книги / Электроника и микросхемотехника. Ч. 2 Электронные устройства промышленной автоматики

w2 . 2ы

y ^ a r - i r { S r ^ :

где 5 = kunIkuin+1) — коэффициент, показывающий соотношение коэф­ фициентов передачи или напряжений на уровнях, определяемых ре­ лейным (kun) и импульсным (&«(„+!)) управлениями.

В однофазных регуляторах с симметричной трехтактной коммута­ цией потребление реактивной мощности отсутствует, поэтому коэффи­ циент мощности равен коэффициенту искажения и определяется так, как и для регулятора с двухтактной коммутацией уравнением (5.16), а коэ(ЭД)ициент передачи определяется выражением

/<„ = уГS‘ + (l-S * ) ( - L s in a - ^ ) .

211

Применение в схеме однофазного релейно-импульсного регулятора вольтодобавочного трансформатора (рис. 5.5, а) позволяет использо­ вать один ключ переменного тока в силовой схеме регулятора и одно­ временно повысить коэффициент мощности и снизитьтоковую нагруз­ ку управляемых вентилей.

В этой схеме при двухтактной коммутации действующие значения напряжений U2l и U22 соответственно равны:

где 5 = КгАКтх + Кг2)•

Наибольшее напряжение на нагрузке определяется из уравнения (5.17) при а = 0:

Коэффициенты А Хти В1тдля первой гармоники тока при активной

Действующее значение первой гармоники сетевого тока

Коэффициенты сдвига первой гармоники сетевого тока относитель­ но питающего напряжения и коэффициент мощности определяются из уравнений (5.14) и (5.16).

Среднее и действующее значения тока ключа:

UmK\2

—2nRn (1 -f cos a);

UmKb

/д = 2RU V l ~~2r sin2“ + - f -

2 1 2

Максимальное значение коэффициента мощности kM= 1 соответ­ ствует значениям относительной величины выходного напряжения, равным 1 и 5. Значение относительной величины выходного напряже­ ния, соответствующее минимальной величине коэффициента мощнос­ ти, можно определить, приравняв нулю производную (5.16) [16J:

На рис. 5.5, б и в приведены схемы трехфазных релейно-импульсных регуляторов (регуляторов с вольтодобавкой). В схеме рис. 5.5, б транс­ форматор TV имеет основную обмотку w2 и вольтодобавочную w3. Тиристоры К 5/...К 55 отпираются в начале соответствующего полупериода фазного напряжения, обеспечивая на нагрузке напряжение

ристоров VS7...VS12 и временные диаграммы выходного напряжения при активной нагрузке. Импульсы управления тиристоров VS7...VS12 сдвигаются на угол а по отношению к началу соответствующего полупериода питающего напряжения. Запирание тиристоров V 5/...K55 осуществляется при отпирании тиристоров VS7...VS12. Например, для запирания тиристора VSJ отпирается тиристор VS7, к тиристору

Угол а может изменяться в пределах 0...1800 (при активной нагрузке). Схема на рис. 5.5, г содержит вдвое меньше тиристоров, а принцип ее работы аналогичен рассмотренной. Тиристоры F5/...K 55 отпира­

ются в начале соответствующего полупериода фазного напряжения. При этом обеспечивается эквипотенциальность точек а, Ь>с трансфор­ матора TV. Для запирания тиристоров У57...У55 отпираются тирис­ торы VS4...VS6. При этом обеспечивается эквипотенциальность точек а', Ь', с' и к тиристорам VS1...VS3 прикладываются обратные напря­

Энергетические характеристики трехфазных релейно-импульсных регуляторов в целом не отличаются от характеристик однофазных регуляторов.

5.4.Формирователи сигнала управления для релейных

ирелейно-импульсных регуляторов

Формирователи сигнала управления в схемах релейных регулято­ ров представляют собой по сути преобразователи двоичного или дво­ ично-десятичного кода сигнала управления в заданный код, обеспечи­ вающий требуемую комбинацию включения ключей ИО, однозначно соответствующую коду сигнала управления. Таким образом, структу­ ра ФСУ релейных регуляторов практически полностью определяется схемой ИО.

213

Простейшую схему управления имеет релейный регулятор с ИО, выполненным по схеме на рис. 5.3, а. Роль ФСУ в ней может выпол­ нять любая схема дешифратора, преобразующего двоичный код в уни­ тарный. Так как в таком дешифраторе каждой двоийной комбинации входного сигнала соответствует единица только на одном из выходов, то, соединив соответствующим образом выходы дешифратора со вхо­ дами ключей ИО (через импульсные усилители), легко получить требу­ емый закон управления. Так как при нулевом сигнале управления на нулевом выходе дешифратора присутствует единичный логический сиг­ нал, который не используется для управления ключами, то число вы­

ходов дешифратора должно быть равно 2" + 1, где п — разрядность сигнала управления (на единицу больше числа ключей ИО).

Для схем ИО с отпайками или секционированных ИО схему ФСУ можно получить одним из способов синтеза дискретных комбинацион­ ных схем, для чего составляются таблицы соответствия, в которых за­ писывается каждая из комбинаций силовых ключей ИО, соответствую­ щая коду сигнала управления. Рассмотрим, например, методику по­ строения ФСУ для схемы на рис. 5.3, б. Обозначив входные сигналы

Из анализа состояний схемы и табл. 5.3 видно, что на выходе может быть пять различных уровней напряжения (кроме нулевого), макси­ мальное из которых получается при коде входного сигнала 101. Шес­ тая и седьмая строки табл. 5.3 заполняются в зависимости от условий, в которых должна находиться схема при увеличении входного сигнала выше максимального: то ли сохранять свое значение (как показано в табл. 5.3), то ли сбрасываться в нулевое состояние (тогда у8 = у8 — = 0), то ли соответствовать другим значениям. Схема ФСУ, построен­

Синтез/РСУ по таблицам соответствия можно вести и другими ме-

214

ходами, рассмотренными в работе [14], что в целом не меняет принци­ па построения этого типа схем.

Формирователи сигнала управления для релейно-импульсных ре­ гуляторов представляют собой сочетание двух ФСУ — для релейного и импульсного управлений, объединенных общей логической схемой. Схема ФСУ для ИО с отпайками (рис. 5.3, а) приведена на рис. 5.7.

215

S/lf, служат для логическо­ го суммирования управляю­ щих сигналов с выходов ФСУР и ФСУИ. Пусть, например, код чис­

ла Х у семиразрядный, причем старшие три разряда используются для релейного управления ключами, т. е. позволяют реализовать до семи уровней выходного напряжения (кроме нулевого уровня). Млад­ шие четыре разряда используются для импульсного управления меж­ ду двумя соседними уровнями.

Если значение кода младших разрядов равно нулю, то осущест­ вляется чисто релейное управление и унитарный код, соответствующий значению кода старших разрядов Х у, с выхода ФСУР через схемы ИЛИ отпирает соответствующий ключ 5Л;. Одновременно сигнал с выхода ФСУР открывает по одному входу схему И, служащую для управле­ ния ключом 5i4t+i. Поэтому, когда код управления ФСУ„ отличен от нуля, сигнал импульсного управления через открытую схему И и соответствующую схему ИЛИ поступает на управление ключом S J4*+I, обеспечивая тем самым дополнительное импульсное регулирование между двумя соседними уровнями напряжения релейного регулятора (i и / + I).

Логическое уравнение i-го выхода ФСУ релейно-импульсного регулятора, выполненного по схеме рис. 5.6, можно записать в виде

ФСУ для релейно-импульсных регуляторов с ИО, выполненными по схемам на рис. 5.3, б—е, должны одновременно включать несколько ключей, поэтому их схемы при релейно-импульсном управлении не­ сколько отличаются от рассмотренной выше. Принцип построения ФСУ этого типа иллюстрируется схемой на рис. 5.8.

Эта схема содержит общий дешифратор DC и два шифратора CD1 и CD2, выходные сигналы которых обеспечивают одновременную ком­ мутацию двух систем ключей для i-Pi и (i + 1)-й ступенек напряжения релейного регулятора. Ко входу дешифратора DC, так и в предыдущей схеме, подключены п — k старших разрядов кода сигнала управления.

216

__________________ Глава 6____________________

УСТРОЙСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

6.1.Общие сведения

Устройства регулирования и стабилизации постоянного напря­ жения находят широкое применение для управления двигателями постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей, в установках гидролиза и гальванопокрытий, на электротранспорте, в источниках электропитания (ИЭП) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и др. Питаются эти устройства чаще всего от промышленной электро­ сети.

Устройства регулирования и стабилизации постоянного напряже­ ния разделяются на маломощные (до 1...2 кВт) и большой мощности (десятки и сотни киловатт). Основными их узлами являются выпрями­ тель, фильтр и регулятор или стабилизатор. Объединяются эти узлы в регуляторах по двум основным схемам (рис. 6.1, а, б), а в стабилиза­ торах — по трем основным схемам: без промежуточного преобразова­ ния частоты (рис. 6.1, в) и с промежуточным преобразованием часто­ ты (рис. 6.1, г, д). Выпрямитель подключается к сети непосредственно или через согласующий трансформатор и преобразует переменное напряжение сети в пульсирующее однополярное, содержащее посто­ янную и переменную составляющие. Фильтр сглаживает переменную составляющую до допустимого уровня, характеризуемого относитель­ ной величиной — коэффициентом пульсаций k„. Требуемую величину постоянного напряжения обеспечивают регулятор или стабилизатор. В схеме на рис. 6.1, а управляемый выпрямитель совместно со схемой управления СУ обеспечивают одновременно выпрямление и регули­ рование постоянного напряжения.

В схеме на рис. 6.1, б используется неуправляемый выпрямитель. Регулятор этой схемы работает по принципу широтно-импульсного регулирования и применяется для управления напряжением питания инерционного потребителя.

В устройствах стабилизации напряжения (рис. 6.1, б, г, д) применя­ ются неуправляемые выпрямители и стабилизаторы аналогового и импульсного типа. В схеме на рис. 6.1, д функции преобразователя и стабилизатора совмещены. Схемы используются при питании мало­ инерционных потребителей и в ИЭП РЭА.

Рассмотрим основные узлы устройств регулирования и стабили­ зации постоянного напряжения.

218

. 6.2. Нерегулируемые выпрямители

Выпрямители служат для преобразования переменного напряже­ ния в постоянное и разделяются на неуправляемые (нерегулируемые) и управляемые (регулируемые). Неуправляемые выпрямители выпол­ няются на диодах, управляемые — на тиристорах.

В зависимости от количества фаз питающего напряжения выпря­ мители делятся на однофазные и трехфазные, с одно- и двухполупериодным выпрямлениями.

■К нерегулируемым выпрямителям относятся: 1) двухполупериод-

ножением напряжения; б) трехфазный с нулевой точкой; 7) трехфаз­ ный мостовой.

Двухполупериодная однофазная нулевая схема выпрямителя и временные диаграммы ее работы показаны на рис. 6.2. Вентили в этой схеме, как и вторичные обмотки трансформатора, работают пооче­ редно, пропуская в нагрузку ток при положительных значениях анодных напряжений и2а и и2б, в качестве которых обычно принимают направления, совпадающие с проводимостью вентилей. Действитель­ но, при изменении напряжения в точках а и б по закону и2 =

219

= Um2sin (at в тот полупериод, когда напряжение на обмотке Оа по­ ложительно, ток проводит диод VD1, напряжение анода диода VD2 так же, как вывод б обмотки Об, в этот полупериод (t0 — tx) отрица­ тельно по отношению к нулевому выводу 0, следовательно, тока диод VD2 не пропускает.

В следующий полупериод (интервал времени tx — t2 на рис. 6.2, б), когда напряжение на первичной и вторичной обмотках изменяет свою полярность на обратную, ток будет пропускать диод VD2, а диод VD1 оказывается запертым отрицательным напряжением. Ток в на­ грузке Ru все время течет в одном направлении от катодов вентилей к нулевой точке 0 вторичных обмоток трансформатора.

диагонали моста (точки 1,3) подключается переменное напряжение и2,

Диоды в этой схеме работают парами поочередно. В положительный полупериод напряжения и2 проводят ток диоды VD1 и VD3, а к дио­ дам VD2 и VD4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты.

точке 4. Временные диаграммы работы схемы приведены на рис. 6.3, б. Сравним схемы рассмотренных выпрямителей. В однофазной ну­ левой схеме число диодов в два раза меньше, чем в мостовой, поэтому и потери в выпрямителе будут меньше (на падение напряжения на одном вентиле). Зато в мостовой схеме обратное напряжение на вен­ тилях и число витков вторичной обмотки трансформатора в два раза меньше при одинаковом выходном напряжении. Трансформатор име­ ет обычное исполнение, так как не требуется вывод от средней точки, а его расчетная мощность на 25 % меньше, чем в нулевой схеме, сле­ довательно, меньше расходуется меди и железа, меньше будут разме-

220