6.11 Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя при различных формах кривой опорного напряжения

Рассмотрим первый случай выполнения СИФУ – опрный сигнал изменяется во времени по линейному закону

u_оп=U_оп.m(1-2ωt/π).

При равенстве напряжения управления (U_у ) опорному сигналу (u_оп ) (при ωt=α) происходит формирование импульса управления (смотри рисунок 51). Формула (195) для этого момента времени принимает вид:

U_у=u_оп=U_оп.m(1-2α/π). (196)

Введем относительный параметр сигнала управления, Ū_у=U_у/U_оп.m.

Формула (196) принимает вид:

Ū_у=1-2α/π. (197)

Из выражения (197) получим выражение регулировочной характеристики системы управления, α=f(Ū_у):

α=π(1- Ū_у)/2. (198)

Анализируя выражение (198), можно установить, что регулировочная характерисика СИФУ при линейном изменении опорного сигнала во времени линейна на всем диапазоне изменения сигнала управления:

+U_оп.m<U_у<-U_оп.m

Регулировочная характеристика собственно самого выпрямителя (т.е. силовой схемы) при активно - индуктивном характере нагрузки (L_d→∞) изменяется по косинусоидальному закону:

U_d=U_d0cosα или в относительных единицах

Ū_d=U_d/U_d0=cosα. (199)

Регулировочная характеристика выпрямителя вместе с СИФУ предсавляет собой зависимость выпрямленного напряжения от сигнала управления, Ū_d=f(Ū_У):

Ū_d=U_d/U_d0=cosα.=cos[π(1- Ū_у)/2]=sin(πŪ/2). (200)

Анализируя выражение (200), можно установить, что результирующая регулировочная характеристика выпрямителя вместе с СИФУ, опорный сигнал которой изменяется во времени по линейному закону, изменяется по синусоидальному закону, т.е. имеет нелинйный характер. Следовательно, коэффициент передачи такого выпрямителя переменный и величина его зависит от величины сигнала управления. Действительно,

(201)

Из формулы (201) видно, что при Ū_У=0 напряжение на выходе выпрямителя также равно нулю, а относительная величина коэффициента передачи выпрямителя равна максимальному значению, k_в=π/2.

При Ū_У=1 напряжение на выходе выпрямителя достигает максимального значения (Ū_d=1), а относительная величина коэффициента передачи выпрямителя равна нулю.

Переменное значение коэффициента передачи выпрямителя при регулировании его выходного напряжения крайне нежелательно с точки зрения обеспечения устойчивости работы выпрямителя и точности поддержания его выходного напряжения. Другими словами система с нелинейной регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя в этом случае является сугубо нелинейной и настройка ее существенно усложнена.

Отметим, что на практике часто компенсируют нелинейность результирующей регулировочной характеристики с помощью нелинейного устройства, устанавливаемого на входе СИФУ, и нелинейность результирующей регулировочной характеристики оказывается несущественной.

Рассмотрим второй случай выполнения СИФУ - опорный сигнал изменяется во времени по косинусоидальному закону, т.е.:

(202)

При равенстве напряжения управления (U_у ) и опорного сигнала (u_оп ) (при ωt=α) происходит формирование импульса управления и формула (202) приобретает вид:

(203)

Введем относительный параметр сигнала управления,

Формула (203) принимает вид:

(204)

Из (204) получим регулировочную характеристику СИФУ при косинусоидальной форме кривой опорного сигнала:

α=arccosŪ_у.

Учитывая, что регулировочная характеристика силовой схемы выпрямителя соответствует формуле (199), получим выражение регулировочной характеристики управляемого выпрямителя при косинусоидальной форме кривой опорного напряжения в целом:

Ū_d=U_d/U_d0=cosα.=cosarccosŪ_у=Ū_у. (205)

Из (205) видно, что при косинусоидальной форме кривой опорного напряжения результирующая регулировочная характеристика управляемого выпрямителя в целом линейна, а коэффициент передачи выпрямителя имеет постоянное значение на всем диапазоне изменения сигнала управления.

Таким образом, при косинусоидальной форме кривой опорного напряжения управляемый выпрямитель представляет собой линейное звено с постоянным коэффициентом передачи, равным

(206)

Отметим, что вид регулировочной характеристики (205) весьма желателен, если выпрмитель работает в той или иной системе автоматического регулирования, так как можно не заботиться об устойчивости такой системы во всем диапазоне регулирования, если произведена ее стабилизация в одной точке. Естественно, это дает также известные удобства при анализе таких систем.

Вопросы для самоконтроля:

1.Как рассчитать коэффициент передачи управляемого выпрямителя?

2.При какой форме опорного сигнала СИФУ регулировочная характеристика управляемого выпрямителя имеет линейный характер, а коэффициент передачи постоянный?