Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



Для двух сравниваемых аппроксимирующих напряжений при одинаковом качестве напряжения на выходе фильтра отношение

(LQ, (1 + /С,.з,х Km) (1 + г.вых l<N2l\)

(5.7)

позволяет оценить относительные затраты индуктивности и емкости однозвен-«ого фильтра.

Пример 5.1. Даны два напряжения, подведенные ко входу фильтра и содержащие основную гармонику и одну высшую гармонику:

и J (са О = sin ш + -- sin 3 со о

и л (ш г) = sin 0) / -f = sin 11 ю

Требуется сравнить эти напряжения по критерию минимальных затрат индуктивности и емкости однозвенного фильтра.

Решение. Оценим эти напряжения коэффициентом гармоник. Так как амплитуды основных и высших гармоник этих напряжений одинаковы, то и коэффициенты гармоник также одинаковы:

г/ = г = 1/з«зз%,

Таким образом, различие между качеством напряжений установить не удается. Оценим эти напряжения с помощью -коэффициента режекции гармоники. Используя (5.7) и принимая, например, коэффициент гармоник на выходе фильтра равным 107о, получаем

(LC)i 1-Ю,3.121

(LC)2 I-f 0,3-9 •

т. е. в случае использования напряжения Uu требуемое произведение индуктивности на емкость однозвенного фильтра в 10 раз меньше.

Результаты сравнительного анализа некоторых аппроксимирующих напряжений приведены в табл. 5.1. Напряжение sign sin х принято за базовое, в напряжении 2 отсутствует третья гармоника, в напряжении 8 отсутствует пятая гармоника. В напряжениях 4, 5 отсутствуют третья и пятая гармоники, но эти напряжения отличаются коэффициентом режекции гармоники. В напряжении 6 первая низшая из высших гармонических составляющих имеет 11-й номер (относительные уровни аппроксимации равны 0,259; 0,707; 0,966). В напряжении 7 первая низшая из высших гармонических составляющих имеет 13-й номер (относительные уровни аппроксимации равны 0,434; 0,681; 0,975). Напряжения 8, 9 состоят нз однополярных импульсов на интервале [О, п], при этом длительность каждого импульса практически пропорциональна мгновенному значению синуса, определенному в точке, соответствующей середине импульса. Для напряжения 8 имеем 12 импульсов на интервале О, я, а учитываемая гармоника имеет 11-н но.мер, для напряжения 9 - 32 импульса и 31-й номер.

Коэффициенты гармоник напряжений 5 и Р практически совпадают, а коэффициенты режекцип гармоники отличаются почти в 8 раз. Поэтому необходимые затраты индуктивности и емкости на фильтр для напряжения 9 существенно уменьшаются.

Таблица 5.1

Форма напряжения

л-.v

Kfi о .."Го Kf.

=0,1

=0,05

=0.1

=0,05

2 0 JO

ИГЛ.

гтг-

!$125

гл\-in

о 30° 511°66°

л UI I

о я°жг°

0,321

0,11

0,28

0,491

0,173

412 0,0435

Г 120

О 30° 60°

о ж ЗтС Ш 14

I п п п • • р

u u 1 -г

шим СТ-1Л{ЗУ

271!

1,14

0,066

0,16

1331

2197

4805

0,0156

0,012

0,025

0,023

0,0148

0,0413

0,0031 0,0053

7,3 7.44

26,6

21,3



5.2. Основные режимы и схемы импульсного регулирования амплитуды первой гармоники

В инверторах находят применение все виды импульсной модуляции. В качестве модулирующей функции чаще всего используется синусоидальная или ступенчатая функция, аппроксимирующая синусоиду. В этом случае преобразование энергии в инверторе производится методами широтно-импульсной модуляции (111ИМ). В [14] показаны особенности пяти родов ШИМ, получаемые при разных видах пилообразного напряжения. В инверторах качество ШИМ-напряжения характеризуется коэффициентом режекции гар.маник, поэтому вид пилообразного напряжения определяется однозначно.

С учетом сделанных замечаний приняты следующие обозначения импульсных режимов регулирования амплитуды первой гармоники в инверторaix:

ШИМ СИН-1Д (ЛГ+1),

ШИМ СТ-1Д {N+\), где СИН- означает, что модулирующая функция - синус;

СТ означает, что модулирующая функция - ступенчатая функция, аппроксимирующзя синус;

1Д означает, что полярность выходного напряжения неизменна за каждые полпериода;

2Д означает, что полярность выходного напрях<ения может быть разной в течение полпериода;

(Л+1) -количество импульсов за период;

jV - номер первой учитываемой низшей нз высших гармонических составляющих (индекс режекции).

На рис. 5.1,а показан возможный способ получения модулированного колебания периодической последовательности импульсов, а на рис. 5.1,6 - форма напряжения режима ШИМ СЙН-1Д. Способ получения и форма напряжения режима ШИМ СИН-2Д показаны на рис. 5.1,а, е.

Аналогичный вариант формирования импульсов методом ШИМ получается при смещении пилообразного напряжения на полпериода частоты коммутации. В этом случае за полпериода выходного напряжения будет расположено нечетное число импульсов. Если в качестве модулирующего напряжения использовать постоянное напряжение, то длительность всех импульсов будет одинаковой. Такой режим принято называть ишротно-импульсным регулированием (ШИР) (рис. 5.1,г, д).

Если центры импульсов равной длительности расположить относительно друг друга неравномерно, то возможно подавление некоторых гармоник во всем диапазоне регулирования амплитуды основной гармоники. В этом случае получаем режим кодового ШИР-КД (Л), где N - номер первой учитываемой низшей нз высших гармонических составляющих (индекс режекции). Форма напряжения показана на рис. 5Л,е,ж.

Предельным случаем (один импульс за полпериода) режимов ШИМ и ШИР оказывается третий импульсный режим (рис. 5.1,3).

Функциональная схема инвертора напряжения содержит следующие основные узлы:

Рис. 5.1. Импульсные режимы регулирования амплитуды основной гармоники:

а - формы напряжений на входе модулятора: модуль синусоидального напряжения, однополярное пилообразное, двухполярное пилообразное, постоянное напряжение; с напряжением синусоидальной формы одновременно взаимодействует только одно напряжение; б - форма напряжения режима ШИМ СИН-1Д (N+l); в - форма напряжения режима ШИМ СИН-2Д {N+A); г - форма напряжения режима ШИР-1Д; д - форма напряжения режима ШИР-2Д; е -форма напряжения режима ШИР-КД (5); ж - форма напряжения режима ШИР-КД (5); ж -форма напряжения ШИР-КД (7); 3 -третий импульсный режим


пппппп

UUUUUU

Jt/Z

п пп П

U UU u

входной фильтр, необходимый для защиты питающей сети от коммутационных помех;

силовой коммутатор, необходимый для преобразования постоянного напряжения в переменное дискретное основной частоты;

выходной фильтр, необходи.мый для .получения выходного напряжения заданного качества;

выходной трансформатор, необходимый для получения требуемого значения вы.ходного напряжения и для гальванической развязки питающей и потребляющей сетей;

схему управления.

Регулирование (стабилизация) выходного напряжения возможно воздействием как 1на входное, так и на выходное напряжения (внешнее регулирование) или воздействием на спектральный состав напряжения, вырабатывае.мого силовым коммутатором (внутреннее регулирование); возможны и смешанные способы.

Указанные возможности регулирования выходного напряжения позволяют составить значительное число вариантов функциональной схемы инвертора. Качество выходного напряжения зависит от свойств выходного фильтра и от спектрального состава напряжения, вырабатываемого силовым коммутатором, т. е. от способа аппроксимации синусоидальнго напряжения. Поэтому число возмол<-ных вариантов функциональной схемы возрастает.



5.3. Однофазные инверторы в режиме широтно-импульсного

регулирования

Функциональная схема. Однофазные инверторы, в которых амплитуда напряжения первой гармоники на выходе силового коммутатора регулируется методом ШИР, имеют более простые схемы управления, чем инверторы с ШИМ по синусоидальному закону.

При фиксироващном коэффициенте регулирования и определенном раоположении импульсов в инверторах с ШИР можно исключить любую низшую гармонику, но при этом требуется амплитудная стабилизация первой гармоники выходного напряжения. Возможности применеиия ШИР при селективном подавлении гармоники во всем диапазоне регулирования амплитуды первой гармоники показаны в [30].

Из анализа следует, что при увеличении числа селективно подавляемых гармоник необходимо увеличивать число выходных импульсов; спектральный состав выходного напряжения с увеличением числа импульсов приближается к спектральному составу режима Д; максимальное значение а.мплитуды первой гармоники уменьшается; сложность схемы управления становится соизмеримой со сложностью схемы ШИМ по синусоидальному закону. Поэтому

I U \S- I

a - Рильтр

Схема распределения импульсов

I





Puc. 5:2. Функциональная схема однофазного инвертора, работающегв в режиме широтно-импульсного регулирования

В инверторах с ШИР целесообразно подавлять ограниченное число гармо}[ик.

Функциональная схе.ма однофазного инвертора, работающего в режиме ШИР, показана на рис. 5.2. Она состоит из генератора пилообразного напряжения стабильной частоты, собранного иа однопереходном транзисторе 7 и операционном усилителе усилителя сигнала ошибки Аз, компаратора Лг; схемы распределения импульсов, силового коммутатора, собранного на транзисторных ключах Кл1-Кл4, блокированных диодами силового фильтра и выходного трансфор.матора Тр.

nJlJlS\nJlJlJ~lJU~\J~U

Г-L ri r

1 Г-1 Г1

Щ-LJ~LJ-1 J" Л П П П

1£. aU

-u- Л п.

Ъ1-и-U-U-LT

Рис. 5.3. Схема, обеспечивающая работу инвертора в третьем импульсним режиме (а) и временные диаграммы ее работы (б)

X гlЛJтлJTJaлJЛJlJЛ

i j-


1 П Г

1 ПГ

UasFLFl

гл г

Рис. 5.4. Схема, формирующая на выходе инвертора по два импульса чер один (а), и временные диаграммы ее работы (б)

7-60



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.0647