Широтно-импульсные преобразователи постоянного тока. азначение, принцип действия и классификация широтно-импульсных преобразователей постоянного тока, страница 2

а)

б)

Рис. 1.2. Нереверсивные схемы ШИП с тиристорным ключом          без торможения (a) и с транзисторными ключами с торможением (б)

На рис. 1.2, б) приведена нереверсивная схема ШИП с двумя транзисторными ключами. В данной схеме в отличие от схемы рис. 1.2, а) транзистор VT2, коммутируемый в противофазе с транзистором VT1, позволяет изменить направление тока нагрузки и осуществить тормозные режимы двигателя М. Схема обеспечивает режим непрерывного тока при любой нагрузке и регулируемую скорость холостого хода двигателя. Для протекания токов самоиндукции схема дополняется диодами, включаемыми встречно–параллельно двигателю М (VD) и транзистору VT1 (на рис. 1.2, б не показан).

1.2.2.  Силовые схемы реверсивных ШИП

Для реверсивной мостовой схемы вентильного коммутатора, приведенной на рис. 1.3, возможны различные законы коммутации ключей. При симметричной коммутации ключи включаются парами поочередно, а именно на интервале t_вкл включены УК1 и УК3 и отключены УК2, УК4, а на интервале T–t_вкл, напротив, включены УК2, УК4 и отключены УК1, УК3. Такой закон коммутации создает на нагрузке разнополярные импульсы ЭДС со средним значением согласно

.  (1.2)

При данном способе коммутации ток нагрузки в течение периода не прерывается даже при U_н=0 за счет возможности его протекания в обоих направлениях. Это обусловливает во всем диапазоне изменения тока нагрузки режим непрерывных токов, что обеспечивает линейность внешних характеристик ШИП. Однако работа ШИП с двуполярными импульсами напряжения характеризуется повышенной пульсацией тока.

Рис. 1.3. Схема реверсивного ШИП

Однополярные импульсы выходного напряжения ШИП имеют место при другом законе коммутации, получившем название закона поочередной коммутации. При этом коммутируется одна диагональная пара управляемых ключей. Каждый управляемый ключ пары включается на интервал времени T+t_вкл с временным сдвигом включения одного управляемого ключа относительно другого на период T. Очередность работы управляемых ключей такова: УК1, УK3—УK1—УK1, УK3—УK3—УK1, УК3 и т. д. В интервалы времени t_вкл, когда включены оба ключа, появляется импульс ЭДС, а на интервале t₀, когда включен только один ключ, импульс ЭДС отсутствует, а ток самоиндукции замыкается через включенный управляемый ключ и диод.

Для изменения полярности ЭДС аналогично коммутируется другая пара управляемых ключей (ВК2 и ВК4). Анализ работы ШИП, нагрузкой которого является двигатель постоянного тока, позволяет определить важный показатель ШИП — пульсации тока, вызываемые коммутацией ключей:

,              (1.3)     где k=1 для однополярных импульсов ЭДС; k=0,5 для разнополярных импульсов ЭДС; R_Я,ДВ — сопротивление якоря двигателя, Ом; Т_Я — электромагнитная постоянная времени якорной цени, с.

Из (1.3) следует, что максимальные пульсации тока имеют место при g=0.5 и при несимметричной коммутации они вдвое меньше, чем при симметричной коммутации. В этом достоинство схемы ШИП с несимметричным законом коммутации.

1.3.  Анализ работы ШИП постоянного тока на активную и двигательную нагрузку

1.3.1.  Работа ШИП на активно-индуктивную нагрузку

На рис. 1.4 приведена схема нереверсивного ШИП постоянного напряжения с последовательным управляемым ключом (УК) (а), а также временные диаграммы токов и напряжений при активно–индуктивной нпгрузке (б) и работе на противо–э. д. с. (в,г).

При анализе будем пологать, что: ключ является идеальным; время переключения ключа равно нулю; внутреннее сопротивление источника равно нулю.

а)

б)

Рис. 1.4. Схема нереверсивного ШИП с активно–индуктивной нагрузкой (а) и временные диаграммы токов и напряжений (б)