альном переключающем устройстве получается регулирование без потерь среднего напряжения на нагрузке.

На ,рис. 8-4 показано очень важное дополнение к простейшей схеме с выключателем, которое дает возможность существенно сгладить напряжение на нагрузке. Диод Д обеспечивает протекание тока нагрузки, когда

К1 выключен. Это позволяет получить с помощью простого индуктивного фильтра Lp достаточное сглаживание во .многих случаях практического-применения. При частоте в пределах до килогерца пульсация тока нагрузки часто получается приемлемой при относительно» небольшой Lp. Если требуется уменьшить амплитуду пульсации тока,схема рис. 8-4 дополняется более сложным фильтром LC. Если мощность нагрузки велика, приче.м: все равно требуется включить несколько переключающих устройств параллельно, то можно использовать параллельные устройства с ВИР, сдвинутые между собой, и получить меньшие пульсации.

Диод Д на рис. 8-4 дает возможность индуктивности; фильтра Lp участвовать в преобразовании энергии постоянного тока. Пренебрегая потерями в ключе К1 и полагая ток нагрузки непрерывным, среднее напряжение на диоде Д можно выразить через Еа по уравнению (8-1). Так как при идеальной индуктивности среднее падение напряжения на ней равно нулю, то среднее напряжение на нагрузке равно:

V, = U = Ea-j (8-1а>

При этом пренебрегаем потерями в цепи и считаем, что напряжение на Д, когда К1 выключен, равно нулю-

Обычно к. п. д. ВИР 90% и более. С учетом потерь напряжения на нагрузке получается меньше, чем пс> (8-1).

Рис. 8-4. Принцип время-импу.пьс-ного регулирования.

Интересно рассмотреть преобразовательные свойства схе.мы рис. 8-4 более детально. Пренебрегая потеря.ми, можно сказать, что мощность, поступающая от источника питания, равна мощности в нагрузке.

Мощность, поступающая от источника питания, равна:

Pn = -Eaiddt (8-2)

Pu=EJd,

«если пренебречь пульсацией Мощность в нагрузке

напряжения

(8-3) источника.

(8-4)

Если пульсации напряжения и тока нагрузки значительны, то для измерения мощности в нагрузке необ.хо-дим ваттметр постоянного тока. Если пульсация незначительна, то интеграл произведения мгновенных значений тока и напряжения заменяется произведением их средних величин

Ph=VJh. (8-5)

Таким образом, при незначительных пульсациях напряжения источника и напряжения или тока нагрузки должно быть справедливо следующее уравнение:

EdId = UiA. (8-6)

Это уравнение показывает преобразовательные свойства схемы рис. 8-4, т. е., что

8-3. ВИР с РЕГУЛИРУЕМОЙ ЧАСТОТОЙ ИМПУЛЬСОВ

На рис. 8-5 показана одна из основных схем тиристорного ВИР, очень широко применяемая на практике [Л. 8-1 и 8-2]. Она является одним из представителей группы схем, в которых регулирование производится изменением частоты. Комбинация дросселя насыщения и конденсатора создает простую и надежную коммутирующую цепочку для тиристора, а генератор импульсов

ГИУ[Щ

Рис. 8-5. Схема Моргана.

управления ГИУ, выполненный на однопереходном транзисторе, обеспечивает простое регулирование частоты. Когда ДЯ/ (рис. 8-5) насыщается, он действует как ключ, позволяя разряжаться коммутирующему конденсатору. Этот конденсатор, разряжаясь через ДЯ/ и Т1 или Д/, производит импульсную коммутацию 11.

Тиристор Л отпирается ГИУ и запирается коммутирующей цепочкой из Сх и ДЯ/ после определенного

промежутка времени. --ХГ-I--\г Напряжение на нагрузке (7н регулируется изменением частоты генератора.

В схеме рис. 8-5 f/н не может быть больше Ей. Проводящий период ТЕ т. е. о, принципиально определяется параметрами дросселя насыщения ШН и питающим напряжением. Ниже будут проанализированы схемы, в которых 4 не зависит от напряжения питания. Частота коммутации должна быть несколько меньше 1/4, в противном случае происходит срыв коммутации.

Коммутация с помощью дросселя насыщения и конденсатора

В схеме рис. 8-5 дроссель насыщения ДН1 и конденсатор С, обеспечивают коммутацию тиристора ТЕ При таком способе коммутации насыщающийся дроссель можно рассматривать, как ключ. Когда он «замыкается», конденсатор С, включается параллельно ГУ, создавая другой путь для тока и обратную полярность на ТЕ При таком способе коммутации проводящий период Т1 при данном напряжении питания является почти постоянным, в то время как генератор импульсов управления регулирует частоту и тем самым изменяет иапряжение на нагрузке (Ун- Принципиально проводящий период Tt определяется временем, необходимым для перемагничивания ДН1 от положительного насыщения до отрицательного и обратно к положительному.

Принцип работы коммутирующей цепочки наглядно поясняется кривыми на рис. 8-6. Эги кривые построены в предположении об идеальности элементов схемы, отсутствии потерь и пульсаций в токе нагрузки, а также

Рис. 8-6. Приближенные кривые напряжений для схемы рис. 8-5.

Па кривой Ир, заштрихованная площадь равна потоко-сцеплению ДН1. Ниже оси и О поток ДН1 изменяется от -Фд до +ф3. выше оси ноток Л / изменяется ог -ЬФд до -Фд. На кривой Ид заштрихованная площадь равна потокосцеплению дросселя Lp.

при условии, ЧТО проводящий период Т1 значительно больше времени коммутации.

В момент времени to предполагается, что Q имеет начальное положительное напряжение Л-Е, а магнитный поток в ДН1 равен положительному потоку насыщения + Ф.,.

Т1 отпирается в о, а напряжение конденсатора прикладывается к ДНЕ перемагничивая его так, что поток становится -Фк. Полагая, что намагничивающий ток ДН1 незначителен, получаем, что напряжение на емко-

17-1503 249

сти остается постоянным в интервале от h до tiz- В этот период Tl проводит ток нагрузки /н- Диод Д не проводит ток, так как к нему приложено обратное напряжение Еа. К моменту ti-2 поток в ДЯ/ достигает величины отрицательного насыщения -Ф. В это время конденсатор С] разряжается через Т1 и остаточное сопротивление насыщенного дросселя ДЯ/. Пренебрегая потерями, можно считать, что разряд происходит с резонансной частотой за время 7tV"L„HiCi, сек, где /.дн,-индуктивность насыщенного состояния дросселя ДЯ/. Время разряда конденсатора С] мало по сравнению с -ti-2 (рис. 8-6). Изменение напряжения на конденсаторе происходит очень быстро - вертикальная линия в момент ,.2 (рис. 8-6,С!). Напряжение на емкости после перезаряда равно снова Е. (с обратной полярностью), так как потери в шинах считаются незначительными.

В течение времени от t до напряжение на емкости снова остается постоянным, а поток дросселя ДЯ/ растет в сторону положительного насыщения Ч-Фе. Тиристор Т1 в это время продолжает проводить ток нагрузки /н- К моменту 3.g дроссель ДЯ/ насыщается. Опять происходит колебательный перезаряд конденсатора С] сначала через Г/, а затем через диод Д/. После этого напряжение на емкости опять становится равным так как потерями мы пренебрегаем. Во время колебательного перезаряда контура Ьдн1-С, происходит коммутация Т1. К моменту времени .g тиристор запирается. Напряжение на емкости затем остается постоянным, а ток нагрузки протекает через диод Д до тех пор, пока Т1 не отопрется ,в начале следующего про1водящего интервала.

Кривые напряжений на рис. 8-6 справедливы для большинства случаев, когда проводящий интервал Т1 значительно больше времени, требуемого на восстановление. Это соответствует максимальной частоте время-импульсного регулирования порядка 1 ООО гц и меньше. Потери коммутации в практических схемах достаточно малы, так что напряжение конденсатора С\ после колебательного перезаряда через индуктивность насыщенного дросселя 1д111 изменяется незначительно.

Кривые напряжений и токов на рис. 8-7 показывают поведение схемы на рис. 8-5 при более высокой частоте. В этом случае коммутационный интервал может занимать значительную часть проводящего периода. Здесь

показаны более подробно кривые колебательного пере-

Предполагаемая характеристика ДЯ/ показана на рис. 8-7,G. Допущения остаются прежними. Потери в коммутирующей цепи счита-

ются малыми, но ими не пренебрегают, как это было на рис. 8-6.

В момент времени тиристор Т1 отпирается. Поток дросселя ДЯ/ в этот момент предположим таким, как показан на рис. 8-7. Начальное напряжение на Cj несколько больше, чем Ь;:-: Ed -- напряжение источ- р -Ju ника питания. Эти на- " чальные условия соответствуют установивше муся режиму, кривые на-ц пряжений и токов для которого показаны на рис. 8-7,6-и.

После включения Т1 в момент 4 имеем «д„1 = = uci. Поток ДЯ/ начи-нает изменяться к отрицательному насыщению. Изменение напряжения л oF на конденсаторе в этот интервал незначительно, * так как ток намагничивания ДЯ/ мал. В ин-

1ф tii t.f

t, t,

тервале от to до Tl p„c. 8-7. Кривые напряжения для проводит ток /н. Диоды схемы рис. 8-5 с выделением ин-Д и Д/ заперты, все на- тервалов заряда и разряда С,.

пряжение источника при- 2-3=Vl+-6-0-изменение потока г> ДН1 от -Ф до -ЬФ .

ложено к нагрузке. В мо- « "

мент tl, когда поток ДЯ/

достигает отрицательного насыщения, конденсатор разряжается через Т1 и индуктивность насыщенного дросселя. Вследствие потерь в этом контуре напряжеппе на конденсаторе в момент времени несколько меньше, чем в момент 1.

17* 251