Основы преобразовательной техники

150

Коэффициент передачи делителя выходного напряжения

Коэффициент передачи усилителя сигнала ошибки kDA1 ус-

танавливается выбором соотношения сопротивлений в цепи обратной связи и входного для микросхемы операционного усилителя и может составлять любое численное значение, ограниченное возможностями конкретной элементной базы.

Компаратор преобразует величину разности напряжений на его входах в величину угла управления α. Из диаграммы функционирования компаратора (см. рис. 13.4) можно составить соотношение:

Коэффициент передачи фильтра при допущении отсутствия потерь в нем равен единице.

Запишем уравнение статики управляемого выпрямителя с учетом активных потерь в элементах схемы при разомкнутой цепи обратной связи:

151

Подставим в уравнение (13.2) выведенные выше выражения для всех входящих в него коэффициентов. Учтем, кроме того, что при разомкнутой цепи обратной связи из формулы (13.1) следуетUош = Uз kDA1. В результате получим:

По уравнению статики в форме (13.3) можно определить семейства регулировочных и внешних характеристик управляемого выпрямителя для схемы на рис. 13.3 в разомкнутом состоянии.

На основании уравнения (13.2) составим структурную схему разомкнутой системы, которая приведена на рис. 13.5.

Рис. 13.5

Замкнув цепь обратной связи, получим структурную схему собственно стабилизатора постоянного напряжения. Эта структурная схема приведена на рис. 13.6

Рис. 13.6

152

По структурной схеме составим уравнение статики стабилизатора:

Решить уравнение (13.4) относительно выходного напряжения Uн в явном виде невозможно. Но его можно использовать для при-

ближенного расчета коэффициента усиления усилителя сигнала ошибки, обеспечивающего заданную статическую точность. Приближение заключается в том, чтобы в правой части уравнения вместо текущего значения Uн подставить его номинальное значение.

Алгоритм расчета тогда будет следующий. Выбрав значения параметров kтр, kдел, Uз, Up и задав диапазоны изменения на-

пряжения сети (от минимального Uc min до максимального Uc max ) и тока нагрузки (от минимального Iн min до максимального Iн max ),

методом решения трансцендентного уравнения определим такое значение kDA1, чтобы изменение выходного напряжения не пре-

вышало заданного значения Uн, причем

Uн = Uн max (при Uc =Uc max и Iн = Iн min ) –

– Uн min (при Uc =Uc min и Iн = Iн max ).

Расчеты по такой методике достаточно громоздки, а само уравнение (13.4) не обладает наглядностью. Поэтому рассмотрим ещё один способ определения коэффициента усиления усилителя сигнала ошибки.

Выходное напряжение стабилизатора определяется по уравнению:

153

Это уравнение является нелинейным. Задача стабилизатора состоит в поддержании выходного параметра около заданного номинального значения, поэтому уравнение (13.5) можно линеаризовать. Линеаризация базируется на малости отклонений всех переменных от номинальных значений:

В уравнении (13.7) в силу второго порядка малости полагаем

Uc ном Δα sin αном ≈ 0.

С учетом последнего допущения вычтем из уравнения (13.7)

или окончательно

154

режиме малых отклонений.

Из диаграммы функционирования компаратора можно вывести:

Итак, если задана статическая ошибка стабилизированного выпрямителя, то по формуле (13.12) можно определить kDA1.

Изменение тока нагрузки является вторым возмущающим фактором, приводящим к отклонению выходного напряжения. Обозначим это отклонение Uн(I) . Проводя выкладки аналогич-

ные приведенным выше, получим

155

Суммарная статическая ошибка определяется суммой:

UнΣ = Uн + Uн(I) .

В результате при определении kDA1 необходимо учитывать обе составляющие суммарной статической ошибки.

156

14 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате рассмотрения различных схем устройств силовой электроники (преобразовательной техники) можно заключить, что при простом на первый взгляд принципе функционирования реальные параметры элементной базы оказывают существенное влияние на протекание электромагнитных процессов и, в результате, на характеристики устройств.

При оценке взаимодействия устройств силовой электроники с нагрузкой (коэффициент пульсаций) и питающей сетью переменного тока (коэффициент мощности) следует выделить как влияние схемотехники силовой цепи, так и влияние закона управления в регулируемых устройствах.

Все рассмотренные в учебном пособии схемы имеют как самостоятельное применение в электронике, промышленности и электротранспорте, так и могут использоваться в составе сложных устройств силовой электроники. Такое применение, главным образом выпрямителей, будет рассмотрено в дисциплине «Энергетическая электроника». Последняя указанная дисциплина является продолжением дисциплины «Основы преобразовательной техники» и изучает устройства преобразования параметров электрической энергии, построенные на базе полностью управляемых полупроводниковых приборов — транзисторов.

157

ЛИТЕРАТУРА

1.Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебное пособие для вузов. — Новосибирск: НГТУ, 2003. — 651 с.

2.Диоды и тиристоры в преобразовательных установках / М.А. Абрамович, В.М. Бабайлов, В.Е. Либер и др. — М.: Энерго-

атомиздат, 1992. — 432 с.

3.Полупроводниковые выпрямители / Под ред. Ф.И. Ковалева, Г.П. Мостковой. — М.: Энергия, 1978. — 448 с.

4.Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов / Н.М. Тугов, Б.А. Глебов, Н.А. Чарыков; под ред. В.А. Лабунцова. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 576 с.

5.Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — 295 с.

6.Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. — М.: Высшая шко-

ла, 1980. — 424 с.