3.4. Электронные схемы регулирования выпрямленного напряжения
В настоящее время широкое применение в мощной электронике находят схемы регулирования постоянного напряжения, простроенные на применении транзисторов типа IGBT, позволяющих регулировать токи до 1200 А при напряжениях до 6500 В. (IGBT – insulate gate bipolar transistor – биполярный транзистор с изолированным затвором).
Принцип регулирования основан на изменении длительности управляемого импульса, поступающего на затвор транзистора. Данное время характеризуется коэффициентом скважности, равным отношению длительности управляемого импульса Т1 к длительности периода следования управляемых импульсов Т2 (рис. 3.12):
|
(3.14) |
Рис. 3.12. Параметры для определения коэффициента скважности.
Схема регулирования выходного напряжения на его понижение (типа Step Down) приведена на рис. 3.13. Напряжение на выходе будет равно:
|
(3.15) |
Управляющий импульс на базу IGBT открывает его на время длительностью Т1 и в интервале времени t1 – t2 начинается процесс заряда конденсатора С через дроссель.
В интервале времени t2 – t3 IGBT – закрыт, но энергия магнитного поля, запасенная в дросселе (принцип непрерывности тока в индуктивности) в поддерживает ток заряда конденсатора, который протекает по контуру: диод D – дроссель Lдр – конденсатор С, т.е. продолжается процесс подзаряда конденсатора.
Для исключения пульсаций параметры К и нагрузка согласуются так, чтобы ток в дросселе не прерывался.
Рис. 3 13. Схема регулирования выходного напряжения на его понижение
(типа Step Up)
Схема регулирования выходного напряжения на его повышение (типа Step Up) приведена на рис. 3.14.
Рис. 3.14. Схема регулирования выходного напряжения на его повышение
(типа Step Down)
Здесь также должен соблюдаться принцип непрерывности тока через дроссель. Ток заряда емкости поддерживается в паузу t2 – t3 , при этом к входному напряжению добавляется напряжение, генерируемое запасенной энергией в дросселе. Напряжение на выходе будет равно:
|
(3.16) |
Широко используются также инверторные схемы, в которых регулируемое напряжение на выходе изменяет полярность (типа Invert). Схема приведена на рис. 3.15.
Рис. 3.15. Инверторная схема регулирования постоянного напряжения (типа Invert).
В интервале времени t1 – t2 ток i1 течет через дроссель, в котором запасается энергия. В интервале t2 – t3 протекает ток i2 , который реализует эту энергию в заряд конденсатора, при этом величина зарядного напряжения определяется:
|
(3.17) |
Лекция 3 установки выпрямленного напряжения
3.1. Общие сведения
В ряде случаев испытания производятся на постоянном напряжении той или иной полярности. Это бывает необходимо для изучения или оценки прочности изоляции в зависимости от знака приложенного напряжения и его величины.
Для получения высокого постоянного напряжения путем выпрямления переменного напряжения существует ряд схем, которые функционально можно разделить на следующие группы:
- испытательные установки постоянного напряжения;
- выпрямительные зарядные устройства;
- технологические и специальные выпрямительные установки.
К.п.д. выпрямителя определяется величиной отношения мощности, выделившейся в нагрузке, к мощности, получаемой от источника тока. Мгновенная мощность, отдаваемая активной нагрузке в проводящий полупериод, равна:
|
(3.1) |
- падение напряжения на нагрузке;
- ток через выпрямитель в проводящем направлении.
Мощность, получаемая от источника тока:
|
(3.2) |
- падение напряжения на выпрямителе в проводящую часть периода.
Тогда к.п.д. равно:
|
(3.3) |
Параметрами, характеризующими выпрямитель в проводящую часть периода, являются амплитуда и длительность предельно допустимого тока через диоды. Параметрами, характеризующими выпрямитель в непроводящую часть периода, являются величина допустимого обратного напряжения диодов и величина обратного тока.
В любой выпрямительной схеме выпрямленный ток имеет пульсирующий характер и наряду с постоянной составляющей содержит переменную составляющую , которая представляет сумму высших гармоник выпрямленного тока. Аналогично, выпрямленное напряжение содержит постоянную составляющую и переменную . При расчетах выпрямительных схем исходными параметрами принимаются действующие значения напряжения и тока: и .