Основные расчетные соотношения и характеристики широтно-импульсного преобразователя, повышающего напряжение постоянного тока

Схема преобразователя, повышающего напряжение постоянного тока, приведена на рис. 2.8.

Внешняя характеристика ППН-II, U _н = f (I _н), при непрерывном токе нагрузки, с учетом падения напряжения на элементах схемы:

(2.17)

Среднее значение тока, протекающего через дроссель L:

(2.18)

U_VT = U_VД = U _н (2.19)

Среднее значение тока, протекающего через транзистор VT:

(2.20)

Среднее значение тока, протекающего через диод VД:

I_VД = I _н (2.21)

Максимальное напряжение на закрытых транзисторе VT и диоде VД:

Расчетная мощность транзистора VT:

(2.22)

Критическое значение тока нагрузки I _н.кр:

(2.23)

 

 

Рис. 2.8. Схема преобразователя, повышающего напряжение постоянного тока (а), и временные диаграммы, поясняющие его работу:

u _Б-Э – сигнал управления транзистором VT;

i_L – ток, протекающий через дроссель L;

u_L – напряжение на дросселе L;

u _нг – напряжение на нагрузке;

u_VД – напряжение на диоде VД;

i _к– ток коллектора транзистора VT;

i_VД – ток диода VД.

При I _н> I _н.кр ток нагрузки имеет непрерывный характер, а при I _н< I _н.кр – ток нагрузки прерывистый.

Критическое значение индуктивности L _кр:

(2.24)

Регулировочная характеристика ППТ при непрерывном токе нагрузки и r _сх = 0:

(2.25)

Регулировочная характеристика при учете r _сх, т.е. r _сх ≠ 0:

(2.26)

Максимум выходного напряжения будет иметь место при D = D ^*:

(2.27)

Величины напряжения нагрузки при D = D ^*, :

(2.28)

Пульсации выходного напряжения:

(2.29)

 

На рисунке 2.9 приведены регулировочные характеристики ППН-II,

 

Рис. 2.9. Регулировочные характеристики ППН-II

На рисунке 2.10 приведены внешние характеристики, .

 

Рис. 2.10. Внешние характеристики ППН-II

 

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка широтно-импульсного преобразователя, повышающего напряжение постоянного тока (UZ2), схема которого приведена на рис.2.11, содержит силовой транзисторный ключ VT 2 и диод VD 2, блокирующий обратный разряд конденсатора фильтра С 2, включенного на выходе преобразователя. Для осциллографирования токов входного (потребляемого от источника питания) i _d, диода i _VД (тока нагрузки вместе с током конденсатора фильтра) и транзистора i _VT установлены шунты (RS4, RS5 и RS6). Сопротивления каждого из этих шунтов 1 Ом.

К выходу преобразователя подключается регулируемая активная нагрузка RP2, размещенная в модуле «Нагрузка». Внешний вид модуля представлен на рис. 1.3. Модуль содержит реактор L, регулируемый резистор RP1 а также конденсаторы С 1 и С 2. Сопротивление резистора изменяется от 20 Ом в сторону увеличения. Индуктивность реактора L = 15 мГн. Емкость конденсаторов: С 1= С 2=2 мкФ. Нагрузка рассчитана на максимальный ток до 1А. Максимальное допустимое значения тока нагрузки исследуемого преобразователя указано в «Исходных данных» лабораторной работы.

Питание на системы управления подается при включении тумблера SA2. При включении светится сигнальный светодиод.

Систем управления СУ2 выдает на выходе управляющие импульсы, подаваемые на вход силового транзистора. Частота управляющих импульсов (2 или 10 кГц) изменяется тумблером SA3. Относительная длительность включения транзисторов D регулируется потенциометром RP2 и индицируется на цифровых табло D ₂.

Гнезда Х 1 - X I9 служат для соединения элементов схемы и подключения входов осциллографа.

Сигнальные светодиоды U > U _доп и I > I _доп информируют о недопустимых токах и напряжениях и требуют изменения режима, например, за счет изменения нагрузки или относительной длительности включения транзисторов D.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо:

- изучить устройство, принцип работы, характеристики широтно-импульсного преобразователя повышающего напряжение постоянного тока [1];

- изучить программу лабораторной работы и подготовить черновик протокола лабораторной работы.

 

Исходные данные

Базовая точка (режим), для которой снимаются осциллограммы и через которую проходят снимаемые характеристики: несущая частота f _нес = 2 кГц; коэффициент заполнения импульса D = 0,6; напряжение источника питания U _d= 15 В; ток нагрузки I _н = 80 мА.

Базовая точка может быть изменена по указанию преподавателя.

 

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования преобразователя постоянного напряжения в соответствии с рис. 2.11. Дополнительные внешние соединения показаны штриховыми линиями.

2.Тумблером SАЗ установить заданную несущую частоту f _нес. Ручки потенциометров RP1, RP2 установить в положение «0». Ручку регулятора тока нагрузки RP в модуле «Нагрузка» (Н) установить в положение «0», соответствующее минимальному току нагрузки (максимальному активному сопротивлению нагрузки R _н).

3. Включить автомат QF 1 «Модуля питания стенда» (МПС).

4. Включить тумблер «Сеть» модуля «Измеритель мощности». Для перевода модуля «Измеритель мощности» в режим измерения постоянных токов и напряжений одновременно нажать кнопки «P / Q / S» и «f/ cosφ/φ». Кнопки удерживать в нажатом состоянии до появления на табло надписи «Постоянный ток». Установить пределы измерений: тумблером «U» 300 В, тумблером «I» 0,2 А.

5.Тумблером SA2 включить питание системы управления модуля «Преобразователь постоянного напряжения». Включить тумблер SA2 источника питания в модуле МПС, и с помощью потенциометра RP1 установить заданное напряжение источника питания.

 

Рис. 2.11. Принципиальная схема для исследования преобразователя, повышающего напряжение постоянного тока