ИМПУЛЬСНЫЕ 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, а. Напряжение с частотой выпрямляется выпрямителем фильтруется сглаживающим фильт­ром СФ₁ и подается на импульсный преобразователь напряжения ИПН. С помощью ИПН постоянное напряжение превращается в импульсное переменное напряжение частоты . Далее, оно вновь выпрямляется выпрямителем , фильтру­ется фильтром СФ₂ и в заключение стабилизируется импульсным ста­билизатором СТИ. Упрощенная принципиальная схема импульсного ИВЭ (без стабилизатора) представлена на рис.5.20Д Напряжение (обычно это напряжение промышленной сети частотой =50 Гц) под- ается на мостовой выпрямитель. Из-за отсутствия трансформатора такой ИВЭ еще называют ИВЭ с бестрансформаторным входом.

Рис 5.20 Структурная (a) и принципиальная (б) схемы импульсного преоб­разователя постоянного напряжения

Выпрямленное и отфильтрованное напряжение U_n1 подается на высокочастотный преобразователь напряжения, составленный из транзисторов VT₁ — VT₄. Транзисторы работают в ключевом режи­ме. Открываются и запираются транзисторы с помощью управляю­щих импульсов и_у, подаваемых на их базы, с частотой (блок управ­ляющих импульсов и_у на схеме не показан),

В течение первого полу периода транзисторы VT₁ — VT₄ открыты с помощью импульсов и_у, а транзисторы VT₂ и VT₃ — закрыты. При этом ток имеет направление: «+» — первичная обмотка w₁ высоко­частотного трансформатора — транзистор VT₄ —^“_—^" U_п1 В этом случае полярность верхнего вывода обмотки а нижнего " _—". Во второй полу период открыты транзисторы VT₂ и VT₃ а транзисторы VT₁ — VT₄— закрыты Направление тока при этом таково: «+»U_n1 — транзистор VT₃ — обмотка w₁ — транзистор VT₂ __ " __” U_n1. В результате этого на выводах обмотки 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 трансфор­матора и сглаживается фильтром L_фC_ф2. Напряжение U_п2 подается на стабилизатор В целях дальнейшего уменьшения габаритов и массы стабили­затор выполняется по схеме импульсного стабилизатора постоянного на­пряжения (см. § 5.5). Так как для питания электронных устройств требуется постоянное напряжение ±24В, ±15В, ±12В, ±5В, ±2В, товысокочастотный трансформатор выполняется понижающим, а для получения двупо­лярного напряжения питания — с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора, которая заземляется. Габариты и масса трансформатора и фильтра L_фC_ф2 малы, так как они рассчитаны на работу с высокой частотой. Рассматриваемый ИВЭ имеет существен­ные недостатки:

сравнительно низкий КПД из-за увеличения потерь при многок­ратном преобразовании электрической энергии;

высокую стоимость, определяемую применением высоковольтных транзисторов в преобразователе, которые должны выдерживать большое напряжение U_K. достигающее нескольких сотен вольт.

Несмотря на отмеченные недостатки, рассматриваемый ИВЭ на­ходит все большее применение в различных устройствах промышлен­ной электроники из-за большого выигрыша в габаритах и массе.

Вопрос 5.4. В чем преимущество импульсного преобразователя постоянного напряжения по сравнению с обычным выпрямителем?

Варианты 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.

Преобразователи, в которых постоянное напряжение преобразует­ся в переменное, называют инверторами.

Прогресс в области разработок и применения нетрадиционных источ­ников электроэнергии — топливных элементов, термоэлектрических и солнечных батарей — вызвал потребность в инверторах.

Основными элементами инверторов являются коммутирующие 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 %. 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:

1) тип коммутирующих приборов — тиристорные и транзистор­ные инверторы;

2) принцип коммутации — ведомые сетью и автономные инверторы;

3) род преобразуемой величины — инверторы тока и инверторы напряжения.

Тиристорные инверторы — инверторы большой выходной мощнос­ти, поскольку современные тиристоры выпускают на напряжения, рав- _Hbie нескольким киловольтам, и на токи до сотен ампер, чего нельзя сказать о транзисторах. Транзисторные инверторы выполняют на ма­лую и среднюю мощность, не превышающую нескольких киловатт.

Инверторы, ведомые сетью.

На рис.5.21, л изображена схема такого инвертора, представляю­щая собой однофазный двухполупериодный инвертор с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора,. Между средней точкой и узлом с включен источник постоянной ЭДС Е. Инвертор, ведомый сетью, может работать как выпрямитель, если угол управле­ния а < 90° (см.рис. 5.21, 5). При а = 90° среднее значение выпрямлен­ного напряжения равно нулю.

Для передачи электроэнергии, вырабатываемой источником E, в сеть переменного тока необходимо, чтобы ток и напряжение находи­лись в противофазе, т.е. ɑ =180° (рис.5.22, а). Подобный сдвиг фаз возможен в том случае, если тиристор VS₂ будет открыт при отрицатель­ной полярности напряжения u_2h, а тиристор VS₁ — при отрицательной полярности напряжения и_2а (см, рис.5.22, a). При этом происходит по- очередное подключение вторичных обмоток трансформатора к ис­точнику Е, можен в том случае, если тиристор VS₂ будет открыт при отрицатель­ной полярности напряжения u_2h, а тиристор VS1 — при отрицательной полярности напряжения и_2а (см, рис.5.22, 7). При этом происходит по- очередное подключение вторичных обмоток трансформатора к ис­точнику Е.

 

 

 

Рис.5.21. Схема однофазного двучполупериодного ведомого ceibio пн вер юра в Режиме выпрямления (а) и временные диаграммы напряжения (б) при фиксиро­ванных углах управления ɑ

 

 

Однако здесь надо учитывать следующие обстоятельства: если очередной тиристор отпирать точно при угле управления а =180°, т₀ при этом другой тиристор не успеетзакрыться, так как для этого ему нужно время, равное /_выкл. Тогда запирающийся тиристор за это вре- мя? _выкл создаст короткое замыкание по цепи вторичная обмотка трансформатора — источник Е. Указанное явление называют срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора. Чтобы устранить этот нежелательный процесс, необходимо сделать угол управления а меньше 180° на угол р, называемый углом опережения отпирания (см.рис.5.22, б). Запирание и отпирание тиристоров происходит под воздействием напряжения вторичной обмотки трансформатора, со­здаваемого сетью переменного тока. Поэтому такой инвертор назы­вают инвертором, ведомым сетью.

Инверторы, 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 рекуперацией.

 

Рис.5.22. Временные диаграммы то­ков и напряжений двухполупериодного инвертора, ведомого сетью, и пос­ледовательность работы тиристоров при угле управления а = 180° (а) и с учетом угла опережения (б)

Рис 5.23. Схема преобразователя для реверсивного электропривода постоянного тока

 

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 реверсив­ных преобразователях (рис.5.23).

При этом способе тиристоры включены в две трехфазные группы обмоток I и II, соединенные зигзагом. Выходы преобразователей со­единяются с зажимами машины встречно, т.е. нейтральную точку группы обмоток I подключают к минусовому зажиму машины, а не­йтральную точку O₂ группы обмоток II— к плюсовому зажиму. При указанном соединении группа преобразователей / работает в выпря­мительном режиме, а группа преобразователей II — 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 I будет работать как инвертор, а группа преобразователей II— 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

(5.17)

 

 

Рис.5 24. Семейство внешних харак­теристик инвертора, ведомого сетью, при фиксированных значениях угла опережения

В этом режиме ЭДС генератора Е должна быть больше напряжения , чтобы компенсировать возникающие при передаче энергии потери:

, (5.18)

где , , и — соответственно напряжение холостого хода на вторичной обмотке трансформатора, падение напряжения, оп­ределяемое интервалом коммутации, падения напряжений на прямом со­противлении диода и на вторичной обмотке трансформатора.

На рис. 5.24 представлено семейство внешних характеристик инвер­тора, ведомого сетью: при фиксированных значениях угла . Эти характеристики, как следует из формулы (5.18), имеют нарас­тающий вид, т.е. с ростом тока увеличивается напряжение на инвер­торе. Отметим, что инвертор при значительных углах может рабо­тать при больших нагрузочных токах.

Автономные инверторы осуществляют преобразование постоянно­го тока в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работают на автономную нагрузку.

Автономные инверторы применяют в тех случаях, если необходимо:

1) иметь переменный ток требуемой частоты, когда источниками пи­тания являются устройства прямого преобразования энергии — топлив­ные элементы, МГД-генераторы, термо- и фотоэлектрические генерато­ры, контактная сеть электрического транспорта, аккумуляторы и т.д.;

2) преобразовать постоянное напряжение одного значения в пос­тоянное напряжение требуемого значения;

3) получить переменный ток высокой частоты для электротерми­ческих установок, с помощью которых плавят металлы, нагревают, сушат и закаливают изделия.

Наряду с такими главными элементами инверторов, как транзисторы и тиристоры, ни один автономный инвертор не обходится без конденсато­ра. Этот элемент в инверторе необходим для того, чтобы обеспечивать запирание тиристоров и формировать выходное напряжение инвертора.

Автономные инверторы подразделяются на автономные инверто­ры тока (АИТ), автономные инверторы напряжения (АИН) и авто­номные резонансные инверторы (АИР).

В автономном инверторе тока (ЛИТ) источник питания работает в режиме источника тока, что достигается включением в цепь дросселя L₀ с большой индуктивностью (рис.5.25, а), В инверторах тока применя­ют только тиристоры. Тиристоры VS₁ и VS₂ открываются поочередно запускающими импульсами, поступающими от блока системы управле­ния (СУ). Работу АИТ иллюстрируют временные диаграммы, изобра­женные на рис. 5.25, б. При появлении первого запускающего импульса и_вх1 от блока системы управления СУ тиристор VS1 открывается. Вслед­ствие резкого уменьшения сопротивления тиристора VS1 левая полови­на первичной обмотки трансформатора оказывается подключенной к источнику и в ней появляется нарастающий ток, который наводит ЭДС в правой половине первичной обмотки и во вторичной обмотке. При этом коммутирующий конденсатор С_к оказывается под удвоенным на­пряжением источника питания Е, до которого он заряжается. Поляр­ность напряжения на нем указана без скобок. Следующий запускающий импульс включает тиристор VS₂. Появившийся при включении ти­ристора VS₂ нарастающий ток в правой половине первичной обмотки трансформатора создает соответствующие ЭДС в первичной и вторич­ной обмотках трансформатора, но другого направления Конденсатор С_к через открытый тиристор VS₂ оказывается подключенным к тирис­тору VS₁, причем плюсовая обкладка соединяется с катодом, а минусо­вая — с анодом. Это должно привести к запиранию тиристора VS₁, что и происходит через некоторое время t_выкл (указанное в паспорте ти­ристора). Таким образом, конденсатор С_к помимо разрядки через первичную обмотку трансформатора, некоторое время разряжается через оба открытых тиристора. Как только тиристор VS₁ закроется, разрядка конденсатора С_к прекращается и сразу же начинается его перезарядка до удвоенного значения напряжения питания E, но про­тивоположной полярности. Полярность напряжения на обкладках конденсатора указана в скобках. С приходом следующего и всех пос­ледующих импульсов процессы повторяются. Для устойчивой работы рассматриваемого АИТ необходимо, чтобы ранее открытый тирис­тор надежно запирался. Анализ временных диаграмм показывает, Что это становится возможным тогда, когда ток открытого тиристора опережает по фазе напряжение на нем. Если фазовый сдвиг будет больше времени " восстановления" тиристора, то АИТ будет работать устойчиво.

 

Рис 5.25 Схема (а) и временные диаграммы напряжения и токов (6) автономного инвертора тока

Поэтому нагрузка должна иметь емкостной характер Для созда­ния такого " опережения” при активно-индуктивной нагрузке индук­тивное сопротивление нагрузки L_H, приведенное к первичной обмот­ке трансформатора, должно быть меньше емкостного сопротивления конденсатора С_к.

Существенным недостатком АИТ является недопустимость режи­ма работы инвертора на холостом ходу, так как возникающие при этом перенапряжения, вызванные появлением ЭДС самоиндукции при переключениях тиристоров, могут вывести из строя тиристоры и конденсатор

В автономном инверторе напряжения (АИН) ыточник питания работает в режиме источника напряжения Для этого параллельно источнику питания включают конденсатор большой емкости С₀ (рис 5 26, а), который практически исключает пульсации напряжения при коммутации тиристоров В этом инверторе нагрузочное устрой­ство должно быть активным или активно-индуктивным

В маломощных АИН кроме тиристоров применяют транзисторы Работа АИН рассматривается на примере однофазного мостового преобразователя (см рис 5 26, а) Напряжение на активно-индуктив­ной нагрузке Z_H появляется при поочередном попарном включении тиристоров VS₁, VS₄ и VS₂, VS₃, которые управляются входными им­пульсами, поступающими от СУ

С приходом управляющего (входного) импульса u_y1открывается первая пара тиристоров VS₁, VS₄ и закрываются ранее открытые ти­ристоры VS₂, VS₃ а на нагрузке Z_H появляется напряжение положи тельной полярности, равное ЭДС Е источника питания, что изобра­жено на рис 5.26, б. Появление следующего управляющего (входного) импульса и_у2 приводит к отпиранию тиристоров VS₂, VS₃ и запира­нию тиристоров VS₁, VS₄ Возникающее при этом напряжение, равное Е на нагрузке Z_H имеет отрицательную полярность (см рис 5 26, 6). Та­ким образом, в АИН напряжение на нагрузочном устройстве имеет прямоугольную форму.

 

 

 

При поочередных переключениях пар тиристоров ток i_н через ак­тивно-индуктивное нагрузочное устройство Z_H, согласно первому за­кону коммутации, не может измениться скачком Поэтому он продол­жает сохранять свое направление в течение некоторого времени , плавно уменьшаясь до нуля (см рис 5 26, 6) Только после этого ток I_н из­меняет свое направление на обратное В такие интервалы времени ток не может пройти через тиристоры, так как одна пара тиристо- Ров вообще закрыта, а другая пара — открыта, но ток i_н для откры­тых тиристоров имеет обратное направление Включенные парал- ^лельно тиристорам в обратном направлении диоды VD₁ — VD₄, называемые обратными, предназначены для появления тока I_н в указан­ные интервалы времени At В противном случае возникающие в эти моменты времени большие ЭДС самоиндукции могут вывести тири_с торы из строя. Если прямоугольная форма выходного напряжения АИН не удовлетворяет потребителя, то последовательно с нагруз_0ц ным устройством включают фильтр, не пропускающий высшие гар, моники напряжения.

Рассмотренные схемы автономных инверторов не являются един, ственными. В зависимости от условий эксплуатации применяютразлич- ные модификации инверторов, с которыми можно познакомиться в специ­альной литературе.

Вопрос 5.5. Что произойдет в работе инвертора, ведомого сетью, если угол опережения β =0?

Варианты ответа:

5.5.1. Инвертор станет работать в режиме выпрямителя.

5.5.2. В работе инвертора ничего не изменится.

5.5.3. Такой режим приведет к аварии.

Вопрос 5.6. Для чего в АИТ при увеличении индуктивности нагру­зочного устройства необходимо увеличивать емкость конденсатора С_к?

Варианты ответа:

5.6.1. Чтобы надежно запирался ранее открытый тиристор.

5.6.2. Чтобы не было перенапряжения на закрытом тиристоре.

5.6.3. Чтобы увеличить КПД инвертора.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Преобразователем частоты называется устройство, осуществля­ющее преобразование электрической тергии переменного тока одной частоты в электрическую энергию переменного тока ору гой частоты

Преобразователи частоты бывают двух типов:

с промежуточным звеном постоянного тока;

с непосредственной связью питающей сети и цепей нагрузки.

Преобразователи частоты выполняются с фиксированным и регулиру­емым соотношением частот входного и выходного напряжения.

Последние нашли широкое применение в электроприводе для ре­гулирования скорости асинхронных двигателей.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Структурная схема преобразователя частоты с промежуточны^ звеном приведена на рис.5.27.

Переменное напряжение питающей сети с частотой поступает на вход выпрямителя В. Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром

Рис.5.27. Структурная схема преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока

 

LС-типа СФ и поступает на вход автономного инвертора АИ, с выхода которого снимается напряжение U₂ с частотой f₂.

При питании преобразователя от промышленной сети с частотой = 50 Гц выпрямитель выполняется чаще всего по трехфазной мостовой схеме. Он может быть управляемым и неуправляемым. С помощью уп­равляемого выпрямителя регулируется выходное напряжение U₂. Частота изменяется автономным инвертором, она может быть или больше, или меньше частоты .

Требования, предъявляемые к автономном} инвертору АИ, определя­ют тип инвертора. Автономный инвертор тока целесообразно применять в преобразователе с фиксированной частотой выходного напряжения в диапазоне 400 — 1000 Гц и при высоких требованиях к форме сину сои­дального выходного напряжения. В преобразователях с регулируемым в широком диапазоне частот выходным напряжением, предназначенных для управления частотой вращения асинхронных двигателей, АИ выпол­няются по схеме инвертора напряжения.

В некоторых преобразователях используют неуправляемые выпрями­тели и тогда выходное напряжение регулируется, например, автономным инвертором тока, в котором выходное напряжение непосредственно свя­зано с нагрузочным устройством. Если ввести регулируемые активные или реактивные эквиваленты нагрузочного устройства на выходе АИТ которые будут компенсировать изменение сопротивления нагрузочного устройства, то можно регулировать выходное напряжение преобразователя.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока конструктивно более просты, чем преобразователи с непосредственной связью, но имеют меньший КПД из-за двойного преобразования электри­ческой энергии.

Преобразователи частоты с непосредственной связью питающей сети и нагрузочного устройства. Рассматриваемый преобразователь частоты по своему схемному выполнению сходен с реверсивным преобра­зователем (см.рис.5.23). Основным элементом таких преобразователей является встречно-параллельное включение групп тиристоров, каждая из которых может работать в выпрямительном или инверторном режимах. Преобразователи частоты с непосредственной коммутацией бывают с ес­тественной и искусственной коммутацией. Чаще всего эти преобразовате­ли делают с естественной коммутацией. По этой причине частота вы. ходного напряжения меньше, чем частота питающей сети. Это обусловило их широкое применение в электроприводе для частотного р_е„ гулирования скорости двигателя в диапазоне частот ниже частоты сети f =50 Гц, а также для питания ряда мощных электротермических и электротехнологических установок.

Схема преобразователя с естественной коммутацией для преобра­зования тока трехфазной сети с частотой в ток однофазной сети с частотой представлена на рис.5.28 (эту схему еще называют трех- фазно-однофазной схемой). В ней имеются две трехфазные схемы вы­прямления.

Одна из них присоединена к фазам трансформатора анодами (VS₁—VS₃) и составляют анодную группу, а другая — катодами (VS₄—VS₆), представляющую катодную группу.

Управляющие импульсы , поступающие на тиристоры, пооче- редно их открывают. В результате циклической работы тиристоров анодной группы формируется положительный полупериод выходно­го напряжения, а тиристоров катодной группы — отрицательный полупериод.

В итоге на нагрузочном устройстве R_H создается переменное на­пряжение с частотой более низкой, чем частота питающей сети .

Рис.5.28. Схема (а) и временные диаграммы напряжения (б) преобразова­теля частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией

 

Управляющие импульсы поступают на тиристоры со сдвигом от­носительно линейных напряжений сети на угол а. Изменяя угол сдви­га а, можно регулировать частоту выходного напряжения. При час­тоте питания сети 50 Гц частоту можно изменять от 0 до 20 — 25 Гц.Для исключения постоянной составляющей в выходном напряже­нии работа анодной и катодной групп во времени должна быть иден­тичной.

Преобразователи с непосредственной связью сравнительно про­сты и имеют относительно малые габариты и массу, основные недо­статком является низкое качество выходного напряжения, заключаю­щееся в сильном отклонении от синусоидальной формы. К недостат­кам следует отнести и получение напряжения более низкой частоты, чем частота питающей сети.

При необходимости получения выходного напряжения с частотой , больше напряжения сети ( требуется применение достаточно сложных схем, в основе которых лежат мостовые трехфазные преобразователи.

КОММЕНТАРИИ К ПРАВИЛЬНЫМ ОТВЕТАМ НА ВОПРОСЫ ГЛ 5

5.1.1. При обрыве одного из диодов мостовой выпрямитель будет работать как однополупериодный. Например, оборван диод VD₂ (см.рис.5.4). В первый полупериод диоды VD₁ и VD₃ будут от­крыты, и в нарузочном резисторе R_H (смрис.5.4) появится ток Во второй полупериод из-за обрыва диода VD₂ цепь для тока бу­дет оборвана, т.е. С появлением следующего полупериода опять появится ток и далее процессы повторяются.

5.2.1. При подключении фильтра в каждый полупериод, когда диод открыт, конденсатор заряжается до амплитудного значения . Когда диод закрыт (рис.5.29), конденсатор немного разряжается. Но можно считать при достаточно большой постоянной времени , что на нем сохраняется напряжение . Для этого момента времени составим уравнение по второму закону Кирхгофа

Для контура m-n-b-a U_c + U_2m = U_o6pm или = U_о6pm, где U_c = U_2m.

Таким образом, запертый диод находится под удвоенным ампли­тудным напряжением вторичной обмотки трансформатора.

Рис.5.29 К пояснению воздействия обратного напряжения на запертый Диод в однополупериодном выпря­мителе с С-фильтром для ответа на вопрос 5.2

Рис 5 30 К пояснению воздействия обратного напряжения на заперты_е диоды в мостовом выпрямителе с С- фильтром для ответа на вопрос 5 3

5.3.3. Как видно на рис.5.4, в первый полупериод диоды VD_{1 и} VDз открыты, а диоды VD₂ и VD₄ закрыты. Прямые сопротивления открытых диодов можно считать равными нулю. Тогда в этот мо­мент времени, схема будет выглядеть так, как показано на рис. 5 30

Из этого рисунка видно, что запертые диоды VD₂ и VD₄ находятся под напряжением U_2m. В следующий полупериод закрытые диоды VD_{1 и} VDз так же будут находиться под напряжением U_2m

5.4.2. Для изменения выпрямленного напряжения в выпрямителях применяются трансформаторы, Их габариты и масса тем меньше, чем больше частота, на которой они работают. За счет введения промежуточ­ного звена, в котором частота преобразования увеличивается до 20 кГц — 1 МГц, габариты и масса трансформатора, а также сглажи­вающие LC-фильтры, обычно применяющиеся в таких преобразова­телях, значительно уменьшаются. КПД из-за этого промежуточного звена становится меньше. Наличие большого количества элементов и, следовательно, большого количества соединений между ними умень­шает надежность работы таких ИППН.

5.5.3. Если β = 0, то условие запирания ранее проводившего тирис­тора будет нарушено. Этот тиристор останется в открытом состоя­нии, создав тем самым короткое замыкание (аварийный режим) в цепи вторичная обмотка трансформатора — источник ЭДС Е

5.6.1. Для безаварийной работы АИ необходимо, чтобы ранее от­крытый тиристор надежно запирался. Для этого необходимо, чтобы ток открытого тиристора опережал по фазе напряжение на нем. Это обеспечивается тем, что приведенное к первичной обмотке трансфор­матора сопротивление должно иметь емкостной характер

 

 

Глава шестая

ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Цифровыми электронными устройствами (ЦЭУ) называют устрой­ства предназначенные для получения хранения и преобразования сред­ствами электронной техники дискретнои информации представляемой цифровыми кодами Прежде чем изучать различные ЦЭУ, познакомимся с элементами математического аппарата, используемого при их постро­ении Его составными частями служат представление о системах счисле­ния и теория булевых функций

6 1 ПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ

Системой счисления называют способ изображения произвольного чисча ограниченным набором символов называемых цифрами В десятич­ной системе (ее также часто называют системой счисления с основанием 10) в качестве цифр используются первые десять членов (от 0 до 9) натурального числового ряда Номер позиции, определяющий вес, с которым данная цифра складывается в числе называют разрядом а системы счисления, обладающие отмеченным свойством — позицион­ным и

В общем случае п -разрядное положительное число N в произволь­ной системе счисления с основанием р представляется суммой вида

(6 1)

где — отдельные цифры в записи числа, значения которых равны членам натурального ряда в диапазоне от 0 до (р - 1)

При выполнении вычислений цифровыми электронными устроиства- ^Ми используются элементы с двумя устойчивыми состояниями причем в ^честве различных состояний можно рассматривать например, наличие отсутствие напряжения на выходе ЦЭУ По этой причине в цифровой технике широкое распространение получила позиционная двоичная система счисления (с основанием 2) В каждом двоичном разряде, получившем бальное название бит может стоять одна из двух возможных цифр 1 или 0, сама же запись числа (двоичный код) представляет собой после­довательность из единиц и нулей. В специальных машинно-ориентиро­ванных языках программирования, называемых АССЕМБЛЕРами, в со­мнительной ситуации, запись двоичного числа справа дополняют буквой В, а десятичного числа — буквой Д. Отсутствие какой-либо буквы в конце записи числа означает, что оно записано в десятичной системе.

Веса соседних разрядов двоичного кода числа представляются членами геометрической прогрессии со знаменателем 2, а самый правый разряд двоичного числа (младший бит) имеет вес 1. Например, число 101011 В представляется суммой (6.1) при p=2, т.е. 101011 В = 1· 2⁰ + 1·2¹ + 0·2² + 1·2³ + 0·2⁴ + 1·2⁵ = 43.

Тройки соседних битов справа налево, начиная с младшего бита двоичного числа, образуют триады. Четыре соседних бита называют тетрадой, группу из 8 бит называют б а й т о м, а из 16 бит — машинным словом. Таким образом, в байте содержатся две тетрады (младшая и старшая, расположенная слева от младшей тетрады), а в машинном слове — соответственно два байта (младший и старший, слева от младшего байта). Совокупность из 1024 (2¹⁰) байт называют к илобайто м, следовательно, 1 Кбайт = 1024 байт = 2¹⁰ байт. В свою очередь, 1024 килобайт называют мегабайтом, что приводит к следующим соотношениям 1 Мбайт =1024 Кбайт = 2¹⁰ Кбайт = 1048576 байт 10⁶ байт + 47 Кбайт. Наконец, 1024 (2¹⁰) Мбайт называют гигабайтом, т.е. 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 2¹⁰ Мбайт = 1048576 Кбайт. Современные персональные ЭВМ могут хранить в своей памяти на жестких магнитных дисках цифровую информацию объёмом в несколько гигабайт.

Арифметические операции в двоичной системе счисления исключи­тельно просты и легко реализуются аппаратно. Так, суммирование двух одноразрядных чисел выполняется следующим образом

0+0=0, 1+0=0+1 = 1, 1 + 1 =1,

где единица слева в последней записи означает перенос 1 в соседний более старший разряд.

Нетрудно убедиться в том, что сдвиг двоичного кода влево на один разряд с записью 0 в младший бит результата соответствует умножению исходного числа на 2, а сдвиг на 1 разряд вправо — выделению целой части результата деления этого числа на 2. Умножение двух произволь­ных двоичных чисел сводится к операциям сдвига и суммирования.

Двоичная система счисления весьма удобна для построения цифровых вычислителей, но непривычна с точки зрения обычного пользователя. Во- первых, запись больших чисел в двоичном коде оказывается более гро­моздкой по сравнению с десятичной системой. Так при помощи л-разряД' ного двоичного кода можно записать максимально 2^п различных пол­ожительных целых чисел (в диапазоне значений от 0 до 2^n-1), в то время как в десятичной системе получаем 10^Л различных чисел. Во-вторых, поскольку человек обычно использует десятичную систему, требуется пересчет двоичных чисел к десятичному эквиваленту и перевод десятич­ных чисел в двоичный код. Пересчет двоичного кода к десятичному эквиваленту выполняют, представляя двоичное число в виде суммы (6.1) и вычисляя полученный результат при р=2 в десятичной системе.

Стремление упростить процедуру пересчета двоичных чисел к деся­тичному эквиваленту при сохранении простоты выполнения арифмети­ческих операций средствами цифровой техники привело к использова­нию д в о и ч н о—д есятичного кода. В этом коде для записи отдельных цифр разрядов десятичного числа используют тетрады их двоичного кода. Например, десятичное число 8521 в двоично-десятичном коде пред­ставляется машинным словом из четырех тетрад

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: