Главная » Книги и журналы

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 22

На рис. 3-13 и 3-14 в качестве примеров выполнения однофаз-. ных стабилизаторов напряжения переменного тока приведены полные принципиальные схемы таких устройств.

В схеме на рис. 3-13 стабилизация переменного напряжения осуществляется тиристорами Д] и Д^. Устройство управления тиристорами питается от выпрямителя на диодах Дъ-Ды в диагональ которого включены стабилитрон Д? и балластный резистор Рз, ограничивающий ток стабилитрона. Напряжение на стабилитроне Д-1 имеет форму трапецеидальных импульсов постоянной амплитуды.

Со стабилитрона Д? напряжение через резистор 4 подается на конденсатор Су, который с некоторой постоянной времени заряжа-

Рис. 3-13. Принципиальная схема простого однофазного стабилизатора. - -

ется до напряжения пробоя динистора Дз- При открывании последнего конденсатор Су разряжается через управляющие цепи обоих тиристоров Ду и Дг, вызывая открывание того из них, к аноду которого в этот момент приложен положительный потенциал относительно катода. При открывании тиристора Д\ (или Дг) все напряжение питания прикладывается к нагрузке, а напряжение на выходе выпрямителя Дъ-Дй и стабилитроне Д? уменьшается практически до нуля. Постоянная времени заряда конденсатора С, должна быть выбрана из условия, чтобы его заряд при закрытом транзисторе Т происходил за время, в 5-10 раз меньшее длительности полупериода питающего напряжения. Изменение момента переключения динистора Дз, а следовательно, и тиристоров Ду и Дч осуществляет транзистор Г, подключенный параллельно конденсатору Су.

1гарямитель на диодах Дю-Ду\ и фильтр Rfi служат для выделения среднего значения напряжения на нагрузке. Часть этого напряжения, снимаемая с резистора /?с. сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне Д9 и в виде разности обоих напряжений поступает на базу транзистора Т. При увеличении напряжения на нагрузке ток коллектора транзистора Т увеличивается,

что рриводит к более медленному заряду конденсатора С, и увеличению угла открывания тиристоров Ду и Дг- В результате появляется компенсирующая реакция стабилизатора,

Силовая часть стабилизатора напряжения переменного тока со ступенчатым регулированием (рис. 3-14) выполнена по автотрансформаторной схеме, изображенной на рис. 3-10, а. В отличие от последней здесь тиристорные ключи переменного тока выполняются по мостовой схеме с объединенными катодами тиристоров (см.

Рис. 3-14. Принципиальная схема однофазного стабилизатора со ступенчатым регулированием.

рис. 3-7, г). Такое включение регулирующих тиристоров не требует изоляции друг от друга цепей их управления, что существенно упрощает схему управления стабилизатора.

Один из ключей переменного тока выполнен на тиристорах Д^ Дг и диодах Дб, Де, другой - на тиристорах Дз, Д^ и диодах Д?, Де- Управление тиристорами Дз и Д4 осуществляется от понижаю-щего трансформатора Тр, подключенного к питающей сети. Напряжения со вторичных обмоток Грг поступают на вход тиристоров Дз и Д4 через диоды Д1з, Дц и токоограничивающие резисторы i?6 и i?e- Для уменьшения обратного тока, протекающего через управляющие электроды закрытых тиристоров, используются резисторы Rl и /?8.

При данной схеме управления тиристорный ключ переменного тока, состоящий из Дъ, Д4, Д? и Дз. открывается в начале каждого полупериода питающего напряжения и остается открытым до тех пор, пока не произойдет открывание второго ключа, состоящего из Дь Д2, Дб. Дб. При его открывании ранее открытый ключ закрывается под действием напряжения обратной полярности, снимаемого с обмотки автотрансформатора, расположенной между выводами, к которым подключены тиристорные ключи переменного тока.

Для управления моментом открывания тиристоров Ду и Дг, а следовательно, управления моментом открывания второго тиристорного ключа используется дроссель насыщения МУ, выполненный по схеме с внутренней обратной связью на одном сердечнике из магнитного материала с - прямоугольной петлей гистерезиса.

При ненасыщенном состоянии МУ сигнал управления на вход тиристоров Д1 и Дг не поступает, так как МУ имеет большое сопротивление. В момент насыщения МУ управляющий сигнал подается на вход одного из тиристоров Ду или Дг через дифференцирующую цепочку RyCy и R2C2, в результате чего- соответствующий тиристор оказывается открытым.

При полностью закрытом транзисторе Т, что соответствует малому значению напряжения на нагрузке, насыщение МУ происхо-

Рис. 3-15. Импульсный регулятор напряжения переменного тока на симметричном триодном тиристоре.

дит в начале каждого полупериода питающего напряжения (за которое условно принят момент его прохождения через свое нулевое значение). В этом режиме насыщение МУ обеспечивается с помощью вспомогательной обмотки трансформатора Tpi, ток которой протекает через один из диодов Дц или Д1г, резистор Ry или /?г. входное сопротивление тиристора Ду или Дг и одну из обмоток МУ в зависимости от полярности питающего напряжения.

Открывание транзистора Т приводит к появлению в цепи его коллектора тока, который, протекая через другую обмотку МУ и одни из диодов Дд ИЛИ Дю, создает размагничивающий магнитный поток в сердечнике МУ, направленный встречно с основным магнитным потоком. При увеличении тока коллектора транзистора Т насыщение МУ и открывание ключа Ди Дг, Д5, Де происхо-

дят в более поздний момент по отношению к началу соответствующего полупериода питающего напряжения, в результате чего напряжение на нагрузке будет уменьшаться.

На вход управляющего транзистора Т подается разность двух напряжений-закрывающего со стабилитрона Дуъ и открывающего с резистора Rn- Значение последнего пропорционально напряжению на нагрузке. При увеличении напряжения на нагрузке ток коллектора Т возрастает, что приводит к более позднему (относи- тельно начала полупериода питающего напряжения) открыванию ключа Дь Дг, Дб, Де- В результате этого напряжение на нагрузке будет уменьшаться до своего номинального значения. При уменьшении выходного напряжения, наоборот, ток коллектора Т уменьшается, указанный выше ключ открывается раньше, в результате чего напряжение увеличивается и вновь становится равным своему номинальному значению.

В качестве примера простейшей реализации импулвсного регулятора на симметричных триодных тиристорах рассмотрим схему [12], изображенную на рис. 3-15. Здесь роль силового регулирующего элемента играет симметричный тиристор Дь включенный последовательно с нагрузкой /? в цепь источника переменного тока. Управление тиристором осуществляется с помощью импульсного трансформатора, первичная обмотка которого включена в цепь базы однопереходного транзистора Т. Питание схемы управления производится от выпрямителя на диодах Дг-Дб. подключенного к питающей сети через сопротивление нагрузки и балластный резистор ,i?b Стабилитрон Дб подключен к выходу выпрямителя через резистор Rz, который ограничивает напряжение на входе транзистора Т.

Так как напряжение переключения однопереходного транзистора меньше напряжения стабилизации стабилитрона Де, то в процессе экспоненциального заряда конденсатора С транзистор Т откроется, когда напряжение на его входе будет равно напряжению переключения. При открывании Т конденсатор С разряжается на первичную обмотку трансформатора Тр, которая запасает электромагнитную энергию. При закрывании Т в цепи вторичной обмотки Тр появляется импульс управляющего тока, который открывает тиристор Дь Выключение тиристора происходит в момент прохождения питающего напряжения через свое нулевое значение. Изменяя положение движка переменного резистора Ri, можно регулировать выходное напряжение регулятора.

3-2. Основные схемы - трехфазных регуляторов (стабилизаторов)

Основные схемы трехфазных регуляторов (стабилизаторов) напряжения переменного тока приведены на рис. 3-16. В схеме на рис. 3-16, а в цепь каждой из фаз трехфазной нагрузки включен свой однофазный магнитный усилитель с внутренней обратной связью. Схема на рис. .3-16, б отличается от предыдущей только меньшим количеством диодов. Еще меньше диодов содержит схема трехфазного магнитного усилителя, изображенная на рис. 3-16, е, где три дросселя насыщения включены по схеме треугольника.

В качестве примера практической реализации ИВЭ радиоэлек-

тронной аппаратуры с трехфазными магнитными усилителями ь цепи переменного тока рассмотрим устройство для питания аппаратуры на интегральных микросхемах, описанное в [14]. Основные параметры данного устройства: напряжение питания - трехфазное 220+33 В, частота питающего напряжения 400+20 Гц, выходное напряжение 5 В, ток нагрузки от 10 до 30 А, эффективное значение пульсаций выходного напряжения - 5 мВ, к.п.д.- 72%, масса с учетом конструкции - 7,3 кг, объем 6,5 дм.

А О

Н.А

Рис. 3-16. Схемы силовой части трёхфазных регуляторов (стабилизаторов) напряжения переменного тока на магнитных усилителях.

Схема такого ИВЭ приведена на рис. 3-17. Здесь трехфазное напряжение переменного тока через рабочие обмотки Шр трьхфаз-ного магнитного усилителя, состоящего из трех идентичных однофазных магнитных усилителей МУу-МУ, подается к первичным обмоткам силового трансформатора Тр. Ко вторичным обмоткам Тр подключен выпрямитель на диодах -Д|г со сглаживающим фильтром LC-типа. Схема обратной связи задаёт требуемый ток в

обмотке смещения каждого из однофазных магнитных усилителей и управляет током в их обмотках управления в соответствии с изменениями напряжения на выходе источника вторичного электропитания. Диоды Дх-Де, обеспечивают внутреннюю обратную связь в каждом из магнитных усилителей; йороткозамкнутые витки служат для повышения устойчивости работы системы автоматического регулирования и исключения в ней паразитных автоколебаний.

В [15] приведена подобная схема ИВЭ для электронно-вычислительного устройства. Основные параметры ИВЭ: напряжение питания 220±11 В, частота 400 Гц, выходное напряжение постоянного тока и ток нагрузки соответственно 12,6 В и 50 А, к.п.д. 62%, масса 25,5 кг, объем 40 дм.

Протекание сравнительно большого тока нагрузки (50 А) по проводам, соединяющим ИВЭ с нагрузкой, является причиной существенных потерь напряжения на этих проводах. Для исключения

Рис. 3-.17. Схема источника вторичного электропитания для аппаратуры на интегральных схемах.

возникающей вследствие этого нестабильности напряжения на нагрузке в ИВЭ предусмотрена возмфкность подключения входа схемы управления непосредственно к выводам нагрузки.

На рис. 3-18 приведены основные схемы силовой части трехфазных тиристорных регуляторов (стабилизаторов) напряжения переменного тока. В схеме на рис. 3-18, с в цепи каждой фазы нагрузки имеется ключ переменного тока, состоящий из двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Схема на рис. 3-18,6 ана-

логична П{едыдущей, но половина тиристоров в ней заменена обычными диодами. В схеме на рис. 3-18, е тиристоры включены по схеме треугольника.

Указанные выше трехфазные регуляторы (стабилизаторы) напряжения переменного тока в процессе регулирования (стабилизации) напряжения на нагрузке сильно искажают его форму. В качестве примера на рис. 3-19 приведены ориентировочные формы кривой напряжения на нагрузке в зависимости от значения угла открывания тиристоров Кв. Кривые на рис. 3-19, с соответствуют схеме, изображенной на рис. 3-18, с; кривые на рис. 3-19, б -схеме на рис. 3-18, б.

Существенное улучшение формы кривой выходного напряжения может быть достигнуто благодаря применению в регуляторах (стабилизаторах) данного вида ступенчатого регулирования. Одна

dA~ Jf Т Jf

Рис. 3-18. Основные схемы силовой части трехфазных тиристорных регуляторов (стабилизаторов) напряжения переменного тока.

из основных схем усовершенствованных трехфазных регуляторов напряжения переменного тока со ступенчатым регулированием приведена на рис. 3-20.

Здесь тиристоры Ду-Дз соединены по схеме треугольника и подключены к отводам а, Ь, с вторичной обмотки силового трансформатора Тр. Каждый из этих тиристоров включается в начале соответствующего полупериода фазного . напряжения. При этом точки а, Ь, с оказываются эквипотенциальными, т. е. имеют равные потенциалы в соответствующие моменты времени. -

Напряжение на каждой ф'азе нагрузки равно {/финн ~ UjWifWi, где -фазисе напряжение питающей сети.

Включение тиристоров Д^-Де обеспечивает эквипотенциаль-ность точек а', Ь', d. К тиристорам Д\-Дъ при этом прикладывается обратное напряжение, равное {/обр = .ф sMi, что приводит к их закрыванию. Напряжение на каждой фазе нагрузки возрастает до значения f/ф = {/ ф {W3+W2)/Wi.

При изменении угла включения тиристоров Д^-Де от нуля до 210° можно стабилизировать напряжение на нагрузке -при кратности изменения выходного напряжения

ф.макс-у Ц'2 + 2

{/л

ф.МИН

Тиристорами Д1-Д% управляют с помощью сравнительно простой схемы, так как их угол включения в процессе регулирования

остается неизменным. Для управления тиристорами Д4-Де необходимы сложные трехфазные широтно-импульсные устройства. Поэтому в тех случаях, когда инерционность регулятора не является определяющим параметром, вместо тиристоров Д4-Де целесообразно использовать трехфазный магнитный усилитель с еамонасы-щением, состоящий из трех однофазных магнитных усилителей, соединенных по схеме треугольника.

Применение магнитного усилителя вместо тиристоров целесообразно при повышенной частоте питающего напряжения (400- 1000 Гц), когда габариты и масса магнитных усилителей стано-

ST

cot -

Рис. 3-19. Ориентировочная форма напряжения на нагрузке при различных значениях угла открывания тиристоров а в-

вятся соизмеримыми с массой и габаритами тиристорного усилителя. В этом случае повышается устойчивость регулятора- (стабилизатора) воздействию помех, упрощается его схема и повышается надежность, за счет несколько меньших скоростей коммутации токов в силовых цепях ИВЭ уменьшается общий уровень помех, создаваемых самим регулятором.

и

с о

-CZD-

Ph. A

1-- - . OrVL-

Рис 3-20. Силовая часть трехфазного тиристорного регулятора напряжения переменного тока со ступенчатым регулированием:

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ.

ВЫПРЯМИТЕЛИ .

4-1. Основные схемы и характеристики однофазных выпрямителей

Под выпрямлением понимается преобразование переменного тока в постоянный. Сущность выпрямления заключается в сохранении неизменным направления протекания тока в нагрузке вне зависимости от полярности приложенного напряжения. Устройства, которые осуществляют такое преобразование, называются выпрямителями. Как правило, выпрямитель состоит из силовых переключающих элементов с односторонней проводимостью (для этой цели в настоящее время чаще всего используют полупроводниковые диоды), трансформатора, предназначенного для преобразования переменного напряжения и электрической изоляции между входной и выходной цепями выпрямителя, и сглаживающего фильтра, умень-

(+) О-

Д

Нагрузка

. а

др

Рис-. 4-1. Основные схемы однофазных выпрямителей.

тающего пульсации напряжения на нагрузке. В качестве сглаживающих фильтров на выходе выпрямителя обычно используются емкостные (С-типа) и Г-образные (1С-типа) фильтры.

В зависимости от числа фаз системы электроснабжения различают однофазные и трехфазные выпрямители. Схемы однофазных выпрямителей, получившие наиболее широкое практическое применение, приведены на рис. 4-1.

Простейшим выпрямителем может служить обычный полупроводниковый диод, включаемый последовательно с нагрузкой в цепь переменного тока (рис. 4-1, а). В этом случае нелинейность вольт-амперной характеристики диода обусловливает протекание тока в цепи нагрузки только в одном направлении.

При воздействии напряжения положительной полярности ( -Ь приложен к аноду диода, как показано на рис. 4-1, а) диод открывается, падение напряжения на нем мало по сравнению с пи-

тающим напряжением, а через нагрузку протекает ток, определяемый напряжением питания и сопротивлением нагрузки. При воздействии питающего напряжения обратной полярности диод закрывается и ток в нагрузку не поступает.

Таким' образом, напряжение на выходе рассматриваемого выпрямителя имеет вид однополярных импульсов, форма которых практически повторяет форму лоложительной волны питающего напряжения переменного тока.

Подобные выпрямители получили название однополупериодных. Их использование в ИВЭ радиоэлектронной аппаратуры ограничено областью вспомогательных маломощных источников постоянного тока, так как они характеризуются плохим использованием силового трансформатора и выходного сглаживающего фильтра.

Схема на рис. 4-1,6 относится к двухполупериодным (двухтактным) выпрямительным схемам, в которых ток по цепи нагрузки протекает в течение обоих полупериодов питающего напряжения переменного тока. Выпрямители подобного типа получили в литературе название выпрямителей с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора.

Схема иа рис. 4-1, в получила название мостовой выпрямительной схемы. По сравнению с выпрямителями, выполненными по схеме (рис. 4-1,6), выпрямители, выполненные по мостовой схеме, содержат-вдвое большее количество выпрямительных диодов и характеризуются большими потерями мощности в них, однако позволяют использовать диоды с вдвое меньшим допустимым обрат-

Рис. 4-2. Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения.

ным напряжением. Кроме того, мостовая выпрямительная схема характеризуется лучшим использованием трансформатора вследствие того, что ток в его вторичной обмотке протекает в течение обоих рабочих полупериодов. В выпрямителях, выполненных по схеме с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора, ток нагрузки протекает поочередно через две идентичные полуобмотки, каждая из которых при прочих равных условиях содержит столько же витков, сколько их содержит вся вторичная обмотка трансформатора в мостовой выпрямительной схеме.

Выпрямители, выполненные по мостовой схеме, принципиально могут подключаться к сети переменного тока и без трансформатора. Такое включение используется в тех случаях, когда не требуется электрической изоляции цепи нагрузки выпрямителя от питающей сети, а выходное напряжение выпрямителя определяется только напряжением питания.

Для питания анодных цепей электронно-лучевых трубок и электронных приборов СВЧ;. ламп бегущей волны, ламп обратной волны, клистронов и т. п.- требуются высокие напряжения по-

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 22