Сравнение энергетических характеристик рассматриваемых систем показывает, что значение коэффициента мощности в обоих случаях определяется в основном гармоническим составом кривых выходных токов, так как напряжение сети в общем случае близко к синусу, а сдвиг по фазе между напряжением и первой гармоникой входного тока невелик [1]
Одним из важнейших аспектов выпрямителей является уровень пульсаций выходного напряжение постоянного тока.
На рисунке 3 штриховой линией показана зависимость максимальной амплитуды пульсаций выходного напряжения при заданной мощности выпрямителя (рисунок 1 а) от емкости фильтра, рассчитанная на мощность выпрямителя с емкостным фильтром 2 кВт.
 |
Рисунок 3 - Зависимость максимальной амплитуды пульсаций
выходного напряжения
Ток івх, напряжение Uвх и соответственно мгновенная мощность на входе преобразователя с принудительным формированием кривой потребляемого тока изменяется по синусоидальному закону.
Кривая ΔUc=f(c) при Рн=2 кВт показана на рисунке 3 сплошной линией. Сравнительный анализ кривых показывает, что при заданной амплитуде пульсаций, напряжении 40 В, при использовании выпрямителя с принудительным формированием кривой входного тока, требуемая емкость входного фильтра более, чем в 3раза меньше, чем для схемы, изображенной на рисунке 1 а. В данном случае С=500 и 1600 мкФ.
По оценкам [2], экономия конденсаторов в схеме, изображенной на рисунке 2, по сравнению с альтернативным вариантом (см. рис.1) составляет не менее 50%.
Коэффициент полезного действия неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром на 3-4% выше, чем у выпрямителя, представленного на рисунке 2 а. При этом необходимо учитывать различные функциональные возможности рассматриваемых схем. Если иметь в виду необходимость обеспечения достаточно высокого коэффициента мощности, и следовательно, снижение амплитудного значения входного тока, то первый должен быть снабжен дополнительными средствами – токоограничительными дросселями или специальными низкочастотными фильтрами, которые в этом случае мало эффективны. Для получения стабильных напряжений на нагрузке необходимо использовать дополнительный импульсный регулятор на выходе, что приведет к дополнительным потерям и снижению коэффициента полезного действия. Если учесть дополнительные потери в питающей сети и первичных источниках, имеющих место при импульсных токах, необходимость дополнительной емкости конденсаторов фильтра, ограничивающего пульсации выпрямленного напряжения, то можно утверждать, что повышенные потери в выпрямителе с принудительным формированием кривой потребляемого тока в значительной мере нивелируется его преимуществами, тем более, что здесь достижимы значения коэффициента полезного действия, превышающие 95%. Кроме того, схемотехника таких устройств не ограничивается рассмотренной схемой.
Принципы организации и структура схем управления известных преобразователей близки, хотя принципы формирования квизисинусоидальных входных токов, виды модуляции могут отличаться.
На рисунке 4 показа пример построение схемы управления однофазным преобразователем переменного напряжения в постоянное, обеспечивающий стабилизацию выходного напряжения постоянного тока, и потребление из сети токов, близких к синусу.
Рисунок 4 – Схема управления однофазным преобразователем переменного
напряжения в постоянное
Здесь Uн, Uэ – соответственно текущее и эталонное значения выходного напряжения. Результирующий сигнал с элемента сравнения через усилитель рассогласования Кu поступает на корректирующую цепь КЦ с передаточной характеристикой, зависящей от частоты передаваемого сигнала и обеспечивающей малую статическую нестабильность и исключение условий возникновения нежелательных периодических режимов. На вход перемножителя аналоговых сигналов подается сигнал, с корректирующей цепи и сигнал αвх, пропорциональный мгновенному значению выходного напряжения. На выходе перемножителя формируется сигнал, повторяющий форму кривой выходного напряжения, величина которого однозначно определяется соотношением Uн и Uэ. Сигнал с перемножителя, форма которого близка к синусоидальной, является эталонным для формирования кривой входного тока. На втором элементе сравнения он сравнивается с сигналом івхrш, пропорциональным величине входного тока. Разностный сигнал через усилитель Кі подается на импульсный регулятор ИМ, который вырабатывает импульсную последовательность на повышенной частоте, управляющую работой ключевого элемента. При отпирании ключевого элемента входное напряжение прикладывается к входному дросселю Ul нак=Uвх, вызывая увеличение входного тока и накопление энергии в магнитном поле дросселя. При запирании ключевого элемента Ul отд=Uн-Uвх и накопленная энергия поступает в конденсаторы емкостного фильтра С, подзаряжая их и тем самым вызывая повышение напряжения до требуемого уровня.
Еще одним вариантом схемы является схема, представленная на рисунке 5.
 |
Рисунок 5 – Схема выпрямителя
Это компромиссный вариант схемы, позволяющий при некотором снижении Км существенно уменьшить мощность транзисторного ключа. Принципиальное отличие от первой из рассмотренных схем состоит в том, что эмиттер силового транзистора VT1 подключен не к шине постоянного тока с низким потенциалом, а к средней точке конденсаторов С1, С2 выходного фильтра. Так как конденсатор имеет большую емкость, величина напряжения в средней точке остается постоянной. В связи с этим силовой транзистор находится под напряжением, определяемым разностью напряжений между средней точкой и шиной с более высоким потенциалом. Следствие такого исполнения схемы является невозможность работы стабилизатора в условиях, когда напряжение сети принимает значение ниже уровня напряжения в средней точке. В этом случае входной ток будет иметь синусоидальную форму (рисунок 6).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.