Практическая работа 2 (Рr2)

Импульсный регулятор с последовательным ключом
ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с принципом действия импульсного регулятора и расчет основных элементов схемы.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Принцип действия импульсного регулятора
Силовая часть схемы регулятора с транзисторным ключом VT и емкостным выходным фильтром C приведена на рис. 1. Принцип действия регулятора основан на периодическом накоплении энергии и передаче ее из индуктивности L в цепи фильтра C и нагрузки Rн. В первый момент, когда ключи находится открытом состоянии под воздействием разности входного напряжения и напряжения на конденсаторе (которое совпадает с напряжением на нагрузке U_вых ) начинает нарастать ток I_L.

Во второй момент времени происходит размыкание ключа . В схеме введен диод VD ,через который начинает протекать ток I_L . При отсутствии диода VD будут возникать недопустимые перенапряжения на транзисторе при его выключении, обусловленные возникновением противо ЭДС

E= -L*dI_L/dt в индуктивности фильтра.


Рис.1. Схема последовательного импульсного регулятора



Регулятор может работать в режимах с непрерывным и прерывистым током реактора I_L.
Режим работы с непрерывным током i_L.

В этом режиме чередуются два состояния схемы: транзистор VT включен (интервал I) и транзистор VT выключен (интервал II). Диаграммы, иллюстрирующие этот режим работы, показаны на рис. 3. При построении диаграмм и дальнейшем рассмотрении схемы принято допущение об идеальной сглаженности выходного напряжения U_н=U_н.ср.

Длительности интервалов I и II составляют 

t_вкл=γT_s и t_выкл=(1-γ)T_s соответственно.

Где γ-коэффициент заполнения.

---

На рис. 3 представлены эквивалентные схемы по интервалам работы схемы с учетом принятых допущений. Согласно этим схемам ток i_L на интервалах I и II изменяется по линейным законам.

.



Рис.3.Режим работы последовательного ключевого регулятора с непрерывным током дросселя:

а-схемы замещения на интервалах; б-диаграммы тока и напряжения ; в-общая схема замещения.
Согласно этим схемам изменению тока I_L соответствуют уравнения:

1 Интервал - E-U_н.ср=-L*dI_L/dt (1)
2 Интервал - U_н.ср=-L*dI_L/dt (2)

Из уравнения (1) и (2) следует ,что изменение тока происходит по линейным законам(рис.3,б):
1 Интервал - I_L=I_Lmin+ (E-U_н.ср)/ L*t (3)
2 Интервал - I_L=I_Lmax-U_н.ср/ L*t (4)
Основные соотношения при принятых допущениях для установившегося режима работы с непрерывным током i_L могут быть получены из условия равенства нулю среднего значения напряжения U_L на реакторе L:

U_н.ср =γE

Из этого следует, что выходное напряжение в рассматриваемой схеме может изменяться в широком диапазоне от нуля при γ=0 до E при γ=1.

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание 1. Рассчитать значение индуктивности L дросселя из условия работы регулятора в режиме непрерывного тока индуктивности для своего варианта.

Вариант	Е, В	Uвых,В	P, Вт	f, кГц
34	100	40	210	25

Рассчитать значение индуктивности L дросселя из условия работы регулятора в режиме непрерывного тока индуктивности для варианта.

Входное напряжение E=100 В;

Выходное напряжение регулятора: U_вых=40 В;

Мощность нагрузки: P=210 Вт;

Частота коммутации силового ключа: f=25 кГц;

1 Находим коэффициент заполнения из условия U_н.ср =γE

γ =U_н.ср / E =40/100=0,4

2 Период определяется как

T_s=1/f=1/(25*1000)=4*10

---

^-5c

3 Так как γ= t_вкл /T_s 

То  t_вкл=γT_s =0,4*4*10^-3=1,6*10^-5с

t_выкл=(1-γ)T_s =(1-0,4)* 4*10^-3=2,4*10^-5с

4 Из уравнений для тока (3),(4):

I_Lmax= I_Lmin+ (E-U_н.ср)/ L* γ*T_s  , принимаем I_Lmin=0 кроме того U_н.ср =γE .

Тогда I_Lmax= E*γ*(1-γ)*T_s   / L 

Рис.4.Диаграмма тока дросселя .

5 Очевидно что ток нагрузки равен половине максимального тока

I_н= E/(2*L)*γ*(1-γ)*T_s   = P / Uн=210/40=52,5 А.

Находим



Контрольные вопросы
1 Объясните преимущества и недостатки импульсных стабилизаторов по

сравнению со стабилизаторами непрерывного действия.

Импульсный стабилизатор

Достоинства импульсного стабилизатора:

• 
  Простое достижение выравнивания.
  
• 
  Плавное подключение.
  
• 
  Компактные размеры.
  
• 
  Устойчивость выходного напряжения.
  
• 
  Широкий интервал стабилизации.
  
• 
  Повышенный КПД.
  

Недостатки импульсного стабилизатора:

• 
  Сложная конструкция.
  
• 
  Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
  
• 
  Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
  
• 
  Сложность работ по ремонту.
  
• 
  Образование большого количества помех частоты.
  

Стабилизаторами непрерывного действия

Достоинства стабилизаторов непрерывного действия относятся:

• 
  простота схемы
  
• 
  высокая степень сглаживания пульсаций
  
• 
  отсутствие помех
  
• 
  обычно сопровождающих работу ключевых стабилизаторов.
  

Недостатки стабилизаторов непрерывного действия является невозможность получения КПД выше 40-60% из-за потерь в регулирующем элементе.

2 Зачем в выходном фильтре регуляторов используется обратно включенный диод.

Обратный диод в электрических схемах с индуктивными элементами служит для защиты полупроводниковых ключей, транзисторов, а мощных силовых цепях – контакторов, от перенапряжений, возникающих при размыкании цепи содержащей катушки индуктивности

---

3. Что такое ШИМ и как это используется в импульсных регуляторах

Широтно-импульсная модуляция

Принцип шим-регулятора

Работа ШИМ регулятора сложностью не отличается. ШИМ-регулятор — устройство, выполняющее такую же функцию, что и традиционный линейный регулятор мощности (то есть, меняет напряжение или ток за счёт силового транзистора, рассеивающего значительную мощность на себе). Но ШИМ-регулятор отличается намного большим КПД. Достигается это благодаря тому, что управляющий силовой транзистор функционирует в ключевом режиме (либо включен, тогда пропускает большой ток, но мало падение напряжения, либо выключен — ток не проходит). В результате на таких силовых транзисторах мощность практически не рассеивается и энергия впустую не тратится.

После силового транзистора напряжение выходит как прямоугольные импульсы с изменяющейся скважностью в зависимости от необходимой мощности. Но сигнал нужно демодулировать (то есть, выделить среднее напряжение). Этот процесс происходит или в самой нагрузке (когда она индуктивного характера) или если между нагрузкой и силовым каскадом располагают фильтр нижних частот.

Вывод: Ознакомился с принципом действия импульсного регулятора и

произвел расчет основных элементов схемы.

---

Смотрите также файлы

• Лабораторная работа 1 Исследование физических показателей качества воды по курсу Экология Тема Цели и задачи дисциплины "Экология". Экологические факторы.docx

• Цивилизация ацтеков известна своей богатой мифологией и религиозными верованиями. Ацтеки верили в пантеон богов и богинь, которые играли значительную роль в их повседневной жизни.docx

• Задание Система поддержки принятия решений .docx

• Этика адвоката в России и зарубежом.docx

• Введение Целью курсового проекта является проектирование части системы внутреннего электроснабжения предприятия.docx