книги из ГПНТБ / Богомолов А.М. Судовая полупроводниковая электроника

напряжения входного сигнала, определяющего порог

срабатывания.

Пауза импульса соответствует времени, в течение ко­ торого величина линейно меняющегося напряжения ис больше напряжения входного сигнала (рис. 70, а). В ши­ ротно-импульсных модуляторах с управляемым мульти­ вибратором, имеющим регулируемую несимметрию, управляющий сигнал, как правило, воздействует на ве­ личину времязадающего напряжения правой и левой по­ ловин мультивибратора, увеличивая ее в одной половине и уменьшая в другой. Причем, как было указано выше, воздействие управляющего напряжения может прояв­ ляться в виде регулирования скорости изменения пило­ образного напряжения ис или в виде регулирования на­ чального значения пилообразного напряжения. Времен­ ные диаграммы работы схемы при различных способах управления величиной пилообразного напряжения приве­ дены на рис. 70, б, в.

По схемному признаку широтно-импульсные модуля­ торы могут различаться видом схемы генератора линей­ но изменяющегося напряжения, а также видом схемы порогового элемента. Существенное различие имеют ши­ ротно-импульсные генераторы с индуктивной времязадающей цепью и емкостной времязадающей цепью.

На рис. 71, а показана блок-схема широтно-импульс­ ного модулятора с управляемым пороговым элементом и генератором пилообразного напряжения, синхронизиро­ ванным напряжением сети переменного тока. Для син­ хронизации генератора пилообразного напряжения сете­ вое напряжение трансформируется, подвергается двухполупериодному выпрямлению и, далее, с помощью фор­ мирующего импульсного усилителя преобразуется в им­ пульсный сигнал с малой длительностью импульсов. Этот сигнал затем используется для запуска генератора пило­ образного напряжения — ГПН.

В течение времени, соответствующего превышению напряжения порога срабатывания Uy над текущими значениями пилообразного напряжения, пороговой схе­ мой ПС вырабатывается интервал времени, соответст­ вующий длительности вершины импульса. Когда же те­ кущие значения пилообразного напряжения становятся выше напряжения порога срабатывания, пороговая схе­ ма переключается и формирует паузу импульсного

181

ляп.

а

т/у

в,

Рис. 71. Схемы широтно-импульсных модуляторов:

а — с управляемой пороговой схемой; б — с управляемым ждущим одновибратором; в — с управляемым мультивибратором и неуправля­ емым одновибратором

сигнала, длящуюся с момента срабатывания пороговой схемы до момента восстановления пилообразного напря­ жения.

Широтно-модулированный импульсный сигнал поро­ говой схемы, как правило, далее усиливается по напря­ жению.

На рис. 71, б показана блок-схема широтно-импульс­ ного модулятора с управляемым одновибратором. В этой схеме возбуждающий тактовый сигнал также может быть получен путем формирования двухполупериодного выпрямленного напряжения сети переменного тока. Вер­ шина широтно-модулированного импульсного сигнала соответствует неустойчивому состоянию одновибратора, в которое он периодически переходит при поступлении импульсов тактового сигнала. Устойчивое состояние од­ новибратора соответствует паузе импульсного сигнала. Динамический диапазон широтно-импульсного модуля­ тора, выполненного по этой схеме, может быть достаточ­

182

но велик лишь в том случае, если максимальная длительность импульса, формируемого одновибратором, бу­ дет равна периоду тактовых импульсов.

§ 13. Тиристорные переключающие схемы

Тиристорные ключи принято классифицировать по способу управления включением и по способу управле­

ния выключением.

Управляют включением тиристора, подавая на его управляющий вход сравнительно небольшой по амплиту­ де (не более 10 В) управляющий сигнал положительной полярности. Подают управляющий сигнал с помощью емкостной (рис. 72, а, б) или трансформаторной связи

(рис. 72, в).

Поскольку при запирающем смещении управляющего электрода тиристора возможен его пробой, необходимо в управляющей цепи использовать диодный элемент за­ щиты, пропускающий на вход тиристора сигнал только отпирающей полярности. Защитный диод включают в управляющую цепь последовательно (рис. 72, а) либо параллельно управляющему входу (рис. 72, б).

Маломощные тиристоры с предельным анодным то­ ком до 2—5 А являются весьма чувствительными прибо­ рами и способны отпираться под действием паразитных наводок во входной цепи. Для уменьшения чувствитель­ ности тиристорной схемы, к действию помехи входную цепь тиристора шунтируют конденсатором небольшой ем­ кости (порядка 1000 пФ). Эта мера уменьшает также склонность тиристора к самозапуску под действием им­ пульсных помех в анодной цепи.

Для уменьшения помех в управляющей цепи целесо­ образно применять экранировку входных цепей тиристо­ ра. Наиболее помехоустойчивой схемой управления включением тиристора является трансформаторная схе­ ма, если трансформатор размещен в непосредственной близости от тиристора.

Ограничение управляющего тока во многих случаях осуществляется за счет высокого входного сопротивле­ ния управляющей схемы. Однако, если выходное сопротивление управляющего каскада низко, то во входную цепь тиристора вводят ограничительное со­ противление, препятствующее увеличению управляющего

183

б

Рис. 72. Способы включения тиристорного ключа:

а — емкостное включение; б — емкостное включение с параллельным за­

щитным диодом; в — трансформаторное включение; г — емкостное вклю­ чение через промежуточный тиристор

тока выше величины, оговоренной в паспортных данных тиристора.

Для запуска мощных тиристоров при малой мощно­ сти управляющего сигнала целесообразно использовать предварительный каскад усиления на тиристорах малой мощности (рис. 72, г).

Сопротивление R в анодной цепи тиристора предва­ рительного усиления Т\ служит для ограничения управ­ ляющего тока выходного тиристора Т2. Если рассматри­ ваемый тиристорный ключ предполагается использовать для коммутации индуктивной нагрузки, то анодное со­ противление R тиристора предварительного усиления Т\

184

целесообразно включать не в анодную цепь тиристора Т2,

анепосредственно в цепь анодного питания.

Вэтом случае при поступлении входного сигнала вна­ чале включается тиристор Тх и возбуждает входную цепь тиристора Т2. Тиристор Т2 при этом удерживается в от­ крытом состоянии входным током и в самостоятельное открытое (зажженное) состояние переходит несколько позже, после нарастания тока нагрузки до некоторого критического значения, соответствующего току удержа­ ния тиристора.

Если тиристорный ключ с индуктивной нагрузкой уп­

равляется емкостной или трансформаторной цепью вклю­ чения, то для перевода тиристора в зажженное состояние на вход тиристора необходимо подавать не одиночный импульс, а серию импульсов, так чтобы ток нагрузки мог возрасти до величины тока удержания тиристора.

Выключают тиристор, отбирая его анодный ток с по­ мощью специальной схемы. Чаще всего для этой цели используется вспомогательный, или гасящий, тиристор, анод которого соединен с анодом основного тиристора через конденсатор (рис. 73, б). Тиристорная схема такой конфигурации известна под названием тиристорного триггера.

Для расчета минимального значения емкости комму­ тирующего конденсатора С в литературе рекомендуются следующие формулы:

для активной нагрузки

где ^выкл — время выключения тиристора, мкс;

I — максимальный ток нагрузки в момент ком­ мутации, А;

Е — минимальное напряжение питания, В. Сопротивление анодного резистора гасящего тири­

стора выбирают такое, чтобы оно обеспечивало действие коммутирующей емкости при малых скважностях

185

Г Л А В А V I

П о л у п р о в о д н и к о в ы е в ы п р я м и т е л и

Выпрямители являются наиболее распро­ страненными полупроводниковыми узлами в современ­ ном судовом электрооборудовании. Они служат для пре­ образования переменного тока в постоянный и широко применяются как в судовых системах преобразования электрической энергии, так и в цепях управления. Вы­ ходная мощность выпрямителей может находиться в пре­ делах от долей ватта до сотен киловатт. В зависимости от назначения и от предъявляемых требований полупро­ водниковые выпрямители выполняются по различным схемам. Ниже дается краткое описание основных типов схем выпрямителей. Их основные количественные харак­ теристики сведены в таблицу (стр. 188).

§ 1. Однополупериодная однофазная схема выпрямления

Однополупериодная однофазная схема выпрямления, представленная на рис. 74, а, включает в себя один диод и является простейшей выпрямительной схемой. Во вре­ мя положительной полуволны напряжения вторичной об­ мотки диод Д оказывается включенным в прямом на­ правлении, т. е. его анод имеет положительный потенци­ ал относительно катода. При этом в соответствии с вольт-амперной характеристикой внутреннее сопротивле­ ние диода весьма мало, и в цепи протекает ток, ограни­ чиваемый только сопротивлением нагрузки. Этот ток, протекая через диод в прямом направлении, не создает на нем заметного падения напряжения, поэтому почти все напряжение вторичной обмотки входного трансфор­ матора оказывается приложенным к нагрузке.

Во время отрицательной полуволны питающего нап­ ряжения (полярность на рисунке указана в скобках)

187

П араметры схем выпрямителей при работе на активную нагрузку

»двухполупериодная

диод оказывается включенным в обратном направлении. Сопротивление диода очень велико, и в цепи нагрузки протекает небольшой ток, равный обратному току диода. Величина этого тока обычно несоизмеримо меньше пря­ мого тока и практически может не учитываться. На рис. 74, б, в, г представлены линейные диаграммы, иллю­ стрирующие электрические процессы в однополупериодной схеме выпрямления.

Величина выпрямленного напряжения Uа определя­ ется как среднее напряжение на нагрузке выпрямителя. В соответствии с рис. 74, в' выпрямленное напряжение в однополупериодной схеме равно:

L

Г2

Ud — — J и (t) dt = -y -J E2msincetd t —

ои

тс тс

где Е2 — действующее значение напряжения вторичной обмотки входного трансформатора.

Средний ток диода / а равен среднему току нагрузки Id. Максимальное обратное напряжение на закрытом диоде Ua.m равно амплитуде напряжения вторичной об­ мотки.

188

и а . 1

Л

+ ( - )

____ k J ____

о—

6

в

г

Рис. 74. Однополупериодная схема выпрямления:

а — схема выпрямителя; б — форма входного напряжения; о — форма выпрямленного напряжения н тока; г — форма напря­ жения на диоде

При подключении емкостного сглаживающего фильт­ ра обратное напряжение на диоде увеличивается и мо­ жет достичь величины, равной 2£ 2т.

Важным параметром выпрямительной схемы являет­ ся так называемая типовая или установленная мощность трансформатора 5Т, определяемая как полусумма про­ изведений действующих значений токов и напряжений всех обмоток трансформатора. В данном случае

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется из выражения:

(174)

Действующее значение тока в первичной обмотке на­ ходят по формуле:

/т

Si = к l / - L j ( / 2msln<ot-Zdy d t ^ K . l , 2 1 / d, (175)

'о

Ео

где к — коэффициент трансформации, равный — •

Е\

Таким образом, установленная мощность трансфор­ матора в однополупериодной схеме выпрямления будет равна: ST?«3,1 pd.

В данном выражении не учитывается возрастание намагничивающего тока трансформатора вследствие подмагничивания его сердечника постоянной составляющей тока вторичной обмотки. С учетом этого явления получа­ ем приближенно: ST~ (3,4-У3,5)/?d.

К недостаткам однополупериодной схемы кроме за­ вышенной мощности трансформатора следует отнести значительную пульсацию выпрямленного напряжения. В

190