котопяя nv.,"°" ооразовать кривую напряжения, подобную той. вктюценмыр Р"- -24. требуются обратные тиристоры .оГэтп vpZf ««>«°«У главному тиристору. Таким обра.

ом, это устройство переключения выводов трансформатора когда

2«

Рнс. 7-24. Инвертор с переключением выводов трансформатора.

осуществляется питание реактивной нагрузки, требует относительно сложного управления для того, чтобы образовать наиболее желательную форму выходного напряжения.

ГЛАВА ВОСЬЛАЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Потребность в преобразователях постоянного тока в постоянный другого напряжения в настоящее время очень велика. Наиболее важными случаями их примене-лия являются регулирование напряжения на якоре машины постоянного тока, преобразование напряжения аккумуляторной батареи в постоянное напряжение нулч;-•иой величины, а также регулирование мощности в разнообразных источниках постоянного тока для промышленных процессов. Требуемая .мощность преобразователей постоянного тока, применяемых в системах энергоснабжения, колеблется от нескольких ватт до тысяч киловатт. Тиристорные преобразователи обладают более высокими к. п. д., быстродействием, меньшими размерами, требуют меньше эксплуатационных расходов и, во многих случаях применения стоят дешевле, чем двигатель-генераторные или электронно-ионные установки.

Транзисторные преобразователи постоянного тока экономичны при напряжениях 100 в и ниже. Тиратроны и игнитроны предпочтительнее для напряжений выше 5 000 в. Тиристорные преобразователи подходят по меньшей мере для всего среднего диапазона напряжений.

Преобразователи на тиристорах, имеющихся в настоящее время, применимы для напряжений от 50 до 5 ООО в и токов от 1 до 1 ООО а.

В тиристорных преобразователях постоянного тока необходимы коммутирующие цепи, подобные тем, что применяются в инверторах. Некоторые из наиболее эффективных цепей на базе импульсной коммутации рассмотрены в гл. 5. В настоящей главе описаны два типа

широко распространенных преобразователей постоянного тока: инвертор - выпрямитель н несколько вариантов преобразователей с импульсной модуляцией, которая названа время-импульсным регулированием (ВИР).

Схемы инвертора - выпрямителя рассмотрены очень коротко, так как их анализ добавит мало нового к информации, содержащейся в предыдущих главах. Главное внимание в этой главе сконцентрировано на ВИР, которое является новой формой управления преобразованием постоянного тока.

Обычно в преобразователях этого типа ком.мутгфую-щие и переключающие устройства используются лучще, чем в фазоуправляемых выпрямителях. Это является существенным преимуществом там, где не требуется электрическая изоляция и где коэффициент преобразования напряжений составляет несколько единиц. С помощью время-импульсного регулирования можно осуществить плавное регулирование постоянного напряжения на нагрузке, подобно то.му, как это осуществляется на переменном токе при плавном изменении коэффициента тpaн€фopiMaцип.

Для иллюстрации принципа преобразования и регулирования анализируются четыре схемы преобразователей. В них используются многие способы коммутации тиристоров, которые применялись в инверторах. В этой главе более подробно описывается применение для этой цели нелинейных магнитных устройств, так как применение комбинации насыщающихся реакторов и тиристоров часто дает возможность создавать надежные, компактные и экономичные преобразователи с ВИР. Коммутирующая цепочка - насыщающийся реактор - конденсатор является еще одним видом импульсных коммутирующих устройств (в дополнение к описанным в гл. 5).

8-1. ИНВЕРТОР-ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Блок-схема преобразователя постоянного тока типа инвертор - выпрямитель приведена на рис. 8-1.

В этом преобразователе можно использовать многие типы выпрямителей и инверторов. Если выпрямитель простой, как на рис. (8-1, то предпочтительнее применить инвертор с прямоугольной формой напряжения, так как тогда для сглаживания выпрямленного тока потребуется минимальный фильтр. 242

В. простейшем виде схема инвертор - выпрямитель не дает возможности регулировать лапряжение на выходе. Однако можно использовать фазоуправляемый выпрямитель, а также многие другие способы изменения постоянного и переменного напряжения. Большой диапазон регулирования существенно увеличивает установленную мощность оборудования. Большинство способов регулирования дает повышенную пульсацию напряжения на части диапазона регулирования, что приводит к увеличению фильтров.

Инвертор

Рнс. 8-1. Инвертор--выпря.митсль.

Принципиальным недостатком инвертора - выпрямителя по сравнению с преобразователями ВИР является двойное преобразование энергии. Преобразователи этого типа выгоднее в случае большого коэффициента преобразования напряжения. В этих случаях автотрансформаторы не дают заметного выигрыша установленной мощности по сравнению с обычными трансформаторами. Обычный трансформатор в этих случаях дает незначительное увеличение установленной мощности магнитных элементов для схемы в целом. Зато полученный преобразователь постоянного тока обеспечивает электрическую изоляцию и возможность выбора любой величины выходного напряжения.

8-2. ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Во многих преобразователях постоянного тока требуется регулирование напряжения.

Время-импульсное регулирование (ВИР) обеспечивает как преобразование, так и регулирование напряжения. Основные характеристики его показаны на рис. 8-2.

Как видно из рис. 8-2, ВИР дает плавное повышение или понижение напряжения [/н относительно напряжения источника UmiT

Понижающие ВИР обеспечивают изменение напряжения от нескольких процентов до 95% от напряжения источника постоянного тока. Повышающ.ее ВИР может

Управление а)

Рис. 8-2. Основные характеристики ВИР.

а - блок-схема; б-понижающий регулятор; е - повышающий регулятор; г - стабилизатор; - напряжение на нагрузке (постоянное); fjj,,.!, - напряжение на входе ВИР (постоянное); £/у - управляющее напряжение.

давать повышение выходного напряжения в несколько раз по отношению к входному. В этих устройствах могут применяться замкнутые системы автоматического регулирования для получения точного значения напряжения на нагрузке при широком диапазоне изменения напряжения питания.

Время-импульсное регулирование содержит в качестве обязательного элемента быстродействующий «ключ», который быстро включается и выключается. Действие такого ключа иллюстрируется на рис. 8-3. Такая простейшая схема пригодна только для чисто активной нагрузки, когда не требуется сглаживания тока или при очень малых мощностях.

Применение сглаживающего фильтра из линейных компонентов в такой простейшей схеме (рис. 8-3) приводит к значительным потерям энергии. Ключ К1 может быть полупроводниковым прибором, который отпирается и запирается 1 ООО раз в секунду и более. Напряжение на нагрузке регулируется за счет относительной продолжительности проводящего или непро.водящего состояния ключа. Среднее напряжение на нагрузке [/н, отнесенное к напряЛСению источника, равно:

« = ХТ7Г

где Еа - напряжение источника;

- продолжительность проводящего (отпертого) положения К1\ 1з - продолжительность непроводящего (запертого) положения КЕ

Переключающие устройства с малым током утечки в запертом состоянии и малым падением напряжения в отпертом позволяют осуществить регулирование пульсирующего напряжения в широких пределах с минимальными потерями энергии.

На рис. 8-3,6-г показаны кривые напряжения на нагрузке, понижаемого путем изменения частоты повторения импульсов. Здесь время проводящего состояния постоянно. На практике в схемах ВИР с переменной частотой может изменяться также и время проводимости.

На рис. 8-3,(3 - ж показано регулирование напряжения при постоянной частоте.

В обоих случаях, когда К1 выключен, напряжение на нагрузке ра.вно нулю, и оно равно полному напряжению источника при включенном KL Таким образом, при иде-

Рис. 8-3. Принцип действия простейшей схемы с ключом.