1.4.2 Джерело струму на основі керованого перетворювача напруги

Для створення джерела струму можна також використовувати як електромашинні, так і керовані вентильні перетворювачі, наприклад, генератор постійного струму, керований випрямляч, широтно-імпульсний перетворювач напруги та інші.

Розглянемо роботу узагальненого керованого перетворювача напруги, який охоплено позитивним зворотним зв’язком за напругою (рис. 1.4.5,а). На рисунку прийняті такі позначення: U_з.с. ‑ напруга завдання струму; U_з.з.н. ‑ напруга позитивного зворотного зв’язку за напругою; R_п ‑ внутрішній опір керованого перетворювача; R_н ‑ опір навантаження; U_вих, І_вих ‑ відповідно вихідні напруга і струм перетворювача.

Для статичного режиму роботи перетворювача можна записати:

U_з.з.н. = U_вихК_з.з.н. = І_вихR_нК_з.з.н. ;

(U_з.с + І_вихR_нК_з.з.н. )К_п = Е_вих = І_вих (R_н + R_п), (1.4.5)

де К_п ‑ коефіцієнт підсилення перетворювача за напругою; К_з.з.н коефіцієнт зворотного зв’язку за напругою; Е_вих ‑ ЕРС перетворювача. В результаті розв’язання рівняння (1.4.5) відносно І_вих отримуємо:

(1.4.6)

При критичному значенні коефіцієнта зворотного зв’язку отримуємо:

тобто таке налагодження забезпечує незалежність струму навантаження від опору навантаження, а це означає, що перетворювач працює в режимі джерела струму.

Завдання вихідного струму джерела здійснюється зміною напруги завдання . Недолік розглянутої схеми джерела струму ‑ труднощі підтримання критичного значення коефіцієнта зворотного зв'язку за напругою в широких межах внаслідок нестабільності коефіцієнта підсилення перетворювача К_п. Це істотно обмежує можливості застосування схеми, показаної на рис. 1.4.5,а в регульованому електроприводі.

а) б)

Рис. 1.4.5

Поширений спосіб переведення керованого перетворювача напруги в режим джерела струму - введення негативного зворотного зв'язку за струмом, який охоплює перетворювач (див. рис. 1.4.5,б). На схемі (рис. 1.4.5,б) прийняті такі позначення: U_з.з.с ‑ напруга зворотного зв'язку за струмом; ДС ‑ датчик струму.

Статичний режим роботи перетворювача описується рівнянням:

(U_з.с - U_з.з.с )К_п = (U_з.с - І_вих К_з.з.с. )К_п = Е_вих = І_вих (R_н + R_п) (1.4.7)

де К_з.з.с. ‑ коефіцієнт негативного зворотного зв'язку за струмом.

Рішення (1.4.7) відносно І_вих має вигляд:

(1.4.8)

При К_п  , вихідний струм перетворювача , тобто не залежить від навантаження і внутрішнього опору перетворювача, а визначається лише напругою завдання і значенням коефіцієнта зворотного зв'язку за струмом. Оскільки коефіцієнт підсилення перетворювача є скінченною величиною, зовнішні характеристики перетворювача будуть відхилятись від вертикальних характеристик ідеального джерела струму, як це показано на рис. 1.4.1,а переривчастою лінією.

Переведення керованого перетворювача напруги в режим джерела струму широко використовується для захисту перетворювачів від перевантаження за струмом. У цьому випадку негативний зворотний зв'язок за струмом здійснюється з відсічкою, тобто починає діяти тільки тоді, коли струм навантаження перевищує установлене значення. Після вступу в дію відсічки за струмом, вихідна напруга перетворювача починає різко знижуватись і тим самим підтримує струм навантаження у заданих межах.