1. Регуляторы постоянного тока (импульсные регуляторы)

Принцип импульсного регулирования

Нагрузка R_н подключена к источнику постоянного напряжения через ключ (электронный), меняя длительность закрытого ключа t_з и открытого t_р, изменяя выходное напряжение U_d=U_н

(1)

f-частота переключения ключа

U_d-среднее значение напряжения на R_н

q- скважность работы ключа, изменяя ее можно регулировать выходное напряжение.

Ключом управляет система автоматического управления.

Существует 3 вида модуляции

1. ШИМ (широтно-импульсная модуляция) – когда время t_з переменная величина, а частота постоянная.

2. ЧИМ (частотно-импульсная модуляция)- когда время t_з закрытого ключа постоянное,а частота переменная

3. Смешанная (широтно-частотная модуляция (ШЧМ)) – когда время t_з и частота а переменные.

СУ (САУ) может быть выполнена:

• С регулированием по отклонению

• С регулированием по возмущению

Если САУ построена с цепью обратной связи, то осуществляется регулирование по отклонению.

Если САУ построена без цепи обратной связи, то осуществляется регулирование по возмущению.

Основные расчетные соотношения

1. Среднее значение выходного напряжения

2. Действующее значение выходного напряжения

3. Относительное значение выходного напряжения

4. Коэффициент формы

5. Коэффициент пульсации

– увеличивается с ростом скважности q, т.е. чем больше разомкнут ключ, ием выше пульсации выходного напряжения.

Напряжение после ключевого элемента носит импульсный характер, поэтому всегда после ключа ставят сглаживающий LC-фильтр.

1. Импульсный регулятор постоянного тока последовательного типа

Работа

I этап

1. Интервал времени 0<t<t₁

От СУ на базу подается управляющий сигнал, VT открывается и входной ток будет иметь путь, как показано на рис.

В нагрузку выделится напряжение, равное

_{Uн=Iвх*Rн}

При этом входной ток i_вх, пройдя по нагрузке индуктивности, зарядит ее и она будет представлять собой источник тока.(рис.17)

рис.17

Часть тока ответвится и зарядит конденсатор на величину U_c(-0)

II этап

2. Интервал времени t₁<t<t₂

C базы транзистора снято управляющее воздействие. Он закрывается и будет представлять собой разрыв по цепи постоянного тока

Запасенная в L и C энергия, благодаря диоду VD дополняет нагрузку R_н энергией.

Ток индуктивности i_L нарастает по линейному закону

Если к концу интервала разомкнутого ключа i_L не успеет снизится до 0, то такой режим называется режим непрерывного тока

Пульсации тока в реакторе

(реактивная мощность)

Уравнение баланса электронных зарядов в цепи реактора

– среднее значение тока, поступающего в конденсатор

Максимальное время разомкнутого ключа

Регуляторы этого типа искажают питающую сеть, т.е. потребляют из сети прерывистый ток.

2. Регулятор постоянного тока повышающего типа

1. Предположим, момент времени t=0. Транзистор VT по сигналу управления от СУ открывается. В индуктивности W₂ начинает нарастать входной ток.

Входное напряжение

(полюсное уравнение индуктивности)

Т.е. энергия индуктивности накопилась и она представляет собой источник тока.

2. В момент времени t=t₁ с базы снимается напряжение подпирания. VT выключается. К обмотке L₁ будет приложено напряжение разности между входным и выходным напряжением.

Число витков W₁>W₂, поэтому U_вых>U_вх. Ток будет уменьшаться до величины

Скачкообразное изменение входного тока объясняется тем, что магнитный поток Ф в магнитопроводе скачком изменяться не может, поэтому соблюдается равенство токов.

Весь входной ток будет поступать в нагрузку и заряжать конденсатор.

U_вых регулятора определяется

Ограничение

Существует минимальная скважность, кот. Рассчитывается следующим образом

Где

Достоинства импульсных регуляторов

1. Высокий КПД

2. Хорошие массогабаритные показатели

3. Высокий коэффициент пульсаций при регулировании устраняется

• Увеличение коэффициента сглаживания фильтров

• Повышение частоты работы ключа

Импульсные регуляторы последовательного и параллельного типа

Работа таких (ступенчатых) регуляторов рассматривается по этапам

Достоинства ступенчатого регулятора

1. U_вых не меньше чем U_вх из за повышающего регулятора на входе

2. Отсутствует недостаток последовательного регулятора. Не искажается форма питающего тока i_вх. L₁ не дает искажать ток, выступающая в роли источника тока.

Примечание

Существует множество схем ступенчатых регуляторов.