КАТУШКА С МАГНИТОПРОВОДОМ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 31 страница

Если значение угла управления

О < а < 90°,                             (10.23)

то напряжениеU₀> 0. В этом случае как мощность, развиваемая аккумулятором, так и мощность первичной цепи трансформатора имеет положительные значения. Энергия, поступающая из сети пе­ременного тока и аккумулятора, преобразуется в тепловую энер­гию, которая рассеивается во внутреннем сопротивлении R_mпос­леднего.

Работу инвертора часто определяют не значением угла управле­ния а (10.22), а значением угла опережения

0 <(3= 180° - а <90°.                        (10.24)

Практически угол опережения не может быть меньше некоторо­го минимального значения (3_min, необходимого для восстановления непроводящих свойств тиристора. Для заданного значения угла опе­режения на основании (10.19) и (10.21) можно найти зависимость необходимого значения ЭДС Е от тока нагрузки 1₀ и угла опереже­ния (3:

9/7

Е —-^-cos|3 -f R_mI_Q.                        (10.25)

Из соответствующего уравнению (10.25) семейства характерис­тик (рис. 10.52) видно, что, изменяя угол опережения (3, можно из­менять ток нагрузки /₀, а следовательно, и мощность Р = Е1₀ при Е — const.

Инверторы часто применяются в электроприводе для питания от сети переменного тока машин постоянного тока. Последние могут работать в режиме двигателя или генератора, т.е. потреблять или отдавать энергию. При соответствующем изменении угла управле­ния а и переключении цепей машины одно и то же устройство пре-

 

образования может служить как выпрямителем для питания двига­теля (см. рис. 10.49), так и инвертором для использования энергии генератора (см. рис. 10.50). Мощность инверторов, ведомых сетью, достигает 100 кВт и более.

Автономные инверторы. Различают автономные инверторы тока и напряжения. Инвертор тока получает энергию от источника пита­ния через сглаживающий фильтр большой индуктивности. Инвер­тор напряжения подключается непосредственно к источнику пита­ния с малым внутренним сопротивлением.

Рассмотрим установившийся режим работы однофазного авто­номного инвертора тока с нулевым выводом трансформатора (рис. 10.53), положив, что к моменту времениt = 0 тиристорVS_Xбыл зак­рыт, тиристорVS₂открыт, конденсатор цепи коммутации емкостью С_к заряжен так, как показано на рис. 10.53 знаками плюс и минус без скобок, трансформатор идеальный и сопротивление цепи нагрузки R_u.В цепь источника постоянной ЭДС Е включен сглаживающий фильтр с индуктивностью Хф —> оо. Поэтому ток источника посто­янныйi = /(рис. 10.54, а).

Первый после момента времениt= 0 импульс управленияu_yia (рис. 10.54, б) открывает тиристорVS_hи начинается разрядка кон­денсатора по контуру цепи, отмеченному на рис. 10.53 штриховой линией. При этом ток разрядки конденсатора закрывает тиристор VS₂и поддерживает открытое состояние тиристораVS₂.В результа­те быстро протекающего переходного процесса тиристорVS_Xоткроется и ток в нем увеличится до значения ц = I (рис. 10.54, в), а тиристорVS₂закроется и ток в нем уменьшится до нуля (i₂= 0). Да­лее конденсатор под действием напряже­ния на первичной обмотке трансформа­тора и = 2 Е перезарядится так, как пока­зано на рис. 10.53 знаками плюс и минус в скобках. Через половину периода под действием импульса управления и_уп2 от­кроется тиристорVS₂и разрядка конден­сатора по тому же контуру цепи в направ­лении, обратном предшествующей раз­рядке, закроет тиристорVS_X.Под дей­ствием напряжения на первичной обмот­ке трансформатора и = — 2 Е конденсатор перезарядится, как показано знаками плюс и минус без скобок.

"Uyiilk oL «зля! ' oL

Т/2

I t

I t

Рис. 10.54

Далее процесс переключения тиристо­ров будет периодически повторяться с частотой следования импульсов управле­ния (рис. 10.54, б).

Токи тиристоров i_xи г₂ представляют собой две последователь­ности прямоугольных импульсов длительностью Т/2 и амплитудой /, сдвинутые относительно друг друга на 1/2 периода (рис. 10.54, в), а ток нагрузки г_н =w₁/w₂(h — г₂) — последовательность знакопере­менных импульсов (рис. 10.54, г). Его максимальное значение

UU И) Hj

/_н = — I =            гдeR'_u= (щ/щ)²Я_н — приведенноесопротивле-

w₂ w₂ R^

ние вторичной цепи трансформатора к первичной (9.8).

Принцип работы автономного инвертора напряжения рассмотрим на примере однофазного инвертора с нулевым выводом (рис. 10.55). Он содержит основные тиристорыVS_XиVS₂большой мощности для переключения тока в приемнике с сопротивлением нагрузкиR_Hи узел коммутации, указанный на рис. 10.55 штрихпунктирной лини­ей. Последний содержит вспомогательные тиристорыVS_KiиVS_k2малой мощности, диодыVD_XиVD₂, включенные параллельно и встречно основным тиристорам, и ветвь последовательно включен­ных конденсатора С_к и катушки индуктивностиL_K.Конденсаторы большой емкости С_г = С₂ выполняют роль делителя напряжения источника постоянной ЭДС Е на две равные части.

Примем, что в исходном состоянии тиристор VSi открыт; тирис­торыVS₂, VS_KlиVS_k2закрыты; конденсатор С_к заряжен так, как по­казано знаками плюс и минус без скобок, до напряжения £/₀; кон­денсатор С_х разряжается через тиристор VS^ и цепь нагрузки, ток в которой равен г,, =E/2R_H.

Чтобы изменить направление тока в цепи нагрузки, нужно сна­чала закрыть тиристорVS_bа затем открыть тиристорVS₂.Для этого с помощью управляющего импульса системы управления (СУ на рис. 10.55 не показана) открывается вспомогательный тиристорVS_Kl.Начинается разрядка конденсатора С_к (см. рис. 5.6 и 5.8).

В процессе коммутации можно выделить три следующих друг за другом этапа (рис. 10.56). На первом этапе в интервале времени ^ — t_x ток разрядки г_с< г_н =E/(2R_H)замыкается по цепи тиристораVS_X (контур 1), прямой ток которого г_н — г_с> 0. Прямое падение напря­жения на тиристоре поддерживает диод VD_Xв закрытом состоянии.

j Узел коммутации

vsK,

Ci Е

-{ЗЛ + -vs2

1\

©

■b

CJ uc vd2

vs«

'T-vs2$ hi

Рис. 10.55

В момент времениt₂ток в тирис­торе уменьшится до нуля и он зак­роется. После закрывания тиристо­раVSiв интервале времениt₃— ^ ток разрядкиi_c> г_н = E/(2R_H)бу­дет замыкаться через диодVD_X(кон­тур 2). При этом прямое падение на­пряжения на диоде поддерживает тиристор VSi в закрытом состоянии до полного восстановления его уп­равляющих свойств.

 

Одновременно происходит перезарядка конденсатора С_к так, как показано на рис. 10.55 знаками плюс и минус в скобках. Это подго­тавливает узел коммутации к следующему этапу переключения ти­ристоров. В момент времени t_zпрямой ток диода г_с — 4 уменьшится до нуля, диод закроется и начинается завершающий этап коммута­ции, на котором ток разрядкиi_c= г_н замыкается через цепь нагруз­ки (контур 3). При этом конденсатор С_к получает энергию от источ­ника, компенсирующую ее потери на предыдущих этапах коммута­ции, и заряжается до напряжения -U_Q.В момент времениt₄ток раз­рядкиi_c—0 уменьшается до нуля и вспомогательный тиристорVS_Ki закрывается. После окончания процесса перезарядки конденсатора под действием управляющего импульса системы управления откры­вается основной тиристорVS₂.Направление тока нагрузки изменит­ся на обратное, и этот ток будет равен току разрядки конденсатора С₂. Далее процесс коммутации тиристоров будет периодически по­вторяться с частотой следования импульсов управления.

На основе автономного однофазного инвертора с нулевым выво­дом можно создать автономные мостовые однофазные, а также мно­гофазные инверторы.

Мощность автономных инверторов, как правило, меньше мощ­ности инверторов, ведомых сетью.

10,12, Преобразователи постоянного напряжения и частоты

Преобразователями постоянного напряжения (конверторы) на­зывают устройства, предназначенные для изменения значения по­стоянного напряжения. Они основаны обычно на импульсных ме­
тодах, которые позволяют осуществлять преобразование с мини­мальными потерями энергии.

Различают два основных типа импульсных преобразователей по­стоянного напряжения (рис. 10.57, а и 10.58, а). Рассмотрим устано­вившийся режим работы типовых преобразователей, приняв, что элементы их цепей идеальные. КлючSработает с постоянной часто­той и за один период Г замкнут в течение времениt_m. Значение ем­кости С велико и постоянная времениCR_UТ. Последнее допу­щение означает, что за время одного периода напряжение на емкос­тном элементе изменяется мало и можно считать

и_с = и_н = const.                           (10.26)

у и а. • С V

Ф| Ij tH=S0 T*V» V JJ

В схеме преобразователя по рис. 10.57, а при замыкании ключаS ток в индуктивном элементе равенi_Lm[nи в дальнейшем определяет­ся вторым законом Кирхгофа для контура 1

i_Ki

,(~UVD) u„ ^ E

и

0

hi

0

ivD>

Lhl

s.г„		s
	1

 

 

"I		i 4
1	1	t

т.е. с учетом (10.26) линейно возрастает (рис. 10.57, б)

■ — • .E-Uc, Ч — Чтin "I £t-

При размыкании ключаSток в индуктивном элементе равенi_Lmaxи в дальнейшем определяется вторым законом Кирхгофа для контура 2:

т di_r

т.е. с учетом (10.26) линейно убывает (рис. 10.57, б)

• _ • ^ис ±

Ч — Ч max Y^

Ток в емкостном элементеi_c= i_L— ^ переменный. Периодичес­кая зарядка и разрядка емкостного элемента поддерживает неизмен­ным уровень тока в приемнике с сопротивлением нагрузкиR_H.

Второй закон Кирхгофа для средних значений напряжений на эле­ментах контура 2 приu_Lcp= 0 иu_VDc?=-Et^j Топределяет регули­ровочную характеристику преобразователя

«п =

Работу преобразователя по схеме рис. 10.58, а иллюстрирует вре­менная диаграмма на рис. 10.58, б, которой соответствует регулиро­вочная характеристика

1

и„ = Е

1-Ь

т

Регулирование значения постоянного напряжения в обоих рас­смотренных выше случаях осуществляется без потери энергии в са­мих преобразователях. В качестве ключа в преобразователях малой и средней мощности (до 1 кВт) используются биполярные и полевые транзисторы, в преобразователях большой мощности — тиристоры.

Преобразователями частоты называются устройства, предназ­наченные для преобразования переменных напряжения и тока од­ной частоты в переменные напряжение и ток другой частоты.

Типовой способ преобразования частоты заключается в выпрям­лении (см. 10.9 и 10.10) преобразуемых переменных напряжения и тока и последующем их инвертировании (см. 10.11) в переменные напряжение и ток требуемой частоты.

10.13. Классификация усилителей

Усилителями называются устройства, предназначенные для уве­личения значений параметров электрических сигналов за счет энер­гии включенного источника питания. Различные усилители приме­няются для преимущественного усиления значений тех или иных параметров сигналов. По этому признаку они делятся на усилители напряжения, тока и мощности.

Возможны линейный и нелинейный режимы работы усилителя. В усилителях с практически линейным режимом работы получает­ся минимальное искажение формы усиливаемого сигнала, который всегда можно представить совокупностью гармоник различной час­тоты (4.2). Искажение сигнала будет минимальным, если без иска­жения будут усиливаться все его гармонические составляющие. Свойство усилителя увеличивать амплитуду гармонических состав­ляющих сигнала характеризует его амплитудно-частотная характе­ристика АЧХ [см. (2.91а)]. По типу АЧХ различают усилители мед­ленно изменяющихся напряжений и токов, или усилители постоян­ного тока (рис. 10.59, а), усилители низких частот (рис. 10.59, б), усилители высоких частот (рис. 10.59, в), широкополосные усили­тели (рис. 10.59, г) и узкополосные усилители (рис. 10.59, Э).

Типовые значения нижней и верхней границ частот АЧХ усили­телей различного типа приведены в табл. 10.3.

В усилителях с нелинейным режимом работы при увеличении значения напряжения на входе больше некоторого граничного уров­ня изменение напряжения на выходе усилителя практически отсут­ствует. Такие усилители применяются главным образом в устрой­ствах импульсной техники, в том числе логических.

В настоящее время усилительная техника основана на широком внедрении усилителей в интегральном исполнении. Поэтому акту-

 

Таблица 10.3 Нижняя и верхняя границы частот амплитудно-частотной характеристики усилителя Тип усилителя Граница нижних частот /н, Гц Граница верхних частот /п, Гц Усилитель постоянного тока Усилитель низких частот Усилитель высоких частот Широкополосный усилитель 0 20-50 104—105 20-50 103-108 104 —2-104 107-108 107-108

 

альным становится не разработка самих усилителей, а их примене­ние для реализации различных функциональных узлов систем ав­томатики, управления и измерения.

10.14. Усилительные каскады на биполярных транзисторах

Рассмотрим принцип работы типового усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим эмитте­ром (рис. 10.60). Здесь и в дальнейшем заземлением будем отмечать общий узел входной и выходной цепей усилителя. Источник усили­ваемого сигнала, показанный внутри штриховой линии, представ­ляет собой источник с внутренним сопротивлениемR_BTи ЭДС е_с = и_с. Конденсаторы С_х и С₂ большой емкости отделяют цепь по­стоянного тока (цепь питания) от цепи источника сигнала и цепи приемника с сопротивлением нагрузкиR_H.Если напряжение вход­ного сигнала и_с невелико, то работу усилителя как нелинейной цепи (см. 6.3) удобно представить в виде наложения режима покоя при действии только источника питания с ЭДС Е_к (рис. 10.61) и режима с переменными составляющими токов базы г_Б, коллектора г_к и на­грузки г_н при другом источнике ЭДС е_с(рис. 10.62), ток которогоi_e.

В схеме усилителя для переменных со­ставляющих положительное направление тока нагрузки г_н принято к общему выво­ду транзистора, т. е. к эмиттеру.

Рис. 10.61

Рабочая точка А режима покоя опре­деляется статическими характеристика­ми транзистора на основе метода нагру­зочной характеристики аналогично рис. 6.11, если принять 1_Би С /_Кп (рис. 10.63), т.е. 1_Ки « 1_Эи-

Заметим, что необходимый режим ра­боты транзистора по постоянному току можно получить и без рези­сторовR₂и Однако последние позволяют стабилизировать по­ложение рабочей точки А при изменении температуры окружающей среды. Повышение температуры окружающей среды изменяет па­раметры транзистора так, что токи базы, коллектора и эмиттера уве­личиваются при прочих неизменных условиях. При наличии резис­тора Д_э^в цепи эмиттера это приводит к увеличению на нем напря­жения. Одновременно уменьшаются напряжение 11_БЭ и ток базы. Таким образом реализуется отрицательная обратная связь и стаби­лизация режима покоя. В режиме малого сигнала описанный меха-

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 339; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!