книги из ГПНТБ / Бирзниекс, Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока

Для схемы с последовательным накопительным кон­ денсатором (рис. 4-1,6), пренебрегая пульсациями напряжения конденсатора входного фильтра и принимая,

100

В интервале времени (1—у)Т, когда прерыватель П на­ ходится в непроводящем состоянии, ток заряда накопи­ тельной емкости Со представляет собой разность тока

(рис. 4-10,s), то можно считать, что напряжение на кон­

4-10,а) BCo=BÄ= B 0—U, может быть представлено как

В промежутке времени Г/2, показанном на рис. 4-10,г, мгновенные значения напряжения конденсатора uco меньше Ucо. Следовательно, к индуктивности С0 прило­ жено отрицательное напряжение и ток в ней уменьшает­ ся. Заменяя фактическое напряжение пьо эквивалентным средним значением ДСсо/4 (за интервал 772), получим такие же выражения пульсаций тока нагрузки, как для схемы с параллельным накопительным конденсатором

(4-23) и (4-24).

Таким образом, показано, что пульсации токов и на­ пряжений в обеих рассматриваемых схемах определяют­ ся одинаковыми выражениями (4-19) —(4-24).

Основное'отличие между схемами заключается в том, что в схеме с последовательной емкостью (рис. 4-10,а) накопительный конденсатор С0 может быть выбран на меньшее напряжение, чем в схеме е параллельной ем­ костью (рис. 4-9,а). Однако в этой схеме (рис. 4-10,а) необходим входной конденсатор, так как ток іф, потреб­ ляемый от источника питания, меняется скачкообразно. В интервале уТ этот ток равен сумме токов нагрузки и

101

пульсаций напряжений и токов, может оказаться необ­ ходимым еще более подробный анализ формы пульсиру­ ющих токов и напряжений, т. е. определение мгновенных значений этих величин. Такой анализ был выполнен в [Л. 2 0 ].

4-3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Накопительная емкость С0, индуктивность дросселя L\ и необходи­

мая индуктивность цепи нагрузки могут быть определены по задан­

в интервале времени уТ, когда прерыватель П находится в проводя­ щем состоянии, к диодам Д приложено напряжение накопительной

емкости «со=Ио, максимальное значение которого равно U o + A U c o ß . В интервале (1—у) Г, когда ток проводят диоды Д , такое же на­ пряжение приложено к прерывателю II. Поэтому оба эти элемента

необходимо выбирать на максимальное мгновенное значение выход­ ного напряжения щ, которое согласно табл. 4-1 и рис. 4-3 дости­

Всхеме с последовательной накопительной емкостью (рис. 4-1,6)

винтервале уТ к диоду Д также приложено выходное напряжение

через диод Д , это напряжение приложено к прерывателю П. Поэто­ му, так же как в предыдущем случае, прерыватель II и диоды Д

необходимо выбирать на максимальное мгновенное значение выход­ ного напряжения Но при у = у Манс. Средние значения токов прерыва­ теля Л и диода Д такие же, как для схемы с параллельной накопи­

тельной емкостью (рис. 4-1,а).

Для схемы с последовательной накопительной емкостью (рис. 4-1,6) необходим также входной индуктншю-емкостнып фильтр.

Параметры этого фильтра могут быть приближенно определены на

102

входного фильтра. Как следует из диаграммы тока іф на рис. 4-10,в,

это значение с учетом (4-4) составляет:

и зависимостей импульсных преобразователен с повышенным выход­ ным напряжением, а также ряда дополнительных исследований по сравнению пульсации токов и напряжений при разных способах регулирования можно сделать некоторые выводы:

1. Регулирование выходного напряжения импульсного преобра­ зователя выше напряжения источника питания может быть осуще­ ствлено в схемах, где накопительная емкость подключена либо па­ раллельно, либо последовательно с нагрузкой (рис. 4-1,а, б). В пер­

вом случае выходным напряжением является напряжение на на­ копительном конденсаторе, а во втором случае выходное напряже­ ние равно сумме напряжений источника питания и накопительной емкости.

2 . Основные характеристики регулирования (зависимости сред­

них значений токов и напряжений от коэффициента заполнения им­

ту э. д. с. источника питания Е.

4.Коэффициент заполнения импульсного цикла, при котором выходное напряжение максимально, также зависит от омического сопротивления источника питания R, тока нагрузки /о и э. д. с. ис­ точника питания Е. Этот коэффициент может быть определен по

(4-10) к а к у ,і= 1 —2/0RIE.

5.Внешняя характеристика импульсного преобразователя, т. е. зависимость выходного напряжения U0 от тока нагрузки / 0, по мере

куперативного, рекуперативно-реостатного п реостатного торможения двигателей постоянного тока. При рекуперативном торможении коэффициент заполнения у лолже'н быть увеличен прямо пропорцио­ нально уменьшению э. д. с. Е двигателей (см. прямую 1 иа рис. 4-8),

а в случаях рекуперативно-реостатного и реостатного торможения существует нелинейная зависимость у —f(E ) (см. кривые 2, 3, 4 на

рис. 4-8).

7. Абсолютные значения пульсаций тока в накопительной ин­ дуктивности Д/ы , напряжения па накопительном конденсаторе At/со

зависят от входного напряжения U и тока нагрузки /о- Эти пульса­ ции согласно (4-24) обратно пропорциональны произведению L0C0

выходных сглаживающих элементов.

103

9. Пульсации напряжения на накопительном конденсаторе A l i c e , при принятых допущениях не зависят от накопительной индуктив­ ности L\. Как следует из (4-22), эти пульсации обратно пропорцио­

нальны эквивалентной постоянной времени цепи с накопительной емкостью тСо = С0П//о-

10. Пульсации тока дросселя Л /ц * не зависят от накопительной емкости Со (4-20). Эти пульсации обратно пропорциональны экви­

При втором способе регулирования пульсации тока нагрузки имеют максимальное значение при минимальном коэффициенте заполнения

с целью обеспечения минимальных пульсации при заданных пара­ метрах схем (или наименьшие параметры индуктивностей и емко­

ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, РЕГУЛИРУЕМЫЕ ВЫШЕ И НИЖЕ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В настоящей главе рассмотрены импульсные преобразо­ ватели, позволяющие плавно регулировать выходное напряжение как ниже, так и выше величины входного напряжения. Эти преобразователи дают возможность осуществить стабилизацию напряжения на нагрузке без переключения элементов схемы.

Регулирование выходного напряжения импульсного преобразователя выше и ниже напряжения источника питания может быть реализовано в схемах, где накопи­ тельная индуктивность Li подключена параллельно, а прерыватель — последовательно с источником питания (рис. 5-1,а,б). При этом накопительная емкость С0, так же как в схемах с повышенным выходным напряжением (рис. 4-1,а и б), может быть включена параллельно (рис. 5-1,а) или последовательно (рис. 5-1,6) е нагруз­ кой і[Л. 26].

104

а)

б)

Ряс. 5-1. Принципиальные схемы импульсных преобразователей с повышенным и пониженным выходIIым напряжением.

а — схема с параллельным конденсатором; б — схема с последовательным конденсатором; в — соответствующие обеим схемам расчетные диаграммы токов и напряжений прерывателя Л и диодов Д.

5-1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ

На базе основных положений (см. § 1-3) принципи­ альные схемы на рис. 5-1,а, б могут быть приведены к соответствующим расчетным схемам замещения для средних значений токов и напряжений, показанным на рис. 5-2,а, б.

Из этих схем следует, что для обоих преобразовате­ лей действительны следующие равенства средних значе­

105

Со(Д) приложено обратное напряжение со средним зна­ чением и ла= U + Uсо— 11 + Ua> а через прерыватель П

В интервале времени (I—у)Т, когда прерыватель П находится в непроводящем, а диод Д в проводящем со­ стоянии, напряжение U+ UCo— U+ U0= Un0 приложено

риваемых схем (рис. 5-1,а, б) действительны следующие выражения токов, напряжений и сопротивлений эквива­

106

Основное различие между схемами рис. 5-2,я и 6 заключается в том, что в схеме с параллельной накопи­ тельной емкостью (рис. 5-2,а) ток дросселя Lі является суммой тока источника питания и тока нагрузки

а в схеме с последовательной накопительной емкостью (рис. 5-2,6) этот ток равен только току источника пита­ ния

В этом отношении схема с последовательной ем­ костью имеет определенные преимущества перед схемой с параллельной накопительной емкостью. На основе схем замещения (рис. 5-2,я н 6 ) по законам Кирхгофа может быть получен ряд выражений для определения средних значений токов н напряжений по заданным ве­ личинам Е и Іа. Эти выражения сведены в табл. 5-1.

Принимая Е ч /о в качестве базисных величин и используя обозначения Пдм* = ERIE и Пло* = IoRolE, из выражений в табл. 5-1 получаем следующие зависимости в относительных единицах:

(для схемы на рис. 5-2,я);

(5-11)

(для схемы на рис. 5-2,6).

При этом можно отметить, что в некоторых случаях необходимо учесть также влияние омичеоких сопротив­ лений дросселей L и Li. В схеме с последовательной на­ копительной емкостью (рис. 5-1,6) это относительно про­ сто, так как среднее значение^токов в этих дросселях равно среднему значению .тока* в цепи источника пита-

107

>

ния на омическом сопротивлении цепи источника пита­ ния

(7^м, = ^ = 0 ,0 5 ; 0,10; 0,15; 0,2; 0,25.

Исследуя функцию выходного напряжения (70 = f(у) на максимум, т. е. определяя из (5-8) производную

ПО