 |
работающая на активно-индуктивную нагрузку
|
|
|
|
Схема замещения шестифазной мостовой схемы выпрямления, работающей на активно-индуктивную нагрузку, приведена на рис. 1.6. Выходное напряжение формируется из участков трехфазного линейного напряжения ЕАB, ЕВC, ЕСA. Нагрузка состоит из активного сопротивления Rd и индуктивности Ld. Для удобства время заменено на электрические градусы 
, а индуктивность задается его индуктивным сопротивлением 
.
Выпрямитель управляемый, но при угле управления a = 0 эл.град. он ведет себя как неуправляемый выпрямитель. При исследовании схемы выпрямления имеется возможность изменять угол управления a и индуктивное сопротивление Xd. При индуктивном сопротивлении, равном нулю, приходим к варианту с чисто активной нагрузкой.
Временные диаграммы, описывающие работу схемы выпрямления, приведены на рис. 1.7. Приведен граничный случай при 
эл.град., когда мгновенные значения выходного напряжения не меняют знак.
Рис. 1.6. Шестифазная схема выпрямления с активно-индуктивной нагрузкой
Рис. 1.7. Временные диаграммы шестифазной схемы выпрямления при угле управления эл.град. и 
1.3. Контрольные вопросы
1. Что понимается под фазностью выпрямителя и схемы выпрямления?
2. Дайте определения для коэффициента формы тока и коэффициента формы напряжения.
3. Почему в выпрямителях ограничиваются оценкой только коэффициента формы входного тока?
4. Дайте определение коэффициента пульсаций.
5. Дайте определение регулировочной характеристики.
6. Дайте определение внешней характеристики.
7. Дайте определение коэффициента мощности. Его отличие от 
?
8. С какими номерами содержатся гармоники в выходном напряжении двухфазной, трехфазной и шестифазной схемы выпрямления?
|
|
|
9. С какими номерами содержатся гармоники во входном токе двухфазной, трехфазной и шестифазной схемы выпрямления?
10. Чему равен фазовый сдвиг между моментом отпирания неуправляемого вентиля и переходом через ноль соответствующего фазного или линейного напряжения в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления?
11. Дайте определение угла управления.
12. При каком угле управления выходное напряжение равно нулю в двухфазной, трехфазной и шестифазной схеме выпрямления с активной нагрузкой?
13. При каком угле управления выходное напряжение равно нулю в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления, работающих на источник тока?
14. При каких углах управления в выходном напряжении двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления с активной нагрузкой появляются нулевые участки?
15. Каков допустимый диапазон изменения угла управления в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления с активной нагрузкой?
16. Какой математический аппарат использовался для определения среднего значения выходного напряжения выпрямителя?
17. Какая зависимость называется регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя?
18. При каких углах управления в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления и активной нагрузке выпрямителя выходной ток становится прерывистым?
19. При каких углах управления в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления и активной нагрузке выпрямителя выходное напряжение становится нулевым?
20. Каковы основная особенность и условия возникновения инверторного режима работы выпрямителя?
21. Нагрузка выпрямителя чисто активная. Можно ли включением индуктивности в цепь постоянного тока увеличить ток нагрузки?
22. Что называется процессом коммутации? При каких условиях она возникает?
23. Дайте определение угла коммутации?
|
|
|
24. Каков допустимый диапазон изменения угла управления в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления, работающих на источник тока? Как на допустимый угол управления влияет угол коммутации?
25. Каков порядок работы вентилей в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления при чисто активной нагрузке и различных углах управления?
26. Каков порядок работы вентилей в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления при активно-индуктивной нагрузке и различных углах управления?
27. Каков порядок работы вентилей в двухфазной, трехфазной и шестифазной схемах выпрямления, работающих на источник тока, при различных углах управления?
28. Какова форма выходного напряжения управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при чисто активной нагрузке и различных углах управления?
29. Какова форма выходного тока управляемой двухфазной, трехфазной и шестифазной схемы выпрямления при чисто активной нагрузке и различных углах управления?
30. Какова форма выходного напряжения управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при активно-индуктивной нагрузке и различных углах управления?
31. Какова форма выходного тока управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при активно-индуктивной нагрузке и различных углах управления?
32. Какова форма входного тока управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при активно-индуктивной нагрузке и различных углах управления?
33. Какова форма входного тока управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при чисто активной нагрузке и различных углах управления?
34. Какова форма тока вентиля управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при активно-индуктивной нагрузке и различных углах управления?
35. Какова форма тока вентиля управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при чисто активной нагрузке и различных углах управления?
36. Чем определяется момент выключения тиристоров при активно-индуктивной нагрузке?
37. Какие участки в интервале повторяемости при активно-индуктивной нагрузке могут отсутствовать и при каких условиях?
38. Какие математические методы можно использовать для анализа работы выпрямителя в режиме непрерывных и прерывистых токов при различных видах нагрузки?
|
|
|
39. Какова форма выходного напряжения управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления, работающих на источник тока, при различных углах управления?
40. Какова форма входного тока управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления, работающих на источник тока, при различных углах управления?
41. Какова форма тока вентиля управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления, работающих на источник тока, при различных углах управления?
42. Какие факторы влияют на длительность процесса коммутации?
43. Какие факторы влияют на потери среднего выходного напряжения выпрямителя из-за наличия процесса коммутации?
44. Как изменится форма выходного напряжения управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при наличии процесса коммутации и различных углах управления?
45. Как изменится форма входного фазного и линейного напряжения управляемых двухфазной, трехфазной и шестифазной схем выпрямления при наличии процесса коммутации и различных углах управления?
46. Какова форма выходного напряжения двухфазной схемы выпрямления с активно-емкостной нагрузкой?
47. Какова форма входного тока двухфазной схемы выпрямления с активно-емкостной нагрузкой?
48. Какова форма тока вентиля двухфазной схемы выпрямления с активно-емкостной нагрузкой?
49. Какое влияние на форму выходного напряжения двухфазной схемы выпрямления с активно-емкостной нагрузкой оказывает значение емкости конденсатора фильтра?
50. Какое влияние на форму выходного напряжения двухфазной схемы выпрямления с активно-емкостной нагрузкой оказывает значение фазного сопротивления?
Лабораторная работа № 2
НЕРЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ
ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР
2.1. Программа лабораторной работы
Цель работы. Изучить методы принудительного запирания тиристоров. Освоить принципы регулирования постоянного напряжения путем широтно-импульсной модуляции. Определить влияние характера нагрузки на работу тиристорного широтно-импульсного модулятора.
|
|
|
2.1.1 Исследование ШИМ с тиристором, запираемым приложением обратного напряжения.
2.1.1.1. Просмотреть временные диаграммы ШИМ при различных значениях длительности управляющего импульса g. Дополнительно просмотреть влияние на временные диаграммы величины коммутирующей емкости, индуктивности и сопротивления нагрузки. Рекомендуется зарегистрировать наиболее характерные временные диаграммы.
2.1.1.2. При параметрах схемы, заданных вариантом задания зарегистрировать все временные диаграммы.
2.1.1.3. При параметрах схемы, заданных вариантом задания, изменяя длительность управляющего импульса g, регистрировать напряжение на нагрузке UH и коэффициент пульсаций q выходного напряжения.
2.1.1.4. Построить зависимость напряжения на нагрузке 
и его коэффициента пульсаций 
от длительности управляющего импульса.
2.1.1.5. При параметрах схемы, заданных вариантом задания, изменяя сопротивление нагрузки, регистрировать ток нагрузки IH, напряжение на нагрузке UH и время tK,предоставляемое для запирания тиристора.
2.1..16. Построить зависимости напряжения на нагрузке 
и времени, предоставляемого для запирания тиристора, 
от тока нагрузки.
2.1.2. Исследование ШИМ с тиристором, запираемым приложением импульса обратного тока.
2.1.2.1. Просмотреть временные диаграммы ШИМ при различных значениях длительности управляющего импульса g. Дополнительно просмотреть влияние на временные диаграммы величины коммутирующей емкости, индуктивности и сопротивления нагрузки. Рекомендуется зарегистрировать наиболее характерные временные диаграммы.
2.1.2.2. При параметрах схемы, заданных вариантом задания зарегистрировать все временные диаграммы.
2.1.2.3. При параметрах схемы, заданных вариантом задания, изменяя длительность управляющего импульса g, регистрировать напряжение на нагрузке UH и коэффициент пульсаций q выходного напряжения.
2.1.2.4. Построить зависимость напряжения на нагрузке и его коэффициента пульсаций от длительности импульса 
.
2.1.2.5. При параметрах схемы, заданных вариантом задания, изменяя сопротивление нагрузки регистрировать ток нагрузки IH и напряжение на нагрузке UH. Построить зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки.
2.1.2.6. При параметрах схемы, заданных вариантом задания, изменяя величину коммутирующей емкости СК регистрировать время tK,предоставляемое для запирания тиристора. Построить зависимость времени, предоставляемого для запирания тиристора, от коммутирующей емкости 
.
|
|
|
Таблица 2.1
Варианты заданий к лабораторной работе
| Вар. л. р. | Параметры элементов | Пункты лабораторной работы | ||||||
| 2.1.1.2 | 2.1.1.3 | 2.1.1.5 | 2.1.2.2 | 2.1.2.3 | 2.1.2.5 | 2.1.2.6 | ||
| CK, мкФ | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 5.0 | 2.0 | 2.0 | - | |
| LK, мкГн | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 20.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | |
| RH, Ом | 5.0 | 5.0 | - | 1.0 | 5.0 | - | 5.0 | |
| g | 0.2 | - | 0.2 | 0.3 | - | 0.2 | 0.2 | |
| CK, мкФ | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | - | |
| LK, мкГн | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | |
| RH, Ом | 3.0 | 3.0 | - | 1.0 | 1.0 | - | 1.0 | |
| g | 0.3 | - | 0.3 | 0.4 | - | 0.4 | 0.4 | |
| CK, мкФ | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 15.0 | 15.0 | 15.0 | - | |
| LK, мкГн | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | |
| RH, Ом | 5.0 | 5.0 | - | 1.0 | 1.0 | - | 1.0 | |
| g | 0.4 | - | 0.4 | 0.5 | - | 0.5 | 0.5 | |
| CK, мкФ | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | - | |
| LK, мкГн | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | |
| RH, Ом | 2.0 | 2.0 | - | 1.0 | 1.0 | - | 1.0 | |
| g | 0.5 | - | 0.5 | 0.6 | - | 0.6 | 0.6 | |
| CK, мкФ | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | - | |
| LK, мкГн | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | |
| RH, Ом | 5.0 | 5.0 | - | 2.0 | 2.0 | - | 2.0 | |
| g | 0.6 | - | 0.6 | 0.7 | - | 0.7 | 0.7 | |
| CK, мкФ | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | - | |
| LK, мкГн | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | |
| RH, Ом | 5.0 | 5.0 | - | 2.0 | 2.0 | - | 2.0 | |
| g | 0.7 | - | 0.7 | 0.7 | - | 0.7 | 0.7 |
Окончание табл. 2.1
| Вар. л. р. | Параметры элементов | Пункты лабораторной работы | ||||||
| 2.1.1.2 | 2.1.1.3 | 2.1.1.5 | 2.1.2.2 | 2.1.2.3 | 2.1.2.5 | 2.1.2.6 | ||
| CK, мкФ | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 15.0 | 15.0 | 15.0 | - | |
| LK, мкГн | 15.0 | 15.0 | 15.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | |
| RH, Ом | 1.0 | 1.0 | - | 2.0 | 2.0 | - | 2.0 | |
| g | 0.8 | - | 0.8 | 0.6 | - | 0.6 | 0.6 | |
| CK, мкФ | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | - | |
| LK, мкГн | 25.0 | 25.0 | 25.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | |
| RH, Ом | 1.5 | 1.5 | - | 2.0 | 2.0 | - | 2.0 | |
| g | 0.6 | - | 0.6 | 0.4 | - | 0.4 | 0.4 | |
| CK, мкФ | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | - | |
| LK, мкГн | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | |
| RH, Ом | 5.0 | 5.0 | - | 3.0 | 3.0 | - | 3.0 | |
| g | 0.4 | - | 0.4 | 0.5 | - | 0.5 | 0.5 | |
| CK, мкФ | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 15.0 | 15.0 | 15.0 | - | |
| LK, мкГн | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | |
| RH, Ом | 2.5 | 2.5 | - | 3.0 | 3.0 | - | 3.0 | |
| g | 0.5 | - | 0.5 | 0.3 | - | 0.3 | 0.3 | |
| CK, мкФ | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | - | |
| LK, мкГн | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | |
| RH, Ом | 2.0 | 2.0 | - | 3.0 | 3.0 | - | 3.0 | |
| g | 0.4 | - | 0.4 | 0.3 | - | 0.3 | 0.3 | |
| CK, мкФ | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | - | |
| LK, мкГн | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | |
| RH, Ом | 1.5 | 1.5 | - | 5.0 | 5.0 | - | 5.0 | |
| g | 0.3 | - | 0.3 | 0.7 | - | 0.7 | 0.7 | |
| CK, мкФ | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | - | |
| LK, мкГн | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | |
| RH, Ом | 3.0 | 3.0 | - | 5.0 | 5.0 | - | 5.0 | |
| g | 0.2 | - | 0.2 | 0.6 | - | 0.6 | 0.6 | |
| CK, мкФ | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | - | |
| LK, мкГн | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 15.0 | 15.0 | 15.0 | 15.0 | |
| RH, Ом | 5.0 | 5.0 | - | 2.0 | 2.0 | - | 2.0 | |
| g | 0.3 | - | 0.3 | 0.4 | - | 0.4 | 0.4 | |
| CK, мкФ | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | - | |
| LK, мкГн | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | |
| RH, Ом | 3.0 | 3.0 | - | 5.0 | 5.0 | - | 5.0 | |
| g | 0.7 | - | 0.7 | 0.7 | - | 0.7 | 0.7 | |
| CK, мкФ | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | - | |
| LK, мкГн | 30.0 | 30.0 | 30.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | |
| RH, Ом | 2.5 | 2.5 | - | 2.0 | 2.0 | - | 2.0 | |
| g | 0.5 | - | 0.5 | 0.3 | - | 0.3 | 0.3 |
2.2. Методические указания
2.2.1. Нереверсивный ШИМ с тиристором, запираемым приложением обратного напряжения
Процесс принудительного запирания (коммутации) тиристора рассмотрим на примере работы широтно-импульсного модулятора, в котором в качестве ключа применен тиристор с принудительным запиранием обратным напряжением. Схема ШИМ приведена на рис.2.1, а временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы, на рис.2.2.
Рис.2.1. Схема принудительной коммутации тиристора, путем приложения обратного напряжения
Рис.2.2. Временные диаграммы работы ШИМ, иллюстрирующие процесс принудительной коммутации тиристора VS1
Нагрузка ШИМ, состоящая из активного сопротивления RH и индуктивности LH, периодически подключается к источнику постоянного тока ES основным тиристором VS1. Обратный диод VD2 обеспечивает протекание тока нагрузки при закрытом основном тиристоре VS1. Схема принудительной коммутации основного тиристора состоит из колебательного контура CK, LK, вспомогательного тиристора VS2, диода VD1 и резистора R1.
При подаче напряжения питания и закрытом тиристоре VS1 конденсатор СК заряжается от источника питания через резистор R1 до напряжения -ES (положительной считаем полярность, указанную на рис. 2.1).
В момент времени t0 (далее он считается нулевым) включается тиристор VS1. Через него протекает весь ток нагрузки iH и ток резонансного перезаряда iC конденсатора СК, который замыкается через индуктивность LK и диод VD1. Схема замещения для этого интервала показана на рис.2.3,а, где жирным выделен колебательный контур. К нагрузке приложено все напряжение питания ES.
а) б)
Рис.2.3. Схемы замещения ШИМ:
а – для интервала t0 – t;, б – для интервала t1 – t2
Считаем активное сопротивление колебательного контура равным нулю, тогда для временного интервала t0 – t1 справедливо уравнение
. (2.1)
Начальные условия: 
, 
.
Решение уравнения (2.1) дает следующий результат:
, (2.2)
, (2.3)
где 
, 
, 
.
Ток тиристора VS1 складывается из тока нагрузки iH, который считаем неизменным, и тока колебательного контура iCк. Напряжение на индуктивности LK определяется уравнением
. (2.4)
В момент времени t1 ток в колебательном контуре пытается изменить направление, диод VD1 закрывается, и переходные процессы в колебательном контуре прекращаются. Конденсатор СК оказывается заряженным до напряжения ES с полярностью, указанной на рис. 2.3,б.
Момент времени t1 найдем, учтя, что ток в колебательном контуре равен нулю при 
, отсюда
. (2.5)
На интервале t1 – t2 ток нагрузки и напряжение на коммутирующем конденсаторе не меняются. Из полупроводниковых приборов открыт только тиристор VS1. К нагрузке приложено все напряжение источника питания.
В момент времени t2 для запирания тиристора VS1 включается вспомогательный тиристор VS2. Введем понятие относительной длительности импульса ШИМ по управлению:
, (2.6)
где Т – период следования импульсов напряжения на нагрузке ШИМ.
Схема замещения ШИМ для временного интервала t2 – t3 приведена на рис. 2.3,б, где жирным цветом показана цепь перезаряда конденсатора СК. Ток вспомогательного резистора R1 значительно меньше тока нагрузки, поэтому перезаряд конденсатора СК происходит в основном за счет тока нагрузки, а напряжение на конденсаторе описывается уравнением
. (2.7)
Процесс перезаряда конденсатора СК заканчивается, когда напряжение на нем становится равным напряжению источника питания, то есть
, отсюда
. (2.8)
К тиристору VS1 прикладывается обратное напряжение в течение времени tK, определяемого временем разряда емкости СК до нулевого напряжения. Используя уравнение (2.7), можно записать 
, соответственно, время, предоставляемое для запирания (коммутации) тиристора VS1,
. (2.9)
Напряжение на нагрузке в течение временного интервала t2 – t3
. (2.10)
Из уравнения (2.10) следует, что после запирания тиристора VS1 напряжение на нагрузке не равно нулю, а наблюдается всплеск напряжения, обусловленный наличием заряда на коммутирующей емкости.
В момент времени t3 напряжение на нагрузке становится равным нулю, открывается диод VD2, через который замыкается весь ток нагрузки, ток тиристора VS2 спадает до нуля, и он закрывается.
До конца периода (момента времени t0 + T) открыт только диод VD2, через который замыкается ток нагрузки, а напряжение на нагрузке равно нулю. Напряжение на конденсаторе СК равно напряжению в начальный момент времени t0. Начиная с момента времени t0 + T, весь процесс повторяется.
Среднее выходное напряжение ШИМ
. (2.11)
Необходимость принудительного запирания тиристора VS1 при рассмотренной схеме принудительной коммутации обусловливает следующие недостатки ШИМ:
1. Наблюдается всплеск напряжение на нагрузке, амплитуда которого равна двойному напряжению питания.
2. Для нормальной работы ШИМ диапазон управления должен быть ограничен, а именно
. (2.12)
Расчет требуемых значений LK и CK коммутирующего контура
Для надежного запирания тиристора VS1 обратное напряжение к нему должно прикладываться не менее чем некоторое время tKmin, соответственно, из уравнения (2.9) можно определить величину емкости коммутирующего конденсатора:
, (2.13)
где IHmax – возможный максимальный ток нагрузки.
Индуктивность LK определяется из уравнения (2.5):
. (2.14)
С другой стороны, ток тиристора VS1, складывающийся из тока нагрузки и тока коммутирующего контура, не должен превышать допустимого для тиристора значения IVS1ДОП. Пиковое значение тока в контуре коммутации достигается при 
и 
, соответственно, должно выполняться условие
. (2.15)
2.2.2. ШИМ с тиристором, запираемым импульсом
обратного тока
Процесс принудительного запирания (коммутации) тиристора рассмотрим на примере работы широтно-импульсного модулятора, в котором в качестве ключа применен тиристор с принудительным запиранием импульсом обратного тока. Схема ШИМ приведена на рис. 2.4, а временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы, на рис. 2.5.
Рис.2.4 Схема принудительной коммутации тиристора импульсом обратного тока
Рис.2.5 Временные диаграммы напряжений и токов ШИМ при запирании тиристора импульсом обратного тока
При подаче напряжения питания и закрытом тиристоре VS1 никаких переходных процессов в схеме ШИМ не возникает.
В момент времени t0, который далее принимаем за нулевой, включается силовой тиристор VS1 и напряжение источника питания E S прикладывается к нагрузке. Эквивалентная схема замещения для интервала времени t 0 – t 1 приведена на рис.2.6, а. Ток нагрузки считается постоянным из-за наличия значительного индуктивного сопротивления LH в нагрузке. Конденсатор СК заряжается током iCк (жирный контур на рис.2.6, а), который протекает от источника питания через тиристор VS1, диод VD2 и индуктивность LK.
а) б)
Рис.2.6 Схемы замещения ШИМ с коммутацией тиристора током:
а – для временного интервала t0 –t1;
б – для временного интервала t2 –t3 и t3 –t4
Процесс заряда конденсатора носит колебательный характер и описывается уравнением
. (2.16)
Начальные условия: iCк(0)=0, UCк(0)=0.
С учетом начальных условий решение уравнения (2.16) имеет вид:
, (2.17)
, (2.18)
где , .
Диод VD2 закрывается в момент времени t1, когда ток конденсатора пытается изменить знак. Из уравнения (2.17) можно определить момент времени t1, учитывая, что при t=t1 
. Соответственно
. (2.19)
Согласно уравнению (2.18) в момент времени t1 напряжение конденсатора достигает своего максимального значения 2 E S.
Если ток нагрузки остается неизменным (индуктивность нагрузки достаточно большая), то на интервале t1 – t2 токи и напряжения в схеме остаются неизменными (рис.2.5).
В момент времени t2 включается вспомогательный тиристор VS2. Схема замещения для временного интервала t2 –t3 показана на рис. 2.6, б жирными линиями. Переходные процессы в колебательном контуре описываются уравнением (2.16) при начальных условиях: iCк(0)=0, UCк(0)=2ES. Ток и напряжение коммутирующего конденсатора описываются уравнениями:
, (2.20)
. (2.21)
Ток тиристора VS2, создаваемый колебательным контуром, возрастает и в момент времени t3 становится равным току нагрузки. Ток тиристора VS1 уменьшается и в момент времени t3 становится равным нулю, тиристор VS1 закрывается. Момент времени t3 можно найти из уравнения (2.20):
, отсюда
. (2.22)
На временном интервале t3 –t4 ток колебательного контура превышает ток нагрузки, а избыток тока через диод VD1 возвращается в источник питания. Для этого интервала справедливы уравнения (2.20) и (2.21). Время, в течение которого открыт диод VD1, есть время, предоставляемое для запирания тиристора VS1:
. (2.23)
В момент времени t4 = t3 + tK ток контура коммутации снижается до тока нагрузки, диод VD1 закрывается. Тиристор VS1 закрыт, а на конденсаторе CK присутствует положительное остаточное напряжение
. (2.24)
На интервале t4 – t5 конденсатор СК разряжается током нагрузки. Если ток нагрузки постоянен, то на индуктивности LK нулевое падение напряжения, напряжение конденсатора и нагрузки линейно уменьшается:
. (2.25)
В момент t5 конденсатор СК разряжается до нуля и открывается диод VD3, через который протекает ток нагрузки. Момент времени t5 может быть найден из уравнения (2.25) при условии, что uH =0:
. (2.26)
До конца периода (момента времени t0 +T) напряжение на нагрузке равно нулю, а ток нагрузки замыкается через диод VD3, индуктивность LK и тиристор VS2. Далее процесс повторяется.
2.3. Контрольные вопросы
1. Как протекают переходные процессы в LC контуре?
2. Что влияет на переходные процессы в LC контуре начального заряда емкости?
3. Каково влияние на переходные процессы в LC контуре начального тока индуктивности?
4. Каково влияние на переходные процессы в LC контуре величины тока нагрузки?
5. Как работает схема искусственной коммутации при запирании тиристора приложением обратного напряжения?
6. Как работает схема искусственной коммутации при запирании тиристора приложением импульса обратного тока?
7. Как влияют на временные диаграммы величины коммутирующей емкости, индуктивности?
8. Как влияет на временные диаграммы величина тока нагрузки?
9. Как влияет на диаграммы длительность управляющего импульса?
10. Чем ограничивается диапазон допустимого изменения длительности управляющего импульса?
11. Как влияет величина коммутирующей емкости на время, предоставляемого для запирания тиристора?
12. Как влияет величина коммутирующей индуктивности на время, предоставляемого для запирания тиристора?
13. Как влияет величина ток нагрузки на время, предоставляемого для запирания тиристора?
14. Как влияют параметры схемы искусственной коммутации на регулировочную характеристику ШИМ при запирании тиристора приложением обратного напряжения?
15. Как влияют параметры схемы искусственной коммутации на регулировочную характеристику ШИМ при запирании тиристора приложением импульса обратного тока?
Лабораторная работа № 3
НЕРЕВЕРСИВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ
3.1. ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Цель работы. Освоить принципы регулирования постоянного напряжения путем широтно-импульсной модуляции. Определить влияние характера нагрузки на работу транзисторных понижающих и повышающих широтно-импульсных модуляторов.
3.1.1. Нереверсивный понижающий ШИМ
· Изменяя напряжение управления UУ и добротность цепи нагрузки Qd, определить их влияние на форму напряжения и токов ШИМ. Зарегистрировать 3-4 характерные временные диаграммы.
· Для двух заданных значений добротности снять и построить на одном графике следующие зависимости: Ud = f(UУ), IVT1 =(f(UУ), IVTD1 =(f(UУ).
· Для двух заданных значений напряжения управления снять и построить на одном графике зависимости: qU = f(Qd), qI = f(Qd).
3.1.2. Нереверсивный понижающий ШИМ, работающий на двигатель без шунтирования цепи нагрузки в паузе
· Изменяя относительную длительность импульса 
и добротность цепи нагрузки Qd, определить их влияние на форму напряжения и токов ШИМ. Зарегистрировать 3-4 характерных временных диаграммы.
· Для заданного значения добротности Qd и сопротивления Rd снять и построить семейство внешних характеристик при = 0.1; 0.3; 0.5; 0.7 и 0.9. Обязательно зарегистрировать точки перехода из режима прерывистых токов в режим непрерывных токов.
3.1.3. Нереверсивный понижающий ШИМ, работающий на двигатель с шунтированием цепи нагрузки в паузе
· Изменяя относительную длительность импульса и добротность цепи нагрузки Qd, определить их влияние на форму напряжения и токов ШИМ. Зарегистрировать 2-3 характерные временные диаграммы.
· Для заданного значения добротности Qd и сопротивления Rd снять и построить семейство внешних характеристик при = 0.1; 0.3; 0.5; 0.7 и 0.9. Дать сравнительную оценку вида внешних характеристик для ШИМ с шунтированием и без шунтирования цепи нагрузки.
3.1.4. Нереверсивный повышающий ШИМ
· Изменяя параметры элементов ШИМ, определить их влияние на токи и напряжения. Зарегистрировать 3-4 характерные временные диаграммы.
· Для заданных параметров ШИМ снять и построить регулировочные характеристики 
для двух значений добротности Q.
· Для заданных параметров ШИМ снять и построить внешние характеристики 
для двух значений интервала управления .
Таблица 3.1
Варианты заданий к лабораторной работе № 3
| Вариант | Параметры элементов ШИМ | ||
| пункт 3.1.1 | п. 3.1.2. и 3.1.3 | пункт 3.1.4 | |
|
| 
| |
|
| ||
|
|
|
