Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Появившиеся после этого импульсы с крутыми фронтами и малой длительностью являются двухполярными Диоды Н)Э и 1'П4 в управляющих цепях тиристоров делают их однополярными (не пропускают отрицательные импульсы) Рис 5!8 Схема однофазно~о двухполупериодного управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым управлением О по с Рис 5 19 Схема (а) и векторная диаграмма фазовращателя (б) 231 Усилители-ограничители питаются от отдельного выпрямител„ который собран по мостовой схеме на диодах П)~ — 1'2~я .
В выпр„. митель входит также сглаживающий ВС-фильтр. Среднее значение выпрямленного напряжения при угле управл ння а ~0 без учета потерь определяют из выражения (г = — ~ 'Г2( ~япогг Йо г = — (!+сока) =Ьн0, (5.!6) "' гг' 7[ где (г~ — действующее напряжение фазы вторичной обмоткв трансформатора, Ь'„о= " (~~ — значение (.г„при а =О. гг Задача 5.9. В двухполупериодном управляемом выпрямителе (см,рис.5.18) необходимо получить выпрямленное напряжение (гнг= =74,2 В.
Определить утол сдвига фаз между выпрямленным и управляющим напряжениями, если известно, что (г~= 110 В. Отвеггг а =60'. 5.7. ИМПУЛЪСНЪ|Е ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ИППН) Большие габариты и масса рассмотренных ранее ИВЭ обусловлены в основном трансформатором и индуктивными катушками фильтров„которые рассчитываются для работы на частоте 50 Гц. Чтобы устранить этот недостаток, современные ИВЭ все чаще создаются на основе высокочастотных импульсных преобразователей, у которых на входе отсутствует трансформатор.
Структурная схема такого ИВЭ представлена на рис.5.20,гг. Напряжение и! с частотой г'! выпрямляется выпрямителем В!, фильтруется сглаживающим фильгром СФ! и подается на импульсный преобразователь напряжения ИПН. С помощью ИПН постоянное напряжение (.г„! превращается в импульсное переменное напряжение и~ высокой частоты ~~ =20 кГц + +1 МГц. Далее, оно вновь выпрямляется выпрямителем В„, фильтруется фильтром С Ф~ и в заключение стабилизируется импульсным стабилизатором СТИ. Упрощенная принципиальная схема импульсного ИВЭ (без стабилизатора) представлена на рис.5.20,б. Напряжение гг! (обычно это напряжение промышленной сети частотой2!=50 Гц) подается на мостовой выпрямитель.
Из-за отсутствия трансформатора такой ИВЭ еще называют ИВЭ с бестрансформаторным входом. 232 И2 2 и~ф в В2 п2 СФ2 СТ Рис 5.20 Структурная (а) и принципиальная (б) схемы импульсного преобразователя постоянного напряжения Выпрямленное и отфильтрованное напряжение Ь"„~ подается на высокочастотный преобразователь напряжения„составленный из транзисторов УТ1 — Ь'Т4. Транзисторы работают в ключевом режиме. Открываются и запираются транзисторы с помощью управляющих импульсов иу, подаваемых на их базы, с частотой ~, (блок управляющих импульсов и на схеме не показан).
у В течение первого полупериода транзисторы Ъ'Т~ и $'Т4 открыты с помощью импульсов иу, а транзисторы 1'Т2 и 1'Тэ — закрыты. При этом ток имеет направление: "+" У„~ — УТ~ — первичная обмотка я ~ высокочастотного трансформатора — транзистор ГТ4 — — 11, ~ В этом случае полярность верхнего вывода обмотки в ~ "+", а нижнего "— ". Во второй полупериод открыты транзисторы к Т2 и Ъ Тз, а транзисторы Ъ Т~ и г Т4 — закрыты Направление тока при этом таково: "+" Гп~ — транзи:тор ~'Тз — обмотка и1 — транзистор TТ2 — "— -" Г„р В результате этого на выводах обмотки и1 полярность напряжения будет соответствовать полярности, указанной в скобках Прямоугольной формы напряжение трансформируется во вторичную обмотку, выпрямляется с помощью выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансфоратора и сглаживается фильтром Е.,1,СФ2. Напряжение Ь'„2 подается на стабилизатор В целях дальнейшего уменьшения габаритов и массы стабилизатор выполняется по схеме импульсного стабилизатора постоянного на"Ряжения (см.
~ 5.5). Так как для питания электронных устройств требуется постоянное напряжение +24 В, +15 В, +12 В, +5 В, +2 В, то высокочастотн ~й грансформатор выполняется понижающим, а для получения двупо- 233 лярного напряжения питания — с выводом средней точки вторичнои обмотки трансформатора. которая заземляется.
Габариты и мас трансформатора и фильтра Е.ФГфз малы. так как они рассчитаны н„ работу с высокой частотой. Рассматриваемый ИВЭ имеет существе, ные недостатки: сравнительно низкий КПД из-за увеличения потерь при многок ратном преобразовании электрической энергии; высокую стоимость, определяемую применением высоковольтных транзисторов в преобразовагеле, которые должны выдерживать большое напряжение ~1к. достигающее нескольких сотен вольт.
Несмотря на отмеченные недостатки, рассматриваемый ЛВЭ на. ходит все большее применение в различных устройствах промышлеи. ной электроники из-за большо~о выигрыша в габаритах и массе, Вопрос 5.4. В чем преимушество импульсного преобразователя постоянного напряжения по сравнению с обычным выпрямителемэ Варианпня ответа: 5.4.1. ИППН имеют более высокий КПД. 5.4.2. ИППН имеют меньшие габариты и массу.
5.4.3. ИППН имеют большую надежность в работе. 5.8. ИНВЕРТОРЫ Для нормального функционирования устройств промышленной электроники при их питании от первичных источников, вырабатывающих энергию постоянного тока только одного напряжения, требуются преобразователи постоянного напряжения. С их помощью получают требуемое переменное напряжение. Ореобразовснпет~, в ко~порых постоянное напряжение преобразуется в перст нное, называкпп инверторами.
Прогресс в области разработок и применения нетрадиционных источников электроэнергии — топливных элементов, термоэлектрических и солнечных батарей — вызвал потребность в инверторах. Основными элементами инверторов являются коммутируюшие приборы (устройства), которые периодически прерывают ток или изменяют его напряжение. В качестве коммутирующих приборов в настоящее время применяют транзисторы и тиристоры, работающие в режиме ключа (открыт — закрыт), благодаря чему КПД преобразователей очень высок и может достигать 99 'о. К этому следует добавить. что полупроводниковые ключи и преобразователи на них имеют малые габариты, массу и стоимость, большой срок службы. Инверторы классифицируют по ряду признаков, основные из которых: !) тип коммутирующих приборов — тиристорные и транзистор ные инверторы: 2) принцип коммутации - ведомые сетью и автономные инверторы; 3) род преобразуемой величины — инверторы тока и инвертоРЫ 234 „впряжен ия.
Тиристорные инверторы — инверторы большой выходной мощнос- „поскольку современные тиристоры вьтускают на напряжения„равные нескольким киловольтам, и на токи до сотен ампер, чего нельзя сказать о транзисторах. Транзисторные инверторы выполняют на малую и среднюю мощность. не превышающую нескольких килова.гг. Ииверторы, ведомые сетью.
На рис,5.21,а изображена схема такого инвертора, представляюв1ая собой однофазный двухполупериодный инвертор с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора,. Между средней точкой и узлом г включен источник постоянной ЭДС Е. Инвертор, ведомый сетью, может работать как выпрямитель, если угол управления а < 90 (см.рис. 5.21,о). При а = 90 среднее значение выпрямленного напряжения равно нулю. Для передачи электроэнергии, вырабатываемой источником Е, в сеть переменного тока необходимо, чтобы ток ~'1 и напряжение и1 находились в противофазе, т.е.
а =180о (рис.5.22,а). Подобный сдвиг фаз воз- - и1 и) рнс.5.21. Схема однофвзного двухполупериодного ведомого се~ыо инвер~орв в Режиме выпрямлеиия (а) и временные диаграммы напряжения (П) прн фиксированных углах ) прав. 1ения а можен в том случае, если тиристор ("5, будет открыт при отрицатель ной полярности напряжения и2ь, а тиристор К5 ~ — при отрицательнон полярности напряжения и,„(см.рис.5.22,а). При этом происходит по очередное подключение вторичных обмоток трансформатора к ис.
точнику Е. Однако здесь надо учитывать следующие обстоятельства: если очередной тиристор отпирать точно при угле управления а =180о, то при этом другой тиристор не успеет закрыться, так как для этого ему нужно время, равное ~вы „. Тогда запирающийся тиристор за это вре мя ~ „, „ создаст короткое замыкание по цепи вторичная обмотка трансформатора — источник Г. Указанное явление называют срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора.
Чтобы устранить этот нежелательный процесс, необходимо сделать угол управления о меньше 180" на угол р, называемый углом опережения о~ппирания (см.рис.5.22,о). Запирание и отпирание тиристоров происходит под воздействием напряжения вторичной обмотки трансформатора, создаваемого сетью переменного тока. Поэтому такой инвертор называют инвертором, ведомым сетью.
Инвергоры, ведомые сетью, часто используют на электрическом транспорте. При обычном движении электропоезда машины постоянного тока работают как двигатели, питающиеся от выпрямителя, а при торможении они превращаются в генераторы, отдающие электроэнергию в сеть переменного напряжения. Такой процесс называется рекупера улей. 2 и~ и~ь 0' Рис.5.22. Временные диаграммы токов и напряжений двухполупернодного ннвертора, ведомого сетью, н последовательность работы тиристоров прн угле управления а = 180" (а) и с учетом угла опережения Д (б) 23б Рис 5.23.
Схема преобразователя для реверсивного электропривода посгоянного тока 0н ~ -(1носо'сс - ~~восо~ (л Р ) = - С~ осо~ ~3. (5. 3 7) 237 Следует отметить еще один способ перехода от выпрямления к инвертированию и наоборот, который широко применяется для управления скоростью и направлением вращения двигателей. Этот способ, являющийся наиболее экономичным, используется в реверсивиых преобразователях (рис.5.23).
При этом способе тиристоры включены в две трехфазные группы обмоток 1 и П, соединенные зигзагом. Выходы преобразователей соединяются с зажимами машины встречно, т,е. нейтральную точку О~ группы обмоток 1 подключают к минусовому зажиму машины, а нейтральную точку О2 группы обмоток П вЂ” к плюсовому зажиму. При указанном соединении группа преобразователей 1 работает в выпрямительном режиме, а группа преобразователей П вЂ” в инверторном режиме, который и обеспечивает генераторное торможение двигателя, а следовательно, изменение частоты вращения. Для изменения направления вращения двигателя (реверс) изменяют функции группы преобразователей. т.е. группа преобразователей 1 будет работать как ннвертор, а группа преобразователей П вЂ” как выпрямитель. Для обеспечения безаварийной работы нельзя допускать, чтобы постоянное напряжение генератора Е увеличивалось, а переменное напряЖение сети уменьшалось.
Если это произойдет, то увеличится время Коммутации тиристоров, что может привести к короткому замыканию, о котором было сказано ранее, и выходу из строя устройства, В инверторном режиме среднее значение напряжения определяется выражением н1З Рис.5 24. Семейство внешних характеристик инвертора, ведомого сетью, при фиксированных значениях угла опережения 1) 1н В этом режиме ЗДС генератора Е должна быть больше напряжения 1~'„~, чтобы компенсировать возникающие при передаче энергии потери; (5.18) ~ н Р ~'нхсоз!) Л~к Л~д тр ' 238 где ~/и,, ЛС~, ЛЬ' и ЛЬ' — соответственно напряжение холостого хода на вторичной обмотке трансформатора, падение напряжения, определяемое интервалом коммутации, падения напряжений на прямом сопротивлении диода и на вторичной обмотке трансформатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
