Главная » Книги и журналы

1 ... 11 12 13 14 15 16 17 ... 32

Преимущества многофазных управляемых выпрямителей с электронными вентилями перед однофазными заключаются в возможности увеличения выходной мощности и упрощения сглаживающего фильтра за счет повышения частоты пульсации. При этом приходится считаться с некоторыми усложнениями конструкции трансформатора.

На рис. 4-9, б приведена схема стабилизированного управляемого выпрямителя с номинальным выходным напряжением о.ном= = 295 в при токе нагрузки = 400 ма. Если выходное напряжение Uo меняется, происходят изменения потенциалов управляющих сеток ламп 6Ж4 и 6ПЗС, в результате чего меняются ток через сопротивление и величина управляющего напряжения на сетках вентильных ламп Л^.

§4-5. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Полупроводниковые управляемые выпрямители строятся на основе применения тиристоров. Этим объясняется, что такие выпрямители часто называются тиристорными.

Поскольку тиристоры действуют в схемах подобно тиратронам, то весь материал, изложенный выше и относящийся к тиратронам, в том числе вся методика расчета, может быть отнесена к тиристор-ным выпрямителям. В известной мере относятся к тиристорным выпрямителям и описанные выше методы управления. Тем не менее тиристорным выпрямителям свойственны свои специфические осо-бенности, относящиеся как к самим схемам выпрямления, так и к методам управления тиристорными выпрямителями.

В тиристорных управляемых выпрямителях изменение выходного напряжения может быть достигнуто управлением угла включения тиристора: при помощи сигнала постоянного тока, путем сдвига фазы сигнала переменного тока, импульсным сигналом.

В первом случае в зависимости от величины сигнала постоянного тока, поданного на управляющий электрод тиристора, изменяется угол включения вентиля и соответственно меняется среднее значение выпрямленного тока и напряжения на нагрузке. В качестве иллюстрации использования этого способа на рис. 4-10, а приведена простейшая схема управляемого тиристорного выпрямителя. Основная цепь выпрямленного тока, включающая силовой трансформатор Тр и сопротивление нагрузки не представляет ничего нового по сравнению с рассмотренными выше схемами вьшрямления. Здесь для упрощения показана нагрузка активного характера, но не исключена возможность использования сглаживающего фильтра или нагрузки комплексного характера. Цепь управления выпрямителя питается через диод Д, служащий вспомогательным выпрямителем, и добавочное сопротивление Ri, ограничивающее ток в цепи управления,

Питание вспомогательного

>,1м1И1ел>1 Ашжно осуществить

как 01 сети тока промышленной частоты, так и от источника переменного тока повышенной частоты. Не исключена возможность питания цепи управления от той же сети переменного тока, от которой питается силовой трансформатор. При необходимости согласования напряжений сети и цепи управления мол<ет быть использован соответствующий согласующий трансформатор.

В схеме рис. 4-10, а питание цепи управления осуществлено от источника тока частотой 400 гц через магнитный усилитель /ИУ, что обеспечивает возможность точного регулирования тока в цепи

0 Vm

Рис. 4-10. Схемы управляемых тиристорных выпрямителей.

управления тиристора с помощью низкого напряжения переменного или постоянного тока.

Для конкретного типа тиристора в схеме рис. 4-10, а возможно регулировать угол отпирания (включения) в пределах 10-170* при нормальной комнатной температуре и от 30 до ISO при температуре -65 С. Нормальный ток управления не превышает 6-18 ма при рабочем токе через вентиль до 15 а. Для увеличения угла отпирания вентиля до 180° в цепь управления рекомендуется подавать импульсы прямоугольной формы, причем амплитуда импульса может достигать 300 ма.

На рис. 4-10, б показана однофазная схема тиристорного выпрямителя для реверсивного управления электродвигателем постоянного тока. Управление выпрямителем осуществляется с помощью магнитного усилителя МУ. Регулирование угла отпирания вентилей до 160 выполняется с помощью потенциометра в цепи обмотки управления ОУх магнитного усилителя. Напряжение сигнала на

включение электродвигателя и его реверс подаются на обмотку управления ОУу от источника постоянного тока. Полное питание всей системы, в том числе рабочей цепи выпрямителя и вспомогательных цепей трансформатора Тр, осуществляется от источника тока частотой 400 гц через трансформатор Тр, Параметры и режим работы выпрямителя может быть определен в зависимости от конкретных данных электродвигателя и соответствующих тиристоров.

На рис. 4-Ю,в показана однофазная мостовая схема управляемого тиристорного выпрямителя для питания электродвигателя постоянного тока ЗД. Здесь мостовая схема образована при помощи двух неуправляемых вентилей и двух тиристоров. Широтно-импульсное управление тиристорами Ti и Т^ осуществляется с помощью магнитного усилителя МУ с самонасыщением с выходом переменного тока. Разделительный трансформатор Тр 2 обеспечивает развязку цепей управления обоих тиристоров, причем полярность включения выходных обмоток трансформатора такова, что отпирание одного тиристора связано с запиранием второго тиристора. Такое действие трансформатора подчеркнуто на схеме тем, что точками показана одинаковая полярность напряжения на обмотках трансформатора.

Диоды Ду исключают возможность действия отрицательной полуволны управляющего напряжения и одновременно выполняют функции нелинейных сопротивлений, блокирующих положительное напряжение, наведенное на вторичных обмотках трансформатора Тр2 в режиме холостого хода магнитного усилителя.

Добавочные сопротивления и конденсаторы Сд способствуют

ограничению тока в цепи управления. Трансформатор Тр1 является вспомогательным и служит для снижения напряжения питания цепей магнитного усилителя. В ряде случаев этот трансформатор может отсутствовать. При понижении напряжения питания МУ облегчаются условия работы вентилей Dp, Поскольку габаритная мощность трансформаторов Тр1 и Тр 2 определяется мощностью, потребляемой в цепях управления тиристоров, то они невелики.

На рис. 4-10, в показана упрощенная схема управляемого выпрямителя в сочетании со сглаживающим фильтром. Здесь в мостовой схеме сочетаются три неуправляемых вентиля и три тиристора. Схема цепей управления тиристоров не показана. Дополнительный вентиль До, так называемый нулевой диод, служит для замыкания цепи тока нагрузки при запертых тиристорах.

В современной технике управляемые тиристорные выпрямители обеспечивают гибкую систему управления мощными выпрямительными устройствами. Они широко применяются для питания различных потребителей энергии постоянного тока большой мощности. В технике электропитания маломоцных радиоустройств, не требующих регулирования выходного напряжения, тиристорные выпрямители используются сравнительно редко.

ГЛАВА ii/.AA)i

ВЫПРЯМИТЕЛИ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ТОКА

§ 5-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Во многих случаях электропитания радиотехнических устройств выпрямители непосредственного действия, описанные в гл. 2-4, оказываются либо неприменимыми, либо технически нецелесообразными.

Во-первых, это когда требуется высокое выходное напряжение выпрямителя Uq при малых токах нагрузки и сравнительно низком напряжении питающей сети. При этом неприменимость выпрямителей непосредственного действия можно аргументировать хотя бы тем, что потребуется громоздкий трансформатор с большим коэффициентом трансформации для получения высокого напряжения ибо

UokKrpU.kU. (5-1)

где - напряжение питающей сети; Ктр - коэффициент трансформации; k - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления.

Можно также показать, что из-за малых токов нагрузки, а следовательно, и малого рабочего тока в обмотках трансформатора, к. п, д. выпрямителя и коэффициент использования трансформатора по току будут малы.

Во-вторых, когда из-за сравнительно низкой частоты пульсации /п = т/с (пг - число фаз выпрямления, - частота выпрямляемого тока) потребуется сложный и дорогостоящий сглаживающий фильтр с конденсаторами большой емкости на высокое напряжение. Очевидно цатесообразно повысить частоту выпрямляемого тока в процессе преобразования с целью уменьшения необходимой емкости фильтра, так как необходимая емкость уменьшается в соотношении fjf, где f - частота выпрямляемого тока после преобразования.

В-третьих, когда первичным источником питания выпрямителя является генератор тока относительно низкого напряжения. При этом отпадает возможность непосредственного выпрямления тока, так как невозможно применить трансформатор для повышения напряжения.

Можно показать, что в подобных случаях технически более целесообразно применять выпрямители с промежуточным преобразованием тока по частоте, чем использовать выпрямители непосредственного действия. Всегда можно рационально выбрать частоту преобразованного тока, вид преобразователя и вентили.

Выпрямители с промежуточным преобразованием тока по частоте до последнего десятилетия применяли редко из-за отсутствия технически приемлемых преобразователей тока. Использование радиотехнических устройств с электронными лампами в качестве

преобразователей тока по частоте было ограничено. Типичным преобразователем тока по частоте считались механические (вибрационные) преобразователи, применявшиеся в установках электропитания автомобильных и авиационных радиотехнических устройств, несмотря на свойственные им значительные недостатки.

Методы выпрямления тока с предварительным преобразованием по частоте получили широкое распространение с появлением транзисторной техники. Такие устройства, включаюш,ие в себя не только преобразователь тока, но и выпрямитель со сглаживаюш,им фильтром и соответствуюш,им стабилизатором напряжения и тока, получили самые разнообразные условные названия, как, например, Преобразователи тока , Полупроводниковые преобразователи^, Транзисторные преобразователи постоянного напряжения и др. Тем не менее все чаш,е в литературе эти устройства в целом начинают называть выпрямителями с промежуточным преобразованием тока.

В зависимости от задач, решаемых выпрямителями с промежуточным преобразованием тока по частоте, могут быть использованы различные схемы, выбор которых определяется особенностями первичного источника питания постоянного или переменного тока, целесообразностью выбора промежуточного преобразователя, необходимостью стабилизации входного и выходного напряжения и эксплуатационными особенностями выпрямителя.

В качестве преобразователей тока по частоте могут быть выбраны: ламповые и транзисторные ключевые схемы, действуюш,ие подобно вибрационным преобразователям за счет систематического прерывания выпрямляемого тока с заданной частотой; ламповые и транзисторные LC-генераторы непрерывных колебаний различной частоты; ламповые и транзисторные релаксационные генераторы, в том числе мультивибраторы, генераторы пилообразного напряжения, блокинг-генераторы и другие им подобные устройства; колебательные цепи в режиме ударного возбуждения, управляемые соответствующими схемами и устройствами.

Выбор того или иного преобразователя, схемы и режима работы всего выпрямителя с преобразователем, а также ламп или транзисторов определяется конкретными данными эксплуатации. Классификация вьшрямителей с промежуточным преобразованием тока по частоте может быть сделана в основном по типу преобразовательного прибора: ламповые и транзисторные. Можно также различать выпрямительные устройства по режиму работы преобразователей: непрерывного и импульсного действия.

§ 5-2. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА С ЭЛЕКТРОННЫМИ ЛАМПАМИ

Преобразователи тока с электронными лампами применяются лишь в том случае, если выходное напряжение выпрямителя намного больше имеющегося напряжения постоянного тока, которое, в свою очередь, должно быть достаточным для питания анод-

ных цепей электронных ламп пр, .мер, если име-

ется источник постоянного тока с напряжением 200-400 в и требуется получить напряжение lJ ~ 10-25 кв. Если имеется сеть не-

о

ременного тока как первичный источник электрической энергии, то для питания анодных цепей ламп преобразователя используется дополнительный выпрямитель непосредственного действия.

На рис. 5-1 приведены схемы выпрямителей с промежуточным преобразованием тока по частоте с помощью 1С-генераторов с положительной обратной связью (с самовозбуждением) и одновременным умножением выпрямленного напряжения. Действие этих схем очевидное: однотактный генератор звуковой частоты в схеме рис. 5-1, а и высокочастотный генератор в схеме рис. 5-1, б преобразуют

Рис. 5-i. Схемы преобразователей напряжения постоянного тока

с э л е ктр о н ны м и лампам и.

энергию постоянного тока с напряжением U в энергию переменного тока заданной частоты с напряжением KoTopciC выпрямляется. Сглаживающие фильтры на выходе выпрямитеая действуют обычным образом. Использование схемы выпрямления с удвоением напряжения преследует цель получить высокое напряжение при наименьшем коэффициенте трансформации.

Расчет схем, подобных показанным на рис. 5-1, можно вести^ зная величины /q, t/ и в следующем порядке.

1. Определяется мощность, развиваемая выпрямителем

РоА) (0 + At/ф) вт,

2. Определяются значения тока /2 и напряжения на трансформаторе преобразователя в соответствии с приведенными выше расчетами выпрямителей при э. д. с. синусоидальной формы.

3. Определяется мощность инвертора (преобразователя) с учетом к, п. д. трансформатора в виде:

Р

(5-2)

где 2/22 - суммарная мощность всех цепей, питаемых от вторичных обмоток трансформатора, включая цепи накала ламп, если

ОКИ питаются высокочастотным током; г\ - к. п. л. трансформатора.

4. Находят необходимый коэффициент трансформации

тр = , (5-3)

где £3 - напряжение питания анодных цепей преобразователя (Е^ вх)> S - коэффициент использования анодного напряжения, обычно равный 0,8-0,95.

5. По найденному значению Рвх производится расчет схемы инвертора (преобразователя) одним из известных методов.

В ряде случаев можно ограничиться приближенным расчетом, полагая мощность

Р.и.-Ро-. (5-4)

где = 0,4 0,5 - к, п. д. выпрямителя с фильтром.

В ограниченных случаях может быть использована простейшая схема выпрямителя с преобразованием тока по частоте, в которой питание анодной цепи преобразователя осуществляется непосредственно переменным током (рис. 5-2, а). Получаемые в этой схеме высокочастотные колебания являются прерывистыми и затухающими (рис. 5-2, б), вследствие чего генераторная лампа Л, плохо используется по величине допустимой мощности рассеяния на аноде.

На рис. 5-2, в показана схема преобразователя тока импульсного характера с зарядной индуктивностью /.др. Первый каскад схемы с двойным триодом представляет собой мультивибратор, вырабатывающий импульсы почти прямоугольной формы с переменной

полярнастью. Эти имцульсы используются в схеме для поочередного отпирания и запирания генераторной лампы Л2, через которую периодически заряжается индуктивность Ь^. При запирании лампы Л2 накопленная в магнитном поле индуктивности 1др энергия расходуется на то, чтобы через разрядную лампу Л^ заряжать конденсатор С Эта лампа представляет собою безнакальный тиратрон тлеющего разряда. Конденсаторы Ci и Сф вместе с сопротивлением Ro образуют П-образный сглаживающий фильтр. Лампа Л с соответствующими элементами схемы является стабилизатором выходного напряжения (действие такого стабилизатора описано в § 7-3).

В схеме импульсного преобразователя тока с зарядной индуктивностью /.др (рис. 5-2, г) генераторная лампа управляется импульсом напряжения f/y, график изменения которого по времени показан на рис. 5-2, д. Действие этого преобразователя примерно такое же, как у описанного выше, с зарядной индуктивностью, но отличается тем, что здесь существенным образом сказывается влияние емкости С, поскольку схема обычно используется при достаточно высоких частотах. Поэтому такой преобразователь можно точнее назвать управляемым генераторомс контуром ударного возбуждения.

hf-0- +

Рис. 5-2. Схемы преобразователей напряжения

При запирании лампы Л в контуре, образованном емкостью С и индуктивностью /.др, возникают затухающие высокочастотные колебания (рис. 5-2, д). Первые полуволны этих колебаний с наибольшей амплитудой выпрямляются и заряжают конденсаторы фильтра через соответствующие вентили (на схеме не показаны). Время отпирания и запирания генераторной лампы определяется упражняющим напряжением.

Такие преобразователи используются в телевизорах, причем лампа Лх служит одновременно генератором сигналов строчной развертки луча электроннолучевой трубки. В зависимости от соотношения времен прямого и обратного хода лучей в трубке меняется форма импульса управляющего напряжения.

§ 5-3, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА С ТРАНЗИСТОРАМИ

Транзисторные преобразователи тока применяются, как правило, в тех случаях, когда имеется первичный источник постоянного тока, например, аккумуляторы, термоэлектрогенераторы и др. Напряжение питания от таких источников тока колеблется от 1,2 до 26,7 в. Последнее значение напряжения характерно для бортовых сетей постоянного тока на судах и самолетах.

Можно использовать транзисторные преобразователи при первичных источниках переменного тока низкого напряжения, но при этом обычно вначале осуществляется выпрямление тока.

На рис. 5-3 показаны схемы транзисторных преобразователей тока. В одних из них, когда требуется малая мощность выпрямленного тока, используются однотактные самовозбуждающиеся генераторы-преобразователи, а при необходимости увеличения выходной мощности преобразователя их можно построить двухкаскад-ными, осуществляя усиление мощности в выходном каскаде.

В схеме рис, 5-3, а входное напряжение U преобразуется в высокое напряжение U2 переменного тока звуковой частоты при помощи генератора с положительной обратной связью. Двухфазный выпрямитель с вентилями Вх и обеспечивает необходимое выходное напряжение /ух постоянного тока. На входе и выходе преобразователя имеются 7?С-сглаживающие фильтры.

На ррю, 5-3, б показана схема двухтактного 1С-генератора звуковой частоты с самовозбуждением. Получаемое при работе генератора напряжение U2 переменного тока является входным напряжением для выпрямителя однофазной мостовой схемы вьшрямления со сглаживающим П-образным фильтром. Во входной цепи преобразователя также включен П-образный сглаживающий фильтр, чтобы исключить пульсацию входного напряжения. Диод Дх включен в этой схеме для устранения возможности ошибки в полярности входного напряжения. Кроме того, если пульсация входного напряжения велика, то с помощью диода Д1 производится как бы своеобразное выпрямление входного тока.

II-?

Рис. 5-3. Схемы транзисторных преобразователей напряжения

1 ... 11 12 13 14 15 16 17 ... 32