Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 53

Страницы:
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  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

A

B

11.1.5. Випрямлячі з багатократним перетворенням

Для живлення сучасних електронних пристроїв широко застосовують так звані безтрансформаторні випрямлячі або випрямлячі з багато­кратним перетворенням. Узагальнена структурна схема такого ви­прямляча наведена на рис. 11.9 (для порівняння див. схему на рис. 9.1):

До мережі напруги змінного струму

 

_

ВС2

 

 

 

 

 

 

 

н

Рис. 11.9 - Структурна схема випрямляча з багатократним перетворенням: ВСІ - перша вентильна схема; ЗФ1 - перший згладжуючий фільтр; ІН - інвертор напруги; TV- трансформатор напруги; ВС2 - друга вентильна схема; ЗФ2 - другий згладжуючий фільтр; СН(РН) - стабілізатор напруги (регулятор напруги); Н - навантаження

Напруга мережі випрямляється вентильною схемою ВСІ і згладжу­ється фільтром ЗФІ. Потім інвертор ІН перетворює постійну напругу в змінну прямокутну з високою частотою (десятки кілогерц). Далі транс­форматор TV забезпечує отримання необхідного значення напруги, а також електричне розділення кіл (вторинних обмоток у нього може бути декілька: відповідно наступних вузлів випрямляча також). В подаль­шому отримана змінна напруга випрямляється вентильною схемою ВС2 і згладжується фільтром ЗФ2. Отримана постійна напруга подається на стабілізатор (регулятор) СН(РН) і далі - на навантаження Н.

Такий випрямляч, звісно, має нижчий к.к.д. і більш дорогий. Але масо-габаритні показники трансформатора і елементів фільтра ЗФневеликі за рахунок роботи на підвищеній частоті. Якість отриманої напруги також значно вища, бо легше забезпечити високий ступінь фільтрації випрямленої прямокутної напруги високої частоти.

Назва "безтрансформаторний" підкреслює відсутність у складі ви­прямляча мережного трансформатора, що у звичайному випрямлячі визначає масо-габаритні показники.

Крім того, робота потужного випрямляча з багатократним перетво­ренням не супроводжується характерним шумом (відсутнє гудіння трансформатора з частотою 50 Гц, а частота інвертора задається ви­щою за чутну людиною).

11.2. Інвертори, ведені мережею

Інвертори, ведені мережею - це перетворювальні пристрої, що забезпечують передачу енергії від джерела напруги постійного стру­му у мережу напруги змінного струму, значення напруги та частота якої зумовлені стороннім потужним джерелом.

Ці пристрої виконуються на основі керованих випрямлячів (до речі, як вже зазначалося, останні також відносять до перетворювачів, веде­них мережею).

На рис. 11.10 наведено схему інвертора, де, як бачимо, зображено керований випрямляч, до вихідного кола якого підімкнено джерело на­пруги Ud із вказаною полярністю.

При цьому пристрій може виконувати дві функції:

VS1 J l 1) керованого випрямляча,

j^J__ґ~>ґ~>г~\.- якщо кут керування задавати у

'       " межах

Ud 0< a <p/2;

2) інвертора, веденого мере­жею, якщо кут керування зада­вати у межах

p/2< a <p; На рис. 11.11 зображені залеж­ності напруги Ud від кута керу­вання a та кута випередження:

Рис. 11.10 - Однофазний ведений мережею інвертор

Ь = р

Udak

Режим випрямляча

у

Режим інвертора

L

a

Udocosp У

I

п 2

Рис. 11.11 - Регулювальні характеристики інвертора, веденого мережею, для режимів керованого випрямляча й інвертора

Характеристика Udb=f(b) свідчить, що при різних b напруга Udb по­винна бути меншою або дорівнювати за величиною UdQ:

Udb < Udc- (1L2°)

Ведені мережею інвертори використовують у таких випадках:

1) для плавного регулювання швидкості обертання двигунів (режим випрямляча);

2) для регульованого гальмування двигунів (режим інвертора).

На рис. 11.12 наведено схему реверсивного перетворювача напруги, призначеного для регулювання швидкості обертання і реверсу (зміни напрямку обертання) двигуна постійного струму.

А       В       С А       В С

TV2

і VS6

Рис. 11.12 - Реверсивний перетворювач напруІ ліва і права частини пристрою можуть працювати, як у режимі керованого випрямляча, так і у режимі інвертора, веденого мережею.

Розглянемо один із можливих алгоритмів роботи такого перетворю­вача, що називається режимом з роздільним керуванням.

При вмиканні тиристорів VS1-VS3 лівої частини схеми перетворю­вача з кутом керування a<p/2 він працює як керований випрямляч, забезпечуючи керування швидкістю обертання двигуна M у одному напрямку. Тиристори VS4-VS6 правої частини схеми при цьому ви­мкнені.

Для зміни напрямку обертання, спочатку припиняють подачу імпульсів керування на тиристори VS1-VS3 і очікують зниження до нуля струму двигуна, що визначається індуктивністю останнього. Це повинно забезпечити відновлення запірних властивостей тиристорів VS1-VS3 і тим самим виключити можливість виникнення коротко-замкненого контуру після вмикання тиристорів VS4-VS6 правої час­тини перетворювача. Зниження струму фіксують автоматично за сигналом датчика величини струму, наприклад, шунта, увімкненого в коло живлення двигуна.

Далі подають імпульси керування на тиристори VS4-VS6 правої ча­стини перетворювача з кутом керування a>p/2.

Оскільки механічна система двигун-навантаження досить інерцій­на, то за час паузи у керуванні тиристорами частота обертання двигу­на і напруга на його якорі істотно не змінюються.

При куті керування a<p/2 права частина перетворювача працює як інвертор, а двигун при цьому діє як джерело енергії - працює у генера­торному режимі.

В двигуні виникає гальмівний момент, що призводить до швидкого зниження швидкості його обертання й е.д.с. якоря.

Механічна енергія, що була накопичена в масивних частинах двигу­на та його навантаження (тих, що обертаються), перетворюється у електричну і повертається до мережі живлення, а не гаситься, як зви­чайно, в спеціальних потужних резисторах.

Гальмування двигуна з поверненням енергії до мережі називають рекуперуванням.

Отже, якщо пристрій працює у режимі інвертора, джерелом енергії є двигун, а споживачем (навантаженням) - мережа змінного струму.

За зменшення кута керування до значення a=p/2, двигун зупиняєть­ся. Подальше зменшення кута призводить до розгону двигуна з обер­танням у протилежному напрямку. При a=0 швидкість обертання до­сягає номінального значення. Тепер права частина перетворювача пра­цює як випрямляч, а ліва вимкнена.

За необхідності наступного реверсу (гальмування двигуна і зміни напрямку його обертання), імпульси керування знімають з тирис­торів VS4-VS6 правої частини перетворювача, очікують зниження струму двигуна до нуля і вмикають тиристори VS1-VS3 лівої части­ни і т.н.

11.3. Приклади застосування інверторів із використанням мікроелектронних пристроїв

Починаючи з кінця минулого століття і у наш час провідні світові фірми-виробники силових напівпровідникових приладів не обмежують­ся розробкою лише широкої номенклатури власне новітніх приладів. Одночасно, для забезпечення якнайшвидшого і широкого впровад­ження своєї продукції, вони продукують також і мікроелектронні при­строї керування, що забезпечують узгодження схеми керування з силовими приладами у типових електронних пристроях - драйвери. Силові прилади можуть бути придбані розробниками і виробниками електронної апаратури як у вигляді одиночних дискретних компонентів, так і у вигляді модулів.

Модуль може містити у собі окрім власне силового приладу (на­приклад, тиристора або БТІЗ) захисний зворотний діод. Або являти собою півмостову схему з керованим силовим приладом і діодом, чи півмостову схему з двома керованими приладами (можливо також і з захисними діодами), навіть повністю керовану мостову одно- чи три­фазну схему і т.п.

Так на рис. 11.13 наведено схему силового модуля CPV364MM (фірма International Rectifier, США), що являє собою трифазний повністю керований міст на силових БТІЗ VT1-VT6 із захисними зворотними діодами VD1-VD6. Габаритні розміри модуля склада­ють 66,43 X 21,97 X 7,87 мм. Він має односторонні виводи довжиною 6,99 мм.

(6)(3)      (1) (4) (12) (9)

О  о р Р   Q Q

(10)(18)(15) р  р р

(16) Р

(7)6

(13)6

(19)

Рис. 11.13 - Мостовий трифазний модуль CPV364MM

Модуль CPV364MM забезпечує комутацію напруги до 600 В при струмі до 22 А (встановлюється на тепловідводі) і частоті до 10 кГц.

Типову схему пристрою керування трифазним електродвигуном від однофазної мережі (фірма International Rectifier, США), виконаного на основі модуля CPV364MM, наведено на рис. 11.14. Основу її складає трифазний інвертор напруги (див. рис. 11.8).

Пристрій живиться від однофазної мережі з напругою 115 В змінно­го струму частотою 60 Гц (стандартні значення напруги і частоти ме­режі у США). Випрямлена випрямлячем, побудованим на VD1-VD4 та С , напруга подається на повністю керований трифазний міст - мо­дуль D6, до виводів якого - А, В, С підмикають трифазний двигун.

Керування вентилями моста здійснює драйвер D3 типу IR2130. Для задання необхідного алгоритму вмикання вентилів (транзисторів модуля D6), на входи драйвера надходять сигнали з кільцевого лічильника, що має шість станів і побудований на ІМС D2 типу 74175N (містить у собі чотири D-тригери зі спільними ланцюгами синхронізації і установлення нуля). Для забезпечення частоти напруги живлення двигуна у 60 Гц, на вхід синхронізації лічильника подаються тактові імпульси з частотою 360 Гц з виходу мультивібратора, виконаного на таймері D1 типу 555 (див. пп. 8.9).

Живлення усіх ІМС системи керування забезпечує випрямляч, по­будований на TV1, VD5, VD6, С4 з інтегральними трививідними стабі­лізаторами напруги D4 типу 7815 (+15 В) та D5 типу 7806 (+5 В).

+

І- U| со  

оо Ц.

що ОО

—•--т-

imiaip9£AdO

© S

if)

CQ СЧ Co

со оо о"

ЗІ S

1~

 

-11^

 

\yD3

 

 

'IN

§

 

Й

Ы '

FU1 .   1 1

і'

о:

Q

ГО

О

оо О

to О

со Щ

о:

8

35В

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

Керування величиною струму двигуна відбувається зі зміною поло­ження регулятора резистора R6 або сигналом від зовнішнього пристрою, що подається на вхід "Зовн. хер."

Резистор R8 забезпечує зворотний зв'язок за вихідним струмом при­строю, за рахунок чого при перевантаженні чи появі наскрізного стру­му через транзистори модуля (наприклад, через VT1 і VT2) вихідні сиг­нали драйвера D3 вимикаються.

У випадку збою у роботі схеми керування драйвера також блокується видача сигналів керування вентилями моста і подається сигнал інди­кації збою, що вмикає світлодіод H1 "FAULTLED" (цей сигнал може подаватись також у зовнішній пристрій керування). Повернення драй­вера після збою до нормального режиму роботи здійснюється натис­канням на кнопку SB1 "RESET".

Схема надмініатюрного електронного баласту для газорозрядних люмінесцентних ламп (фірма International Rectifier, США) наведена на рис. 11.15. Ця схема є типовою для малопотужних (від 13 до 26 Вт) ламп. її основу складає гібридна ІМС драйвера типу IR51H420. У за­лежності від потужності лампи EL елементи Ср С6, L , R3 мають різні номінальні значення (на рисунку наведено варіант для 13 Вт). Габа­ритні розміри друкованої плати, на якій розміщуються усі елементи баласту, складають 1 % на 1 % дюйми.

VD1...VD4 1N4007

R2

R1

7hVD17KVD3

+

о о—І \

3    10 °^VD^VD4

D1

9,9 кОм

— _С±

10 мкФ

VD5 10DF4]

2

-6J

1     9,9 кОм

4

С3 С5 0,1 мкФ 0,1 мкФ

40 кГц І

zp _С6

\0,01 мкФ

С4

L1

1000 пФ

13 Вт

22 мкФ

VD6

С2   Ж Ж

1N4148\

2,56 мГн

VD7

1N4148

F1

F2

Рис. 11.15 - Надмініатюрний електронний баласт для газорозрядних люмінесцентних ламп. Схема електрична принципова

6

см

І

ю

о:

3

Пристрій є перетворювачем змінної напруги 240 В частотою 60 Гц у змінну напругу з підвищеною частотою - від 28,5 до 44 кГц залежно від потужності лампи.

Змінна напруга низької частоти спочатку перетворюється у постій­ну випрямлячем, побудованим на VD1-VD4, C1, а потім за допомогою інвертора, виконаного на ІМС D1, у змінну напругу підвищеної часто­ти. Робота на підвищеній частоті і забезпечує малі габарити пристрою (перш за все дроселя L1).

Сигнал, що знімається з діодів VD6, VD7, синхронізує роботу пере­творювача із процесами у лампі. Вмикання лампи (пробій і наступна іонізація газового стовпа) забезпечується після подачі напруги мережі за рахунок резонансу послідовного контуру C6, L1, коли напруга на кон­денсаторі C6, підімкненому паралельно до лампи EL, різко зростає.

Для ламп потужністю до 40 Вт можна застосувати ІМС драйвера типу IR2151 з двотактним вихідним підсилювачем на потужних польо­вих транзисторах типу IRF720. Габаритні розміри друкованої плати такого баласту складають 1^2 на 4 J^j дюйми.

Отже, з наведених прикладів бачимо, що застосування пристроїв керування у мікровиконанні забезпечує мінімальну кількість елементів, мінімальні габаритні розміри і масу пристрою у цілому. А значить -невелику його вартість за високої надійності.

11.4. Перетворювачі частоти

Перетворювачі частоти - це пристрої, що забезпечують перетво­рення змінного струму (напруги) однієї частоти у змінний струм (на­пругу) іншої частоти. Вони розрізняються на пристрої:

- з проміжною ланкою постійного струму;

- з безпосереднім зв'язком (циклоконвертори).

Структурну схему перетворювача з проміжною ланкою постійного струму наведено на рис. 11.16. Змінна напруга мережі живлення U1 з частотою f випрямляється керованим випрямлячем КВ, що має сис­тему керування СКВ, згладжується LC-фільтром ЗФ і надходить на автономний інвертор АІ з системою керування СК1. На виході інверто­ра отримують змінну напругу частотою f. Функцію регулювання час­тоти здійснює інвертор, а напруги Ud - випрямляч, що регулює напругу,зєо

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

яка надходить на АІ. В сучасних перетворювачах в АІ використовуєть­ся принцип широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), тому в сучасних пе­ретворювачах обидві функції регулювання виконує інвертор, а випрям­ляч при цьому є некерованим.

Страницы:
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  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка