Регуляторы-стабилизаторы переменного тока

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 15Следующая ⇒

На рис.14.1.а представлена упрощенная схема стабилизатора, отпайки автотранс-форматора которого переключаются тиристорами VS1, VS3 и VS2, VS4. Стабилизация выходного напряжения в данной схеме осуществляется изменением моментов переключения отпаек автотрансформатора. Положительный полупериод входного напряжения в проводящем состоянии могут находится тиристоры VS1 или VS2, в отрицательной – VS3 или VS4. Коммутации тиристоров в такой схеме происходят под воздействием напряжения автотрансформатора. Для обеспечения естественной коммутации тиристоров необходимо чтобы переключение происходило на отводы с более высоким потенциалом. Например, в положительную полуволну выходного напряжения включается VS2, а затем VS1. В этом случае при включении VS1 образуется короткозамкнутый контур, в котором развивается ток направленный встречно току нагрузки, протекающему через VS2. В результате тиристор VS2 выключается и ток начинает проводить тиристор VS1. Регулирование действующего значения выходного напряжения может в данной схеме производится плавно за чет изменений моментов переключения тиристоров. На рис.14.1.б) представлена диаграмма выходного напряжения стабилизатора при чисто активной нагрузке.

Рис.14.1. Стабилизатор напряжения с тиристорами переключающими отпайки авто-трансформатора: а) схема; б) диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке.

При активно-индуктивной нагрузке возникает необходимость в усложнении схемы управления тиристорами. Это объясняется тем, что ток в нагрузке будет отставать от на-пряжения на обмотке автотрансформатора, а включение тиристоров происходит в моменты прохождения тока нагрузки через нуль. Встречно-параллельно включенные тиристоры могут непосредственно использоваться в качестве регуляторов-стабилизаторов напряжения (рис.14.2.а). Когда Uвх положительно подается управляющий импульс на тиристор VS1. Момент подачи управляющего импульса определяется углом управления α. В отрицательный полупериод ток нагрузки проводит тиристор VS2, который также включается в момент определенный углом α. Включение VS1 и VS2 происходит при снижении протекающего через них тока нагрузки до нуля. Если нагрузка чисто активная, то форма кривой тока нагрузки совпадает с кривой входного напряжения. При активно-индуктивной нагрузке в связи с отставанием тока от напряжения тиристоры VS1 и VS2 будут включаться позже.

Рис.14.2. Стабилизатор напряжения на встречно-параллельно включенных тиристорах: а) схема; б) диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке.

Регуляторы-стабилизаторы, выполненные на основе схем со встречно-параллельно включёнными тиристорами, являются сравнительно простыми и экономичными, имеют малые габариты, небольшую массу и позволяют регулировать выходное напряжение в широких пределах. Наиболее существенным недостатком является значительное искажение формы кривой выходного напряжения. Кроме того, при необходимости регулирования выходного напряжения до значений превышающих входное напряжение, в схеме обязательно должен присутствовать трансформатор или автотрансформатор.

Используя реактивные элементы (конденсаторы и реакторы) в сочетании с тиристо-рами, можно получить бестрансформаторную схему стабилизатора, имеющую выходное напряжение больше входного (рис.14.3 а). Принцип действия схемы поясняется векторной диаграммой (рис.14.3 б).

Рис.14.3. Стабилизатор напряжения с регулируемой индуктивностью: а) принципиальная схема; б) векторная диаграмма напряжений и токов.

Входное напряжение Uвх равно геометрической сумме выходного напряжения Uвых и напряжения на реакторе ∆ UL. Если изменять входной ток Iвх, то будут изменяться напряжение ∆ UL и напряжение Uвых. При этом выходное напряжение Uвых можно регулировать так, что его значение станет либо меньше, либо больше Uвх.

Основным достоинством рассматриваемой схемы является малое искажение формы выходного напряжения благодаря наличию конденсатора С, однако установленные мощ-ности конденсатора и реактора L2 относительно велики (в 2-3 раза выше номинальной мощности нагрузки).

Импульсные регуляторы

В основе работы импульсных или ключевых регуляторов напряжения лежит следующий принцип. Предположим, что нагрузка подключена к источнику напряжения через ключевой элемент К, (рис. 15.4.) который периодически замыкается и размыкается.

Время замкнутого tз и разомкнутого tр состояния ключа можно изменять, воздействуя на него сигналами, поступающими из системы управления (СУ). В результате к нагрузке будет приложено импульсное напряжение, форма которого соответствует диаграмме представленной на рис.15.4.б. Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке будет зависеть от соотношения времени замкнутого и разомкнутого состояния ключа К.

Отношение q =T/tз называют скважностью работы ключа. Изменяя скважность q, можно регулировать выходное напряжение на нагрузке. Регулирование напряжения в ассматри-ваемой схеме за счет изменения скважности, можно рассматривать как модуляцию вход-ного напряжения ключом К. Возможны три способа модуляции входного напряжения:

1. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда время tз - переменная, а частота f -постоянная. 2. Частотно - импульсная модуляция (ЧИМ), когда время tз - постоянная, а частота f -переменная. 3. Широтно-частотная модуляция (ШЧМ), когда время tз и частота f -переменные.

Система автоматического управления ключом может быть выполнена, как с цепью обратной связи (регулирование по отклонению), так и без цепи обратной связи, с контро-лем входного напряжения (регулирование по возмущению). В этих случиях ключевой ре-гулятор можно считать регулятором компенсационного типа. Кроме того, существует класс ключевых регуляторов с регулированием релейного типа. В таких преобразователях сигнал в цепи обратной связи, подаваемый на исполнительный орган (в данном случае ключ К) изменяется скачком, когда сигнал рассогласования эталонного и контролируемого напряжений становятся равным нулю. При расчете ключевых регуляторов чаще всего используются следующие параметры:

1. Среднее значение выходного напряжения

2. Действующее значение выходного напряжения

3. Коэффициент формы

4. Коэффициент пульсации

В некоторых схемах ключевой элемент может быть включен параллельно нагрузке рис.15.5.

Сущность регулирования напряжения в таких схемах аналогична, но сами схемы и электромагнитные процессы в регуляторах с параллельным ключом значительно отличаются от схем и процессов, протекающих в регуляторах с последовательным ключевым элементом. Поскольку напряжение после ключевого элемента носит явно выраженный импульсный характер, в ключевых регуляторах устанавливают фильтры состоящие из реактивных элементов - индуктивности и емкости. Назначение выходных фильтров- отфильтровывать переменную составляющую напряжения, уменьшив тем самым коэффициент пульсации напряжения на нагрузке. Помимо выходных фильтров, некоторые регуляторы содержат входные фильтры, предназначенные для уменьшения пульсации тока, потребляемого от источника постоянного тока. В большинстве схем ключевых регуляторов параметры фильтра опре-деляют характер электромагнитных процессов, протекающих в схеме, и расчет их имеет свои особенности.

Основным достоинством импульсных регуляторов является высокий КПД, обуслов-ленный малыми потерями в регулируемом ключевом элементе. Следствием высокого значения КПД импульсных регуляторов является их хорошие массогабаритные показатели. В то же время наличие высокого уровня пульсации при регулировании вызывает необходимость в увеличении коэффициента сглаживания фильтров регулятора, однако последнее может быть реализовано при сравнительно небольшой установленной мощности элементов фильтра, если повысить рабочую частоту регулятора до рациональных значений для каждого конкретного случая.

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 10 11 121314 15 Следующая ⇒