3_razdel

Кондуктивные помехи в цепях с более чем одним проводником, в свою очередь, разделяются на:

• Помехи «провод–земля». Называются также несимметричными,

синфазными, общего вида. Напряжение помехи при этом, как видно из названия, приложено между каждым из проводников цепи и землей Обусловлены такие помехи разностью потенциалов в цепях заземления устройств. Могут возникнуть от токов в земле (аварийные либо токи молнии)

либо магнитных полей. При синфазных помехах не возникают мешающие напряжения на приемнике, однако они оказывают воздействие на изоляцию проводов относительно земли, а, следовательно, могут привести к пробою изоляции;

• Помехи «провод–провод». Такие помехи называются еще симметричными, противофазными, дифференциального вида. В данном случае напряжение помехи приложено между различными проводниками одной цепи. Возникновение таких помех происходит через гальванические связи, путем передачи электромагнитным полем, либо из-за преобразования помехи «провод–земля» в помеху «провод– провод».

Типовые схемы помехоподавляющих фильтров, применяемых при разных соотношениях сопротивлений источника помех и нагрузки представлены на рисунке 3.2.

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ

Рисунок 3.2 - Типовые схемы помехоподавляющих фильтров

Для того, чтобы уменьшить описанные выше эффекты, в схеме источника питания будем использовать входной помехоподавляющий Г-

образный фильтр с емкостным входом. Его схема изображена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Входной помехоподавляющий Г- образный фильтр с емкостным входом

3.2 Выбор схемы сетевого выпрямителя Выпрямитель электрического тока – электронная схема,

предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (одно полярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ

выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах.

Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

На рисунке изображена схема выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.

Рисунок 3.4 – Однополупериодный выпрямитель

На рисунке 3.5 представлены временные диаграммы при различных способах подключения диода VD1.

Рисунок 3.5 – Временные диаграммы:

а – прямое включение диода, б – обратное включение диода Из рисунка видно, что диод отсекает одну полу волну в зависимости от

способа включения.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = Umax / π = 0,318 Umax

Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а

также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток.

Достоинства схемы — простота, минимальное число вентилей, а,

следовательно, невысокая стоимость.

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ

Недостатки однополупериодной схемы выпрямления — большое значение пульсаций выпрямленного напряжения; подмагничивание сердечника трансформатора (если он используется) постоянным током;

высокое обратное напряжение на диоде, большой импульс тока через диод.

Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Рисунок 3.6 - Мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямителя

Недостатки мостового выпрямителя: необходимость применения четырех вентилей, что приводит к повышенным потерям в них и большему падению напряжения в выпрямителе; действующее значение тока вторичной обмотки в 2 раза больше, чем в случае двухфазной однополупериодной схемы, что требует увеличения диаметра провода.

Рассмотрим балансную схему однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

Рисунок 3.7 - балансная схема однофазного двухполупериодного выпрямителя

По своей сути это два однополупериодных выпрямителя,

подключенных параллельно в противофазе, при этом начало второй обмотки соединено с концом первой вторичной обмотки. Если в мостовой схеме во время действия обоих полупериодов сетевого напряжения используется одна вторичная обмотка трансформатора, то в балансной схеме две вторичных обмотки (2 и 3) используются поочерёдно.

Недостатки схемы — наличие на входе трансформатора; худшее по сравнению с другими двухполупериодными схемами выпрямления использование обмоток трансформатора (ток через каждую полуобмотку протекает только в течение половины периода); высокое обратное напряжение на диодах; возможность появления на выходе схемы пульсаций с частотой сети из-за несимметрии плеч.

Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = 2*Umax / π = 0,636 Umax

Исходя из перечисленных достоинств и недостатков, для выпрямления сетевого напряжения выберем мостовую схему выпрямления.

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

3.3 Выбор сглаживающего фильтра Все рассмотренные выше схемы выпрямления из-за большого уровня

пульсаций очень редко работают без сглаживающего фильтра.

Сглаживающий фильтр должен не только ослаблять пульсации, но и иметь высокую надежность, малые потери мощности, т. е. высокий КПД,

минимальные массу, габариты и стоимость, не должен создавать опасных для элементов схемы и нагрузки перенапряжений и всплесков тока как в статическом, так и в динамическом режимах работы.

Простейшими типами сглаживающих фильтров являются индуктивный и ёмкостный фильтры.

Рисунок 3.8 – Простейшие фильтры

Индуктивный фильтр прост, дешев, имеет малые потери мощности;

коэффициент сглаживания фильтра растет с увеличением индуктивности дросселя, числа фаз питающего напряжения и с уменьшением сопротивления нагрузки. Поэтому индуктивные фильтры обычно применяют совместно с многофазными мощными выпрямителями. В маломощных однофазных выпрямителях индуктивный фильтр может являться звеном более сложного фильтра.

Емкостный фильтр состоит из конденсатора, подключенного параллельно сопротивлению нагрузки. Принцип действия заключается в накоплении электрической энергии конденсатором фильтра и последующей отдачи этой энергии в нагрузку.

Более сложные виды фильтров представляют собой LС или RС

фильтры, элементы которых соединены по Г-образной или П-образной схеме.

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

Рисунок 3.9 – Г-образные сглаживающие фильтры

Недостатком таких фильтров является уменьшение напряжения на нагрузке за счет падения напряжения на элементах такого фильтра.

Основным требованием к фильтру является заданная величина коэффициента его фильтрации, либо для гармоники наиболее нужной частоты, либо для отдельных гармоник, либо для всего комплекса гармоник,

содержащихся в выпрямленном напряжении.

Изучив все виды сглаживающих фильтров, для сглаживания выпрямленного сетевого напряжения будем использовать Г-образный LC

фильтр.

3.4 Выбор схемы преобразователя напряжения Ключевой преобразователь постоянного напряжения является

основным узлом импульсного источника питания. В проектируемом ИИП используется полумостовой двухтактный преобразователь.

Принципиальная схема двухтактного полумостового преобразователя,

носящего международное называние «half bridge» (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 - Принципиальная схема двухтактного полумостового преобразователя

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

Достоинство полумостового преобразователя заключается в низком обратном напряжении, приложенном к каждому ключевому транзистору в состоянии отсечки, примерно равном постоянному напряжению питания преобразователя. Это позволяет использовать полумостовые преобразователи при высоком питающем напряжении. Полумостовые преобразователи могут быть включены без нагрузки, и при этом не будет опасного повреждения компонентов.

К недостаткам относят наличие двух конденсаторов в делителе напряжения, разрушение компонентов ИИП при перегрузке по току в нагрузке при отсутствии системы защиты, меньший КПД, чем достижимый в мостовом преобразователе.

3.5 Выбор схемы управления преобразователем напряжения Управление преобразователем напряжения осуществляется

прямоугольными импульсами. Существуют различные схемы генераторов таких импульсов: мультивибраторы и одновибраторы (которые могут выполняться на дискретных элементах, на ОУ или на логических микросхемах), блокинг-генераторы и т.д.

Для упрощения схемотехнической реализации применяют генераторы импульсов в основе которых лежат операционные усилители.

В общем случае для получения импульсов различной формы требуется замкнутая система, которая состоит из трёх основных частей: интегратора,

компаратора и логической схемы.

Рисунок 3.11 - Блок-схема генератора колебаний различной формы

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

Хотя схема состоит из трех частей, но довольно часто в простых генераторах применяют один-два операционных усилителя. Для повышения гибкости и универсальности схем генераторов можно добавлять дополнительные ОУ.

Для того чтобы форма импульсов на выходе мультивибратора была близка к прямоугольной необходимо использовать усилитель с большим коэффициентом усиления напряжения. Операционные усилители обладают большим коэффициентом усиления напряжения поэтому мультивибраторы на операционных усилителях могут выдавать почти прямоугольные импульсы. Схема мультивибратора на операционном усилителе показана на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 - Схема автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе

Операционный усилитель, в этой схеме, можно заменить компаратором. Напряжение на выходе относительно земли будет изменяться приблизительно так:

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ