Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 90
Текст из файла (страница 90)
В качестве примера иа рис. 13.1,6 — г приведено несколько наиболгг тн личных структурных схем построения ИВП, лоторые предназначены' длн пра. образования напряи ения промышленной сети в постоянное напряжение. Пер вая (рис. !3.1.6) содержит каскадно соединенные трансформатор (Т)г), вы. прямктель (В), сглаживающий фильтр (Ф) и стабилизатор (Сг), Функции. иэлькое назначение отдельных блоков соответствует структурной схема рнс. 13.1щ т. е. сначала согласовываютсп уровни, затем частоты и окончщгж, но стабильности входного и выходного напряжений.
Вторая структурная схема (рпс. 13.1,а) предполагает первоначальное прг образование входного переменного напряжения в постоянное (выпрямитель В1 и фильтр Ф)). Далее выполниется согласование уровней напряжения. Для зто. го служит конвертор, выполненный на каскадно включенных иквсрторе )у и трансформаторным выходом н выпрямителе В2. Для окончательной стабилизации мгновенных значений выходного напряженна в схеме попользуется выход. ной сглаживающий фильтр Ф2. Особенностью данной структуры является соп ыещенне в конверторе двух функций Это согласолапне уровней напряжении и стабклпзация его среднего значения.
Для выполнения последней функц!щ выходное напряжение ИВП псполыуегся в инверторе И в качестве управлх ющего (цепь обратной связи), Обычно в рассмотренной структуре промажу. точное преобразование постоинного напряженна в переменное выполняется с использованием высокочастотного ипвертора, что позволяет существенно уненьшнть массу и объем всего устройства. Структурная схема рнс. 13.1,г содержит только два блока, Это управляемый выкрямнтель (УВ), а функции которою входит согласование уровня, ча. стоты и стабнльностн среднего значения выходного напряжения, а также выходной сглаживающий фильтр (Ф), стабилнзпрукиций мгновенное значение выходного напряжения.
Сравнение приведенных структур свидетельствует о том, что представлеане ИВП в виде каскадного соединения трех функционально законченных блоков являетси до некоторой степени условным. В конкретной структуре часто невозможно выделить законченные функкпоизщ пые блохи, выполняющие только один нз указанных выше типов преобразования (согласования] напряжений. Однако такое представление позволяет четко сформулировать требованив, предъявляемые к МВП, определпть его место л составе ЭС н основные характеристики.
Не зависимо от структурной схемы н конкретных схемотехнических решений, ИВП характеризуется рядом электрических параметров. К основным из них относятся следующие. 463 !. НОминальние уроинИ ВхОдногО Унхнон н ВЫХОднОГО Уннхнон тиапряжеиий. В зависимости от формы эти напряжения являются либо действующими (У, =У), либо постоянными (У„=У„), 2. Предельные отклонения входного и выходного напряжений .от номинальных значений. Иногда их называют отиосительнымн изменениями или коэффициентом нестабильности напряжения ахах (Ггвхвх !Гноч! ()3.!) ~нов ах х. (!à — т4«! )9) х'нач 'Часто прн определении выходного напряжения отдельно задают величину нестабильности от изменения тока нагрузки и напряжения питания аи.„„(г ) а~...(й ! )ОО, С~нов нон х(х ((х ) ~ внх( вх! )()() ()3.2) чХвнх ноч где Л(~внх(хн) н йбвнх(Увх) — соответственно абс~~~~ные измене- ния выходного напряжения при заданном изменении тока нагруз- ки и входного напряжения.
Иногда величину 60ввхх(0вх) задают коэффициентом стабили- зации по напряжению хв ах'нх'х'нх нон (13.3) аххвнхх'вхЮвчх нон Если ИВП предназначен для получения на выходе стабильного тока нли мощности, то перечисленные параметры определяются относительно этих величин. 3. Диапазон изменения выходной мощности Р, . — Рн~ы, Иногда этот диапазон задается значениями максимального 1ннхвнвх н минимального 1вмх а,~а токов нагрузки.
4. Предельный уровень амплитуды переменной составляющей входного У ., и выходного К... напряжений. Иногда эта ве. личина задается и виде коэффициента пульсаций '- = ('нв~/(-Гнон ()3А) где У х — амплитУда пеРеменной составлающей НУльсиРУющего напряжения, представляющая собой амплитуду низшей (основ- ной) его гармоники. Способность ИВП пропускать переменную составляющук» входного напряжения задается в виде коэффициента сглажива- ния Ч = ою)оонх. (! 3.5) гал, преОВРАзОВАтелн переменнОГО нАпряження В ПУЛЬСИРУЮ%ЕЕ НАПРЯЖЕННЕ (ВЫПРЯМНТЕЛН) Основными параметрами выпрямителей являются: 1.
Среднее значение выходного напряжения г (г', = — ( и, „гй. р-,, н 2. Среднее значение выходного тока 1 ~ср =- — ган~Ф. Тф' 3. Козффициент пульсации выходного напряжения (тока) 1см. (!3А)1. Одиофазный однополунернодиый выпрямитель. Простейшим выпрямителем является схема однофазного одиополупернодного выпрямителя (рис. 13.2, а). Рассмотрим ее работу н предположении, что входное напряжение изменяется по закону и„=(т з)погд На интервале 0<(е, с."г) 2 (рис. 13.2, б) полупроводниковый диод )т12 смещен в прямом (13.6) (13.7) рр тМ т,утгт а Ф Рне.
(З.Е Схема однофааного однонояупернодного амнрямнтеяя (о) н нремен. нме днаграммм, пояенявпгпе его работу (б) ебб Кроме перечисленных, к ИВП могут предъявляться дополнительные требования, определяющие как его влектрические, так н конструктивно-технологические параметры. Рассмотрим типовые функциональные блоки ИВП, где У~ — амплитуда входного напряжения, нли используя извест- ное соотношение, связывающее амплитудное и действующее знг чения напряжения переменного тока У= У Тг2, и„„= У~ Ц(, где У вЂ” действующее значение входного напряжения.
По аналогии, предполагая. что амплитуда выпрямленного то. ка 1 У 11г„для среднего тона в нагрузочиом резисторе можно записать л У„,р ~ — )г У,д з1п й)Ы1 1щ1я Ос31йущ, 6 (13.9) где l — амплитуда выпрямленного тока. Действующий ток в нагрузочном резисторе, равный току диода, определяется выражением / гз к (,=Т„У вЂ” ('~1 ° Ы~ =~ 12=О,Ы, (13.1()) Ъх з Максимальное обратное напряжение на диоде Уд,зр У . Спектральный состав выпрямленного напряжения, полученный в результате разложения однополупериодных импульсов выпрям. ленного напряжения (рис. 13.2, б) в ряд Фурье, имеет вид и — У + — У з(п чт — — соз 2ат — 7 соз ит — ...
1 ! 2 н ю т Зи Ю где ~4 (1/и)У вЂ” постоянная составляющая выпрямленного напряжения; и~- (1/2) У з(п м( — первая (основная) гармоника выходного напряжения; из (2/3п) У, соз 2сэ1 — вторая гармоника выходного напряжения и т. д. 466 направлении и напряжение, а следовательно, и ток в нагрузочном резисторе повторяют форму входного сигнала. На интервале ТД<Г<Т диод г(У смещен в обратном направлении н напряжение (ток) в нагрузке равно нулю. Прк заданном входном напряжении и..=У„з(пмт для нечетных его полупериодов, т. е.
2ая;аы(.ч:2йк+1, выпрямленный ток в нагрузочном резисторе 1, будет создавать на нем паденке напряжения, среднее значение которого, согласно выраженнк~ (13,6), равно г т)з 1гл ӄ— 1 щй = — ~ У з1п илй =-- —" соз и( ~ = Уч(я, (13.8) т~ г. 6 Коэффициент пульсации, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения, для рассматриваемой схемы а (ущ,70„,„— — я/2 = !.67. ( !3.! 1) Кзк видно нз выражения (!3.! !), однополупериодное выпрямление имеет низкую эффективность нз-за высокой пульсации выпрямленного напряжения, а потому находит ограниченное применение. Однофазный двухполупернодный выпрямитель Лнализируя временные диаграммы, приведенные на рнс.
13,2,б, можно сделать вывод. что параметры выходного напряжения выпрямителя можно существенно улучшить, если ток нагрузки будет протекать в оба полупернода действия входного напряжения. Этого наиболее просто добиться, используя две схемы однополупериодного выпрямления, работающие синхронно и противофазно на единую нагрузку.
Реализация данной идеи потребует использования двух источников первичного напряжения и',„(7„з!пяо! и и,'„ 0 з!п(гпу+я), имеющих общую точку, Полученная таким образом схема называется однофазной двухполулериодной схемой выпрямителя со средней точкой (рис. !3.3, а). Рассмотрим ее работу. Длп этого воспользуемся временными диаграммами, приведенными на рис. 13.3,б, На интервале 0<в< <Т72 под действием напряжения и,'с диод )г01 смещен в прямом Рак 1ЭЛ. Схема одяочгаапого деухполуперяодного емпрямягеля со средней точкой (а) и аремеппие дяаграммм, поясяягогнпе его работу (6) 46т направлении н поэтому ток нагрузкн определяется напряжением и,'„. На этом же интервале диод П)2 смещен в обратном направлении и к нему прикладывается сумма напряжений и,+и'„, В результате этого макснмальное обратное напряжение запертого диода Ун ° 4 =2К' На интервале Т(2<т~Т днод П)! смещен в обратном направлении, а ток нагрузки под действием напряжения и,„ппотекает через прямосмещенный днод К02.
Нетрудно заметить, что в данном случае средние значения напряжения нагрузки будут в два раза превышать напряжение однофазной одноиолупериодной схемы (У„„=2и.~ =2У2 и~; Т„,р 27~/Я = 2Р 2 У/Я. (13.!2) (!3.13) где 0 н т' — амплитудные значения входного напряжения и тока, а У н т' — нх действующие значения. К аналогнчиым результатам можно прнйтн, основываясь н на следующнх общих рассужденпях. В рассматриваемой схеме каждый диод проводит ток в течение половины периода. Тогда У рз = М.4р(Т(2), т, е. среднее напряженке равно удвоенному зйаченню среднего за период напряженкя от интервала проводимости одного днода.
Перенесем начало отсчета (1=0) в точку, для которой и„=0, Тогда значенне У„,р(Т~2) согласно рнс. !33, б может быть найдено из соотно4пення тл и„„(Т12)= — ' (' и. Ыт. т — тн (ГРсРЭ= —" ~ Ц„СОЭ<ММ4 44 4Р 4тк (!3,14) а первой нз прнсутствующнх на выходе гармоник переменного напряжения будет гармоника с номером (=п, т. е. на выходе выпрямителя получим пульсирующее напряжение, частота которого в п раз выше частоты изменения входного напряжения (и„).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
