Импульсные преобразователи.

В электронных устройствах часто применяют источники регулируемого постоянного напряжения. Принцип регулирования скорости вращения электродвигателей постоянного тока основан именно на изменении подводимого к ним напря­жения.

Регулируемое напряжение постоянного тока можно получить с помощью управляемых выпрямителей, но они снижают коэффициент мощности (cos φ) потребителя при увеличении угла управления α. Поэтому для регулирования постоянного напряжения используют импульсные преобразователи на тиристорах, кот. экономят энергию до 20%.

Работа импульсных преобразователей основана на периодическом подключении источника постоянного напря­жения Ек нагрузке (рис. 10.1, а).

Рис. 10.1

Напряже­ние на нагрузке будет иметь форму прямоугольных импульсов с амплитудой, равной напряжению источника питания (рис. 10.1, в).

Среднее значение напряжения на нагрузке U_н =( t_и/Т) Е при постоянной амплитуде импульсов будет зависеть от их скважности и, следовательно, может изменяться в широких пределах при изменении частоты следования или длительности импульсов.

Т.К. нагрузку нужно питать постоянным током, в схему вводят дроссель L и диод Д (рис. 10.1, б), служащие для преобразования импульсного напряжения в постоянное. При замкнутом ключе в дросселе происходит накопление энергии, а при разомкнутом — передача ее в нагрузку через диод. В результате ток источника остается импульсным, но ток нагрузки i_н получается сглаженным (рис. 10.1, г).

Среднее значение напряжения на нагрузке при постоянной амплитуде импульсов можно регулировать изменением скважности импульсов, т. е. изменением времени открытого состояния вентильного элемента по отношению к периоду коммутации. Такое регулирование постоянного напряжения при постоянной амплитуде импульсов называют широтно-импульсным, а преобразователи — широтно-импульсными (ШИП).

Рис. 10.2

В зависимости от регулируемого параметра импульсного напряжения (рис. 10.2, а) различают регулирование изменением интервала проводимости ключа (длительности импульса) при постоянной частоте его переключения (рис. 10.2, б) либо изменением частоты следования импульсов при постоянной их длительности (рис. 10.2, в). Первый способ реализуется более сложными и менее экономичными устройствами, но позволяет получить меньшие пульсации напря­жения, так как при постоянной частоте можно использовать сглаживающие фильтры с меньшими значениями L и С.

В последовательных импульсных преобразователях (рис. 10.3) тиристор ТР, выполняющий роль ключа, соединен последовательно с нагрузкой R_H. На входе схемы включен конденсатор С, емкость которого определяется внутренним сопротивлением источника входного напряжения и частотой переключений. В выходной цепи импульсного преобразователя включен фильтрующий дроссель L и диод Д.

Рис. 10.3 Рис. 10.4

В последовательных импульсных преобразователях узлы коммутации для управления тиристорами могут быть либо связаны с цепью тиристора или нагрузки (преобразователи с зависимыми узлами коммутации — зависимые ШИП), либо отделены от нее (преобразователи с независимыми узлами коммутации — независимые ШИП). Зависимые ШИП выполняют по различным схемам, которые можно подразделить на две группы: с зарядом коммутирующего конденсатора через рабочий тиристор или через нагрузку.

На рис. 10.4 приведена схема последовательного ШИП с зарядом коммутирующего конденсатора через рабочий тиристор, в которой используется параллельная емкостная коммутация. При отпирании рабочего ти­ристора ТР₁ ток i_н проходит через нагрузку R_н, а ответвля­ющийся зарядный ток i_с в цепи +U_вх -ТР₁- С_к -R_K -U_BX заряжает конденсатор С_к до напряжения источни­ка питания. После отпирания вспомогательного коммути­рующего тиристора ТР₂ конденсатор С_к разряжается через тиристоры. При этом рабочий тиристор ТР₂ за счет обратного тока запирается и ток через нагрузку прекращается. Выходная цепь ШИП содержит фильтрующий дроссель L и диод Д,предназначенные для сглаживания пульсаций тока в нагрузке.

Недостатком схемы последовательного ШИП с параллельной емкостной коммутацией является то, что в про­цессе переключения тиристоров напряжение на нагрузке достигает удвоенного значения напряжения источника питания.