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

управления в этой схеме поочередно подает управляю­ щие импульсы в цепь управления того тиристора, к ано­ ду которого в данный полупериод приложено положи­ тельное напряжение. Напряжение к нагрузке приклады­ вается в каждый полупериод напряжения питания. Сред­ нее значение выпрямленного напряжения определяют по формуле:

Как и в схеме неуправляемого выпрямителя, макси­ мальное обратное напряжение на вентилях равняется удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора.

точкой, работающего на активно-индуктивную нагрузку, и диаграммы токов и напряжений в этой схеме показаны на рис. 87.

В этой схеме возможны два режима работы — режим прерывистого тока, когда за время отрицательного зна­ чения напряжения на нагрузке ток в нагрузке успевает упасть до величины тока гашения тиристора, и режим непрерывного тока, когда ток нагрузки продолжает все время оставаться большим по величине, чем ток гашения тиристора.

Переход схемы от одного режима работы к другому

сохраняется почти во всем диапазоне изменения выход­ ного напряжения и режим прерывистого тока возникает только при напряжениях на нагрузке, близких к нулю.

В режиме непрерывного тока напряжение на нагруз­ ке определяют по формуле:

2 1 1

Рис. 87. Двухполупериодный управляемый выпрямитель со средней точкой при индук­ тивной нагрузке:

а — схема выпрямителя; б, в, г — форма токов и напряжений

Мостовая схема

Схема мостового однофазного управляемого выпря­ мителя показана на рис. 88, а. В этой схеме управляю­ щие импульсы подаются одновременно на два тиристора, включенные в противоположные плечи моста. Времен­ ные диаграммы тока и напряжения на нагрузке совпада­ ют. Различие между этими схемами состоит в том, что, как и для неуправляемых выпрямителей, максимальное обратное напряжение на вентилях в мостовой схеме вдвое меньше, чем в схеме со средней точкой, и состав­ ляет:

Если мостовая схема предназначена для работы только на активную нагрузку, можно применять упро­ щенный вариант схемы, так называемый полууправляемый выпрямитель, в котором два тиристора заменены

Рис. 88. Двухполупериодный мостовой управляемый выпрямитель:

а — четырехтиристорная схема; б — двухтиристорная схема

2 1 3

неуправляемыми диодами (рис. 88, б), что снижает стои­ мость элементов схемы и упрощает ее конструкцию. Та­ кую схему можно применять и для регулирования тока в активно-индуктивной нагрузке, хотя в этом случае не­ сколько ухудшаются динамические качества регулятора.

§ 4. Многофазные схемы управляемых выпрямителей

Многофазные управляемые выпрямители выполня­ ют по тем же схемам, что и неуправляемые. На рис. 89 показана схема трехфазного управляемого выпрямителя со средней точкой и временные диаграммы процессов для активной и активно-индуктивной нагрузки. В много­ фазных выпрямителях угол ос отсчитывают от точки ес­ тественной коммутации вентилей. Как видно из рис. 89, г, режим непрерывного тока в многофазных схемах может возникать и при работе на активную нагрузку. Для это­ го должно выполняться условие:

где т — число фаз выпрямления. Для схемы со средней точкой т —3, для мостовой трехфазной схемы т = 6.

Если угол зажигания вентилей имеет величину

тттс

«> -

m

то при активной нагрузке получается режим прерыви­ стого тока. В этом случае выходное напряжение выпря­ мителя определяют по формуле:

(2 0 0 )

2 1 4

Г Л А В А V III

С т а б и л и з а т о р ы н а п р я ж е н и я

Стабилизатором напряжения называется устройство, предназначенное для поддержания постоян­ ного выходного напряжения при изменяющихся вход­ ном напряжении и токе нагрузки. Наиболее часто стаби­ лизаторы применяются в сочетании с неуправляемыми выпрямителями. Принцип действия стабилизаторов со­ стоит в том, что последовательно с нагрузкой включают дополнительный элемент, падение напряжения на кото­ ром в процессе работы изменяется так, что напряжение на нагрузке остается постоянным. Следовательно, выход­ ное напряжение стабилизатора всегда меньше, чем на­ пряжение питания. Увеличение разности между входным и выходным напряжением обычно улучшает стабилизи­ рующие свойства схемы, но вместе с тем снижает КПД стабилизатора.

§ 1. Основные параметры и классификация стабилизаторов напряжения

Изменение выходного напряжения стабилизаторов, в основном, вызывается двумя факторами: изменением входного напряжения и изменением тока нагрузки. В со­ ответствии с этим работа стабилизатора оценивается двумя основными параметрами — коэффициентом стаби­ лизации и внутренним сопротивлением.

Коэффициентом стабилизации называется отношение относительного изменения входного напряжения к вы­ званному им относительному изменению выходного на­

2 1 7

Выходным сопротивлением стабилизатора называют отношение изменения выходного напряжения к вызвав­ шему его изменению тока нагрузки при постоянном вход­ ном напряжении:

A £/„.

Яв

А/.

Кроме того, важным параметром стабилизатора яв­ ляется его быстродействие, характеризующее время пе­ реходного процесса при подаче возмущающего воздейст­ вия.

По принципу действия стабилизаторы делятся на две группы — параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы (рис. 91, в) основа­ ны на использовании нелинейных элементов с характери­

2 1 8

полнительный элемент 3. Чувствительный элемент изме­ ряет отклонение выходного напряжения от номинального значения и через усилитель подает сигнал на исполни­ тельный элемент. В результате сопротивление исполни­ тельного элемента изменяется так, что компенсируется возникшее отклонение выходного напряжения.

Разновидностью стабилизаторов компенсационного типа являются импульсные стабилизаторы, в которых исполнительный элемент работает в импульсном режи­ ме. Это резка уменьшает потери мощности в стабилиза­ торе. КПД таких стабилизаторов может быть равен

0,9—0,95.

§ 2. Параметрические стабилизаторы напряжения

Принципиальная схема параметрического стабилиза­ тора напряжения приведена на рис. 91, в. Она включает в себя кремниевый стабилитрон Ст и балластное сопро­ тивление РоНагрузка включена параллельно стабили­ трону. В номинальном режиме работы стабилизатора величина тока, протекающего через стабилитрон, лежит между предельными значениями /ст. ми» и /ст. макс Напряжение на нагрузке равно напряжению стабилиза­ ции стабилитрона, разность между напряжением пита­ ния и напряжением стабилизации выделяется на балла­ стном сопротивлении.

Для схемы параметрического стабилизатора харак­ терны следующие основные уравнения:

/0—Ат1А;1

При отклонениях от номинального режима происхо­ дит изменение тока стабилитрона, компенсирующее эго отклонение. Если изменяется напряжение питания при постоянном токе нагрузки, то изменение тока стабилит­ рона вызывает изменение падения напряжения на бал­ ластном сопротивлении, в результате чего напряжение на стабилитроне остается неизменным. Изменение тока нагрузки вызывает также изменение тока стабилитрона, причем напряжение и ток балластного сопротивления не изменяются и напряжение на стабилитроне также оста­ ется постоянным.

2 1 9

В соответствии с приведенными формулами парамет­ рический стабилизатор рассчитывают следующим обра­ зом. В качестве исходных данных берут пределы измене­ ния напряжения источника питания U„. мин и (J„. макс. пределы изменения тока нагрузки /„. мин и /н. макс, на­ пряжение на нагрузке. Затем выбирают стабилитрон: на­ пряжение стабилизации стабилитрона должно равнять­ ся напряжению на нагрузке, а диапазон его рабочих то­ ков должен быть больше, чем диапазон изменения тока нагрузки.

После этого рассчитывают балластное сопротивле­ ние, исходя из режима, соответствующего минимально­ му току стабилитрона, т. е. при минимальном напряже­ нии питания и максимальном токе нагрузки:

Полученный результат расчета проверяют на режим, соответствующий максимальному току стабилитрона, т. е. при максимальном напряжении питания и минималь­ ном токе нагрузки. Для этого определяют максимальную расчетную величину тока стабилитрона:

выбранный стабилитрон обеспечит работу схемы в за­ данном диапазоне возмущений. В противном случае сле­ дует подобрать другой стабилитрон с расширенным диа­ пазоном рабочих токов. Когда источником питающего напряжения служит выпрямитель, целесообразно увели­ чить уровень выходного напряжения.

Следует иметь в виду, что под величинами U„.макс и и„. мин следует понимать не средние; а мгновенные мак­ симальное и минимальное значения напряжения пита­

2 2 0