Регуляторы переменного напряжения реферат
Обновлено: 02.07.2024
При цифровой реализации широтно-импульсной модуляции в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность прямоугольных импульсов, а информационным параметром, связанным с дискретным модулирующим сигналом, является длительность этих импульсов. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов одинаковой длительности имеет постоянную составляющую, обратно пропорциональную скважности импульсов, то есть прямо пропорциональную их длительности. Пропустив импульсы через ФНЧ с частотой среза, значительно меньшей, чем частота следования импульсов, эту постоянную составляющую можно легко выделить, получив постоянное напряжение. Если длительность импульсов будет различной, ФНЧ выделит медленно меняющееся напряжение, отслеживающее закон изменения длительности импульсов.
Таким образом, с помощью ШИМ можно создать несложный ЦАП: значения отсчетов сигнала кодируются длительностью импульсов, а ФНЧ преобразует импульсную последовательность в плавно меняющийся сигнал. Поэтому я считаю данную тему актуальной.
При работе с приводом может потребоваться управлять его скоростью. В простейшем случае это можно делать вставив транзистор (управляемое сопротивление) между источником фиксированного напряжения и приводом.
Однако такой способ при управлении мощными приводами приводит к выделению большой тепловой мощности на транзисторе-сопротивлении.
Целью курсового проекта является анализ работы программируемого ШИМ регулятора напряжения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) изучить ШИМ регулятор.
2) рассмотреть работу ШИМ регулятора.
3) провести анализ работы ШИМ регулятора напряжения.
В данном случае была поставлена задача разработать ШИМ - регулятор на основе программируемого таймера серии КР580, чтобы регулировать ширину импульса. Такое устройство обеспечивает сохранность транзистора и экономичность.
Глава 1. Описание ШИМ-регулятора
1.1 Классификация видов ШИМ
В общем случае все виды ШИМ основаны на изменении длительности импульсов равной амплитуды, следующих через равные интервалы времени в соответствии с принятым законом формирования напряжения. Законы формирования, общие для любого метода модуляции, определяются функцией построения (модулирующим сигналом). На основании литературных данных целесообразно распределить разновидности ШИМ по степеням соответствия параметров импульсов значениям модулирующего сигнала согласно основным признакам (рисунок1).
Рисунок. 1. Классификация видов ШИМ
Следует отметить, что в связи с развитием методов формирования синусоидальных напряжений, трапецеидальная ШИМ уже почти вытеснена синусоидальной. Двуполярная ШИМ характеризуется постоянным действующим значением выходного напряжения, поэтому регулирование значения основной гармоники сопровождается перераспределением энергии в спектре. Однополярная ШИМ дает лучший гармонический состав, действующие значения напряжения при этом меньше, чем в двуполярном варианте.
Современные ЭП строятся с использованием микроконтроллеров (МК), с помощью которых реализуется и ШИМ. В связи с этим вводится новый термин - тактовая частота ШИМ Fт, которая определяется точностью аппроксимации несущего Fн и модулирующего Fм сигналов. Как правило, соотношения между ними выбираются следующими:
Fн і n3Fм (n=2, 3, 4. ) и Fт і m2Fн (m=3,4,5. )
Независимо от того, какая разновидность ШИМ используется, ее реализация на МК принципиально возможна двумя способами: традиционный (формирование выходных напряжений осуществляется в результате постоянного сравнения модулирующего и несущего сигналов) и табличный (полностью рассчитывается заранее и заносится в ПЗУ, из которого затем считывается).
При реализации ШИМ традиционным способом приходится использовать либо универсальные мощные (развитая система команд и высокое быстродействие) микроконтроллеры, либо специализированные, относительно дорогие контроллеры (где алгоритм реализуется аппаратно - программно). Реализация сложных алгоритмов ШИМ традиционным способом затруднена на универсальных МК большим объемом программы, а на специализированных - возможностями архитектуры конкретного типа МК. Специализированные МК, ориентированные на применение в электроприводах, имеющие аппаратную поддержку ШИМ выпускаются такими фирмами как MOTOROLA (68HC705MC4, 68HC708MP16), INTEL (8xC196MC/MD/MH), TEXAS INSTRUMENTS, и другими [2,3].
ШИМ - генераторы МК этого типа имеют от двух до шести независимых каналов и управляются несколькими (3-24) программно доступными регистрами. ШИМ - генераторы позволяют реализовывать синхронизацию каналов, формирование "мертвого" времени, его компенсацию, выравнивание импульсов по фронту или по центру, встроенные защиты от неисправностей, некоторые другие функции. Частоту несущего сигнала можно регулировать от 8 МГц до 125 Гц. В последнее время вместо встроенных ШИМ - генераторов микроконтроллеры оснащаются более универсальными средствами, которые, в том числе, реализуют и алгоритмы ШИМ. В контроллерах MOTOROLA (68HC16Y1, MC68336) это так называемый таймерный сопроцессор TPU (Timer Processor Unit), в изделиях INTEL (8xC196NP/NU) это интегрированный процессор событий EPA (Event Processor Array). В обоих случаях имеется в виду многоканальный таймер с очень гибкой схемой управления, полуавтономной от ядра контроллера. Программирование и TPU, и EPA осуществляется либо полностью, либо с использованием стандартных подпрограмм, в числе которых имеется и ШИМ с аналогичными указанным выше параметрами. Все перечисленные МК ориентированы на реализацию двуполярной ШИМ, которая, как указывалось, не позволяет получить наилучший гармонический состав выходного напряжения.
Достоинства табличного способа заключаются в том, что он позволяет реализовать любые алгоритмы ШИМ с высокой несущей частотой с помощью микроконтроллеров, весьма бедных в функциональном отношении. Тем не менее, этот способ не нашел широкого применения из-за следующих причин.[2]
Еще одна трудность - плавное регулирование тактовой частоты ШИМ при изменении частоты модулирующего сигнала. Здесь, как правило, применяется управляемый напряжением генератор, либо целочисленный 16-разрядный предварительный делитель, сигнал с которого вводится в МК.
Предлагается новый способ табличной реализации ШИМ, свободный от указанных недостатков. Необходимо отметить, что число всех возможных сочетаний состояний вентилей АИН равно 27 (обычно не превышает 12). В связи с этим предлагается "индексная" (в отличие от описанной выше "линейной") табличная ШИМ, которая реализуется по следующим принципам.
Сначала составляется нумерованный массив с допустимыми сочетаниями состояний вентилей АИН. Назовем его массивом состояний. Затем обычным способом рассчитываются массивы для всех частот модулирующего сигнала. После этого в каждом массиве, соответствующем конкретной частоте Fм, сохраняются только строки (с сохранением исходной нумерации), в которых происходит переключение, все остальные строки удаляются. Из этих "сокращенных" массивов составляются индексные массивы, которые содержат номера шагов (периода тактовой частоты ШИМ на периоде модулирующего сигнала), на которых происходят переключения и соответствующий индекс массива состояний. Индексные массивы и массив состояний записываются в ПЗУ, после чего ШИМ осуществляется обычным способом.
Алгоритм работы предлагаемой ШИМ приведен на рисунке 2.
Рисунок. 2. Алгоритм работы индексной ШИМ
Индексно - табличная реализация ШИМ требует существенно меньшего объема памяти, чем традиционная. Например, для получения указанных выше параметров (Fмmax = 60 Гц; диапазон регулирования (0.5-120)% дискретность регулирования примерно 0.5%) индексная ШИМ требует менее 11кБ. Экономия объема памяти позволяет довести соотношение Fт/Fн до 40 (тактовая частота ШИМ Fт примерно 48кГц) и, тем самым, увеличить точность аппроксимации несущего и модулирующего сигнала не менее, чем в 4 раза.
1.2 Применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
Широтно-импульсная модуляция, рассматриваемая в следующих примерах, используется в разных задачах - от формирования звукового сигнала и управления яркостью светодиодов до управления скоростью вращения электромотора. Все эти задачи основываются на базовом принципе ШИМ-сигнала - чем больше скважность импульсов, тем больше среднее значение напряжения (рисунок 3). Зависимость среднего напряжения от величины скважности является линейной:
VСР = скважность х Vмакс
Рисунок. 3. Зависимость среднего значения напряжения от скважности ШИМ
Выбор частоты ШИМ:
Частота ШИМ зависит от различных факторов. При увеличении частоты увеличиваются потери на переключение, емкость и индуктивность нагрузки влияет на изменение формы сигнала. Поэтому в микромощных устройствах следует выбирать минимально возможную частоту ШИМ, а в схемах с емкостной или индуктивной нагрузкой выбирать частоту исходя из анализа схемы.
Широтно-импульсная (ШИ) модуляция активно используется в построении систем управления яркостью светодиодов. Благодаря низкой инерционности, светодиод успевает переключаться (вспыхивать и гаснуть) на частоте в несколько десятков кГц. Его работа в импульсном режиме воспринимается человеческим глазом как постоянное свечение. В свою очередь яркость зависит от длительности импульса (открытого состояния светодиода) в течение одного периода. Если время импульса равно времени паузы, то есть коэффициент заполнения – 50%, то яркость светодиода будет составлять половину от номинальной величины. С популяризацией светодиодных ламп на 220В стал вопрос о повышении надёжности их работы при нестабильном входном напряжении. Решение было найдено в виде универсальной микросхемы – драйвера питания, работающего по принципу широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляции.[1]
1. Управление электродвигателями
ШИМ применяется для управления двигателями в импульсном режиме. По характеристикам двигателя необходимо подобрать значение частоты ШИМ, чтобы обеспечить оптимальные характеристики электропривода. При выборе задающей частоты важным критерием являются акустические шумы, создаваемые двигателем при работе. Коллекторные двигатели могут создавать звуковой шум на частотах от 20 Гц до 4 кГц. Для исключения этого нежелательного эффекта нужно выбирать частоту выше 4 кГц. На таких частотах акустического шума уже не будет, так как механические части имеют более низкие резонансные частоты.
2. Светодиоды и устройства освещения
ШИМ часто используется для изменения яркости световых приборов. Эффект мерцания может быть заметен на частотах ниже 50 Гц, поэтому на практике частота ШИМ выбирается около 100 Гц или выше.
Как регулируется яркость светодиодов? Есть два варианта: регулирование ШИМ и аналоговое. Эти методы контролируют проходящий через светодиод ток, но между ними есть определенные различия.
Аналоговое регулирование изменяет уровень тока, который проходит через светодиоды. А ШИМ регулирует частоту подачи тока. Выходом из этой ситуации может быть использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При такой системе светодиоды получают необходимый ток, а яркость регулируется с помощью подачи питания с высокой частотой. То есть, частота периода подачи изменяет яркость светодиодов.
Несомненный плюс ШИМ-системы – сохранение продуктивности светодиода. КПД составит около 90%.[3]
3. Формирование аналогового сигнала
Рисунок. 4. Формирование аналогового сигнала с помощью ШИМ и ФНЧ
Выход ШИМ может применяться для цифро-аналогового преобразования с помощью нескольких внешних элементов. Преобразование ШИМ-сигнала в аналоговый осуществляется на основе фильтра ФНЧ (рис. 18). Для исключения появления в выходном сигнале нежелательных гармоник необходимо, чтобы частота модуляции (FPWM) была намного выше, чем частота выходного сигнала (FBW):FPWM =К x FBW, причем, чем больше значение К, тем меньше гармоник. Для расчета фильтра применяется следующая формула:RC=1/(2πFBW)
Выбрав значение емкости С, вычисляют значение резистора R. Подавление частоты ШИМ в выходном сигнале определяется выражением:
-10 x log[1 + (2πFPWMRC)2] (дБ)
Если подавление недостаточное, то увеличивают коэффициент К, увеличивая тем самым частоту модуляции.
4. Управление яркостью светодиодов
Для изменения яркости светодиодов можно использовать ШИМ. Для этого на выход подключается светодиод через резистор, ограничивающий максимальный ток. Изменяя скважность импульсов с помощью регистра в широких пределах (00. FF), можно менять яркость свечения. Необходимо отметить, что частота ШИМ должна быть не менее 100 Гц для устранения мерцания.
Глава 2. Выбор элементной базы
2.1 Микросхема КР580ВИ53
Микросхема КР580ВИ53 относится к микропроцессорному комплекту серии КР580, который предназначен для построения широкого класса цифровых устройств, контроллеров, микро ЭВМ и микропроцессорных систем различного назначения.
Большая функциональная насыщенность, достаточно высокое быстродействие и средняя потребляемая мощность обеспечивают этому комплекту наибольшую распространенность применения. Особенностью комплекта являются фиксированные разрядность (8 разрядов) и система команд (совместима с микро ЭВМ СМ1800), что однозначно определяет структуру устройств, построенных на его основе. Микросхемы КР580ГФ24, КР580ВК28, КР580ВК38, КР580ИР82, КР580ИР83, КР580ВЛ86, КР580ВЛ87 комплекта выполнены по биполярной технологии ТТЛШ, остальные — по nМОП-технологии. Всё микросхемы, входящие в МПК КР580, предназначены для работы в диапазоне температур —10. + 70 °С.
Рассмотрим назначение основных узлов.
Схема синхронизации канала формирует серию внутренних тактовых импульсов определенной длительности, которая зависит от внешней частоты синхронизации CLK и определяется внутренними времязадающими цепями схемы. Максимальная частота внешних сигналов синхронизации CLK не более 2,6 МГц.
Режимы работы (0—5) отличаются порядком формирования выходного напряжения па выводе OUT по окончании отсчета числа, загруженного в счетчик, по отношению к управляющему сигналу GATE.
В режиме 0 (прерывания терминального счета) на выходе канала формируется напряжение высокого уровня после отсчета числа, загруженного в счетчик. Сигнал GATE обеспечивает начало счета, его прерывание (при необходимости) и продолжение счета.
Перезагрузка счетчика во время счета прерывает текущий счет и возобновляет его по новой программе.
В режиме 1 (работы ждущего мультивибратора) на выходе канала формируется отрицательный импульс длительностью τ=TCLK·n, где TCLK —период тактовых импульсов; n — число, записанное в счетчик. Запуск ждущего мультивибратора осуществляется положительным фронтом сигнала GATE. Каждый положительный фронт этого сигнала запускает текущий счет или перезапускает счетчик сначала. Перезагрузка счетчика во время счета не влияет на текущий счет.
В режиме 2 (генерации частоты) таймер выполняет функцию делителя входной частоты CLK на n. При этом длительность положительной части периода равна TCLK·(n—1), а отрицательной TCLK. Перезагрузка счетчика во время счета не влияет на текущий счет.
Режим 3 (генерации меандра) аналогичен режиму 2, при этом длительность положительного и отрицательного полупериодов для четного числа n равна TCLK·n/2. Для нечетного числа n длительность положительного полупериода равна TCLK·n/2, а отрицательного TCLK·(n-1)/2.
В режиме 4 (программного формирования одиночного строба) па выходе канала формируется импульс отрицательной полярности длительностью τ=Tclk после отсчета числа, загруженного в счетчик. По сигналу GATE и после перезагрузки счетчика работа канала в режиме 4 аналогична режиму 0.
В режима 5 (аппаратного формирования одиночного строба) на выходе капала формируется импульс отрицательной полярности длительностью τ=Tclk после отсчета числа, загруженного в счетчик. Назначение выводов КР580ВИ53 приведено в таблице 1.
Рисунок 6. Режимы работы
Программируемый таймер интервалов KP 580 B И53
Число разрядов каждого канала ……………..…..16
Разрядность шины данных ……………………. 8
Число программируемых режимов работы …..…..6
Максимальный счет при работе счетчиков в
режимах:
- двоично-десятичного счета ………………………104
Тактовая частота, МГц ………………………….….
Потребляемая мощность, мВт ……………………..700
2.2 Микросхема К1533АГ3
Выходной импульс можно оборвать, подав на вход сброса напряжение низкого уровня.
Если мультивибратор К1533АГ3 запущен, то выходной импульс можно продолжить (перезапустить), подав на вход напряжение низкого уровня (или на вход - высокого). С момента перезапуска до окончания импульса пройдет время , определяемое времязадающими элементами и .
Если два ждущих мультивибратора микросхемы К1533АГ3 включить по кольцевой схеме, то получим автогенератор (автомультивибратор).
Корпус у К1533АГ3 типа 238.16-1 представлен на рис. 10, масса корпуса не более 2 г. Основные электрические параметры микросхемы приведены в рис. 7.
Рисунок. 7. Состояния работы микросхемы К1533АГ3
Рисунок. 8. Структура, условное графическое обозначение
и цоколевка микросхемы К1533АГ3
Рисунок. 9. Схемы подключения времязадающих элементов и ,
Рисунок. 10. Корпус микросхемы К1533АГ3
Основные электрические параметры микросхемы К1533АГ3 представлены далее в таблице 2.
Простейшие регуляторы U и I – потенциометры и реостаты! Но регулирование с их помощью неэкономично и существенно снижает КПД источника. Поэтому в технике электропитания применяются специальные регуляторы с повышенным КПД. В качестве регулятора со ступенчатым изменением напряжения на стороне переменного тока могут служить трансформаторы со многими отводами во вторичной обмотке или несколькими вторичными обмотками.
Существуют регуляторы на основе так называемых поворотных трансформаторов.
Используются угольные регуляторы. Весьма перспективными является использование схем управляемых выпрямительных устройств, действие которых основано на использовании в вентильном звене управляемых вентилей: тиратронов, ртутные колбы (игнитроны), тиристоры.
Достоинство: высокое значение КПД.
Задача стабилизации U и I решается с помощью специальных устройств стабилизации, которые по принципу действия делятся на:
Параметрические – основаны на принципе действия элементов с нелинейной ВАХ (газотроны, полупроводниковые стабилитроны, барреторы).
Газотроны – дроссели с насыщением магнитопровода.
Компенсационные – представляют собой устройства авторегулирования с обратной связью (ОС) и могут работать в линейном режиме:
- стабилизация с непрерывным регулированием, линейные и в импульсном режиме;
Весьма эффективными для регулирования U ИВЭП, как отмечалось, являются управляемые выпрямители.
Управляемые выпрямители (УВ)
Простейшим УВ является схема двухполупериодного управляемого выпрямителя.
Среднее значение U на выходе определяется площадью под пульсациями U на входе и с изменением угла регулирования может меняться.
Угол регулирования определяется задержкой импульсов относительно момента, соответствующего нулевым значениям (моменту пересечения с нулевым значением). Эта задержка может регулироваться в схеме управления.
; (1)
. (2)
- простота регулирования напряжения;
- малая мощность управления (т.к. необходим малый )
- возможность отделения и дистанционной установки УУ от силовой части, что улучшает безопасность работы и удобство эксплуатации.
- усложнение формы пульсации (расширение её спектра);
- повышенный коэффициент пульсации;
- значительное потребление реактивной мощности от ПИП, что снижает коэффициент мощности ().
Выпрямительное устройство на тиристорах, несмотря на недостатки, широко применяется.
Общие сведения о стабилизации I и U
пропорционально , который изменяется под действием многих дестабилизирующих факторов:
- изменение U ПИП (дестабилизирующий фактор по входу);
- изменение нагрузки, как следствие, изменение падения напряжения на внутреннем сопротивлении ИВЭП (дестабилизирующий фактор по выходу)
- изменение окружающей среды (температура) и изменение номиналов у различных элементов (старение эл-тов)
Т.е. , а приобретает еще и
- относительная нестабильность по напряжению;
(3)
Различные ИВЭП классифицируются по относительной нестабильности на:
1. - низкая стабильность;
2. - средняя стабильность;
3. - высокая стабильность;
4. - прецизионный источник.
Рассмотрим стабилизатор как промежуточное звено между выпрямителем и нагрузкой. Можно определить его характеристики по следующей схеме:
Стабилизатор должен подавить быстрые флуктуации и медленные уходы.
1. Кст u – коэффициент стабилизации по напряжению.
(4)
Эквивалентная схема стабилизатора:
2. - внутреннее сопротивление (характеризует стабильность работы нагрузки по выходу при действии дестабилизирующих факторов).
(5)
3. - коэффициент сглаживания пульсаций
(6)
4. - температурная нестабильность напряжения на выходе
(7)
или
5. - значение КПД.
(8)
Стабилизация может быть (по виду работы):
Параметрические стабилизаторы постоянного и переменного тока
В параметрических стабилизаторах повышение стабильности питающего U(I) достигается применением специально предназначенных для работы в таких условиях элементов с нелинейной ВАХ (газотроны, стабилитроны, дроссель, барреторы).
(единицы Ом) (9)
Для стабилитрона: схемы замещения выглядит следующим образом (рисунок 4)
Полупроводниковые параметрические стабилизаторы.
- гасящее R
(пренебрежимо)
Анализируя ранее рассмотренные характеристики можно определить внутреннее сопротивление стабилизатора по приведенной эквивалентной схеме.
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
Далее можно получить:
(16)
(17)
Из формулы следует, что для повышения , необходимо выбирать стабилитрон с как можно меньшим или увеличивать . Но с увеличением растет и падение напряжения на нём, что требует большего E.
Возможности получения больших в данной схеме ограничены.
Стабилитроны обладают достаточным быстродействием и при НЧ пульсациях входного напряжения работают с такой же эффективностью, как и при медленном изменении входного напряжения в рассмотренной схеме.
(18)
- малые ;
- невозможность уменьшить против значения ;
- сравнительно невысокая температурная нестабильность;
- малая достижимая мощность.
Но можно увеличить и изменить температурную зависимость путём:
1) в каскад соединяются несколько пар стабилитронов;
2) устанавливаются термокомпенсирующие элементы.
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
На практике для стабилизации напряжения применяют компенсационные стабилизаторы.
В случае, если надо стабилизировать ток, а не напряжение, может быть использован барретор.
С ростом температуры растёт Rt и падает ток Iн (возвращается к своему значению).
Технология направлена на повышение надёжности. Поскольку действие барретора основано на тепловом эффекте, то они могут применятся как на постоянном так и на переменном токе. Барретор находит применение для стабилизации накала в ламповых приборах.
В принципе для стабилизации U~ могут быть использованы полупроводниковые приборы по следующей схеме.
Данное устройство (рисунок 9) не может быть мощным.
Сравнительно мощные устройства стабилизации сроятся с использованием электромагнитных нелинейных элементов в виде дросселей с насыщающей индуктивности L.
Простой электромагнитный стабилизатор переменного напряжения.
- нелинейная индуктивность;
- линейная индуктивность.
(24)
- большое потребление реактивного тока I;
- малые значения коэффициента стабилизации;
- наличие начального тока I в схеме, выводящего её на рабочий участок
Этих недостатков лишены параметрические феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения.
1. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200
2. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.
3. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.
4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.
Регуляторы переменного тока относятся к устройствам, которые могут работать как прямой преобразователь напряжения переменного тока, а также как электронный прерыватель, выполняющий функции включения и выключения электрической цепи переменного тока. В настоящем параграфе рассматриваются регуляторы на обычных тиристорах с естественной коммутацией от сети переменного тока, получившие большое… Читать ещё >
Регуляторы переменного тока ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Регуляторы переменного тока относятся к устройствам, которые могут работать как прямой преобразователь напряжения переменного тока, а также как электронный прерыватель, выполняющий функции включения и выключения электрической цепи переменного тока. В настоящем параграфе рассматриваются регуляторы на обычных тиристорах с естественной коммутацией от сети переменного тока, получившие большое распространение благодаря простому техническому решению. Принцип действия регулятора с естественной коммутацией тиристоров рассмотрен на примере простейшей однофазной схемы (рис. 3.21,а) со встречно-включенными тиристорами, которая является базовой схемой для этого класса регуляторов.
При включении тиристора VS1 в момент 9, = а входное напряжение прикладывается к нагрузке с сопротивлением Ru. Ток в цепи активной нагрузки ги повторяет форму напряжения ивх. При спадании его до нуля тиристор KST выключается. В момент 92 = я + а включается тиристор VS2, и далее процессы периодически повторяются. Если угол управления, а = const, то можно записать следующую зависимость действующего значения выходного напряжения от угла а:
где Unh — действующее значение входного напряжения регулятора; 9 = tot (to — угловая частота сетевого напряжения).
Рис. 3.21. Однофазный тиристорный регулятор переменного тока:
а — схема на встречно-параллельных тиристорах; 6 — диаграммы работы при активной нагрузке Изменением угла, а можно регулировать действующее значение напряжения от максимального, равного соответствующему входному напряжению (при, а = 0), до нуля (при, а = л).
Другие схемы однофазных регуляторов приведены на рис. 3.22. Схема на основе симметричного тиристора — симистора (рис. 3.22, а) аналогична схеме регулятора на встречно-параллельных тиристорах. Схема на рис. 3.22,6 позволяет осуществлять регулирование положительного и отрицательного нолунериодов напряжения с использованием всего одного тиристора, но она имеет существенный недостаток — протекание тока в каждый полупериод через три полупроводниковых элемента (два диода и тиристор), что приводит с учетом реальных вольт-амнерных характеристик ука;
Рис. 3.22. Схемы однофазных регуляторов переменного тока:
а — на симисторе; б — на одном тиристоре; в — на двух тиристорах и двух диодах; г — на встречно-включенных тиристоре и диоде занных элементов к увеличению падения напряжения и, как следствие, росту потерь мощности. Поэтому данная схема не применяется при низких напряжениях и малых токах, а используется в случае, когда потери некритичны. Схема, состоящая из двух тиристоров и двух диодов (рис. 3.22, в), также аналогична схеме на встречно-включенных тиристорах, но в этом случае обратное напряжение на тиристорах будет близко к нулю. В схеме, представленной на рис. 3.22, г, регулируется только один полупериод напряжения.
Основной характеристикой регулятора, определяющей его функции, является регулировочная характеристика, связывающая действующее значение выходного напряжения и угол управления. На эту характеристику оказывает существенное влияние характер нагрузки. Практическое значение в рассматриваемом случае имеют активная, активно-индуктивная и индуктивная нагрузки. Рассмотрим работу при указанных нагрузках отдельно.
В случае активной нагрузки действующее значение выходного напряжения в функции угла управления определяется соотношением (3.51). Из принципа действия регулятора следует, что выходное напряжение мн(Э) имеет несинусоидальную форму и в зависимости от величины угла управления, а уровень высших гармоник значительно изменяется. На рис. 3.23, а представлены зависимости амплитуд первой и нескольких высших гармоник в функции угла управления, а для активной нагрузки [27, "https://referat.bookap.info"].
Очевидно, что увеличение угла управления вызывает не только искажение тока и напряжения на нагрузке, но и ухудшение входного коэффициента мощности, значение которого может быть определено из разложения тока в гармонический ряд и формул активной и полной мощности. На рис. 3.23, б приведена зависимость коэффициента мощности х от угла управления, а для активной нагрузки.
В случае активно-индуктивной нагрузки (сопротивление RH и индуктивность LH соединены последовательно) включение любого из тиристоров.
Рис. 3.23. Зависимости амплитуд гармоник выходного напряжения и коэффициента мощности от угла управления при активной нагрузке:
I.
Решение представляется суммой свободной iH св и установившейся г т составляющих. При этом возможно возникновение трех режимов протекания тока в зависимости от соотношения угла управления, а и угла нагрузки л в случае а я. Поэтому следует обеспечивать работу регулятора при /^/.-нагрузке с углами управления, а > фп.
Режим работы на индуктивную нагрузку при допущении равенства нулю потерь активной мощности в схеме и нагрузке отличается от режимов работы с активно-индуктивной нагрузкой отсутствием затухания свободной составляющей, т. е. постоянная времени т =!"//?" —* °°. Такую схему можно рассматривать как регулируемую индуктивность, так как при увеличении угла управления, а уменьшается амплитуда основной гармоники тока, отстающего по фазе от напряжения сети на четверть периода. В электроэнергетике такой способ регулирования реактивной мощности получил широкое распространение в устройствах компенсации реактивной мощности, состоящих из параллельно соединенных групп конденсаторов и тиристорного регулятора с индуктивной нагрузкой.
Читайте также: