Файл: Electron_SE.pdf

381

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

Ïðèïóñòèìî, çàâäàííÿì ïåðåòâîðþâà÷à º ôîðìóâàííÿ íà áîö³ çì³ííî-

ãî ñòðóìó íàïðóãè, ùî ìຠôîðìó ìåàíäðó ³ ÷àñòîòó òðåòüî¿ ãàðìîí³êè

â³äíîñíî ÷àñòîòè ñòðóìó ìåðåæ³ f

ì

. Ç ä³àãðàìè íà ðèñ. 12.10  âèäíî,

ùî çà îäèí ïåð³îä ìåðåæ³ çì³ííîãî ñòðóìó ç ïîòð³éíîþ ÷àñòîòîþ â³äáó-

âàºòüñÿ êîìóòàö³ÿ òðàíçèñòîð³â VÒ1-VÒ4, ðåçóëüòàòîì ÿêî¿ º ôîðìó-

âàííÿ íàïðóãè çàäàíî¿ ôîðìè. Ïðè öüîìó ïðîâ³äíèé ñòàí òðàíçèñòîð³â

VÒ2, VÒ3 (àáî VÒ1, VÒ4) â³äïîâ³äຠâèäà÷³ åíåð㳿 ³ç êîíäåíñàòîðà, à

ïðîâ³äíèé ñòàí ä³îä³â VD1, VD4 (VD2, VD3) ïðèéìàííþ åíåð㳿 ó êîí-

äåíñàòî𠠳砠ìåðåæ³.  Îäíî÷àñíî  â³äáóâàºòüñÿ  ÷åðåäóâàííÿ  ðåæèì³â

ðîáîòè çà ð³çíèìè êâàäðàíòàìè.

ϑ

i

ab

VD1,VD4 VT2,VT3 VD1,VD4

VD2,VD3 VT1,VT4 VD2,VD3

u

ab

U

d

Ðèñ. 12.10 – Ñòðóì òà íàïðóãà ïðè ìîäóëÿö³¿ íàïðóãè

Ðîçãëÿíóòà ñõåìà òàêîæ äîçâîëÿº çä³éñíþâàòè ðåæèì Ø²Ì. ²íòåð-

âàëè ç íóëüîâèì çíà÷åííÿì íàïðóãè u

= 0 ôîðìóþòüñÿ ó ñòàí³ ïðîâ³äíîñò³

òðàíçèñòîðíî-ä³îäíèõ ïàð VÒ2, VÒ4 (àáî VÒ1, VÒ3). Äëÿ çãëàäæóâàííÿ

ïóëüñàö³¿ íàïðóãè íà áîö³ çì³ííîãî ñòðóìó ââ³ìêíåíî LÑ-ô³ëüòð.

Òàêèì ÷èíîì, ÷îòèðèêâàäðàíòí³ ïåðåòâîðþâà÷³ ç ³ìïóëüñíîþ ìîäó-

ëÿö³ºþ äîçâîëÿþòü ðåàë³çóâàòè êåðîâàí³ çà íåîáõ³äíèì çàêîíîì äæå-

ðåëà ñòðóìó àáî äæåðåëà íàïðóãè. Öå ìîæå ìàòè øèðîêå ïðèêëàäíå

çíà÷åííÿ â åëåêòðîòåõí³ö³. Çîêðåìà, çàâäÿêè çàçíà÷åíèì óí³êàëüíèì

âëàñòèâîñòÿì, ó äàíèé ÷àñ ö³ ïåðåòâîðþâà÷³ ñòàëè âèêîðèñòîâóâàòèñÿ

ÿê áàçîâ³ ñèëîâ³ åëåìåíòè ïðè ïîáóäîâ³ ÑÀÔ ð³çíîãî ïðèçíà÷åííÿ. Ïðè

öüîìó çàñòîñóâàííÿ â ïåðåòâîðþâà÷àõ ó ÿêîñò³ ñèëîâèõ êëþ÷³â âèñî-

êî÷àñòîòíèõ ïîòóæíèõ ÁҲǠäîçâîëèëî ï³äâèùèòè ÷àñòîòó íåñó÷îãî

ñèãíàëó Ø²Ì äî äåê³ëüêîõ äåñÿòê³â ê³ëîãåðö, çàáåçïå÷óþ÷è ïðè öüîìó

êåðóâàííÿ ïîòóæíèìè ïîòîêàìè åíåð㳿 ó äåê³ëüêà ìåãàâàò ç âèñîêèìè

382

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

åíåðãîåêîíîì³÷íèìè ïîêàçíèêàìè. Öå, ïðèðîäíî, ³ñòîòíî ðîçøèðèëî

ìîæëèâîñò³ ÑÀÔ, âèêîíàíèõ íà ¿õí³é îñíîâ³, ç çàáåçïå÷åííÿ äîñèòü

æîðñòêèõ âèìîã äî åëåêòðîìàãí³òíî¿ ñóì³ñíîñò³ ïðèñòðî¿â ç íåë³í³éíèì

íàâàíòàæåííÿì, ó ò.÷. ³ âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â âåëèêî¿ ïîòóæíîñò³.

12.4.2. Ðåãóëþâàííÿ íåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³

Çàçíà÷èìî, ùî ï³ä íåàêòèâíîþ ïîòóæí³ñòþ ðîçóì³þòü ïîòóæí³ñòü

çì³ííîãî ñòðóìó, ùî ¿¿ ñåðåäíº ³íòåãðàëüíå çíà÷åííÿ çà ïåð³îä äîð³âíþº

íóëåâ³. Îñíîâíèìè ñêëàäîâèìè ö³º¿ ïîòóæíîñò³, ÿê áóëî ïîêàçàíî âèùå,

º ðåàêòèâíà ïîòóæí³ñòü (³íäóêòèâíà ÷è ºìí³ñíà) ³ ïîòóæí³ñòü ñïîòâî-

ðåííÿ. ÑÀÔ äîçâîëÿþòü íàéá³ëüø åôåêòèâíî çàáåçïå÷èòè êîìïåíñà-

ö³þ íåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â. Òîìó ¿õ ùå íà-

çèâàþòü  ðåãóëÿòîðàìè  íåàêòèâíî¿  ïîòóæíîñò³.

ßê óæå çàçíà÷àëîñÿ, îñíîâîþ àêòèâíèõ ô³ëüòð³â (ðåãóëÿòîð³â íåàê-

òèâíî¿ ïîòóæíîñò³) º ïåðåòâîðþâà÷³ ç ³ìïóëüñíîþ ìîäóëÿö³ºþ ïàðàìåòð³â

ó ÷îòèðèêâàäðàíòí³é ïëîùèí³ ³ ðåàêòèâíèì íàêîïè÷óâà÷åì íà áîö³ ïî-

ñò³éíîãî ñòðóìó.

Ðîçãëÿíåìî ïðèíöèï ä³¿ òàêèõ àêòèâíèõ ô³ëüòð³â ó íàéïðîñò³ø³é îä-

íîôàçí³é ñèñòåì³ åëåêòðîïîñòà÷àííÿ, ùî ñêëàäàºòüñÿ ³ç ãåíåðàòîðà ñè-

íóñî¿äíî¿ íàïðóãè (ïåðøî¿ ¿¿ ãàðìîí³êè) u. Ïîâíèé âíóòð³øí³é îï³ð ãåíå-

ðàòîðà ç áîêó âèõ³äíèõ çàòèñêà÷³â ïðåäñòàâèìî ³íäóêòèâí³ñòþ L

ì

. Íà-

âàíòàæåííÿ º íåë³í³éíèì (íàïðèêëàä, âèïðÿìëÿ÷), à ñòðóì, ùî òå÷å

÷åðåç íàâàíòàæåííÿ, ì³ñòèòü îêð³ì îñíîâíî¿ (ïåðøî¿) ãàðìîí³êè i

1

 âèù³

ãàðìîí³êè, ùî ¿õ óçàãàëüíåíî ïðåäñòàâèìî ñòðóìîì i

âã

.

Íà ðèñ. 12.11 ïîêàçàíî òèïîâ³ ñõåìè âìèêàííÿ àêòèâíèõ ô³ëüòð³â, ùî º

ãåíåðàòîðàìè ñòðóìó ÷è íàïðóãè. Ô³ëüòð ç ïàðàëåëüíèì âìèêàííÿì ãå-

íåðàòîðà âèùèõ ãàðìîí³ê ñòðóìó i

âã

, ÿê³ çíàõîäÿòüñÿ ó ïðîòèôàç³ äî âè-

ùèõ ãàðìîí³ê ñòðóìó, ñòâîðþâàíèõ íåë³í³éíèì íàâàíòàæåííÿì, âèêîíàíî

íà îñíîâ³ ³íäóêòèâíîãî íàêîïè÷óâà÷à L

d

. Ôóíêö³¿ êëþ÷³â ó ñõåì³ âèêîíó-

þòü ÁҲǠVT1-VT4. Êåðóâàííÿ êëþ÷àìè çä³éñíþºòüñÿ Ø²Ì çà àëãîðèò-

ìîì, ùî çàáåçïå÷óº ôîðìóâàííÿ ñòðóì³â âèùèõ ãàðìîí³ê i

âã

 íà âèõîä³

ô³ëüòðà. Ïåðåìèêàþòüñÿ òðàíçèñòîðè íà ÷àñòîò³, ùî ïåðåâèùóº âåðõíº

çíà÷åííÿ ÷àñòîòíîãî ä³àïàçîíó ãàðìîí³ê. Ïðè öüîìó ñòâîðþþòüñÿ ïóëü-

ñàö³¿ ñòðóìó i

ï

, ùî ÿâëÿþòü ñîáîþ ð³çíèöþ ñòðóìó i

âã

 ³ ìèòòºâèõ çíà÷åíü

ñòðóìó  íà  âèõîä³ àêòèâíîãî ô³ëüòðà,  øóíòîâàí³ êîíäåíñàòîðîì  Ñ

ô

.

383

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

ªìí³ñòü öüîãî êîíäåíñàòîðà íåâåëèêà, áî ïóëüñàö³¿ º âèñîêî÷àñòîòíèìè.

Ñòâîðþâàí³ íåë³í³éíèì íàâàíòàæåííÿì âèù³ ãàðìîí³êè ñòðóìó i

âã

 öèðêó-

ëþþòü ì³æ àêòèâíèì ô³ëüòðîì ³ íàâàíòàæåííÿì, íå ïîòðàïëÿþ÷è ó êîëî

ãåíåðàòîðà. Ó ðåçóëüòàò³ íàïðóãà íà âèõ³äíèõ øèíàõ ãåíåðàòîðà áóäå

çàëèøàòèñÿ ñèíóñî¿äíîþ. ßêùî åëåìåíòè ñõåìè ââàæàòè çà ³äåàëüí³,

ô³ëüòð ìîæíà ââàæàòè íåäèñèïàòèâíèì (òàêèì, ùî âòðàòè àêòèâíî¿

ïîòóæíîñò³ ó íüîìó â³äñóòí³). ×åðåç öå ì³æ ³íäóêòèâíèì íàêîïè÷óâà÷åì

³ ñèñòåìîþ åëåêòðîæèâëåííÿ â³äáóâàºòüñÿ ïåð³îäè÷íèé îáì³í ïîòóæí³-

ñòþ ç çáåðåæåííÿì åíåðãåòè÷íîãî áàëàíñó.

Î÷åâèäíî, ùî åíåðãîºìí³ñòü íàêîïè÷óâà÷à ïîâèííà áóòè äîñòàòíüîþ

äëÿ çàáåçïå÷åííÿ íàäõîäæåííÿ åíåð㳿 ó ìåðåæó íà ³íòåðâàëàõ, òðèâàë³ñòü

ÿêèõ âèçíà÷àºòüñÿ ÷àñòîòîþ ãàðìîí³ê i

âã

, ãåíåðîâàíèõ ô³ëüòðîì. Çà íà-

ÿâíîñò³ àêòèâíèõ âòðàò ó ñõåì³ ô³ëüòðà âîíè ìîæóòü êîìïåíñóâàòèñÿ

íàäõîäæåííÿì åíåð㳿 â³ä ìåðåæ³ ó ô³ëüòð íà ÷àñòîò³ ïåðøî¿ ãàðìîí³êè

àáî â³ä ñòîðîííüîãî äæåðåëà (íàïðèêëàä, äîäàòêîâîãî âèïðÿìëÿ÷à) ìà-

ëî¿ ïîòóæíîñò³.

Ïàðàëåëüíå âìèêàííÿ àêòèâíîãî ô³ëüòðà ìîæå âèêîðèñòîâóâàòèñÿ ³ ïðè

ºìí³ñíîìó íàêîïè÷óâà÷³ (ðèñ. 12.11,á). Òîä³ ìîäóëÿö³ÿ êëþ÷³â çä³éñíþºòü-

ñÿ çà àëãîðèòìîì, ùî ôîðìóº ïåðøó ãàðìîí³êó íàïðóãè ìåðåæ³. Âåêòîð

ö³º¿ íàïðóãè ñïðÿìîâàíèé çóñòð³÷íî äî íàïðóãè ìåðåæ³ ³ äîð³âíþº íàïðóç³

ãåíåðàòîðà u, ÿêùî çíåõòóâàòè ïàä³ííÿì íàïðóãè íà L

ì

. Ó ðåçóëüòàò³ ïåð-

øà ãàðìîí³êà ñòðóìó i

1

 ÷åðåç àêòèâíèé ô³ëüòð íå ïðîò³êàº. Îäíàê, ô³ëüòð º

äæåðåëîì íàïðóãè ç ìàëèì ïîâíèì âíóòð³øí³ì îïîðîì, òîìó â³í øóíòóº

âèù³ ãàðìîí³êè ñòðóìó i

âã

, ïîðîäæåí³ íåë³í³éíèì íàâàíòàæåííÿì. Âèñîêî-

÷àñòîòí³ ïóëüñàö³¿ íàïðóãè u

ï 

íà âèõîä³ àêòèâíîãî ô³ëüòðà, çóìîâëåí³ ÷àñ-

òîòîþ ïåðåìèêàííÿ êëþ÷îâèõ åëåìåíò³â, ïðèäóøóþòüñÿ «ëåãêèì» ïàñèâ-

íèì LÑ-ô³ëüòðîì. Âèêëþ÷åííÿ âèùèõ ãàðìîí³ê ñòðóìó i

âã

 ç êîëà ãåíåðà-

òîðà òà íàÿâí³ñòü LÑ-ô³ëüòðà íà áîö³ çì³ííîãî ñòðóìó äîçâîëÿþòü çàáåç-

ïå÷èòè ñèíóñî¿äí³ñòü íàïðóãè íà øèíàõ ñèñòåìè ç áîêó íàâàíòàæåííÿ.

Öÿ çàäà÷à ìîæå áóòè âèð³øåíà ³ ïðè ïîñë³äîâíîìó âìèêàíí³ àêòèâ-

íîãî ô³ëüòðà ç ºìí³ñíèì íàêîïè÷óâà÷åì (ðèñ. 12.11,â). Ó òàê³é ñõåì³ íà

âèõîä³ àêòèâíîãî ô³ëüòðà ôîðìóºòüñÿ êîìïåíñàö³éíà íàïðóãà u

àâ

, ùî

çíàõîäèòüñÿ ó ïðîòèôàç³ äî íàïðóãè u

âã

, çóìîâëåíî¿ ïðîò³êàííÿì âèùèõ

ãàðìîí³ê ñòðóìó ³

âã

 ÷åðåç ³íäóêòèâí³ñòü L

ì

. Ó ðåçóëüòàò³ êîìïåíñàö³¿

íàïðóãà íà øèíàõ çì³ííîãî ñòðóìó ç áîêó íàâàíòàæåííÿ, ÿê ³ ó ñõåì³ íà

ðèñ. 12.11,á, áóäå äîð³âíþâàòè u.

384

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

u

∼

L

ì

L

ô

VT1

VT3

VT2

VT4

Ñ

d

Ñ

ô

â) 

L

ì

L

ô

C

ô

u

C

d

+

_

VT1

VT3

VT

2

VT4

á) 

L

d

VT1

VT

3

VT2

VT4

u

i

1

+i

âã

=

i

í

L

ì

i

1

C

ô

i

âã

à) 

∼

∼

VD1

VD2

i

d

VD3

VD4

VD2

VD4

VD3

VD1

VD3

VD2

VD4

+

_

Ä

î 

íà

âà

íò

àæåí

íÿ

Ä

î 

íà

âà

íò

àæ

åí

íÿ

Ä

î 

íà

âà

íò

àæ

åí

íÿ

Ðèñ. 12.11 – Àêòèâí³ ô³ëüòðè: ïàðàëåëüíå âìèêàííÿ ç ³íäóêòèâíèì

íàêîïè÷óâà÷åì (à); ïàðàëåëüíå âìèêàííÿ ç ºìí³ñíèì íàêîïè÷óâà÷åì (á);

ïîñë³äîâíå âìèêàííÿ ç ºìí³ñíèì íàêîïè÷óâà÷åì (â)

385

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

²ñíóþòü ³ ³íø³ ñõåìè âìèêàííÿ àêòèâíîãî ô³ëüòðà, ÿê³ ìè íå íàâîäèìî,

áî ïðèíöèïè ¿õíüî¿ ðîáîòè ïîä³áí³ äî ïðèíöèïó ðîáîòè ðîçãëÿíóòèõ ñõåì.

Ñõåìè òðèôàçíèõ ÑÀÔ â³äð³çíÿþòüñÿ â³ä ðîçãëÿíóòèõ òèì, ùî â

íèõ ÷îòèðèêâàäðàíòíèé ïåðåòâîðþâà÷ âèêîíàíî íà áàç³ òðèôàçíî¿ ìîñ-

òîâî¿ ñõåìè âèïðÿìëåííÿ.

Îñíîâîþ àêòèâíèõ ô³ëüòð³â º êåðóâàííÿ êëþ÷îâèìè åëåìåíòàìè

ìåòîäàìè Ø²Ì. ²ñíóþòü ð³çí³ ìåòîäè ðåàë³çàö³¿ Ø²Ì, àëå äëÿ àêòèâ-

íèõ ô³ëüòð³â îñíîâíèì ³ç íèõ º ìåòîä «ñïîñòåðåæåííÿ» çà ñèãíàëîì

êåðóâàííÿ ðåãóëÿòîðà ô³ëüòðà. Ñèñòåìè, ùî çàáåçïå÷óþòü öå «ñïîñòå-

ðåæåííÿ», äîñèòü ñêëàäí³ ³ òîìó òóò íå ðîçãëÿäàþòüñÿ.

Åòàëîííèìè ñèãíàëàìè, ùî çà íèìè ïðîâîäèòüñÿ ñïîñòåðåæåííÿ,

ìîæóòü áóòè ïåðø³ ãàðìîí³êè ñòðóìó àáî íàïðóãè íà øèíàõ åíåðãî-

ñèñòåìè ó ì³ñöÿõ ï³äêìèêàííÿ àêòèâíîãî ô³ëüòðà. Â³äîìî, ùî âåëè-

÷èíà ïåðøî¿ ãàðìîí³êè ñòðóìó (íàïðóãè) îäíîçíà÷íî âèçíà÷àºòüñÿ àê-

òèâíîþ ïîòóæí³ñòþ, ñïîæèâàíîþ íåë³í³éíèì íàâàíòàæåííÿì. Òîìó

ñèñòåìà «ñïîñòåðåæåííÿ» ïîñò³éíî ïîâèííà ¿¿ îá÷èñëþâàòè. Íà âèõîä³

ô³ëüòðà áóäóòü ñôîðìîâàí³ âèù³ ãàðìîí³êè ñòðóìó ÷è íàïðóãè. Íàïðèê-

ëàä, ó ñõåì³ íà ðèñ. 12.11,à ïðè ïðÿìîêóòí³é ôîðì³ ñòðóìó íàâàíòàæåííÿ

àêòèâíèé ô³ëüòð ôîðìóº ñïåêòð âèùèõ ãàðìîí³ê, ùî ¿õíÿ ñóìà äîð³â-

íþº ð³çíèö³ ñòðóìó íàâàíòàæåííÿ i

í

 òà éîãî ïåðøî¿ ãàðìîí³êè i

í1

, ÿê

ïîêàçàíî íà ðèñ. 12.12.

³

³

í1

³

í

³

âã

t

t

Ðèñ. 12.12 – Ä³àãðàìè ñòðóì³â àêòèâíîãî ô³ëüòðà

Ïðèíöèï àêòèâíî¿ ô³ëüòðàö³¿ ìîæå áóòè òàêîæ âèêîðèñòàíî äëÿ êîì-

ïåíñàö³¿ ðåàêòèâíî¿ ñêëàäîâî¿ ñòðóìó íàâàíòàæåííÿ. Ó öüîìó âèïàäêó

åíåðã³ÿ, íàêîïè÷åíà â àêòèâíîìó ô³ëüòð³ ïîâèííà çàáåçïå÷óâàòè êîì-

ïåíñàö³þ ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ ïðîòÿãîì ïîëîâèíè ïåð³îäó îñíîâíî¿

÷àñòîòè. Ïðè òàêîìó ñïîñîá³ êîìïåíñàö³¿ îáì³í ðåàêòèâíîþ åíåð㳺þ

íà ÷àñòîò³ îñíîâíî¿ ãàðìîí³êè áóäå â³äáóâàòèñÿ ì³æ ³íäóêòèâíîþ ñêëà-

äîâîþ íàâàíòàæåííÿ ³ ô³ëüòðîì. Íàïðèêëàä, ÿêùî ñòðóì âèïðÿìëÿ÷à

ì³ñòèòü ³íäóêòèâíó ñêëàäîâó i

L

, òî ô³ëüòð ïîâèíåí ãåíåðóâàòè íà âèõîä³

ºìí³ñíèé ñòðóì i

C

 = i

L

.