Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



На приведенных функциональных схемах показаны различные способы стабилизации выходного напряжения. В инверторе, вы-иолнепном по функциональной схеме на рис. 5.19, сигнал рассогласования формируется в результате сравнения выпрямленного выходного напряжения с опорным. Осуществляется стабилизация амплитудного значения выходного напряжения. Форма выходного напряжения задается параметрически, и она не контролируется в процессе работы.

В инверторе, выполненном по схеме иа рис. 5.20, происходит непрерывное сравнение формы выходного напряжения с опорным эталонным синусоидальным напряжением. Это позволяет стабилизировать уровень и обеспечить заданную форму выходного напряжения при различных дестабилизирующих факторах.

Выбор соответствующей схемы построения инвертора зависит как от технических требований к нему, так и от используемой элементной базы.

Выбор режима ШИМ. При выборе режима ШИМ приходится учитывать противоречивые требования. Выбор условно оптимального компромисса между ними оказывается затруднительным.

Повышение отношения частот модулируемой и модулирующей функций (увеличение числа импульсов за период) приводит к увеличению коэффициента режекции гармоник напряжения на выходе коммутатора и уменьшению р-асчетного произведения индуктивности на емкость выходного фильтра. Поэтому установленная мощность элементов фильтра уменьшается, но возрастают динамические потери в силовом коммутаторе, что требует увеличения поверхности охлаждения. Увеличение числа импульсов за период увеличивает не только динамические потери в силовом коммутаторе, но и статические, так как в этом случае увеличивается доля тока, протекающего через обратные диоды коммутатора.

Пр"и формировании на выходе силового коммутатора одногю-лярного напряжения (1Д) потери на переключение можно снизить в 2 раза по сравнению с формированием на выход двухполярного


я /V + l

•--- ----fep»0,6

3i 63 35 Номера гармоник v

Рис. 5.21. Спектральный состав режима ШИМ СТ-1Д (32) при N = 31, р==8;

напряжения (2Д), но при охвате инвертора отрицательной обратной связью по форме напряжения нелинейность вблизи нуля можно устранить, практически только используя режим 2Д.

На рис. 5.21 показан спектральный состав напряжения в режиме ШИМ СТ-1Д (32). При выбранном числе импульсов за период их расположение относительно друг друга возможно различными способами. В качестве примера рассмотрены возможные варианты расположения импульсов относительно друг друга для режимов ШИМ СТ при iV=31.

На рис. 5.22 показаны различные варианты расположения импульсов на интервале (О, л/2). Обозначим длительность импульса 2AXi, длительность паузы 2Axi, середину импульса или паузы

®

12 ГП Г

Jt/l

п п

III II 11 1 ,

jt/i

п -I I I г

7t/Z

П n I-I

Jf/Z

jr/z

П

Jt/Z

Puc. 5.22. Формы напряжений иа интервале О, я/2 для Л=31, ifep = l: а -режим ШИМ СТ-1Д (32), 1-й вариант; б - режим ШИМ СТ1Д (32). 2-й вариант; а - режим ШИМ СТ-13Д (32), 1-й вариант; г - режим ШИМ СТ-13Д (32), 2-й вариант; d - режим ШИМ СТ-2Д (32), 2-й вариант; е-режим ШИМ СТ-2Д (32), 2-й вариант; е -режим ШИМ СТ-2Д (32). 2-й вариант; ж -режим ШИМ СТ-23Д (32), 1-й вариант; з -режим ШИМ СТ-23Д

(32), 2-й вариант

Рь где г= 1, 2, 3,... , 8. Тогда координаты импульсов для разных режимов можно определить, используя следующие соотношения (номер варианта совпадает с номером графика на рис. 5.22): для режима ШИМ СТ-1Д (32):

1) Pi = (2/-1)я/32; AXi;-yfepnsin[(2i--1)k/32J/32;

2)Р2, = р,,; АХ2г = я/32-ДХзг;



55 5: § ca- CS- cj-

>>

«г»

>

"5


>5-

ё § s

EST Ca-


0C3

C3 ca ca~ ca-

a, •V:

<»-Cats) "ST

я X о 3 S я a. я

сз <а т га

я .

с о S S га S

е-§

га а-" га

для режима ШИМ СТ-13Д (32):

3) Рзг = p4.-; А Xzi = я/32-А Х,;

4) = 2 я г732; А Xi = Aip п sin (2 я г/32)/32 ; для режима ШИМ СТ-2Д (32):

5) Рьг = Ри ; А ьг = 0,5 (я/32 + А ; 6)Рб.- = Р1Г, АХе, = 0,5ЛХ2г;

для режима ШИМ СТ-23Д (32):

7)р,, = р,г; АХ,.. = 0,5Хзг;

8) Psi = Р4Ь А Хз,. = 0,5 (я/32 + А Х,)

Используя эти соотношения, можно определить спектральный состав любого режима. На рис. 5.23 показаны графики зависимости амплитуд учитываемых гармоник от коэффициента регулирования для всех вариантов ШИМ СТ, показанных на рис. 5.22. Проведенный анализ показал, что режимы ШИМ СИН практически совпадают с режимами ШИМ СТ.

Выбор параметров выходного фильтра. Массообъемные характеристики фильтра зависят от спектрального состава напряжения на его входе. При этом основное значение имеет первая низшая из высших гармонических составляющих. Для различных напряжений, полученных с использованием модуляции одного вида и при заданном коэффициенте гармоник на выходе фильтра, необходимое произведение индуктивности на емкость однозвенного фильтра можно ориентировочно определить, используя коэффициент режекции гармоник (см. табл. 5.1). Более точно коэффициент гармоник на выходе LC-фильтра можно определить по соотношению

1 \

LCJ

Q=3, 5 , ,

{N + 1)2 sin2

N-\-l

(5.24)

По формуле (5.24) построены зависимости /Cr=/(coZ,C). На рис. 5.24 показаны графики зависимости для напряжения, имеющего восемь импульсов за я/2. Задаваясь коэффициентом гармоник и глубиной регулирования для заданной частоты выходного напряжения, из рис. 5.24 можно определить произведение 1С-фильтра. Коэффициент регулирования можно определить из формулы

r,= si„A£L.. (5.25>

Л + 1

При выборе значений индуктивности и емкости следует учесть следующее:

для увеличения жесткости внешней характеристики фильтра необходимо уменьшать индуктивность;



для уменьшения дополнительной нагрузки на инвертор необходимо увеличивать индуктивность.

Если определяющим считать второе требование, то фильтр необходимо рассматривать как нагрузку силового коммутатора инвертора. Таким образом, для расчета установленной мощности фильтра и определения энергетических характеристик силового коммутатора, для которого фильтр является нагрузкой, необходимо рассчитать токи и напряжения на соответствующих элемен-•чх фильтра.

В,05 i 0,75 0,5


, в,Ш5

Рис. 5.24. Графики и зависимости коэффициента гармоник от фильтра для режима ШИМ СТ-1Д (32)

параметров

В тех случаях, когда проведен спектральный анализ выходного напряжения, для определения установившегося значения токов и напряжений в цепи удобно использовать метод гармонического синтеза. Тогда входной ток фильтра можно определить по следующей формуле:

sin(q(ot-(pq),

(5.26)

где Zbx(j -модуль входного сопротивления фильтра для q-й гармоники; - фазовый сдвиг между напряжением и током гармоники.

Для LC-фильтра низких частот с учетом потерь в дросселе фильтра, нагруженного активно-индуктивной нагрузкой, модуль входного сопротивления может быть записан в виде

12*зх , 1 = [ + ( со, + созЧ„-Ь,"-з1пф„

J 2 IJcos"9n-f sin фп-(ю,)(со5фн + 931п-фн)] чО (527)

Sin ф,

q-cos ф„

\ 9*

приведенное входное сопротивление;

2„il=[l/P, + ((oL„)

d = ?712„11 ; (о„, = /о)о; = 1 / ILC ; = ;

Ln, Ru-индуктивность и сопротивле1ще нагрузки; г - активное сопротивление фильтра; со - частота первой гармоники.

Фазовый сдвиг между напряжением и током q-u гармоники может быть записан в виде

( 9sin фн - -(соз2 ф„ -{- sm- ф„) -f q щрХ

arctg i -------------------

dl 1

q- Щ.

sin Фн -f

sin ф„ -f

V P*

cos фц

-f d - cos фн 4- cos ф„

V P* У

(5.28)

Bo всех случаях токи и напряжения претерпевают изменения в моменты начала и конца импульсов входного напряжения. Внутри интервалов изменение токов и напряжений происходит практически по линейному закону. Начало и конец импульса определяются следующим выражением:

а.-н ш = (2 i- 1) n/{N+ 1)(+)-/гр пsin [(2 i~ l)n/{N-\- 1)]/(Л+ Г).

На рис. 5.25 приведены графики входного тока фильтра и напряжения на нагрузке прн разных значениях коэффициента регулирования.

Зависимости, показанные на рис. 5.24, можио использовать для анализа фильтра с последовательным резонансным контуром. Такой фильтр показан на рис. 5.26. Коэффициент гармоник на выходе фильтра будет определяться из выражения

0.5-

4=3 .5----i

(A+l)"sin2.

(5.29)

На рис. 5.26 приведен график зависимости (5.29) для двух значений N. Соотношение (5.29) аналогично (5.24), поэтому для анализа (5.29) можно использовать рис. 5.21, полагая \lb = (uLC и учитывая, что 6>> 1



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


0.0124