноходовой преобразователь 4. Синхронное выпрямление 5. Корректоры 5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства, 75 Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План 1. Введение 2. Однополупериодный управляемый выпрямитель 3. Двухполупериодные управляемые выпрямители 4. Сглаживающие фильтры 5. Потери и КПД выпрямителей 6. Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М. ТРАНЗИТ ЭНЕРГИИ КОММУТАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ В НАГРУЗКУ Схемы, состоящие из пассивных и нелинейных элементов (LD) и позволяющие уменьшить коммутационные потери, часто называют Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ План 1. Источники вторичного электропитания 2. Однополупериодный выпрямитель 3. Двухполупериодные выпрямители 4. Трехфазные выпрямители 67 1. Источники вторичного электропитания Источники 9. Импульсные источники питания. Широтно-импульсная модуляция. В современном мире техники с ее тенденцией к миниатюризации и экономичности импульсные источники питания получили широкое распространение Основы функционирования преобразовательной электронной техники Выпрямители и инверторы ВЫПРЯМИТЕЛИ НА ДИОДАХ Показатели выпрямленного напряжения во многом определяются как схемой выпрямления, так и используемыми 84 Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План 1. Введение 2. Параметрические стабилизаторы 3. Компенсационные стабилизаторы 4. Интегральные стабилизаторы напряжения 5. Выводы 1. Введение Для работы электронных 165 Лекция 17 ПОДАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ План 1. Введение 2. Источники электромагнитных помех 3. Методы подавления электромагнитных помех 4. Выводы 1. Введение Импульсные источники вторичного электропитания Изобретение относится к электротехнике и предназначено для реализации мощных, дешевых и эффективных регулируемых транзисторных высокочастотных резонансных преобразователей напряжения различного применения, 63. Исследование однофазных выпрямителей Цель работы:. Изучение устройства и принципа работы однофазных выпрямителей. 2. Определение внешних характеристик выпрямителей. Требуемое оборудование: Модульный Лабораторная работа 5.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ 5.3.1. Выпрямители Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Основное назначение выпрямителя РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ 1.1. Состав и основные параметры выпрямителей Электрический (ВП) предназначен для преобразования переменного тока в постоянный. В общем случае схема ВП содержит трансформатор, вентили, Тема: Сглаживающие фильтры План 1. Пассивные сглаживающие фильтры 2. Активный сглаживающий фильтр Пассивные сглаживающие фильтры Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр Он представляет собой катушку Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя, Соловьев И.Н., Гранков И.Е. ИНВАРИАНТНЫЙ К НАГРУЗКЕ ИНВЕРТОР Актуальной, сегодня, является задача обеспечения работы инвертора с нагрузками различных типов. Работа инвертора с линейными нагрузками достаточно 15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Их основным параметром является коэффициент сглаживания равный отношению коэффициента пульсаций
ÕÓ Â ÒıÂÏ ÒÚ ÚË ÂÒÍËı ÔappleÂÓ apple ÁÓ ÚÂÎÂÈ ÎÂÍÚappleË ÂÒÍÓÈ ÌÂapple ËË Ë Ëı Òapple ÌËÚÂÎ Ì È Ì ÎËÁ В статье предложены новые подходы к построению статических преобразователей, позволяющие повысить их Глава 6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ТОКА, КАЧЕСТВО ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ПУТИ ИХ УЛУЧШЕНИЯ Энергетические показатели выпрямителей это коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент МУСКАТИНЬЕВ А. В., ПРОНИН П. И. ИНВЕРТОРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ Аннотация. В статье обсуждаются проблемы выбора силовой схемы для сварочного источника. Приводится описание электрической принципиальной ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЛЕКЦИЯ 4 Цепи с взаимной индукцией. Рассмотрим два близко расположенных контура с числом витков w и w. На рисунке эти контуры условно покажем в виде одного витка. Ток, протекая в СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ. - 2005. - 1. - 1-6 УДК 62-50:519.216 АНАЛИЗ И ВЫБОР ДЕМПФИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ ДЛЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В.С. ДАНИЛОВ, К.С. ЛУКЬЯНОВ, Е.А. МОИСЕЕВ В настоящее время широкое ТЕМА 7 Температурная стабилизация При повышении температуры окружающей среды ток транзистора увеличивается и его характеристики смещаются вверх (рис. 1). Рис.1 Эмиттерная стабилизация. Заключается в использовании Глава 10. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 10.1. Классификация преобразователей постоянного напряжения Преобразователи постоянного напряжения (ППН) предназначены для преобразования постоянного напряжения Лекция 3 «Выпрямители переменного напряжения». Для преобразования переменного сетевого напряжения в постоянное используются схемы, называемые «выпрямителями». Для реализации функции выпрямления в подобных ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Импульсные источники питания Методические указания 6 Лекция 6. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ. Введение.. Индуктивный и емкостный элементы. 3. Законы коммутации и начальные условия. 4. Заключение.. Введение До сих пор мы рассматривали цепи, Лабораторная работа 1 Источники вторичного питания Целью работы является исследование основных параметров источника вторичного питания электронной аппаратуры на базе однофазного двухполупериодного выпрямителя. Глава 17. ИСТОЧИКИ ТОРИЧОГО ЭЛЕКТРОПИТАИЯ 17.1. Общая характеристика и классификация источников вторичного электропитания Источники вторичного электропитания (ИЭП) преобразуют переменное или постоянное БЛОКИ ПИТАНИЯ БПС-3000-380/24В-100А-14 БПС-3000-380/48В-60А-14 БПС-3000-380/60В-50А-14 БПС-3000-380/110В-25А-14 БПС-3000-380/220В-15А-14 руководство по эксплуатации СОДЕРЖАНИЕ 1. Назначение... 3 2. Технические Переходные процессы «на ладони». Вам уже известны методы расчета цепи, находящейся в установившемся режиме, то есть в таком, когда токи, как и падения напряжений на отдельных элементах, неизменны во времени. ГЛАВА 7 Комбинированный импульсный стабилизатор напряжения со связью по входному напряжению. Функциональная и принципиальная схемы стабилизатора В главе 7 предложены функциональная схема комбинированного Лабораторная работа 2 Исследование преобразовательных устройств: инвертора,конвертора в программной среде моделирования электронных схем Electronics Workbench 5.12. Цель работы: Ознакомиться с работой Формирователь ШИМ-тока с постоянным размахом для питания светодиодов Суреш Харихаран (Suresh Hariharan) Оптимальное функционирование сверхъярких светодиодов обеспечивается при питании их от источника тока 5 Лекция ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ И ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ План Принцип работы генераторов C-генераторы гармонических колебаний Генераторы прямоугольных импульсов 4 Генераторы прямоугольных импульсов на специализированных Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены 114 силовая электроника Параллельная работа импульсных повышающих преобразователей постоянного тока при наличии индуктивной связи дросселей Анатолий КОРШУНОВ Параллельная работа импульсных повышающих преобразователей 1 Лекции профессора Полевского В.И. Выпрямители синусоидального тока Вольтамперная характеристика электропреобразовательного диода На рис. 1.1. представлена вольтамперная характеристика (ВАХ) электропреобразовательного 6. ТРАНСФОРМАТОРЫ Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию с другими СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ. 2006. 1(43). 147 152 УДК 62-50:519.216 ПОСТРОЕНИЕ ДЕМПФИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ ДЛЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Е.А. МОИСЕЕВ Приводятся практические рекомендации по выбору элементов 11.5. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ Линейно изменяющимся или пилообразн ы м напряжением называют электрические колебания (импульсы), содержащие участки, на которых напряжение изменяется практически МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ Введение РАЗДЕЛ I Общая электротехника Глава 1. Электрические цепи постоянного тока 1.1. Основные понятия электромагнитного поля 1.2. Пассивные элементы цепей и их характеристики 1.3. Активные элементы Лекция 5 ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ УСТРОЙСТВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ План 1. Введение 2. Общие свойства магнитных материалов 3. Магнитные материалы, используемые в преобразовательных устройствах 4. Трансформаторы 97 Лекция 9. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ План. Элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).. Элементы КМОП-логики. 3. Основные параметры логических элементов. 4. Выводы.. Элементы транзисторно-транзисторной МПК H03F03/62 ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть использовано в телефонной связи. Известен двунаправленный усилитель, содержащий инвертирующие ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕКТОРОВ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Игнатенко В.В. ПрЭ-1106. гр.361-3 Проблема коррекции коэффициента мощности Неэффективное использование электроэнергии, помехи в электросети, вызванные подключенными УДК 621.314.5 к.т.н. Саратовский Р.Н., Афанасьев А.М. (ДонГТУ, г. Алчевск, Украина) РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР С КОМБИНИРОВАННОЙ СТРУКТУРОЙ Розглянуто схемну реалізацію резонансного інвертора з комбінованою Новые модули питания с широким (4:1) диапазоном входных напряжений Одной из важных проблем энергетической электроники является разработка вторичных источников электропитания (ИВЭП), работающих от сети 54 Лекция 5 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ЭЛЕКТРИЧЕ- СКИХ ЦЕПЕЙ План Спектры апериодических функций и преобразование Фурье Некоторые свойства преобразования Фурье 3 Спектральный метод Устройство и ремонт источников питания цифровых СТВ ресиверов Внимание! Данную копию использовать только в ознакомительных целях (после прочтения сжечь) Rip by Vasya Pupkin Источник питания является одним ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 3 Глава 1. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ОСНОВНОЙ СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 1.1. Предмет преобразовательной техники... 5 1.2.
«Электронный дроссель» Евгений Карпов В статье рассмотрены особенности работы электронного силового фильтра и возможность его использования в звуковоспроизводящей аппаратуре. Побудительным мотивом написания Интегрированные электроприводы переменного тока среднего напряжения Perfect Harmony: новый стандарт качества преобразования энергии 1. Электроприводы переменного тока среднего напряжения Данный класс 1 Лабораторная работа 17 Исследование работы диодных ограничителей Четырехполюсник, на выходе которого напряжение () остается практически неизменным и равным U 0, в то время как входное напряжение () может Лабораторная работа 1.3 Исследование энергетических характеристик выпрямительных устройств для питания телекоммуникационного оборудования 1. Цель работы 1.1 Определить наиболее эффективный преобразователь 1 S. CLEMENTE, B. PELLY, R.RUTTONSHA AN-939A УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ЧАСТОТОЙ 100 КГЦ НА ОДНОМ МОП ПТ Аннотация Мощные МОП ЛТ являются привлекательными кандидатами для использования в импульсных ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕКТОРОВ СОСТОЯНИЯ В КВАЗИРЕЗОНАНСНОМ ИМПУЛЬСНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ, ПЕРЕКЛЮЧАЕМОМ ПРИ НУЛЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ ВП Войтенко, ЮА Денисов Черниговский государственный технологический университет Украина, 68 Лекция 7 ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЦЕПЯХ ПЕРВОГО ПОРЯДКА План 1 Переходные процессы в RC-цепях первого порядка 2 Переходные процессы в R-цепях первого порядка 3 Примеры расчета переходных процессов в цепях Карзов Б.Н., Кастров М.Ю., Малышков Г.М. ИМПУЛЬСНЫЕ СВОЙСТВАСХЕМ ДИОДНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ МДП-ТРАНЗИСТОРОВ При выборе различных способов управления основными схемами диодных включений МДПтранзисторов, используемых ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Цели работы: 1. Исследование схем и основных характеристик регуляторов и стабилизаторов постоянного напряжения с импульсным 10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в НТЦ СИТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СХЕМОТЕХНИКИ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. РОССИЯ, БРЯНСК ШИМ-КОНТРОЛЛЕРЫ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО ТОКУ К1033ЕУ15хх К1033ЕУ16хх РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ Микросхема 1 Лекция ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ 1 Введение Выпрямительные устройства 3 Линейные стабилизаторы напряжения параметрического типа 4 Теоретическое обобщение по теме 1 Введение Все источники питания ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ИПС-300-220/24В-10А ИПС-300-220/48В-5А ИПС-300-220/60В-5А DC/DC-220/24B-10A (ИПС-300-220/24В-10А (DC/AC)/DC)) DC/DC-220/48B-5A (ИПС-300-220/48В-5А (DC/AC)/DC)) DC/DC-220/60B-5A Микросхема повышающего DC/DC конвертера (Функциональный аналог LT1937 ф. Linear Technology Corporation) Микросхема IZ1937 представляет собой повышающий DC/DC конвертер, разработанный специально для управления Линевич Э. И. [email protected] Приморский край, г. Артём Электромагнитный источник энергии (физические основы принципа действия) Предлагается генератор электрической энергии, который может быть использован Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Радиофизический факультет Кафедра радиоэлектроники Отчет по лабораторной работе: НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ Выполнили: Проверил: Елена Морозова, Алексей Разин Блоки питания лазеров Краткий конспект лекций по дисциплине «Лазерная техника» Томск 202 Лекция Элементная база блоков питания и простейшие схемы на их основе Любой лазер ДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (ДИБП) NO-BREAK KS Основные элементы, представленные на рисунке: 1. Дизельный двигатель. 2. Электромагнитная муфта сцепления. 3. Специальная бесщеточная Лабораторная работа 1 Выпрямитель переменного тока Цель: изучение работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей и их характеристик. Выпрямителем называется устройство для преобразования напряжения Лабораторная работа 2 Исследование сглаживающего фильтра источника вторичного питания Целью работы является изучение методов снижения пульсаций выпрямленного напряжения источника вторичного питания электронной Рассмотрим принцип импульсного регулирования сопротивления роторной цепи асинхронного двигателя, обеспечивающего, в конечном итоге, регулирование скорости двигателя (рис. 2.1). Для уменьшения массогабаритных показателей добавочного сопротивления R доб (рис. 2.1, а) и упрощения схемы управления, R доб обычно включается в цепь выпрямленного тока ротора. Значение сопротивления цепи ротора изменяется импульсным методом с помощью коммутатора К, шунтирующего резистор R доб. При замкнутом ключе К коммутатора из цепи ротора выведено дополнительное сопротивление R доб, чему соответствует механическая характеристика 1 (рис. 2.1, б), близкая к естественной характеристике двигателя. Отличие характеристики 1 от естественной обусловлено наличием в роторной цепи собственного эквивалентного сопротивления неуправляемого выпрямителя UZ и сопротивления сглаживающего дросселя L (см. рис. 2.1, а). Если ключ К включать и отключать с определённой, достаточно высокой частотой f к = 1/T к, то выпрямленный ток (i dp), пропорциональный фазному току ротора (i 2), будет колебаться около некоторой средней величины (I dр), не достигая при этом своих установившихся значений (рис. 2.2). Амплитуда колебаний тока зависит от частоты коммутации (f к) и значения суммарной индуктивности выпрямленной цепи ротора (L d): чем больше частота и индуктивность, тем меньше амплитуда колебаний. В промышленных приводах частота коммутации устанавливается постоянной на уровне 200…500Гц. Значение индуктивности (L d)выбирается в зависимости от желаемого уровня пульсаций тока ротора (0,02…0,05) I dpн. Среднее значение выпрямленного тока ротора (I dp), которым определяется момент двигателя при данном скольжении, зависит от скважности (относительной продолжительности включения) процесса коммутации ключа К: Чем больше скважность, то есть чем больше время замкнутого состояния ключа К на периоде коммутации (Т к), тем больше среднее значение тока (I dp). Таким образом, периодически замыкая и размыкая ключ коммутатора с определённой частотой f к и регулируемой скважностью (ε), можно, если пренебречь пульсациями, плавно изменять сопротивление роторной цепи. Принципиальная схема силовой части асинхронного электропривода с импульсным регулированием выпрямленного тока ротора приведена на рис. 2.3. В цепи ротора двигателя включён неуправляемый выпрямитель UZ, собранный по трёхфазной мостовой схеме. Цепь выпрямленного тока ротора содержит дроссель L и добавочный резистор R доб, периодически шунтируемый тиристором VS1 тиристорного коммутатора. Работа тиристорного коммутатора происходит следующим образом. При подаче управляющего импульса на вспомогательный коммутирующий тиристор VS к, он открывается, и происходит заряд коммутирующего конденсатора С к выпрямленным током выпрямителя UZ полярностью (см. рис. 2.3). По окончании процесса заряда весь выпрямленный ток (i dp) протекает через резистор R доб. Тиристор VS к закрывается (напряжение между анодом и катодом его имеет отрицательную полярность). Если теперь подать управляющий импульс на тиристор VS1, то он откроется (полярность напряжения, прикладываемая к электродам «анод – катод», имеет положительный знак). Резистор R доб будет зашунтирован. Ток ротора из-за наличия индуктивности роторной цепи нарастает по экспоненциальному закону. Происходит колебательный перезаряд конденсатора С к через диод VD к и дроссель L к полярностью, показанной (см. рис. 2.3) в скобках. При повторном открывании VS к это напряжение прикладывается положительным потенциалом к катоду тиристора VS1, что приводит к его закрыванию. Выпрямленный ток ротора спадает по экспоненциальному закону. Происходит вновь колебательный перезаряд конденсатора С к через дроссель L к и диод VD1 полярностью, показанной (см. рис.2.3) без скобок. Далее цикл повторяется. Если э Открытому состоянию тиристора VS1 соответствует механическая характеристика 1 (см. рис. 2.1, б), закрытому – характеристика 4. Соотношение открытого и закрытого состояния определяет скважность процесса коммутации и вид механической характеристики. При постоянной скважности 0 < ε < 1 получается характеристики типа 2 или 3 (см. рис. 2.1, б), причём ε 2 > ε 3 . Среднее значение импульсного регулируемого сопротивления (R d) линейно зависит от скважности : R d = R доб ×(1 - ε) (2.1) и определяет среднее значение выпрямленного тока ротора: Здесь E do – среднее значение выпрямленной ЭДС ротора при его неподвижном состоянии; S –
скольжение; R э – эквивалентное сопротивление цепи выпрямленного тока ротора, которое определяется по формуле: где m – пульсность выпрямителя (для мостовой схемы m = 6); Х д – индуктивное сопротивление фазы двигателя, приведённое к цепи ротора; R д – активное сопротивление фазы двигателя. Индуктивное сопротивление фазы двигателя, приведённое к цепи ротора, определяется следующим образом: Х д = Х 2 + Х 1 ‘, Здесь Х 2 – индуктивное сопротивление фазы ротора; Х 1 ‘ = Х 1 /K е 2 – индуктивное сопротивление фазы статора, приведённое к ротору (K е – коэффициент трансформации двигателя). Активное сопротивление фазы двигателя равно: R д = R 2 + R 1 ‘, где R 2 – активное сопротивление фазы ротора; R 1 ‘ = R 1 /K е 2 – активное сопротивление фазы статора, приведённое к ротору. Сопротивление R доб выбирается исходя из обеспечения возможности регулирования скорости во всём диапазоне изменения нагрузок. В частности, его можно выбрать таким, чтобы начальный пусковой момент на характеристике 4 (см. рис. 2.1, б) был меньше момента холостого хода М хх. Если же в связи с особенностями производственного механизма (например, при активном моменте нагрузки) наличие «мёртвой зоны», где невозможно регулирование скорости (см. рис. 2.1,б, участок между характеристикой 4 и осью ординат), недопустимо, то последовательно с резистором R доб можно включить конденсатор С1, как это показано штриховой линией (см. рис. 2.3). При полном заряде конденсатора С1 и закрытом тиристоре VS1 ток в цепи ротора будет равен нулю, то есть граничная механическая характеристика будет совпадать с осью ординат, «мёртвая зона» будет отсутствовать. Параметры элементов, составляющих схему коммутатора (значения сопротивлений, индуктивностей, ёмкостей) определяются исходя из обеспечения качественного процесса коммутации. Выбор элементов производится после анализа электромагнитных переходных процессов в цепи ротора, который позволяет рассчитать максимальные значения напряжений и токов для всех элементов роторной цепи. Рассмотрим один из вариантов схемы управления тиристорным коммутатором (рис. 2.4). Она состоит из пяти основных узлов: генератора пилообразных импульсов, компаратора, детектора фронта, формирователя и узла токоограничения. Генератор пилообразного напряжения построен на трёх операционных усилителях А1, А2, А3 и вырабатывает напряжение U оп (рис. 2.5). Наклон кривой пилообразного напряжения определяется ёмкостью конденсатора С1 (см. рис. 2.4), сопротивлением R1 и значением напряжения (U п). Период колебаний генератора задаётся операционным усилителем А2 и значением прямого п Операционный усилитель А4 используется в качестве суммирующего усилителя сигнала задания и обратной связи. На усилителе А5 реализован компаратор, при напряжении U у, превышающем U оп на выходе А5, появляется импульс U а (см. рис. 2.5). Одновибраторы, реализованные на элементах D1, D2 и D5, D6, выполняют функцию детектора фронта и выдают положительные импульсы U в и U с при наступлении, соответственно, фронтов нарастания и спадания сигнала U а. Продолжительность импульсов может регулироваться в пределах 20…200 мкс, для обеспечения надёжного открытия тиристоров VS1 и VS к коммутатора сопротивлениями R13, R14 и конденсаторами С2, С3 (см. рис. 2.4). Импульсы U в и U с поступают на формирователи, выполненные на базе транзисторов Дарлингтона VT1,VT2 и VT3, VT4 и импульсных трансформаторов. На усилителе А6 и триггере D7 реализован узел токовой защиты, блокирующий поступление управляющих импульсов на тиристор VS1. Если в переходных режимах изменение напряжения управления (U у) происходит достаточно медленно по сравнению с периодом коммутации, то тиристорный коммутатор со схемой управления можно представить как безинерционное звено с ограничением. Входной величиной этого звена является управляющее воздействие (U у), выходной – скважность (e). Регулировочная характеристика коммутатора имеет вид (рис. 2.6). Коэффициент передачи звена может быть подсчитан по выражению: где U уmax – максимальное значение опорного пилообразного напряжения. Значение U у = U уmax соответствует e = 1. Если учесть дискретность управления системы управления коммутатором, передаточная функция коммутатора может быть описана выражением: W к (p) = K у , (2.5) где τ у – время чистого запаздывания, вносимое системой управления, τ у ~ T к /2.
лектропривод длительное время работает на полной скорости, когда тиристор VS1 открыт, то конденсатор С к должен достаточно долго сохранять свой заряд для последующего гашения тиристора VS1. Поскольку время сохранения полного заряда конденсатора ограничено, в коммутатор введена цепь подзаряда конденсатора. Подзаряд конденсатора осуществляется от дополнительного выпрямителя UZ к через цепь, образованную С к -VS1- L к — R к -UZ к. Резистором R к устанавливается требуемое значение зарядного тока.
адения напряжения на диоде VD2.