8-е. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Здесь описаны преобразователи, в которых напряжение на нагрузке больше напряжения источника и может регулироваться от величины напряжения источника до значения, в несколько раз большего.

Действие преобразователя аналогично описанному выше.

Принцип действия схемы для повышения напряжения

Принципиальная схема показана на рис. 8-12. Ключ К1 будет затем заменен тиристором. Для упрощ,ения допустим, что индуктивность Lp достаточно велика.

Рис. 8-12. Принцип ВИР, повышающего напряжение.

чтобы сгладить ток источника, а емкость Cj, достаточно велика, чтобы колебания напряжения на нагрузке были ничтожными, и потери в преобразователе незначительными.

Если ключ К1 быстро периодически включать и выключать, то напряжение на нагрузке будет больше, чем э. д. с. источника. Когда К1 включен, в Lp запасается дополнительная порция энергии. Когда ключ К1 выключен, энергия передается от Lp к конденсатору фильтра Ср и нагрузке. Например, если проводящее и непроводящее время Ki одинаково, то напряжение на нагрузке в 2 раза больше э. д. с. источника.

Дополнительная порция энергии, запасенная в Lp, пока К1 включен, равна EdUU-, а энергия, переданная от Lp к Ср. и нагрузке, пока К выключен, равна {UH-Ed)Idto- Напряжение на нагрузке в функции отно-258

шения времен может быть определено следующим образом:

Edhh{lJr.-Ed)hto\

U = Ed

to •

(8-7)

(8-8)

Напряжение Un регулируется отношением времен (время-импульсное регулирование) в соответствии с (8-8).

Это г способ повышения и регулирования напряжения является более выгодным, чем инвертор - выпрямитель, когда требуется широкий диапазон регулирования с коэффициентом преобразования порядка 2: 1 или менее.

Потери делают напряжение на нагрузке ниже того, которое получается по (8-8). Величина индуктивности Lp определяется требуемыми пульсациями входного тока и рабочей частотой. На практике пульсации при полной нагрузке допускаются равными 20%, так что входной ток остается непрерывным до достаточно малой нагрузки. Обычно желательно иметь минимальные пульсации как по условиям работы источника, так и по условиям импульсной нагрузки ключа К1.

Регулирование напряжения тиристором при постоянной частоте

На рис. 8-13 показана схема, в которой применен принцип, изложенный выше. К1 заменен тиристором Т1. Генератор импульсов управления дает отпирающие импульсы на Т1 с постоянной частотой. Коммутирующие и регулирующие элементы аналогичны примененным в схеме рис- 8-9. Величина проводящего периода Tt регулируется током /у.

Регулирование близкого к э. д. с. источника напряжения на нагрузке

На рис. 8-14 показана схема повышающего устройства с переменной частотой. Она особенно выгодна, когда напряжение на нагрузке требуется поддерживать

Рис. 8-13. Схема ВИР с постоянной частотой управления, повышающего напряжение.

Рис. 8-14. Схема ВИР с переменной частотой управления, повышающего напряжение.

ПОЧТИ равным напряжению источника. Генератор управляющих импульсов переменной частоты на однопереходном транзисторе может снижать частоту до нуля. При этом Т1 все время заперт, что дает U„=Ed, если пренебречь падением напряжения в Lp и Д1. 260

Схема, в которой напряжение на нагрузке может быть значительно больше э. д. с. напряжения источника

Использование реактора Lp с отводом (рис. 8-15) дает схему, в которой 77н в несколько раз больше Еп. Такой комбинированный реактор-автотрансформатор

Тиристор и схемы коммшшши и ЬлрЬб-ления

Рис. 8-15. Схема повышающего ВИР с большим коэффициентом преобразования.

дает напряжение выше поминального для тиристора и связанных с ним цепей. Максимум напряжения на тиристоре меньше, чем Еа, но зато пик тока через него соответственно возрастает.

Во всех схемах время-импульсных регуляторов, приведенных в этой главе, возможно применение изолировочного трансформатора в цепи нагрузки. При этом повышается общая реактивная мощность схемы. Вдобавок такие трансформаторы могут потребовать воздушных зазоров или специальных размагничивающих потоков, чтобы обеспечить работу на пульсирующем постоянном напряжении, получаемом в преобразователях с ВИР.

8-7. ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1

В этом параграфе описываются схемы с прерывателем, используемые для управления мощностью, передаваемой от источника постоянного тока к нагрузке постоянного тока, имеющие один общий вывод. Преобразователи типа инвертор - трансформатор - выпрямитель здесь не рассматриваются. Содержание ограничено рас-

[Л. 8-7].

смотрением устройств, в которых среднее напряжение на нагрузке может приближаться, но не превосходить э. д. с. источника питания.

Принцип управления - время-импульсное регулирование (ВИР). Ключ замыкает последовательную цепь, состоящую из источника постоянного тока и нагрузки. Отношение напряжения на нагрузке к э. д. с. источника будет равно доле времени, в течение которой ключ замкнут. Увеличив частоту работы ключа, получим минимальные размеры фильтра, требуемого для сглаживания выходного напряжения. Напряжение па нагрузке может регулироваться изменеппсм отношения времени включенного к времени выключенного положения ключа.

Вполне подходящим статическим ключом для подобного применения является тиристор. Он легко включается управляющим сигналом. Однако он требует вспомогательных устройств для выключения. Чтобы тиристор мог вновь выдерживать приложенное прямое напряжение, к нему на определенное время - время восстановления - должно быть приложено обратное напряжение.

Источником необходимого обратного напряжения может служить цепочка LC с небольшим затуханием, которая может быть использована в различных сочетаниях с другими элементами схем. Продолжительность проводящего периода тиристора может регулироваться посредством вспомогательного тиристора или дросселя насыщения. Отпирание вспомогательного тиристора илн насыщение дросселя является началом коммутирующего колебания цепочки LC.

Цель этого параграфа - не описание конкретного устройства с прерывателем для определенного применения, а анализ основных принципов работы и достоинств различных вариантов схем. Анализ будет проводиться на основе кривых токов и напряжений в элементах схем. Для упрощения сделаны следующие допущения:

1. Статические и динамические характеристики диодов идеальные, учитывается только время восстановления тиристоров. Прямым падением, обратным током, током деионизации (рекомбинации) и временем включения пренебрегаем. Элементы схем, нужные для ограничения перенапряжений duldt и dildt, не рассматриваются.

2. Дроссели насыщения имеют незначительный ток намагничивания в ненасыщенном состоянии и постоянную индуктивность после насыщения.

3. Электродвижущая сила источника постоянного тока Еа идеально сглажена. Вообще говоря, необходим фильтровый конденсатор на входе.

4. Выходной сглаживающий дроссель и индуктивность нагрузки обеспечивают неизменный ток нагрузки в установившемся режиме работы.

Основная схема с прерывателем

Простая схема с прерывателем, в которой для выключения тиристора Tl использованы конденсатор С и линейная индуктивность L, показана на рис. 8-16- В те-

Рис. 8-16. Основная схема с прерывателем.

а - припципиа.пьная схема; б - кривая намагничивания индуктивности L; в - кривые напряжения; г - кривые токов.

чение непроводящих интервалов нагрузки /„ поддерживается дросселем Lp и протекает через диод Д. Узел Z на схеме имеет потенциал отрицательного полюса