2.3. Імпульсні перетворювачі

Конвертори — це пристрої для перетворення постійної напруги однієї величини в постійну напругу іншої величини. За схемною реа­лізацією поділяються на перетворювачі постійної напруги із само­збудженням та імпульсні перетворювачі. Перевага останніх по­лягає в тому, що вони можуть використовувати тиристори й тим самим забезпечують створення конверторів великої потужності.

Імпульсні перетворювачі постійної напруги (конвертори) вико­ристовуються для перетворення постійної напруги в постійну. Зміну величини напруги регулюють за допомогою параметрів імпульсів ке­рування (рис. 19, а). Для зміни параметрів імпульсів використовують широтно-імпульсний або частотно-імпульсний способи регулювання. Принцип роботи базується на ключовому режимі роботи транзистора або тиристора, внаслідок чого періодично переривається подання на­пруги на навантаження. Середнє значення напруги навантаження (рис. 19, б) визначається за виразом

Uсер= δ*U

Де U—напруга джерела живлення; δ=t_імп/T - коефіцієнт заповнен­ня імпульсів. Таким чином, напругу на навантаженні можна регулю­вати від 0 до U.

Рис. 19. Принцип регулювання напруги навантаження: t _імп— тривалість імпульсу; t_П — тривалість паузи; Т = (t_імп + tn) - період імпульсів

Якщо потужність навантаження не перевершує 100 кВт, то вико­ристовують однотактні перетворювачі, коли між джерелом живлення та навантаженням вмикається транзисторний або тиристорний ключ, робота якого керується системою формування імпульсів. В практич­них схемах між ключем і навантаженням вмикають згладжувальний фільтр типу LC. На рис.20 зображено схему однотактного імпульснoго перетворювача напруги з тиристорним ключем, згладжувальним фільтром і пояснення до її роботи.

Робоча частота перетворювача f _роб визначається за умовою

Д е Δ = U нмакс / Uнмін — задана глибина регулювання напруги на навантаженні; t _ув — час увімкнення електронного ключа; t_вим — час вимкнення електронного ключа.

Рис. 20. Схема обнотактного імпульсного конвертора (а) і часова залежність струму навантаження (6)

Приклади до розділу

Задача 2.1. Для тиристорного електронного ключа (рис. 18, а) ви­брати тиристор та комутувалъний конденсатор С, якщо напруга джерела живлення U = 90 В, потужність та напруга навантажен­ня Р_н =1000 Вт, U_H =80 В.

Розв'язок: Визначаємо струм навантаження І_н =Pн/Uн= 12,5 А За значенням напруги живлення та струму навантаження вибираємо тиристор, який би забезпечував умовам: І_{макс.доп} > Ін ; U_{макс.зв} > U .

Відповідно з паспортними даними (див. Додатки), таким умовам за­довольняє тиристор ТІ 12-16. Паспортні дані тиристора Iмакс.доп=16 А; Uмакс.зв=100В; tув = 2мкс; t _вим.т = 100мкс.

Для забезпечення надійної комутації час вимкнення ключа прийма­ють більшим від часу вимкнення тиристора на величи­ну Δt = (20 ÷ 40) мкс. Приймаємо Δt = 25 мкс.

Тоді tвим = t вим. т = 100 +25 = 125 мкс. Обчислюємо ємність комутувального конденсатора С =Iн t вим / U н = 19,5 мкФ. Вибираємо кон­денсатор ємністю 20 мкФ.

Задача 2.2. Визначити опір обмежувального резистора R для ти­ристорного електронного ключа (рис. 18, а), якщо напруга наванта­ження U_H =80Д струм утримання тиристора І утр. т = 0,5А.

Розв'язок: Опір обмежувального резистора повинен забезпечувати величину струму тиристора меншу за Іутр.т й визначається за ви­разом

де приймаємо к=2 — коефіцієнт для забезпечення умови закриття ти­ристора.

Задача 2.3. Розрахувати параметри транзисторного ключа (рис. 17, а), якщо напруга джерела живлення U = 40 В, потужність Р_н = 40 Вт та напруга навантаження U_н=30 В. Період сигналу керування ключем Т = 1 мкс.

Розв'язок: Визначаємо струм навантаження Iн = Pн / Uн= 1,33 А. За струмом навантаження та напругою джерела живлення вибираємо (див. Додатки) транзистор за умовами І_к.доп ≥ Iн Таким умовам задовольняє транзистор КТ814Б: І_Клм=1,,5А; U_ке.Доп ⁼ 50 B; Pк.доп =10 Вт; h21e=40, f_гр=ЗМГц; U_KEнас = 0,6В.

Визначаємо струм насичення бази транзистора за виразом

де Кн = 1,2 – коефіцієнт насичення струму бази.

Час увімкнення та час вимкнення транзистора визначаємо як

Перевіряємо транзистор на можливість розсіювання колектором виділеної потужності за виразом

Отже, вибраний транзистор задовольняє цій умові.

Задача 2.4. Визначити середнє значення напруги навантаження, якщо напруга джерела живлення конвертора U = 36В, а коефіцієнт заповнення імпульсів δ = 0,4.

Р озв'язок: Середнє значення напруги навантаження визначаємо за виразом

Задача 2.5. Визначити робочу частоту конвертора, якщо глибина регулювання напруги навантаження А = 2,5 . В перетворювачі засто­совується транзисторний ключ на базі транзистора КТ807А

Розв’язок: Робоча частота конвектора

t yв, t вим – час увімкнення та час вимкнення транзисторного ключа, які приймаються однаковими й визначаються як (див. Розділ 2)

Де fгр – гранична частота транзистора (для КТ807А fгр = 5 Мгц).

Тоді робоча частота конвектора fроб ≤1,33 МГц. Вибираємо fроб = 1,3 МГц.