Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



в качестве примера ша рис. 5.3,а, б и 5.4,а, б показаны две схемы распределения импульсов и формы напряжения Ua6 на выходе силового коммутатора (на входе фильтра). Для различных коэффициентов регулирования формы щапряжений и регулировочные характеристики шоказаны на (рис. 5.5 и 5.6.


•iTt

кргИЗ

27t

a,Z5 0, 0,75 к

Рис. 5.5. Зависимость амплитуды первой гармоники и коэффициента гармоник от коэффициента регулирования (а) и формы входного напряжения при различных коэффициентах регулирования (б)

Z7t

kpfO.lS

Выбор параметров выходного фильтра. В инверторах напряжения, работающих в режиме ШИР, наибольшее применение получил выходной фильтр с настроенным на основную гармонику последовательным резонансным контуром и конденсатором, шунтирующим нагрузку [33, 35, 36]. Схема такого фильтра показана на рис. 5.7,а. Основные достоинства фильтра - высокая жесткость внешней (нагрузочной) характеристики и малый угол сдвига фазы при передаче напряжения основной гармоники. На выбор параметров фильтра влияют следующие условия работы инвертора: диапазон изменения мощности нагрузки; диапазон изменения входного напряжения; допустимое значение коэффициента гармоник на выходе фильтра; допустимая токовая перегрузка транзисторного силового коммутатора фильтром в установившемся и переходных режимах. Наи.худшее подавление высших гармоник происходит в фильтре, работающем на холостом ходу. Поэтому рехадм холостого хода считается расчетным для выбора коэффициента гармоник.

Емкость конденсатора, шунтирующего нагрузку, можно выбирать исходя из условия компенсации индуктивной составляющей

,194

нагрузки [3]. Если индуктивная составляющая мощности нагрузки мала, то для уменьшения установленной мощности индуктивности и емкости последовательного резонансного контура желательно емкость конденсатора, шунтирующего нагрузку, выбирать больше, чем это необходимо для Компесации индуктивности нагрузки.


крг-0,25

IJt

rtl rtl р2Г°

0,15 0,5 0,75 kpz о)

Рис. 5.6. Зависимость амплитуды первой гармоники и коэффициента гармоник от коэфициента регулирования для входного напряжения, в котором отсутствует третья гармоника (а), и формы входного напряжения при разных коэффициентах регулирования (б)

kpz=2/3

•ZTC

кр2 = 0,75

кр1-1

Фильтр является потребителем реактивного тока, дополнительно нагружающего силовой о коммутатор инвертора. Поэтому необходимо знать зависимость токовой перегрузки силового коммутатора инвертора от параметров фильтра [42]. Однако соотношение между параметрами рассматриваемого фильтра зависит or спектрального состава напряжения на его входе и от значения коэффициента гармоник напряжения на его выходе (в общем случае заданного на холостом ходу).

Рассмотрим влияние соотношения значений последовательной и параллельной емкостей фильтра на коэффициент гармоник. Считаем, что силовой коммутатор инвертора обеспечивает работу фильтра от источника ЭДС. Формы рассматриваемых напряжений для различных коэффициентов регулирования показаны на рис. 5.5 и 5.6.

Амплитуда первой гармоники напряжения (См. рис. 5.5,6) определяется из следующего соотношения:

7* 195.



Коэффициент гармоник для этого случая равен

(5.8)

(5.9)

/?pi = 0-:-l -коэффициент регулирования.

Аналогично для напряжения, в котором отсутствуют гармоники, кратные трем (см. рис. 5.6,6), можно записать:

41/3 .

Г.ВХ2

(5.10) (5.11)

Графики зависимостей амплитуды первой гармоники и коэффициента гармоник от коэффициента регулирования приведены соответственно на рис. 5.5,а и 5.6,а. Параметры входных напряжений при Ар1 = 2/3 и kp2=l совпадают.

Коэффициент гармоиик на выходе фильтра можно определить по формуле

г.пых

2 yiwi/Y]W]

<г=з,5

(5.12)

где Wg={b-[)/ib-q), q=l, 3, 5, ...

Считая коэффициент гармоник заданным и выбирая коэффициент регулирования, можно определить отношение C2/C1, пользуясь рис. 5.7,6.

В большинстве случаев напрял<еи1ие на нагрузке необходимо иметь синусоидальной формы. Поэтому при определении установленной мощности элементов фильтра анализ проводят по первой гармонике, считая известным отношение C2/C1.

Минимум суммарной относительной установленной мощности фильтра

(Я)м„„ = 2[2(г;-1)(26-1)]0-5 (5.13)

при выполнении условия

(o/?Ci=[2(6-l)/(2 6-l)]0-5.

(5.14)

где Ь=\+С,1С,; Р*х,-Р*с2= (1+со27?2С2,) (Ь-1)/(о/?С,; P*c.ioRCr, R - сопротивление нагрузки.

Окончательный выбор отношения С2/С1 зависит от реальной нагрузки, так как желательно, чтобы индуктивный ток нагрузки был полностью компенсирован емкостью конденсатора С].

Пример 5.2. Дано: „=115 В; / = 400 Гц; i? = 250 Ом (Я„« =»60 Вт). Требуется определить параметры фильтра, если на его вход подается напряжение, форма которого показана на рис. 5.5,6. Коэффициент регулирования изменяется от 0,25 до 1.

Решение. Принимая коэффициент гармоник приблизительно равным 8%, из рис. 5.7,6 определяем 6 = 4/3(Ci/C2 = 3). Из (5.14) находим

C = [2{b-l)/oiR2b~\)]° « 1мкФ;

C2 = Ci/3 »0,ЗЗмкФ.

Из условия (oLC2=l получаем L = 0,48 Гн. Относительные установленные мощности элементов фильтра

= (О RC = 0,63; 1 Рсг (1+0,4) 0,33/0,63 «0,74; * Р* =2,12.

При использовании в инверторе силового трансформатора индуктивность может быть уменьшена за счет увеличения последовательной емкости. При этом относительные установленные мощности элементов фильтра остаются неизменны.ми.

о-II

4= С,

Рис. 5.7. Схема фильтра (а) и зависимость коэффициента гармоник (б) прн различных формах входных напряжений, показанных иа рис. 5.5 и 5.6


Выбор параметров трехконтурного фильтра. Трехконтурный

фильтр состоит из последовательного и параллельного резонанс-«ы.х контуров, настроенных на первую гармонику, и контура, настроенного на низшую из высших гармонических составляющих и включенного параллельно нагрузке. Такой фильтр исключает из выходного напряжения самую низкую гармонику во всем диапазоне регулирования. Поэтому параметры остальных элементов Фильтра практически выбираются для в.ходного напряжения, в



котором отсутствует подавляемая гармоника. Во многих случаях суммарная установленная мощность трехконтурного фильтра меньще, чем двухконтурного.

Как и для двухконтурного фильтра [33, 34], значения элементов фильтра могут быть определены через относительные установленные мощности этих элементов. При Рз«20 и коэффициенте регулирования kp>0,5 для коэффициента гармоник /Сг<3% значения элементов фильтра можно определить по следующим формулам:

Li»0,8№i; l,5/(0ii?; ; 1,25 R/щ; :0,64/(Oi/?; : 0,784 №i, ;0,142/i щ; 81 ,

Li«

(5.15)



Рис. 5.8. Зависимость коэффициента гармоник от глубины регулирования при различных отношениях волнового сопротивления последовательного контура к волновому сопротивлению параллельного контура (а) и схема двухконтурного фильтра (б). Здесь принято

Рис. 5.9. Зависимость коэффициента гармоник от глубины регулирования (а) и схема трехконтурного фильтра (б) при условиях рис. 5.8

pl=4[{CjC,f- -Ь 0,1 (Сз/Ci)]

Относительная суммарная установленная мощность фильтра в этом случае Р*£=3,2 (относительная суммарная установленная мощность фильтра без дополнительного контура будет равна 4). На рис. 5.8 и 5.9 показаны сравнительные характеристики двухконтурного и трехконтурного фильтров.

Практическая схема инвертора в режиме ШИР. Основные технические данные первичного источника и нагрузки: напряжение первичного источника 24-32 В; нагрузка- электровентиляторы типов ДВО-0,5-400, ДВО-0,7-400, ДБО-1-400 (напряжение питания 109-121 В. частота 400±4 Гц и потребляемые токи 0,12, 0,23 и 0,46А соответственно).

Функциональная схе.ча инвертора. Стабилизированные инверторы с синусоидальным выходным «апряжением можно выполнить по различным структурным схемам [33-35]. При проектировании инвертора для питания электро-вентиляторов мощностью до 50 В-А выбрана схема, состоящая из коммутатора, работающего в третьем импульсном режиме, трансформатора, силового резонансного фильтра, цепей управления и обратной связи. Применение в выходном фильтре .последовательной резонансной цепочки позволяет уменьшить нагрузку на инвертор, а также исключает лодмагничивание выходного трансформатора. Для .повышения точности стабилизации в цепь общей отрицательной обратной связи введен суммирующий интегратор. Принципиальная схема инвертора приведена на рис. 5.10, а практическая схема половины силового коммутатора показана на рис. 5.12.

Принцип работы схемы инвертора. При :подаче напряжения питания на входные шины начинают работать непрерывные стабилизаторы напряжения, выполненные на интегральных стабилизаторах At и л5 (рис. 5.12), напряже-


3.1 к

ттв1

Рис. 5.10. Практическая схема инвертора в режиме широтно-импульсного регулирования

Дроссель L выполнен на сердечнике ШЛ 12x20 с зазором 0,5 мм, \17=130 витков, 0 0,96 ПЭВ-2. Трансформатор Тр\ выполнен на сердечнике Ш.П 12X20, u7=70, 0 0,72 ПЭБ-2, «72=750,0 0,44 ПЭБ-2, 1Г,= 100, 0 «,13 ПЭВ-2



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


0.0109