Импульсное регулирование постоянного напряжения осуществляется при помощи импульсных преобразователей (прерывателей постоянного тока), включенных последовательно в цепь нагрузки (рис. 12.1). В зависимости от мощности нагрузки применяют транзисторные или тиристорные прерыватели (ТП).
Импульсный преобразователь или прерыватель постоянного тока предназначен для включения и отключения нагрузки, а также для непосредственного преобразования нерегулируемого напряжения источника постоянного тока в регулируемое. В качестве источника может быть применен аккумулятор, выпрямитель, генератор постоянного тока.
Среднее значение напряжения на нагрузке можно определить из соотношения:
, (12.1)
где tи – длительность проводящего состояния преобразователя; tп – длительность непроводящего состояния преобразователя; Тк – период коммутации; fк = 1/ Тк – частота коммутации; δ – коэффициент передачи выпрямителя. Величина, обратная δ, называется скважностью.
Из формулы (12.1) видно, что среднее значение напряжения на нагрузке (U2ср) можно регулировать двумя способами:
1) путем изменения интервала проводимости (tи) ключа при постоянстве частоты коммутации (fк) прерывателя; такое регулирование называется широтно-импульсным (ШИМ) и изображено на рис. 12.2, а;
2) путем изменения частоты коммутации (fк) при постоянстве интервала проводимости (tu); такое регулирование называется частотно-импульсным (ЧИМ), изображено на рис. 12.2, б.
Преимущественное использование на практике ШИМ объясняется наличием следующих недостатков у ЧИМ:
· возможностью появления прерывистого тока при низких частотах;
· появлением радиопомех на высоких частотах.
Широтно-импульсное регулирование находит все более широкое применение для регулирования и стабилизации электрических параметров нагрузок различного рода (на электротранспорте, в приводе металлообрабатывающих станков, для питания бортовых систем и т.д.) Это объясняется рядом их преимуществ: высоким КПД; высоким быстродействием; точностью регулирования выходного напряжения в широком диапазоне; высокой точностью управления при сохранении устойчивости; слабой чувствительностью к изменениям температуры окружающей среды.
Однако им свойственны и некоторые недостатки: наличие пульсаций выходного напряжения создает необходимость устанавливать фильтры, что вызывает инерционность преобразователя и сложность управления для обеспечения устойчивости работы на импульсную нагрузку.
Схема импульсного коммутатора постоянного тока (рис. 12.3) содержит силовой тиристор VSc и узел принудительного выключения силового тиристора, содержащий коммутирующий тиристор VSк, коммутирующие индуктивность Lк и емкость Ск, коммутирующий ди
 |
од VDк.
Подготовка схемы к работе начинается с заряда коммутирующей емкости Cк с полярностью, указанной на рис. 12.3. Заряд коммутирующей емкости Cк можно осуществить с помощью кнопки Кз через сопротивление Rз по цепи «+» — Cк — Кз — Rз — «-», или при помощи специальной системы управления коммутатором, которая первый импульс подает на коммутирующий тиристор VSк, и после его открытия происходит заряд Cк.
Работа схемы начинается после включения силового тиристора VSс. При этом образуется две цепи: одна для протекания тока нагрузки, другая – для перезаряда коммутирующей емкости Cк. Время перезаряда емкости Cк определяется параметрами колебательного контура, образованного коммутирующими элементами Lк и Ск.
После перезаряд Cк происходит вынужденное выключение силового тиристора VSc с помощью приложенного к нему обратного напряжения через коммутирующий тиристор VSк<
/sub>. В процессе выключения VSc емкость Cк разряжается. После запирания силового тиристора в работе остается коммутирующий тиристор VSк и, осуществляя заряд емкости Cк, подготавливает схему к дальнейшей работе.
Импульсный коммутатор переменного тока (рис. 12.4) обладает двухсторонней проводимостью тока. В одну из диагоналей диодного моста включается ТП с ШИМ, а через другую диагональ подключается нагрузка к сети переменного напряжения. Процессы, происходящие в данной схеме, поясняются диаграммой (рис. 12.5).
В положительную полуволну напряжения сети работают диоды VD1, VD4 импульсный коммутатор. Отрицательную полуволну выходного напряжения формируют совместно с диодами VD2, VD3 тот же импульсный коммутатор. Процесс регулирования первой гармонической составляющей выходного напряжения осуществляется изменением длтельности работы силового тиристора VSc.
На практике питание нагрузок постоянного тока чаще осуществляется выпрямленным напряжением, поэтому представляет интерес работа ТП с ШИМ в цепи нагрузки выпрямителя (рис. 12.7).
Особенностей в работе импульсного коммутатора в цепи выпрямленного тока и в цепи постоянного тока нет, отличие заключается лишь в форме выходного напряжения (рис. 12.7). Выходное напряжение состоит из регулируемых импульсов, полученных из двухполупериодного выпрямленного напряжения. Регулирование импульсов среднего выпрямленного напряжения осуществляется широтно-ипульсным способом.
Поскольку в обеих схемах (рис. 12.4 и 12.6) тиристорный коммутатор включен в диагональ выпрямленного тока, то процессы, происходящие собственно в ТП с ШИМ, аналогичны.
