Энергетические характеристики вентильных преобразователей и их влияние на питающую сеть

Основным параметром любого преобразователя (выпрямителя, инвертора или регулятора ~ U), является коэффициент использования мощности:

При преобразовании напряжения выделяются следующие виды мощности:

Рн – активная составляющая

Рр - реактивная составляющая

Риск – мощность искажений

Рнесим – нессиметрии фаз

S - полная мощность

Реактивная составляющая мощность определяется видом нагрузки (Q, Рр)

Риск – определяется коэффициентом искажения формы, аналогична реактивной мощности Рр.

 

Рнессим. – определяется величиной нагрузок в каждой фазе (для 3-х фазной цепи)

=cos =Киск = Кнес.

Если на нагрузке напряжение будет sin, то Киск=1

Если нагрузка симметрична на фазе, то Кнессим=1

При применении схем преобразования напряжения (выпрямители, инверторы) необходимо дополнительно применять схемы симметрии.

Работа выпрямителя на индуктивную нагрузку.

 

 

iVD0

------------------------

 

Iн.м.

 

 

В момент закрывания тирристора I идёт через нулевой диод VD0 (не больше чем Iн.max - ток нагрузки).

- на нагрузке

 

 

При использовании 3-ёхфазной сети для уменьшения несимметрии применяются схемы компенсации, которые выравнивают полные сопротивления нагрузок в каждой фазе.

Так как реально нагрузка носит индуктивный характер, то на входе приёмника ставится блок конденсаторов на каждую фазу (элементы для выравнивания нагрузки).

 

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы преобразователей

Для питания радиоаппаратуры от источников постоянного тока с низким напряже­нием (например, аккумуляторные батареи) ис­пользуются транзисторные преобразователи на­пряжения. Преобразователи широко применя­ются как автономные источники в высоковольт­ных источниках питания и источниках электро­питания с бестрансформаторным входом.

По способу возбуждения транзисторные пре­образователи разделяются на два типа: преобра­зователи с самовозбуждением и преобразователи с усилением мощности.

Преобразователи с самовозбуждением выпол­няются на небольшие мощности (до нескольких десятков ватт) по одно- и двухтактной схемам.

Широкое применение получили двухтактные преобразователи (рис. 9.19). Преобразователь состоит из трансформатора TV и транзисторов VT1, VT2, включенных по схеме с общим эмитте­ром. Трансформатор выполнен на магнитопроводе из материала с прямоугольной петлей ги­стерезиса (79НМ, 34НКМП). Входными зажима­ми преобразователь включен в цепь постоянного тока с напряжением U₀. Напряжение, снимаемое с резистора R2 делителя напряжения, создает на базах транзисторов положительное (относитель­но эмиттеров) смещение, что обеспечивает на­дежный запуск преобразователя.

Благодаря положительной ОС транзисторы поочередно подключают источник питания к первичным обмоткам трансформатора wi и wj. Во вторичной обмотке трансформатора наво­дится ЭДС прямоугольный формы.

При преобразовании больших мощностей наибольшее распространение получили преобра­зователи с использованием усилителя мощности. Усилитель управляется от задающего генерато­ра, в качестве которого можно использовать преобразователь с самовозбуждением. Примене­ние таких преобразователей целесообразно, если требуется обеспечить постоянство частоты и напряжения на выходе, а также неизменность формы кривой переменного напряжения при изменении нагрузки преобразователя. Схема двухтактного усилителя мощности приведена на рис. 9.20.

Транзисторы усилителя мощности VT1, VT2 работают поочередно. В течение первого полупе­риода под действием управляющего напряжения один из транзисторов, например VT1, открыт и находится в насыщении, а транзистор VT2 зак­рыт и находится в режиме отсечки. Во второй полупериод транзисторы переключаются. На­пряжение питания поочередно прикладывается к верхней и нижней половинам первичной обмотки трансформатора. Во вторичной обмотке наво­дится ЭДС прямоугольной формы.

 

 

Расчет преобразователей

Исходные данные: напряжение питания U₀, В; выходное напряжение преобразователя U₂, В; максимальный ток вторичной обмотки 1₂, А; частота генерации преобразователя f, Гц. Необходимо знать также вид нагрузки (активная, мостовой выпрямитель, выпрямитель со средней точкой, удвоение напряжения).

1. Определяем ток открытого транзистора

 

Принимаем т| = 0,72... 0,9. Амплитуда тока вторичной обмотки I_{2 max} = 1₂, если преобразова­тель работает на активную нагрузку, на мостовой выпрямитель и цепь удвоения. Если нагрузкой является двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, то

2. Максимальное напряжение на закрытом транзисторе равно

 

U_K3inai = 2,4 U₀.

 

3. По максимальному току 1_Кт„ и макси­ мальному напряжению U_K3nlu выбираем тип транзисторов VT1, VT2:

 

 

4. Ток базы транзистора равен 1_Би,„ = (1,3 -1.5) lK«.c/^h2i3_min. где ^плэп.|„-минимальное значение коэффициента передачи тока VT1, VT2
в схеме с ОЭ.

5. Напряжения базовых обмоток U_B = 2,5...3,5В.

6. Сопротивления резисторов Rl, R2, К_Б равны:

 

 

Расчет параметров трансформатора. Магнитопровод трансформатора у преобразователя с самовозбуждением изготавливается из мате­риала с прямоугольной петлей гистерезиса (50НП34НКМП, 79НМ). У преобразователя с усилите­лем мощности сердечник трансформатора изго­тавливается из материалов с высокой магнитной проницаемостью (34НКМП, 40НКМП, ферри­тов 2000НМ1, 2000НМЗ).

Магнитопровод трансформатора выбирается по произведению :

 

S_r = 1,3U₂I₂ (активная нагрузка преобразова­теля или мостовой выпрямитель); S_r = 2,lU₂I₂ (нагрузка - двухполупериодный выпрямитель со средней точкой): В = 1,5 Т для сплава 50НП; В = 0,85 Т для 79НМ; В = 1,5 для сплава 34НКМП.

В преобразователях с самовозбуждением В = B_s, а в преобразователях с усилителем мощ­ности В = (0,7... 0,8) B_s.

При использовании ферритов 2000НМ В = = (0,15... 0,2) Т.

Величина j, k_u, к. определяют так же, как в § 9.4. г) = 0,8... 0,95.

Число витков вторичной, первичной и базо­вой обмоток преобразователя равно

Определяем токи в обмотках трансформатора