ОПТ+ЭЭ
.pdf
Однофазный управляемый выпрямитель со средней |
Однофазный мостовой выпрямитель: схема, принцип |
Действия, обеспечивающие получение инвертора, |
точкой вторичной обмотки трансформатора: схема, |
действия, временные диаграммы токов и напряжений. |
ведомого сетью (зависимого инвертора) из однофазного |
принцип действия, временные диаграммы токов и |
|
управляемого выпрямителя со средней точкой |
напряжений. |
|
обмотки. |
|
При положительной |
Необходимые условия: |
|
полуволне, |
1. Включение |
|
трансформируемой во |
противоЭДС |
|
вторичной обмотке, |
2. Угол управления |
|
открываются диоды VD1 и |
α>90º, его также |
При положительном |
VD4, при отрицательной |
называют β, углом |
напряжении на VS1 (U2’) и |
полуволне VD2 и VD3. |
опережения. |
подаче на него |
Направление протекания |
3. |
управляющего сигнала, |
тока в нагрузке не |
Последовательно |
через нагрузку |
изменяется. |
ЭДС включить |
протекает ток i1. При |
|
дроссель |
положительном |
|
большой |
напряжении на VS2 |
|
индуктивности. |
(U2”) и подаче на него |
|
Что энергия |
управляющего сигнала, |
|
отдается: |
через нагрузку |
|
|
протекает ток i2. В |
|
|
момент, когда тиристор |
|
|
заперт к нему |
|
|
прикладывается |
|
|
напряжение, |
|
|
изображенное на |
|
|
диаграмме, его |
|
|
максимальное значение |
|
|
равно двойной |
|
|
амплитуде U2. |
|
|
, т.к. α>90º, то т.е. не потребляется, а отдается с сеть.
Автономный инвертор: определение автономного инвертора, его отличие от инвертора ведомого сетью (зависимого инвертора).
Автономным инвертором называют преобразователь электрической энергии постоянного тока в переменный, выходные параметры которого определяются схемой преобразователя, системой управления, и режимом ее работы, в отличие от инвертора, ведомого сетью. В инверторе, ведомом сетью, сеть принимает энергию и выключает тиристоры. Для автономного инвертора нужна активная нагрузка и полностью управляемые ключи, например транзисторы. При комплексной нагрузке необходимы обратные диоды. Тиристоры использовать нельзя, т.к. случиться опрокидывание инвертора, т.к. тиристоры закрываются при переходе через ноль.
Процесс коммутации тока вентиля(диода или тиристора) в выпрямителе (инверторе, ведомом сетью). Параметры, определяющие длительность коммутации.
Определяющими параметрами будут являться:
1.Индуктивность рассеяния Ls
2.Угол коммутации.
3.активное сопротивление обмоток и диодов
Дроссель
Ток, |
потребляемый |
из |
сети |
однофазным |
Ток, из сети |
неуправляемым выпрямителем при его работе на |
|
||||
активную нагрузку, на активную нагрузку с |
|
||||
индуктивным фильтром, на активную нагрузку с |
|
||||
емкостным фильтром. |
|
|
|
|
|
Потребляемый ток, в зависимости от фильтра, будет потребляться различный: либо синусоидальный (при активной Rd), либо прямоугольный (при Ld→∞), либо части прерывистые части синусоиды (при Сd→∞).
Однофазный мостовой автономный инвертор |
Трехфазный мостовой автономный инвертор |
|
Однофазный мостовой автономный инвертор тока |
Преобразователи со звеном повышенной частоты: |
Квазирезонансные преобразователи с использованием |
||||||||||||||||||||||||
напряжения на транзисторных ключах: схема, |
напряжения на транзисторных ключах при 180- |
|
на |
транзисторных |
ключах: |
схема, |
принцип |
пример |
преобразователя, |
его |
принцип |
действия, |
резонансных явлений LC-контуров: схема, принцип |
||||||||||||||||
принцип действия, временные диаграммы токов и |
градусном управлении: схема, принцип действия, |
|
действия, |
временные |
диаграммы |
токов |
и |
временные диаграммы токов и напряжений. |
действия, временные диаграммы токов и напряжений |
||||||||||||||||||||
напряжений. |
временные диаграммы токов и напряжений. |
|
|
напряжений. |
|
|
|
|
|
|
Достоинства и недостатки преобразователей со |
(на примере преобразователя понижающего типа), |
|||||||||||||||||
|
|
|
При 180-градусном управлении каждый из транзисторов |
Алгоритм работы транзисторов: в один полупериод |
|
звеном |
|
повышенной |
|
|
|
|
|
основные преимущества и недостатки. |
|||||||||||||||
В начальный момент открываются транзисторы VT1 и |
|
|
|
|
находится в |
|
|
|
включены VT1 и VT4, в |
частоты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Понижающий |
||||||||||
|
|
VT4, ток нагрузки и |
|
|
|
|
открытом |
|
|
|
другой – VT2 и VT3. |
|
Выделим |
достоинства |
и |
|
|
|
|
|
преобразователь |
||||||||
|
|
потребляемый ток |
|
|
|
|
состоянии |
|
|
|
Пульсациями тока in |
|
|
недостатки ЗПЧ. |
|
|
|
|
|
плох тем, что у |
|||||||||
|
|
возрастают. В момент t = |
|
|
|
|
180°, пары |
|
|
|
вследствие наличия |
|
Достоинства |
|
|
|
|
|
|
|
него не |
||||||||
|
|
Т/2 транзисторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дросселя Ld на входе |
|
1. |
Высокая |
удельная |
|
|
|
|
|
ограничен ток |
||||||
|
|
переключаются, но токи iH, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
можно пренебречь. |
|
мощность |
|
|
|
|
|
|
|
|
через |
|||||
|
|
а следовательно и i1, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подключенный |
|
2. |
Малые |
габариты |
и |
|
|
|
|
|
транзистор, что |
|||||
|
|
продолжают протекать в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
параллельно активно- |
масса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
приводит к |
|||||
|
|
прежнем направлении. iH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
индуктивной нагрузке |
3. Повышенный КПД |
|
|
|
|
|
|
большим |
||||||||
|
|
спадает по экспоненте. Ток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсатор C |
|
Недостатки: |
|
|
|
|
|
|
|
коммутационным |
||||||
|
|
i1 теперь будет протекать |
транзисторов, образующих вертикальные стойки, как и в |
|
|
|
необходим для |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.Сложность |
|
|
потерям. Для их |
||||||||||
через открывшиеся диоды VD2 , VD3 де схемы. После |
|
|
|
компенсации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
схемотехники. |
|
избегания ввели Ls и |
|||||||||||||
однофазных двухтактных схемах, работают в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
спадания тока нагрузки до нуля, ток в первичной цепи |
|
|
|
|
|
|
реактивной мощности |
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Искаженная |
форма |
Cs. |
|||||||||||
противофазе, управление вертикальными стойками |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
трансформатора протекает через транзисторы VT2 и VT3, |
|
|
|
|
|
нагрузки. В моменты |
|
|
|
|
|
|
|
входного тока. |
|
Условия при которых |
|||||||||||||
транзисторов осуществляется со сдвигом на 120°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
а направления токов iH и i |
|
|
|
|
|
смены полярности |
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Высокий |
уровень |
рассмотрим схему: |
|||||||||||
Транзисторы на схеме пронумерованы в соответствии с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
процессы протекают |
|
|
|
|
тока через ключи ток |
|
|
|
|
|
|
|
радиопомех. |
|
|
1-L1>>Lp; 2-ключ и |
|||||||||||||
очередностью их включения. Управляющие импульсы на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
iн вследствие наличия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диод идеальны |
||||||||||
|
|
|
каждый очередной транзистор подаются через |
60°. В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
индуктивности Lн еще |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3-Выходной фильтр |
||||||||||
|
Uнмакс.1 |
Uнмакс.2 |
результате |
на |
интервале |
одного |
периода |
выходного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Uн |
|
|
|
|
|
|
сохраняет свое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вместе с нагрузкой |
|||||||||
t1 |
t2 |
t3 |
напряжения |
|
образуется |
шесть |
интервалов |
I-VI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
прежнее направление, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
заменим генератором |
|||||||||
|
|
|
неизменного состояния схемы.Например, на интервате I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
т.е. токи направлены |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
неизменного тока I0. |
||||||||||
|
|
|
открыты транзисторы VT1, VT5 и VT6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Iн |
|
|
|
|
|
|
|
|
навстречу и суммой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режимы работы: |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
этих токов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Интервал (T0-T1) зарядки дросселя Lp. Входной ток |
|
Iп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перезаряжается |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
течет через Lp, VD1 и линейно нарастает до значения I0. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсатор C. При |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Интервал (Т1-Т2) резонанса. Когда ток I1=I0, диод |
|||
IVT1(4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отсутствии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
закрывается и начинает нарастать Ucp за счет тока icp=I1- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсатора возникли бы перенапряжения, т.е. схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I0. В момент когда I1=I0 при спаде тока I1, напряжение |
||||||
IVT2(3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стала бы неработоспособной. Диоды нужны для защиты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ucp=2*Uвх |
|||||||
IVD2(3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT от отрицательного напряжения, приложенного в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Интервал (Т2-Т3) разрядки конденсатора Ср. В момент |
||||||
IVD1(4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
момент от 0 до β, т.е. в первый момент периода. Ld |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т2 ключ размыкается, резонансный контур разряжается на |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
достаточно большой, чтобы превратить источник |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выходную цепь. В момент Т3 Ucp линейно спадает до |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжения в источник тока в динамике. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нуля. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Интервал (Т3-Т4) Проводимости обратного диода. Весь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выходной ток будет протекать через диод VD1. |
Обратноходовый преобразователь (ОХП) постоянного |
Импульсный |
преобразователь |
постоянного |
напряжения: схема, принцип действия, временные |
напряжения инвертирующего типа: схема, принцип |
||
диаграммы токов и напряжений |
действия, временные диаграммы токов и напряжений. |
||
|
|
Энергия |
на |
выход |
В момент, |
когда |
|||||||||
|
|
поступает |
от |
дросселя |
в |
транзистор |
включен, |
||||||||
|
|
паузе, |
когда |
транзистор |
к |
индуктивности |
|||||||||
|
|
выключен. |
в |
|
интервале |
приложено |
Е, |
по |
не |
||||||
|
|
импульса ключ Т открыт, |
протекает |
|
линейно |
||||||||||
|
|
накапливается |
|
энергия |
в |
нарастающий |
ток, |
||||||||
|
|
диод |
|
D |
|
заперт, |
диод |
|
|
|
закрыт. |
||||
|
|
конденсатор |
|
|
С |
Напряжение |
|
|
|
на |
|||||
|
|
поддерживает напряжение |
нагрузке |
|
|
будет |
|||||||||
|
|
на |
нагрузке. |
После |
поддерживаться |
за |
|||||||||
|
|
запирания |
|
|
ключа |
счет |
запасенной |
в |
|||||||
|
|
начинается |
|
|
второй |
конденсаторе |
|
|
|
||||||
|
|
интервал |
работы |
— |
энергии. К нагрузке |
||||||||||
|
|
интервал паузы (tп), в |
приложено |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
котором |
|
|
энергия |
напряжение |
|
|
|
Uc. |
|||||
|
|
передается |
через обмотку |
Когда |
транзистор |
||||||||||
W2 и диод в нагрузку и конденсатор. Сердечник |
выключен |
|
|
|
|
|
|||||||||
трансформатора, |
работающего в |
обратноходовом |
открывается диод и энергия, накопленная в |
||||||||||||
преобразователе, должен иметь воздушный зазор при |
индуктивности, передается в конденсатор, заряжая его, |
||||||||||||||
использовании |
материала |
сердечника, |
|
имеющего |
и в нагрузку. Этот ток будет спадать по мере |
||||||||||
нелинейную кривую намагничивания. Другой возможный |
уменьшения запасенной в индуктивности энергии. |
|
|
||||||||||||
в этом случае сердечник — сердечник, имеющий |
Uвых = −U вх |
|
γ (1 − ρ) |
(1 − γ) |
|||||||||||
линейную зависимость индукции от напряженности |
ρ + (1− ρ) |
(1− γ )2 |
|
||||||||||||
магнитного поля при достаточно больших значениях Н. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Материалы для таких сердечников известны — |
|
|
r |
|
|
|
|
|
|||||||
порошковое железо, некоторые виды аморфных сплавов, |
ρ = |
|
|
|
|
|
|||||||||
молибденовый пермаллой. |
|
|
|
|
|
|
Rн + r |
|
|
|
|
||||
Пунктиром обозначен граничный режим работы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Выходное напряжение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа: схема, принцип действия, временные диаграммы токов и напряжений.
В момент, когда транзистор включен, к индуктивности приложено Е, по не протекает линейно нарастающий ток, диод закрыт. Напряжение на нагрузке будет поддерживаться за счет запасенной в конденсаторе энергии. К нагрузке приложено напряжение Uc. Когда транзистор
выключен открывается диод и энергия, накопленная в индуктивности, передается в конденсатор, заряжая его, и в нагрузку. Этот ток будет спадать по мере уменьшения запасенной в индуктивности энергии.
U |
= |
1 |
tвкл U |
|
dt = U |
|
tвкл |
= U × g |
вых |
|
TТ ò |
вх |
|
вх |
|
вх |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
Прямоходовый преобразователь (ПХП) постоянного напряжения: схема, принцип действия, временные диаграммы токов и напряжений.
При замыкании ключа К и длительности этого интервала tu проводит ток диод D1, а диод D2 оказывается запертым. Ток в дросселе L1 нарастает, проходя через конденсатор С1 и нагрузку. Размыкание ключа приводит к другому
состоянию схемы, при котором ток дросселя должен сохранить свое направление. Теперь в интервале паузы (tп) ток проводит диод D2, часто называемый замыкающим, а диод D1 заперт. При этом через диод и обмотку (w12) в источник возвращается энергия накопленная в индуктивности намагничивания трансформатора.
Одновременное открытое состояние обоих диодов в интервале tп в данной схеме невозможно, поскольку при этом в обмотке W1 должен был бы проходить ток, что невозможно в силу запертого состояния ключа К, а также он запирается w12.
Импульсный преобразователь постоянного напряжения повышающего типа: схема, принцип действия, временные диаграммы токов и напряжений.
На интервале включенного состояния транзистора γT, дроссель L подключен к источнику питания, диод VD закрыт под действием напряжения на конденсаторе C, нагрузка от источника питания отключена и конденсатор поддерживает уровень выходного напряжения. Напряжение на дросселе равно Uвх , а ток в его обмотке
изменяется по линейному закону от минимального значения I Lmin до максимального I Lmax на величину 2ΔI L: На интервале (1− γ)T транзистор закрыт и энергия, накопленная в дросселе L , передается в конденсатор C и нагрузку через открывшийся диод VD. Ток в дросселе спадает по линейному закону, при этом к немуприложена разность напряжений выходного и входного
(1 − ρ) (1− γ ) Uвых =Uвх ρ + (1− ρ ) (1− γ )2