Ступенчатый метод регулирования

Для реализации ступенчатого метода регулирования необходимо применить трансформатор с несколькими выводами от вторичной обмотки (рисунок 16.9).

Рисунок 9 - Схема регулятора переменного напряжения со ступенчатым методом регулирования

С помощью симисторов нагрузка подсоединяется к одному из выводов вторичной обмотки трансформатора. Напряжение на нагрузке остается синусоидальным, т.к. тиристоры открываются и закрываются в моменты перехода напряжений через ноль. Регулирование происходит ступенчато (рисунок 10 а,b).

Рисунок 10 - Временная диаграмма работы регулятора переменного напряжения соступенчатым (a,b) и фазоступенчатым методом регулирования (c)

Наименьшее напряжение подводится к нагрузке, когда включаются тиристоры VT1 и VT2 (рисунок 10,а), а наибольшее - когда включаются тиристоры VT3 и VT4 (рисунок 10,b).

Эта схема регулятора может быть использована и для фазоступенчатого метода регулирования, в котором совместно используется фазовый и ступенчатый методы регулирования (рисунок 10,с). Изменяя угол управления тиристоров VT3 и VT4, можно плавно регулировать подводимое напряжение. Регулировочная характеристика определяется выражением

+ =

= . …………..……(9)

Широтно-импульсный метод регулирования

Широтно-импульсный метод регулирования основывается на изменении числа периодов переменного напряжения, подводимого к нагрузке, он может быть реализован по схеме (рисунок 11,а), где S– электронный ключ, который может коммутировать напряжение под действием управляющего сигнала. В качестве электронного ключа могут использоваться встречно параллельно включённые тиристоры или симисторы. С целью уменьшения динамических потерь мощности отпирание ключа осуществляется в момент перехода напряжения через нуль. Этот метод используется в тех случаях, когда нагрузка обладает большой тепловой инерцией. Например, печи сопротивления, лампы накаливания.

Рисунок11 - Схема широтно-импульсного преобразователя (а) и временная диаграмма его работы (b)

Диаграмма (рисунок 11,b) иллюстрирует принцип работы широтно-импульсного регулятора. При замкнутом ключе S на интервале времени к нагрузке подводится мощность , при разомкнутом ключе S на интервале времени подводимая мощность равна нулю. Средняя мощность, отдаваемая в нагрузку, равна

. ……………………………(10)

Недостатком этого метода является наличие в потребляемом токе низкочастотных пульсаций, возникающих в момент замыкания и размыкания ключа.

Лекция 3 Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

(преобразователи DC/DC).

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное, требуемого уровня, называют конверторами. Они применяются в тех случаях, когда первичные источники энергии вырабатывают ее в виде постоянного напряжения. К таким источникам относятся: солнечные батареи, термо-электро-генераторы, топливные элементы, использующие энергию химических реакций, аккумуляторы и электромашинные генераторы постоянного напряжения. Для приведения постоянных напряжений этих источников к требуемому уровню его стабилизация и регулирование производится с помощью конверторов. На основе конверторов строятся бестрансформаторные высоковольтные источники и импульсные стабилизаторы напряжения.

Работа преобразователя основана на периодическом подключении источника (рисунок 1) с помощью ключаS к нагрузке. Постоянное напряжение преобразуется в импульсное , среднее значение которого можно регулировать. Времена замкнутого (t_и.- длительность импульса) и разомкнутого (t_п- длительность паузы) состояний ключа можно автоматически изменять, воздействуя на него сигналами, поступающими из системы управления СУ.

Рисунок 1 - Принцип действия ключевого преобразователя постоянного напряжения

В результате на выходе будет приложено импульсное напряжение, форма которого соответствует диаграмме, представленной на рисунке 2. Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке, формируемое фильтром среднего значения Ф, будет зависеть от соотношения времен замкнутого и разомкнутого состояний ключа S. Согласно определению среднего значения напряжения можно записать

………………(1)

где U_н ─ среднее значение напряжения на нагрузке;

Т─ период переключения ключаS;

f─ частота переключения ключа;

─ коэффициент заполнения.

Рисунок 2 - Диаграмма выходного напряжения импульсного преобразователя

Изменяя коэффициент заполнения , можно регулировать среднее значение напряжения на нагрузке . Регулирование напряжения в рассматриваемой схеме за счет изменения коэффициента заполнения можно рассматривать как модуляцию входного напряжения ключомS. Наибольшее распространение получила широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда —var, Т–const.

В широтно-импульсных преобразователях используется широтно-импульсная модуляция. По свойствам преобразователи подразделяются на понижающие , повышающие и повышающие с инверсией .

Поскольку напряжение после ключевого элемента носит явно выраженный импульсный характер в ключевых преобразователях устанавливаются фильтры, состоящие из реактивных элементов- индуктивностей и емкостей. Назначение выходных фильтров — отфильтровать переменную составляющую напряжения, выделив среднее значение напряжения, уменьшив тем самым коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке. Помимо выходных фильтров некоторые типы преобразователей содержат входные фильтры, предназначенные для уменьшения пульсаций тока, потребляемого от источника постоянного тока.