|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы 
Рис 3 37. Обеспечение синусоидальности выходного напряжения в преобразователе частоты с непосредственной связью за счет переменного угла управления: а-диаграмма выходного напряжения преобразователя, б-закон изменения углов управления тиристорами преобразователя; в -диаграммы выходных тока н напряжения В течение первого полупериода группа I подготовлена к работе в выпрямительном режиме и управляющие импульсы поступают на тиристоры этой группы с углом а, который принимает значения п/2-0-п/2 (п/2 соответствует прохождению полуволны выходного напряжения через нуль, а значение угла а = 0 - ее максимуму). Одновременно тиристоры группы И подготовлены для работы в инверторном режиме с углом а, который принимает на этом интервале значения -kjl - n - nll, что соответствует углам Р, равным 7i/2 -0 - 71/2. На рис. 3.37, а, б представлены диаграммы выходных напряжений обеих групп тиристоров f/pi и [/грп, а также графические зависимости углов управления от времени. Так как тиристорные группы имеют одностороннюю проводимость тока, то положительная волна тока формируется тиристорами группы I, а атрицательная - тиристорами группы II. Поэтому при активно-индуктивной нагрузке в течение каждого полупериода выходного напряжения ток будут проводить обе группы. Для примера на рис. 3.37, в представлены кривые первых гармоник тока ii и напряжения Mi„ на выходе преобразователя (в уменьшенном относительно рис. 3.37, а и 6 масштабе) при активно-индуктивной нагрузке с коэффициентом мощности со5ф. На интервале О -& имеет место инверторный режим Па и ток проводят тиристоры группы II, далее ток начинают проводить тиристоры группы I, работающие в выпрямительном режиме 1а на интервале 9i-п. С момента Э = п тиристоры группы I переходят в инверторный режим 16 и т. д. При таком способе управления содержание высших гармоник в выходном напряжении значительно уменьшается, так как его форма становится близкой к синусоиде, на которую наложе1Л.1 пульсации. Последние уменьшаются с ростом частоты и увеличением числа фаз питающей сети. Основными недостатками рассмотренного способа управления являются сложность системы управления и повышение потребляемой из сети реактивной мощности. ГЛАВА Ч-ЕТВЕРТАЯ РЕГУЛЯТОРЫ-СТАБИЛИЗАТОРЫ И СТАТИЧЕСКИЕ КОНТАКТОРЫ При питании большинства потребителей электрической энергией требуется регулировать определенные ее параметры - напряжение, ток, частоту и др. Регулированием называется процесс изменения по заданному закону или поддержание неизменности (стабилизации) какого-либо параметра. Регулирование может быть произведено как вручную, так и автоматически. В схемах питания наиболее часто требуется автоматическое регулирование напряжения с целью его стабилизации на заданном уровне при различных возмущающих воздействиях. Электрические устройства, осуществляющие стабилизацию напряжения в пределах широкого диапазона уровней стабилизации, называются регуляторами-стабилизаторами. Если такое устройство предназначено для стабилизации напряжения в узком диапазоне, то его принято называть стабилизатором. При дальнейшем рассмотрении устройств, схематическое исполнение которых не налагает существенных ограничений на диапазон регулирования, именуются регуляторами, а с ограниченными возможностями изменения выходных параметров - стабилизаторами. Регуляторы-стабилизаторы напряжения, так же как и регуляторы-стабилизаторы других параметров электроэнергии, например тока или частоты, могут рассматриваться как преобразователи электроэнергии в том смысле, что они изменяют (преобразуют) ее параметры и качество. В данной главе рассматриваются преимущественно регуляторы-стабилизаторы напряжения. На выходное напряжение преобразователя электроэнергии влияют различные факторы: изменение входного напряжения и тока нагрузки, температура окружающей среды и др. Поскольку эти факторы вызывают изменения выходного напряжения, их называют возмущающими. Точность поддержания напряжения при воздействии различных возмущающих факторов характеризуется соответствующими параметрами стабилизации. Основным, обычно наиболее сильным возмущающим фактором является изменение входного напряжения регулятора. Стабильность выходного напряжения при изменениях входного характеризуется коэффициентом стабилизации по напряжению к„ц, который определяется следующим выражением: Af/„ АС/. С/вь-х (4.1) где С/в, - С/вых-установленные входное и выходное напряжения; АС/вх и АС/вых - отклонения входного и выходного напряжений. Так как коэффициент к„и в общем случае зависит от Usx и С/вых, то его значение определяют для, конкретного режима работы (как правило, номинального), т. е. в (4.1) подставляют номинальные значения С/вх,н и С/.ых.н- Обычно значение коэффициента к„и определяется для статического (установившегося) режима работы преобразователя. При определении качества стабилизации в динамическом режиме вводят дополнительные параметры оценки качества (время переходного процесса, его характер и др.). Влияние на выходное напряжение нагрузки учитывается внутренним (выходным) сопротивлением преобразователя Z„: 7 - (АС/вь,х)/ АЛ„, (4.2) где (АС/вых)/ - отклонение выходного напряжения, вызванное изменением нагрузки; А/вх - изменение тока нагрузки. Для переменного тока Z„ является комплексной величиной и определяется в статических режимах работы преобразователя. Для оценки влияния нагрузки на выходное напряжение в динамических режимах также вводят дополнительные параметры оценки, учитывающие характер переходного процесса. В преобразователях с выходом на постоянном токе Z„ может быть выражено как активным, так и комплексным сопротивлением в переходных режимах в зависимости от целей и метода его определения. Внутреннее сопротивление Z„, определенное в виде активного сопротивления в переходном режиме, называют иногда динамическим или дифференциальным. Значение сопротивления Zbh также зависит от входного напряжения и нагрузки преобразователя, и ее определяют для конкретного режима работы, обычно номинального. Отклонение выходного напряжения, вызванное изменением температуры элементов преобразователя, характеризуют коэффициентом стабилизации напряжения по температуре („1;)т, измеряеюй при неизменных значениях входного напряжения и тока нагрузки: (icrvh--Д7 (4.3) где (АС/вь,х)т отклонение выходного напряжения, вызванное изменением температуры; АГ-изменение температуры окружающей среды (в установившемся тепловом режиме это соответствует изменению температуры элементов преобразователя). Обычно к регуляторам-стабилизаторам предъявляются требования стабильности, чтобы при всех возмущающих факторах отклонения выходного напряжения от установленного уровня не превышали значений, определенных для каждого конкретного случая. Особенно жесткие требования по стабильности напряжения предъявляются к регуляторам-стабилизаторам напряжения, используемым в цепях постоянного тока, питающих радиоэлектронную аппаратуру. в настоящей главе помимо регуляторов-стабилизаторов рассматриваются также различные типы статических контакторов. Последние по своему схемному исполнению и элементной базе сходны с отдельными узлами некоторых типов полупроводниковых регуляторов-стабилизаторов и других устройств преобразовательной техники. Поэтому их изучение также входит в курс преобразовательной техники. 4.1. РЕГУЛЯТОРЫ-СТАБИЛИЗАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Большинство статических регуляторов-стабилизаторов по составу элементной базы силовой части схемы и принципу действия можно разделить на две группы: магнитные и магнитно-полупроводниковые. В § 4.1 рассматриваются наиболее распространенные в настоящее время типы регуляторов-стабилизаторов- магнитно-полупроводниковые. Устройства, используемые обычно для регулирования напряжения в узком диапазоне, именуются при дальнейшем изложении просто стабилизаторами. Там же, где рассматриваются устройства для глубокого регулирования напряжения, это будет оговорено отдельно. На рис. 4.1, а представлена схема стабилизатора, состоящего из двух последовательно включенных автотрансформаторов АТ, и АТц, имеющих разные коэффициенты трансформации. На магнитопроводах каждого автотрансформатора имеются обмотки управления wyi и wyn, в которые включены диоды VDi - VD4 и транзисторы VTi и УТг- Если какой-либо из транзисторов открыт, то он закорачивает обе половины соответствующей обмотки управления. Например, когда открыт транзистор VTi, то закорачивается обмотка wyi (в одну полуволну входного напряжения через диод VD и транзистор VTi, а в другую - через диод VD2 и транзистор VTi). Автотрансформатор с закороченной обмоткой управления име-  Рис. 4.1. Стабилизатор напряжения с транзисторами, шунтирующими обмотки управления: а-схема; б-диаграмма выходного напряжения ет меньшее сопротивление, чем автотрансформатор с разомкнутой обмоткой управления. Это вызывает перераспределение входного напряжения U между автотрансформаторами. В результате происходит изменение коэффициента трансформации к-г, связывающего входное и выходное напряжения стабилизатора (т= {вых/вх)- При этом коэффициент трансформации принимает следующие значения: на интервале, когда закорочена обмотка wyi, WlI2 на интервале, когда закорочена обмотка w На рис. 4.1,6 представлена диаграмма выходного напряжения стабилизатора, поясняющая его работу. На этой диаграмме на интервале О - 9i закорочена обмотка управления wj и выходное напряжение соответствует коэффициенту трансформации к. На интервале 9i - к транзистор VT выключается, а VT включается, закорачивая обмотку Ну,,. В результате выходное напряжение принимает значение, соответствующее коэффициенту к. Далее переключения транзисторов периодически повторяются на каждом полупериоде выходного напряжения. Очевидно, что при изменении длительности интервала О - Oi (угла управления а) выходное напряжение изменяется в диапазоне, определяемом коэффициентами к и к!. Следовательно, в стабилизаторе данного типа возможно плавное регулирование выходного напряжения. В качестве ключевых элементов, закорачивающих обмотки управления автотрансформаторов, могут также использоваться тиристоры. Однако поскольку они являются не полностью управляемыми элементами, необходимо предусматривать устройства принудительной коммутации тиристоров. Скачкообразное изменение коэффициентов трансформации в стабилизаторе приводит к искажению формы кривой его выходного напряжения. Улучшение формы кривой может осуществляться за счет фильтров. Габариты фильтра могут быть существенно уменьшены, если применить высокочастотную коммутацию транзисторов, шунтирующих обмотки управления иу, и vfyj,. Иначе говоря, если в пределах каждого полупериода изменять коэффициент трансформации многократно (20 - 30 раз), то в выходном напряжении будут преобладать высокочастотные гармонические составляющие, которые легче фильтруются. Полупроводниковые приборы могут быть использованы для непосредственной коммутации токов нагрузки при переходе 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 |