Електроніка та мікропроцесорна техніка (стр. 22 из 35)

Виходячи з наведеного, метод ШІР застосовують найчастіше.

Рис. 9.36 - Імпульсний регулятор постійної напруги

Схема простого імпульсного регулятора наведена на рис. 9.36. Тут у якості фільтра використано Г-подібний LС-фільтр.

При замкненому ключі К навантаження живиться від джерела постійного струму Е (струм /л), а елементи фільтра накопичують енергію. Коли ключ розімкнений, то навантаження живиться енергією, накопиченою в конденсаторі та дроселі. Для забезпечення подачі енергії, накопиченої в дроселі, у навантаження (струм I_d1), в схему введено діод VD, який називають зворотним.

Регулювати вихідну напругу випрямляча можна також, застосовуючи фазо-імпульсний метод. При цьому до складу перетворюючого пристрою не вводять додаткових силових вузлів, а лише у якості вентилів випрямної схеми використовують керовані ключі - як правило, тиристори. Принцип дії регулятора полягає у тому, що за допомогою спеціальної схеми керування забезпечується регульована затримка на вмикання тиристорів відносно переходу через нуль змінної синусоїдної напруги. Тобто фаза послідовності імпульсів керування змінюється щодо фази синусоїдної напруги.

Зазначимо, що цей метод регулювання можна розглядати як різновид методу ШІР, коли імпульси напруги мають не прямокутну, а синусоїдну форму з обмеженням.

Перевагою імпульсних методів регулювання є те, що, перш за все, надлишок енергії тут просто не береться від джерела живлення (а не гаситься на баластному елементі, як, наприклад, у компенсаційному стабілізаторі. Це в ідеалі (якщо вважати елементи регулятора такими, що не мають, наприклад, опору) за принципом побудови регулятора обумовлює величину к.к.д. у 100 відсотків.

В імпульсних регуляторах більш ефективно використовуються силові елементи. Вони мають (особливо при методі ШІР за високих частот комутації ключа) менші масо-габаритні показники.

Тиристорні фазо-імпульсні регулятори до недавнього часу мали домінуюче застосування при побудові потужних регуляторів. До їх недоліків слід віднести те, що вони вносять значні викривлення форми пульсуючої напруги на виході вентильної схеми, що вимагає збільшення габаритів і маси фільтра, особливо за великого діапазону регулювання. Також викривляється форма струму, що споживається з мережі, а це вимагає установки вхідних фільтрів для забезпечення умов електромагнітної сумісності з іншими споживачами мережі. Крім того, затримка на вмикання вентилів веде до того, що основна гармоніка споживаного з мережі струму має зсув фази відносно напруги мережі. В результаті, навіть за активного навантаження, останнє мережею сприймається як активно-індуктивне - погіршується cosφ.

Тепер зрозуміло, чому в останній час намагаються якнайширше застосовувати регулятори, побудовані за методом ШІР, використовуючи при цьому, як ми вже зазначали, сучасні високочастотні потужні напівпровідникові прилади.

Хоча такі регулятори вимагають введення в схему додаткових силових вузлів, що, зрозуміло, веде до зниження перш за все к.к.д., проте масо-габаритні показники, показники якості вихідної напруги і умови узгодження з мережею живлення у них значно кращі.

Наприкінці зазначимо, що електронні регулятори, які не мають рухомих механічних елементів, називають статичними регуляторами.

2. Однофазний двопівперіодний керований випрямляч з нульовим виводом

Рис. 9.37 - Однофазний двопівперіодний керований випрямляч з нульовим виводом

Роботу фазо-імпульсного регулятора постійної напруги розглянемо на прикладі однофазного двопівперіодного керованого випрямляча з нульовим виводом, схема якого зображена на рис. 9.37, де позначено VS1 і VS2 - тиристори, СК - схема керування, яка забезпечує подачу на тиристори керуючих імпульсів з регульованою затримкою. На рис. 9.38 наведені часові діаграми, що ілюструють роботу випрямляча.

Зверніть увагу на форму напруги на тиристорі u_VS1 На відрізку часу, що відповідає куту регулювання α, він закритий і до нього прикладена напруга u₂₁ за додатньої півхвилі, або u₂₂ за від'ємної. Після закінчення відліку α і видачі відповідного керуючого імпульсу напруга на тиристорі за додатної півхвилі відсутня, бо він тут працює як замкнений ключ, а за від'ємної півхвилі дорівнює (u₂₁+ u₂₂), бо за рахунок того, що другий тиристор знаходиться у відкритому стані, даний закритий виявляється підімкненим до обидвох півобмоток трансформатора.

Рис. 9.38 - Часові діаграми роботи однофазного двопівперіодного керованого випрямляча з нульовим виводом

Подібні керовані випрямлячі будують також і на основі трифазних вентильних схем. Закони зміни пульсуючої напруги на виході, а також специфіка роботи вентилів при цьому складніші.

Рис. 9.39 - Регулювальна характеристика керованого випрямляча

Залежність середньої випрямленої напруги на навантаженні від кута α називається регулювальною характеристикою, яка має вигляд синусоїди, зміщеної на величину U_d0/2. Регулювальна характеристика наведена на рис. 9.39. Вона нелінійна, бо лінійним змінам кута α відповідають нелінійні зміни площі під кривою синусоїди.

Керовані випрямлячі широко використовуються для створення регульованих джерел напруги при регулюванні нагрівачів, освітлювальних приладів, швидкості обертання електродвигунів і т.п.

3. Автономні інвертори. Призначення та класифікація

Автономні інвертори - це пристрої, що працюють на автономне навантаження і призначені для перетворення напруги постійного струму в напругу змінного струму заданої або регульованої частоти.

Застосовують автономні інвертори:

1) у системах електропостачання споживачів змінного струму, коли єдиним джерелом живлення є джерело напруги постійного струму (наприклад, акумуляторна або сонячна батарея);

2) у системах гарантованого електропостачання при зникненні напруги мережі живлення (наприклад, для особистих потреб електростанцій - для живлення пристроїв контролю, вимірювання, захисту, ЕОМ);

3) для живлення технологічного устаткування, частота напруги якого відрізняється від промислової частоти 50 Гц;

4) для частотного регулювання швидкості асинхронних двигунів;

5) для живлення споживачів змінного струму від ліній електропостачання постійного струму;

6) для перетворення постійної напруги одного рівня у постійну напругу іншого рівня (конвертування напруг).

Комутаційними елементами в інверторах є тиристори або силові транзистори.

Залежно від специфіки електромагнітних процесів розрізняють інвертори струму та інвертори напруги. На рис. 10.1 зображені приклади їхніх схем.

В інверторах струму силове коло схеми підминається до джерела постійної напруги через дросель L з великим індуктивним опором (як відомо, джерело струму повинно мати великий опір).

Рис. 10.1 - Автономні інвертори струму (а) та напруги (б)

В інверторах напруги паралельно джерелу живлення вмикається конденсатор великої ємності, чим виключається вплив на роботу пристрою внутрішнього опору джерела (отримуємо джерело напруги за змінним струмом).

Таким чином, комутація тиристорів в інверторах струму проводиться за сталого струму, а в інверторах напруги - за сталої напруги.

При роботі інвертора схема керування почергово вмикає пари тиристорів VS1, VS4 або VS2, VS3, завдяки чому на навантаженні Rн виникає змінна напруга - за допомогою ключової схеми навантаження підмикається таким чином, щоб в ньому протікав струм різних напрямків.

Якщо навантаження інвертора напруги має індуктивний або активно-індуктивнин характер, то паралельно тиристорам вмикають зворотні діоди (VD1-VD4 на рис. 10.1,б). Цим забезпечується передача накопичуваної в індуктивності енергії назад у джерело живлення.

Основною проблемою при проектуванні інверторів є забезпечення надійного вимикання тиристорів, що знаходяться у провідному стані, перед вмиканням тиристорів, що не проводили струм. Це реалізується використанням схем примусової комутації, що забезпечують запирання тиристорів у колах постійного струму (див. розділ 2.6.2).

Зверніть увагу на те, що вентильна схема в наведених інверторах є мостовою, як і у випрямлячі (що є перетворювачем напруги змінного струму в напругу постійного струму). Звідси висновок - керовані вентильні схеми є зворотними. Вони можуть передавати енергію як в одному, так і в іншому напрямку, залежно від місця вмикання джерела і навантаження і від алгоритму керування.

4. Однофазний інвертор струму

Схема однофазного інвертора струму з трансформаторним виходом зображена на рис. 10.2. Почергово вмикання тиристорів VSI або VS2 забезпечує виникнення на навантаженні Rн змінної напруги.

Рис. 10.2 - Однофазний інвертор струму з трансформаторним виходом

Дросель L забезпечує незмінність величини струму у силовому колі. С - комутуючий конденсатор, який забезпечує примусове вимикання тиристорів.

Первинні пів обмотки трансформатора ТV

підімкнені до тиристорів VS1 і VS2 відповідно, а його вторинна обмотка w₂ - до навантаження Rн.

Схема керування тиристорами СК забезпечує подачу керуючих імпульсів на тиристори (у найпростішому випадку цe може бути симетричний мультивібратор, що працює в автоколивальному режимі).