Раздел: Документация
0 ... 30 31 32 33 34 35 36 ... 49 в качестве ключевых элементов тиристоров в схемах регуляторов предусматривают устройства принудительной коммутации. Если регулятор выполнен на запираемых тиристорах, то необходимость в коммутирующих устройствах отпадает и работа схемы происходит так же, как и в импульсных транзисторных регуляторах. Основным достоинством импульсных регуляторов является высокий КПД, обусловленный малыми потерями энергии в регулирующем ключевом элементе. Следствием высокого значения КПД импульсных регуляторов являются их хорошие массогабаритные показатели. В то же время наличие высокого уровня пульсаций при регулировании вызывает необходимость в увеличении коэффициента сглаживания фильтров регулятора. Однако последнее может быть реализовано при сравнительно небольшой установленной мощности элементов фильтра, если повысить рабочую частоту регулятора до рациональных значений для каждого конкретного случая. 4.2.4. РАЗВИТИЕ СТРУКТУР ИМПУЛЬСНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ Импульсные регуляторы последовательного (рис. 4.10) и параллельного (рис. 4.11) типов обладают рядом присущих данным схемам недостатков. Схема с параллельным ключевым элементом может только повышать напряжение и имеет прерывистый ток, поступающий в конденсатор выходного фильтра, а схема с последовательным ключевым элементом понижает напряжение, потребляя прерывистый ток от первичного источника (или входного фильтра). Эти недостатки могут быть устранены каскадным соединением указанных типов схем, как это показано на рис. 4.12. Однако посредством топологических преобразований (рис. 4.13) из схемы на рис. 4.12 получается схема регулятора II ступень L, I ступень + о-  -гХ- г
Рис 4 12 Двухступенчатый (повышающий и понижающий) импульсный регуля- тор Рис. 4.13. Переход к одноключевой схеме: а — двухключевая схема, б — одноключевая схема нового типа, называемая схемой Чука [16]. Простейший вариант схемы без гальванической развязки входных и выходных цепей представлен на рис. 4.14, а. В этой схеме функцию ключа в положении В (рис. 4.13,6) выполняет диод VD. Особенностью схемы является инверсия выходного напряжения (изменение полярности) относительно входного, возникающая в процессе преобразования структуры, соответствующей схеме на рис. 4.12. Из диаграмм на рис. 4.14,6 видно, что схема может работать с непрерывными входным и выходным токами. Уменьшение пульсаций токов позволяет уменьшить емкости входного и выходного фильтров. Кроме того, в схеме используются один тиристор и один диод. Таким образом, сохраняя положительные свойства схемы, представленной на рис. 4.12, новая v  —о Рис. 4Л4. Импульсный регулятор ( одним управляемым ключом, обеспечивающий повышение и понижение входного напряжения
 схема имеет лучшие энергетические показатели (КПД и удельные значения массы и объема).гг,епние значения R оежиме непрерывных токов ix и i2 средние и="" токов Тнапрений схемы связаны следующими соотно-шениями: 1вых — f вх > р 1 (4.32) где t3 и /р—времена замкнутого и разомкнутого состояний транзистора VT соответственно. Следует отметить, что непрерывность выходного тока схемы позволяет обеспечить независимость пульсаций на конденсаторе С2 от нагрузки, значения которых могут быть определены из соотношения (4.30). Кроме того, новый тип схемы обладает хорошими динамическими свойствами, что позволяет обеспечить высокое качество регулирования выходных параметров. Следующим этапом развития топологии схемы нового типа является снижение пульсаций входного и выходного тока практически до нуля и интеграция магнитных компонентов [16]. Первым шагом в этом направлении является объединение магнитной связью реакторов Lx и L2 (рис. 4.15). Такое решение вытекает из факта идентичности напряжений на реакторах Lx и L2 (мгновенные значения напряжений на них одинаковы). Этот схематический вариант позволяет уменьшить пульсации токов i, и i2, а при определенных зна-   чениях магнитной связи свести пульсации тока i2 практически к нулю. Другим положительным результатом интеграции реакторов является общее улучшение массообъемных показателей магнитных компонентов. Гальваническая развязка входной и выходной цепей может быть осуществлена введением электромагнитной развязки посредством преобразований топологии схемы в соответствии с рис. 4.16. Объединение всех магнитных компонентов в один интегральный магнетик при определенных параметрах магнитной связи между обмотками позволяет обеспечить нулевые значения пульсаций токов ix и i2 и гальваническую развязку цепей. На рис. 4.17 представлены вариант схемы с интегральным магнетиком и его конфигурация. Коэффициенты магнитной связи определяются воздушными зазорами [16]. Существует большое количество вариантов схем с интегрированными магнетиками, имеющих различное конструктивное исполнение, включая варианты с взаимно ортогональными магнитными потоками. Ключевые регуляторы с нулевыми м + о-<v> -о-  м  I I II I 1 Рис 4.17. Обеспечение нулевых пульсаций входного и выходного токов в импульсном регуляторе: а—схема; б—конфигурация интегрального магнитного элемента пульсациями входного и выходного токов и интегральным магнитным компонентом имеют хорошие удельные показатели объема и массы, а также высокий КПД. В то же время их разработка и изготовление связаны непростой технологией магнитного компонента. Следует также отметить трудность формирования оптимальной траектории переключения транзистора VT из-за высоких скоростей изменения коммутируемых напряжения и тока. Это обстоятельство налагает определенное ограничение на эффективное использование высокой рабочей частоты регулятора. 4.2.5. ТИРИСТОРНО-КОНДЕНСАТОРНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДОЗИРОВАННОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ЭНЕРГИИ В НАГРУЗКУ В регуляторах постоянного тока с повышенными значениями напряжения и тока целесообразно использовать в качестве ключевых элементов тиристоры. Существует обширный класс схем импульсных регуляторов тока, в основе которых лежит принцип периодической передачи в нагрузку дозированных (определенных по величине) порций электрической энергии [17]. В частности, энергия может предварительно запасаться в промежуточном конденсаторе, а затем посредством колебательного процесса передвигаться в нагрузку. В этом классе схем наиболее широким диапазоном регулирования выходного напряжения обладает схема, представленная на рис. 4.18 в варианте без гальванической развязки. Рассмотрим кратко принцип действия этой схемы и основные расчетные соотношения для нее. Предположим, что конденсатор Ск заряжен до напряжения UBX + UBUX с полярностью, указанной на рис. 4.18,д без скобок. В момент времени t — t0 подаются управляющие импульсы на тиристоры VSi и VS3. При включении этих тиристоров образуется колебательный контур LCK (рис. 4.19, а), электромагнитные процессы в котором при общепринятых допущениях соответствуют дифференциальному уравнению второго порядка. Решение этого уравнения позволяет записать следующие соотношения: h = (2UBX + Ubx)j sin © t; 1(4 UL = (2UBX + UBUX)cos(ot, J ГД%Юп;оцперезарядки конденсатора Cx напряжение на реакторе L -gS ет далее, но с противоположной полярностью, иднако,   Г в) Рис. 4 18. Тиристорный регулятор с дозированной передачей энергии в нагрузку: а—схема; б—диаграммы напряжений и токов напряжение UL достигает выходного напряжения UBUX (в момент t — t2), включается диод VD, так как на нем появляется напряжение прямой полярности. Включение диода VD ограничивает дальнейший рост напряжения UL. В результате с момента t = t2 ток в реакторе изменяется под воздействием напряжения Umx. Закон изменения мгновенного значения тока it на этом интервале можно найти из эквивалентной схемы, изображенной на рис. 4.19,6. Ток ц в момент t = t2 скачком изменяет свое значение до нуля в связи с переходом тока i в контур нагрузки, и тиристоры KS и VS3 выключаются. 0 ... 30 31 32 33 34 35 36 ... 49
|
||||||||||||||||||||||||||||||
