Преобразователи постоянного напряжения (Лабораторная работа № 3)

Л а б о р а т о р н а я    р а б о т а    №3

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы: ознакомление с принципами построения преобразователей постоянного напряжения; ознакомление с видами модуляции; снятие характеристик преобразователей.

Общие сведения

В устройствах электротехники и промышленной электроники широко применяют источники регулируемого постоянного напряжения, например, в регулируемых электроприводах. Так, в двигателе постоянного тока регулирование частоты вращения можно осуществлять изменением напряжения на якоре либо изменением тока возбуждения. Постоянное напряжение можно регулировать с помощью управляемых выпрямителей, которые при больших углах управления    aимеют низкий коэффициент мощности на нагрузке. Более предпочтительным является преобразователь со входом на постоянном напряжении. Здесь принципиально возможно построение структуры двух типов:

а)  без промежуточного звена переменного тока - импульсные    преобразователи;

б) со звеном переменного тока - конверторные  преобразователи.

I. Импульсные преобразователи (ИП)

Работа ИП основана на периодическом подключении источника, постоянного напряжения Е к нагрузке (рис.3.1 а). Если ключ считать идеальным, то напряжение на нагрузке будет иметь форму прямоугольных импульсов с амплитудой, равной напряжению источника питания. Регулируя время открытого состояния ключа по отношению к периоду коммутации, можно плавно изменять среднее значение напряжения на нагрузке. Диаграммы напряжения и тока нагрузки приведены на рис.3.1 б.

Введя понятия скважности импульсов Qн =Т / tn >1   коэффициента заполнения

n =1/Qн = tn / T, можно определить среднее значение напряжения на нагрузке

Т

Uн.ср = 1/Т ∫Uн dƒ  = n E.

0                          Т      ₂

Действующее значение напряжения        Uн = √¯(1/Т ∫Uн dƒ)  = n E .                                                              

0                                                             

Для преобразования импульсного напряжения в постоянное служит демодулятор, состоя-щий из дросселя Dpи диода VD (рис. 3,2 а). Частично или полностью функции дросселя могут выполнять обмотки электрических машин. Диаграммы напряжений и токов для такого принци-па построения ИП приведены на рис. 3.2 б.

В течение интервала проводимости в дросселе накапливается энергия, а в течение интер-вала паузы эта энергия передается нагрузке через диод VD. Ток источника іd будет пульсирующим, а ток нагрузки іn  будет изменяться по экспоненциальному закону c постоянной времени    τн = Lд / Rн. При τн > tn ток іnстановится непрерывным, что позволяет исключить коммутационные перенапряжения на обмотках. Среднее и действующее значения напряжения определяются приведенными ранее формулами.

При рассмотренном принципе построения ИП возможны следующие методы регулирова-ния выходного напряжения:

а) путем изменения интервала проводимости ключа (широты импульса)   tn при неизменном периоде Т (рис.3,3 а). Такой метод регулирования получил название  широтно-импульсного, а сам преобразователь широтно-импульсного   преобразователя (ШИП);

б) путем изменения частоты следования импульсов при постоянст-                                                                 ве интервала проводимости (рис.3.3 б). Этот метод получил наз-  вание  частотно -импульсного регулирования, а преобразователь-                                             

частотно -импульсного преобразователя (ЧИП);

в) комбинированный метод, включающий два предыдущих. 

ШИП- более сложный в реализации, однако предпочтительнее при включении в схему фильтров, настроенных на заданную частоту, либо при нагрузке, содержащей резонансные контуры. ЧИП реализуется более простыми и экономичными устройствами.

ИП постоянного напряжения подразделяются на  нереверсивные и реверсивные. Последние представляют собой автономные мостовые инверторы напряжения, используемые для регулирования электроприводов, рассмотрение которых в данной работе не предусматривается. Нереверсивные ИП, в свою очередь, подразделяются в зависимости от способа соединения ключа и нагрузки на последовательные (наиболее распространенные) и  параллельные. Применение последовательных ИП ограничено условием, когда напряжение нагрузки ниже напряжения источника питания. При необходимости получения напряжения нагрузки, превышающего напряжение, источника питания, применяются параллельные ИП.

в)  комбинированный метод, включающий два предыдущих.