Трансформаторно-выпрямительный блок(рис1 ) 4 страница

На рис 72 а,б показаны формы вых-го напр-я инвер-ра и 1-ая гармоника этого напряж-я (пунктир). Принцип действия инвер-ра рис 71 закл-ся в следующем: инвертор состоит из нескольких от 1… N усилителей мощности, к-ые по вх соединены параллельно и питаются от постоян-го напр-я, напр-р от шин постоянного тока буферной системы электропитания(-60В). По вых инверторные модули соединены послед-но,их напряжения складываются. Частота прям-го напр-я на вых каждого УМ равны частоте сети 50Гц, а ширина и ампл-да опред-ся управляющим сигналом модулятора. На вх модулятора поступает сиг-л f(t), соответст-ий синусоиде сети. Модул-р формирует на вых синхронные и симфазные имп-сы как показано на рис 72 б. При сложении этих 2х имп-ов U_вых1,U_вых2 получим форму напр-я рис 72 в. Чем больше УМ в инвер-ре,тем больше ступеней и вых напр-е ближе к синусоидальному. Однако в этом случае увеличив-ся габариты устр-ва, возрас-ют энергетические потери и кроме того актуальна задача обеспечения надеж-ти всего инвер-ра.

44

Стабилизация напряжения и тока

Устройства э.п в основноим имеют стабилильное вых. напряж-е, т.е в них исп-ся принцип стабилизации напряж-ия. В нек-ых случаях треб-ся и стабил-ция тока, напр-р в этом режиме раб-ет выпрям-ль, к-ый заряжает аккумулят-ую батарею сразу после ее разряда. Эффект стаб-ии может быть достигнут:а)применением элементов,ВАХ к-ых нелинейна,б)управляемых приборов, меняющих свое сопротивление в соотв-ии с сиг-ом ООС. В 1-ом случае стабил-ры наз-ся параметрическими, а во 2-ом компенсационными.Качество стаб-ра оценивается нестабильностью выходной вел-ны при возд-ии различных возмущений. При проектир-ии стаб-ра качество оценив-ся коэф-ом стабил-ции. На рис 75 изобр-на хар-ка стаб-ра напряж-я. Нестаб-ть напр-я на вх опред-ся как , нест-ть на вх оценив-ся как . Здесь возмущающим воздействием явл-ся отклонение вх напр-я U1 от ном-го знач-я.Под коэф-ом стабил-ии в общем случае понимают отнош-ие относит-го измен-я дестабилизирующей вел-ны к вызванному ею относит-му изменен-ю стабилизир-ой вел-ны. Для стабил-ра напряж-я рассмотрим следующ-е случаи а) U₁ измен-ся (U₁=V_ar), а I_nconst (ток нагрив-я). И тогда коэф-т стабил-ии по напр-я равен , б) U₁=const, а ток нагрев-я меняется

.

Внутреннее сопрот-ие стаб-ра Ri определ-ся как приращ-е вых напр-я к приращ-ю тока нагрузки. Для стабил-ра напряж-е желательно иметь . Рассмотрим стаб-р тока. Качество стабил-ии оценив-ся нестабильностью по току .

Рассм-м следующие случаи а) U1 измен-ся,а R_Н=const, тогда , б) U₁=const, R_Н меняется . Т.о для стабил-ра тока желательно иметь Ri как можно большей величины и тогда нестаб-ть тока нагрузки будет мала.

45

Параметрические стабилизаторы напряжения

В параметрич.стабилиз-рах используются нелинейные элем-ты, ВАХ к-ых на рис 76 а и б.Элем-т на рис 76а обеспечивает малое измен-е на своих выводах при измен-ии протекающего по нему тока на вел-ну , т.е в значит-ых пределах.Элем-ты ВАХ рис а используются в парамает-ких стабилиз-рах напряж-я. На рис б изображена ВАХ элем-та,к-ый использ-ся для стабил-ии тока. Степень нелинейности ВАХ эл-тов, приведенных на рис 76 на рабочем участке ВС оценив-ют отнош-ем динамич и статич сопротив-я. Статич сопротив-е элемента R_C равно отнош-ю падения напр-я элемента U₀ к вел-не тока I₀, к-ый прот-ет ч.з элемент . Т.о статич сопрот-е оказывает элемент постоян-ый по величине току в выбранной рабочей точке – А. Динамич сопрот-е элем-та R_д равно отнош-ю изменеия падения напр-я на элементе ΔU к измен-ю протекающего ч.з элемент тока ΔI R_д=ΔU\ΔI=tgβ. Т.о. динамич сопрот-е оказывается эл-т изменения протек-его ч.з него тока. В цепях постоянного напряж-я простейшим параметрич-им стабил-ром явл-ся схема на основе стабилитрона рис 77. Стабилитроны выпускаются с напрядением от 1 до сотен В. При небольших токах и мощ-ях от сотен милливатт до неск-их ватт. Для цепей стабилизации напряж-ия исп-ся участок ВАХ рис 78(участок 1-2),расположенный не в т.пробоя 3. Если считать, что уч-к 1,2 линейный, то коэф-т стабил-ии можно опред-ть как , в числителе R_г это гасящее сопрот-е стаб-ра. Оно всегда ставится на входе для огранич-я тока i_ст и недопустимости пробоя. При возрас-ии U1 более чем i_max в т.2 избыток входного напряж-я 1 падает на R_г. Т.к R_г прямопропорц-но K_u,с его увеличение возр-ет стаб-ть вых напряж-я, но в то же время увелич-ся потери и сниж-ся КПД, поэтому R_г использ-ют только для огранич-я тока стабилитрона. R_{д –} динамич-ое сопротив-е стабилитрона R_д=ΔU₁\ΔI_ст=tgβ, гдеβ – угол наклона участка 1-2 по отношению к оси ординат. R_д полностью зависит от качества стабил-на и опред-ет коэф-т стабил-ции. Величина Ku невелика,порядка 20-40, поэтому параметрич-е стабил-ны использ-ся во вспомагательных сетях для пит-я функцион-ых узлов, как источ-ки опорного напряж-я, в случаях, когда не требуется высокий коэф-т стабил-ии. Параметрический стаб-р рис 77.обладает малым R_д и если на входе U1 содержит кроме постоянных состав-щих и переменную составл-щую, то схема стаб-ра работает как сглажив-ий фильтр типа RC. При этом эквивалент-ое сопрот-е равно и эквивалентная емкость .m- число фазовыпрямителей, ω- частота пульсаций.

46

Компенсационные стабилизаторы

Основной способ стабил-и в силовых преобразовательных устр-вах электропитания – компенсационный. Компенсационные стаб-ры представляют собой системы автоматич-го регулиров-я с отриц-ой ОС.рис 79. Сиг-л упр-ия в САР явл-ся функцией погреш-ти регулир-я,т.е.отклонения регулируемой величины от заданного значения. На рис 79 изображена функц-ая схема САР стаб-ра напряж-я. Вых напр-е U₁ не явл-ся здесь управл-им и не участвует в процессе регул-я.Для САР важна не вел-на U₁, а вел-на отклонения U₁ от номинала,т.е возмущающее воздействие F1. Возмущающих воздействий может быть несколько, напр-р, изменение тока нагр-ки F2. В качестве регулирующ-го эл-та R_э испол-ся,например полупроводниковый прибор, сопрот-е к-го измен-ся в завис-ти от управляющ-го сиг-ла U_y. В стабилиз-ре напр-я датчиком отклонения регулируемой вел-ны U₂ явл-ся длит-ть вых напр-я ДН, с него снимается с-л ОС.U_ОС,к-ый изм-ся пропорционально U₂,т. к здесь используется регулир-ие по отклонению вых напр-я от номин-го, необх-мо выделить это отклонение. Для этог исп-ся источ-к опорного напр-я ИОН.

В системах автомат.регулирования значком «0» обозначается алгебраическое суммирование сигналов. В данном случае выдел-ся разность между напряж-ем ОС и опорным, т.е сиг-ла ошибки напряж-е ошибки δ поступает на УПТ усилит-ль постоянного тока, усил-ет,а затем подается в виде управл-его напряж-я U_у на регулир-щий элемент. Импульсный ток присут-ет только в имп-ных стаб-рах САР должна дейст-ть т.о, чтобы сиг-л ошибки Δ воздействуя на Rэ уменьшал отклонение U₂ в любой момент времени с целью поддержания его стаб-ти. На рис 79 все элем-ты,кроме RЭ относятся к цепи ООС.

47

Принцип действия стабилизатора с непрерывным регулированием

Рис80.схема соответствует САР на рис 79, в к-й отсутствует импульсный блок. Силовая цепь образуется регулирующим элемен-м T1 и Rн, все остальные эл-ты входят в схему управ-я. Пусть возмущающим воздействием явл-ся отклонение U1 от номинального значения. В 1-ый момент времени, когда еще не действует отриц-я ОС при возрастании U1 U2 то же возрастает. След-но возрастает напряжение ОС., на нижнем плече нижнего делителя напряжения R2. Источником опорного напряжения яв-ся параметрический стабилизатор на стабилитроне Ст с гасящим сопротивлением Rг. Сигнал ошибки выделяется на переходе база-эмиттер транзистора T2, к-й яв-ся УПТ(услитель пост-го тока). При возрат-ии U2 увелич-ся Uос, т.е. полож-ый потенциал базы T2. Ток базы возраст-т, след-но возраст-т ток коллектора I2, при этом увелич-ся падение напряжения на нагрузочном сопрот-ии Rу. В рез-те потенциал базы T1 становится более отриц-м и ток базы умень-ся, след-но увелич-ся R коллектор-эмиттер T1 и напряжение Uкэ1, но ΔU2 след-но вых-е напряжение U₂ при возрастании U_к-э1 умень-ся до своего первоначального значения с нек-й точностью, эта точность и соответствует нестабильности вых напряж-ия N2 Коэф-т стабилизации, а след-но и N2 в компенсационных стаб-рах определяются в основном коэф-м усиления цепи ООС. Действительно, при высоком коэф-те усиления УПТ на рис 79 достаточно малая величина сигнала ошибки. Δ при значительном усилении сможет воздействовать на РЭ, не допуская тем самым отклонение U2. Теоретически нестабильность можно получить сколь угодно малой и ограничением здесь яв-ся возможность схемотех-ой реализации стабилитронов. Расс-им особенности стабилитрона с непрерывным регулированием, из рис80 видим, что потери мощности Rэ определяются током нагрузки стабилизатора и разницей м/у U1 и U2 . Если U1=20В, U2=10В, ток нагрузки 1А, то КПД=0,5. Такой стабилизатор не эффективен. Область применения – малые токи нагрузки и мин-е U кол-ра-эмит-ра результирующего эл-та. В этом случае возможно получить высокий КПД, а сам стаб-р выполнить в виде интегральной микросхемы. Выходной конденсатор Cн играет роль эл-та, корректирующего динамические хар-ки стаб-ра. Он не яв-ся ФНЧ. Напротив, сам стаб-р можно считать активным фильтром для низкочастотных пульсации вх напряжения U1:пульсации воспринимаются как нестабильность U1 и подавляются цепью ООС.

48

Широко импульсное регулирование

На рис 81 показаны схема ИСН со схемой управ-я. Эта схема соответствует САР рис79 с импульсным блоком. В качестве схемы управления как правило исп-ся специализированные микросхемы или ШИМ-контроллеры. Схема управ-я формирует импульсы управ-я силового ключа и регулирует их длительность,т.е.ширину. Транз-ры VT2, VT3 яв-ся вспомогательными и обеспечивают согласование управляющего сигнала Uт, поступающего из схемы управ-я в цепь базы регулирующего тр-ра VT1. к-я не имеет с управляющей схемой общего провода. Открывание транз-ра VT3 сигналом Uт вызовет появление тока через резисторы к его коллекторной цепи. При этом откроется транз-р VT2. Транз-р VT2 соединяет базу регулирующего эл-та VT1 с положит-м полюсом источника питания U1.(или с дополнительным источником U_доп) При этом появл-ся базовый ток и открывается VT1. При нулевом уровне сигнала Uт транз-ры VT3, VT2, а затем и VT1 закрываются. Расс-м схему управ-я и временные диаграммы рис82. Как и в непрерывном стабилиз-ре датчиком напряжения ДН яв-ся делитель вых. напряжения R1 R2. Напряжение обратной связи Uос поступает на вх компаратора DA1(УПТ), на другой его вх подается эталонное напряжение Uэт от источника опрного напряжения. В компараторе DA1 выделяется сигнал ошибки Δ и усиливается. В рез-те формируется определенный уровень управ-щего напряжения, поступающего на вх импульсного блока на рис 82. Импульсный блок представляет собой ШИМ рис81. Генератор пилообразного напряжения G формирует пилообразное напряжение, задающее частоту коммут-ции ключа. DA2- компоратор напряж-ия, в к-м происходит напряжения, в рез-те чего на вых-е компаратора формируются импульсы, модулированные по ширине. Управ-й сигнал Uупр воздействует на инверсный вх компаратора, а пилообразный- на его прямой вх. Еден-ый уровень с-ла U на вых компарартора DA2 формируется на интервале превышения пилообразным сигналом U_G уровня управ-го Uу. Это инвервалы времени T1-T2, T3-T4,T5-T6. Из диаграммы(рис.82) видно, что снижение уровня Uу вызывает увеличение длительности импульса управ-я. Коэф-т передачи ШИМ где T- период коммут-ции регулирующего эл-та(период пилообразного напряжения), а U_ПМАКС-размах пилообразного сигнала.До возмущения при управл.с-ле U_упр1 цепь управл-ия формирует имп-сы U_t с длит-тью t_u1.При снижении вх.напряж-ия на вел-ну дельта U₁ первоначально (пока цепь ОС не отреагирует на возущение) площадь имп-сов U_вх формируемых силовым ключом VT1 на вх LC-фильтра,соотв-но уменьш-ся вел-на пост.составляющей U₀.Этот с-л Uу воздействует на инверсный вход компаратора DA2 (рис.81).При этом увелич-ся длит-ть имп-сов U_t до вел-ны t_u2. Соотв-но возрастут площадь имп-сов на вых.ключа и их пост.составляющая.Изменится коэф-т заполнения т.о.,что вых.напряж-ие примет первоначальное значение с некот-ой точностью .В отличии от компенсац. Стабилизаторов непрер. действия стабализ-ии напряжения (тока) посредством ШИМ не связана с энергетич. потерями и наиболее эффективна д/ППН с гальванической развязкой. В ППН,задавая коэф-т трансф-ции импульсного трансф-ра можно выбрать оптимальный диапазон регулирования ΔКз, исходя из парам-ов схемы преобразователя.

Дата добавления: 2015-08-28