Меню

Режим прерывистого тока что это

Режим прерывистого тока

В режиме непрерывного тока зависимость напряжения на вы­ходе с/д от напряжения управления Ur. двухкомплектного тири — сторного преобразователя линейна, как показано на рис. 3.19, а. В режиме прерывистого тока линейность характеристики вход— выход нарушается (рис. 3.19, б, в). Наличие противо-ЭДС и срав-

Режим прерывистого тока

Рис. 3.19. Характеристики вход—выход двухкомплектных преобразователей:

А — режим непрерывного тока; б — режим прерывистого тока при £я=0; в —режим пре­рывистого тока при ЕяфО

Яительно небольшая индуктивность в нагрузке преобразователей создают предпосылки для появления зоны прерывистых токов при определенных выходных напряжениях и малых нагрузках на ва­лу двигателя. Линейность характеристики вход—выход наруша­ется в зоне, ордината которой соответствует ЭДС якоря Ея. На рис. 3.19, б представлена характеристика при Ея=0 (двигатель не вращается), а на рис. 3.19, в — для вращающейся машины. Рас­смотрим деформацию характеристики на рис. 3.19, в в предполо­жении, что Ея постоянна. Пусть в точке х двигатель работает с большим током (значение JaRR=URЕя велико). В точке у ток якоря еще остается непрерывным. В точке z ток становится пре­рывистым, а напряжение Ия превышает Ея, определяя положи­тельное среднее значение тока двигателя. В точке и напряжение на выходе преобразователя и ЭДС двигателя становятся равны­ми, ток якоря равен Нулю, двигатель вращается по инерции.

При напряжении управления, равном в относительных едини­цах t/y* = 0,25 (рис. 3.19, в), гок двигателя имеет прерывистый характер. Выходное напряжение преобразователя 1 Ия превы­шает ЭДС двигателя Ея. Если теперь управляющие импульсы перестанут поступать на преобразователь 1 и начнут поступать на преобразователь 2, напряжение UR2 окажется существенно отлич­ным от Ея, что может вызвать весьма значительный скачок тока. Для уменьшения бросков тока в таких режимах используется один из описанных ниже способов.

Сдвиг фазы управляющих импульсов. На включаемый преоб­разователь подаются смещенные в сторону отставания, например на 180°, управляющие импульсы, фаза которых затем с помощью замкнутой системы управления восстанавливается. Изменение направления тока сопровождается бестоковой паузой. Системе свойственна инерционность.

Обратная связь по напряжению двигателя. При данном спо­собе управляющее напряжение, которое определяет подачу им­пульсов на очередной преобразователь, ставится в зависимость от напряжения якорной цепи. Обратная связь действует таким образом, что напряжение на выходе вступающего в действие пре­образователя согласуется с напряжением якоря. Стабилизирую­щие свойства схемы не зависят от характера протекающего тока. Способ обеспечивает плавный реверс тока при отсутствии бесто­ковой паузы.

Источник

Режим прерывистого тока в дросселе

Если ток нагрузки Iнг τдр.нг1

Раскрывая τдр нг и заменяя Rнг = Uнг/Iнг, преобразуем выражение (8.9) к виду

который является по существу внешней характеристикой идеального ОШИП в режиме прерывистого тока. Эти характеристики при различных значениях γ показаны в относительных единицах на рис. 8.8. При Iнг > Iнг.кр внешняя характеристика идеального ОШИП не зависит от тока нагрузки (сплошные линии в области 2). Отметим, что идеальным преобразователем принято считать преобразователь без потерь мощности на элементах схемы.

Внешняя характеристика реальногоОШИПв режиме непрерывного тока зависит от тока нагрузки и при Iнг > Iнг.кр, что обусловлено наличием активного сопротивления обмотки дросселя RL [5]. Эту характеристику ОШИП определим из условия равенства вольт — секундных площадей в установившемся режиме, действующих на индуктивности дросселя на интервалах tи и tп, в предположении, что сопротивление обмотки дросселя RL отлично от нуля. Тогда

где Rсх – активное сопротивление элементов схемы, по которым течет ток нагрузки. В данной схеме Rсх равно активному сопротивлению обмотки дросселя, т.е. Rсх = RL.

Эти характеристики показаны на рис. 8.8 штриховыми линиями в области 2.

Рис. 8.8— Внешние характеристики ОШИП при различных γ для режимов прерывистого (область 1) и непрерывного (область 2) тока

Выходное сопротивление ОШИП

Пульсации выходного напряжения. При расчете сглаживающего фильтра всегда необходимо установить значения коэффициента пульсаций напряжения на входе фильтра kп1 и коэффициента пульсаций напряжения на выходе фильтра kп2.

Коэффициент пульсаций напряжения на входе сглаживающего фильтра без учета падения напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя определяется отношением амплитуды основной (первой) гармоники переменной составляющей напряжения пульсаций Uп m(1) к среднему значению выходного напряжения преобразователя Uнг т.е.

а Uнг= Uвхγ, то коэффициент пульсаций на входе фильтра

kп1 = [2/(πγ)]sin (180 о γ). (8.13)

Зависимость амплитуды пульсаций напряжения нагрузки, которое равно амплитуде пульсаций напряжения на конденсаторе фильтра С2, ΔUC2, от параметров фильтра можно установить, определив заряд ΔQ в фильтрующем конденсаторе С2, обусловливающий изменение выходного напряжения от минимального его значения до максимального [4]:

Учитывая, что ΔQ = С2 ΔUC2, находим

Из соотношения (8.14) легко определить величину коэффициента пульсаций kп2 при уже известных параметрах сглаживающего фильтра, значении частоты f и значении коэффициента скважности γ:

kп2 = (1- γ)/( 8LC2f 2 ). (8.15)

Порядок выполнения работы:

1.Изучить краткие теоретические сведения о широтно — импульсных

2. Теоретически построить регулировочные характеристики для однотактного ШИП для заданного типа нагрузки:

— для активной нагрузки;

— для активно-индуктивной нагрузки.

3. Исследовать работу однотактного ШИП на активную нагрузку.

Читайте также:  Как определить направление силы тока в проводнике рис

4. Исследовать работу однотактного ШИП на активно-индуктивную нагрузку.

5. Сравнить экспериментально снятые регулировочные характеристики

по п. 3, 4 с теоретически построенными по п.2 и сделать выводы.

6. Оформить отчет по лабораторной работе.

Описание универсального лабораторного стенда [1].

Для проведения необходимых экспериментальных исследований универсальный лабораторный стенд в своем составе имеет трехфазный широтно-импульсный преобразователь, в состав которого входят два широтно – импульсных преобразователя:

Двухтактный ШИП представляет собой мост на IGBT-транзисторах, собранных в одном силовом модуле. Два плеча моста используются для получения реверсивного ШИП для питания якоря ДПТ НВ электромашинного агрегата, входящего в состав стенда.

Оставшееся плечо, состоящее из двух транзисторов используется в стенде в качестве однотактного нереверсивного ШИП и применяется для питания обмотки возбуждения ДПТ НВ.

Схема силовой части трехфазного широтно-импульсного преобразователя приведена на рис. 8.9.

Отметим особенность управления транзисторов двухтактного ШИП для управления IGBT-транзистором нужно напряжение. Поскольку верхний транзистор каждого плеча моста включается от конденсатора, который требуется периодически заряжать, в алгоритм работы системы управления ШИП необходимо ввести дополнительную операцию. Реальная работа транзисторов одного плеча ШИП на интервале заряда конденсатора имеет следующий вид:

— нижний транзистор– открывается на короткие промежутки времени для заряда конденсатора.

— верхний транзистор – закрывается на время «открыт нижний транзистор

плюс интервал паузы для защиты от токов короткого замыкания».

Рис.8.9 – Схема силовой части трехфазного ШИП

Универсальный стенд позволяет исследовать работу однотактного ШИП на активную, активно-индуктивную и двигательную (активно-индуктивную с противо — ЭДС) нагрузку.

Для проведения необходимых измерений в состав универсального стенда

входят измерительные приборы, позволяющие измерять действующие и

средние значения постоянного и переменного тока и напряжения. Для измерения параметров цепи переменного тока, питающей ШИП, дополнительно включен измерительный комплект К – 50 (см. рис.8.10).

Стенд также позволяет осуществить индикацию измеренных величин и

передачу данных на компьютер через интерфейс RS485.

Для более детального исследования работы трехфазного широтно —

импульсного преобразователя необходим осциллограф (желательно с памятью).

Источник

Почему импульсные преобразователи «не любят» «легкую» нагрузку. Часть 1

Александр Русу, Одесса

В технической документации на микросхемы контроллеров импульсных преобразователей можно найти целые разделы, посвященные режиму «легкой» нагрузки (Light Load), при котором выходной ток значительно меньше номинального или вообще отсутствует (Low Output Current Conditions). Современные контроллеры при легкой нагрузке могут работать в режиме пропуска импульсов (Pulse Skipping Mode), пакетном режиме (Burst Mode), режиме прерывистой проводимости (Discontinuous Conduction Mode), режиме принудительной непрерывной проводимости (Forced Continuous Conduction Mode) и других менее распространенных режимах. Некоторые микросхемы поддерживают несколько режимов работы, что позволяет оптимизировать характеристики преобразователя в зависимости от конкретной ситуации.

Наличие многих вариантов показывает, что работа при легкой нагрузке имеет свои особенности. Пытаясь разобраться в этом вопросе с помощью специализированной литературы, можно заметить, что все авторы выделяют два режима работы силовой части, в зависимости от характера тока (или магнитного потока) силового дросселя (Рисунок 1). В безразрывном режиме (режим непрерывной проводимости, Continuous Conduction Mode – CCM) ток в дросселе на протяжении всего периода преобразования непрерывен, в отличие от разрывного режима (прерывистого, Discontinuous Conduction Mode – DCM), при котором ток в дросселе отсутствует в течение некоторого времени. И если с анализом электрических процессов в безразрывном режиме проблем не возникает – полученные результаты совпадают у авторов всех континентов, национальностей и вероисповеданий, – то с анализом безразрывного режима, наступающего при легкой нагрузке, все непросто. Авторы единодушны в том, что процессы в этом режиме гораздо сложнее, и поэтому либо не рассматривают этот вопрос, либо приводят сложные и малопонятные объяснения того, что происходит в силовой части схемы.

Рисунок 1. Магнитный поток дросселя при безразрывном
и разрывном режимах работы.

Так в чем же особенность легкой нагрузки? Ведь если при преобразовании 100% мощности проблем не возникает, то почему они появляются при преобразовании 1%? В реальном мире обычно так не бывает. Если сумка не рвется, когда в ней находится 10 кг содержимого, то она точно не порвется от груза весом 100 г. Аналогично, если автомобиль грузоподъемностью 3 т загрузить мешком весом 30 кг, то никаких проблем в поездке возникнуть не должно.

Но к импульсным преобразователям это не относится. Для этих схем процессы при преобразовании 1% мощности значительно отличаются от процессов при полной загрузке. И, возможно, этот вопрос не требовал бы столь подробного внимания, если бы в последнее время не появились приложения, требующие двунаправленного преобразования энергии, реализация которого невозможна без детального понимания особенностей режима легкой нагрузки. В числе таких приложений преобразователи переменного напряжения (AC/AC конвертеры), ведомые сетью инверторы для солнечных и ветряных электростанций, контроллеры питания устройств, работающих от аккумуляторов и другие.

В этой статье рассмотрены особенности работы импульсных преобразователей во всех возможных, с точки зрения направления передачи энергии, режимах:

  • передачи – когда энергия передается с входа преобразователя на его выход,
  • холостого хода – когда энергия не передается,
  • рекуперации – когда энергия передается в обратном направлении – с выхода на вход.
Читайте также:  Тепловоз с передачей постоянно постоянного тока

Детальный анализ рассматриваемых процессов приведен в работах [1, 2]. При желании более фундаментально изучить этот вопрос, читатель может самостоятельно ознакомиться с предложенными материалами. Некоторые моменты, например, почему рассматривается обратноходовой преобразователь, также будут более понятны, если ознакомиться со статьями, уже опубликованными в журнале РадиоЛоцман [3 – 5].

Режим передачи электрической энергии

Рассмотрим работу идеализированного (собранного на элементах с идеальными характеристиками и отсутствием каких-либо потерь) обратноходового преобразователя. В самом распространенном режиме, назовем его режимом передачи, электрическая энергия передается в одном направлении: с входа преобразователя на его выход.

В этом режиме энергия из источника питания в нагрузку поступает порциями (импульсами) величиной WИМП. Пусть за секунду через преобразователь проходит NИМП порций энергии. Каждая порция преобразуется в два этапа (Рисунок 2). На первом этапе энергия величиной WИМП через замкнутый ключ S1 передается из электрического поля конденсатора С1 в магнитное поле дросселя L1, а на втором – из магнитного поля дросселя L1 через замкнутый ключ S2 в электрическое поле конденсатора С2.

Рисунок 2. Режим передачи.

Нагрузка, подключенная к выходу преобразователя, потребляет энергию из конденсатора С2 со скоростью РН. Количество энергии в конденсаторе WC2 и напряжение на его обкладках связаны:

UВЫХ – напряжение на конденсаторе С2, равное выходному напряжению преобразователя;
СС2 – емкость конденсатора С2.

Большинство преобразователей стабилизируют выходное напряжение, поддерживая его, а, следовательно, и количество энергии в конденсаторе С2, постоянным. Очевидно, что для этого должно соблюдаться условие:

Если условие (2) не выполняется, тогда количество энергии в конденсаторе С2 будет либо постоянно увеличиваться (если РН WИМПNИМП) до тех пор пока или не установится новый баланс мощности (вплоть до РН = WИМПNИМП = 0), или что-нибудь не сломается, ведь постоянное увеличение напряжения на конденсаторе рано или поздно приведет к пробою диэлектрика.

При легкой нагрузке мощность РН стремится к нулю, поэтому контроллеру для предотвращения увеличения напряжения на выходе необходимо уменьшить либо NИМП, либо WИМП, либо и то и другое сразу.

Контроллеру проще всего изменить NИМП. В этом случае при нормальной нагрузке количество импульсов соответствует частоте преобразования (NИМП = fПР), а при легкой нагрузке часть циклов пропускается (NИМП 2 AL, где N – количество витков).

Рисунок 4. Параметры магнитного потока дросселя.

Ключ S1 замыкается на некоторое время t1, на протяжении которого к обмотке W1 дросселя L1 приложено входное напряжение UВХ, под действием которого, согласно закону Фарадея, магнитный поток в дросселе изменяется на величину ΔФ (Рисунок 4):

где N1 – количество витков обмотки W1.

Таким образом, к моменту размыкания ключа S1 магнитный поток в дросселе достигнет величины ФКОН:

которому соответствует энергия WКОН:

Вычитая из (6) энергию дросселя в момент замыкания ключа S1 (3), получим количество энергии, переданное в дроссель из конденсатора C1:

где ФСР – среднее значение магнитного потока на интервале t1:

Из формулы (7) видно, что мощность, потребляемая нагрузкой, влияет на параметры магнитного потока в дросселе. Для того чтобы при легкой нагрузке уменьшить WИМП, необходимо уменьшать либо постоянную ФСР, либо переменную ΔF составляющие магнитного потока.

Величина ΔФ определяется (4). Из всех компонентов этой формулы контроллер может изменить только длительность t1, ведь практически во всех преобразователях ключ S1 управляемый. Однако от t1 зависит также и выходное напряжение, которое для обратноходового преобразователя определяется формулой:

N2 – количество витков обмотки W2;
t2 – длительность замкнутого состояния ключа S2.

Поэтому, для того чтобы выходное напряжение не изменилось, вместе с t1 необходимо изменять и t2 так, чтобы соотношение t1/t2 оставалось одинаковым (Рисунок 5). Но при использовании в качестве ключа S2 неуправляемого полупроводникового диода возможность управления длительностью t2 отсутствует. И пусть даже t2 уменьшается автоматически, и контроллер может обеспечить нужное соотношение t1/t2, все равно, уменьшать t1, даже вместе с t2, можно только до определенных пределов. Рано или поздно наступит такой момент, когда или t1, или t2 станут меньше чем время, необходимое для переключения ключей, ведь на практике они не идеальны.

Рисунок 5. Магнитный поток дросселя в разрывном режиме.

Вот и получается, что в разрывном режиме, в котором используется этот метод регулирования, преобразователь в принципе не может стабилизировать напряжение без нагрузки, когда РН = 0, t1 = 0 и t2 = 0. Если контроллер дополнительно не поддерживает режим пропуска импульсов, то силовая часть должна обязательно иметь некоторую минимальную нагрузку, при которой еще можно как-то поддерживать выходное напряжение в требуемых пределах, иначе оно будет неуправляемым. Для этого на выходе обычно устанавливают создающий дополнительные потери резистор.

Источник



Режим непрерывного / прерывного (прерывистого) тока через дроссель в импульсных преобразователях напряжения, источниках питания

Понятие режимов непрерывного и прерывного тока. Онлайн расчет для понижающей, пушпульной, прямоходовой, мостовой и полумостовой топологий (10+)

Режим непрерывного / прерывного (прерывистого) тока через дроссель

Читайте также:  Защита осветительных сетей от токов перегрузки

В импульсных источниках питания всех топологий используется дроссель (катушка индуктивности) для накопления энергии и передачи ее на выходной конденсатор.

Различают два режима работы таких схем: непрерывного тока и прерывного (прерывистого) тока через дроссель.

Диаграмма токов

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Графики тока (суммарного тока) через дроссель в зависимости от времени

На верхнем рисунке показан режим прерывистого тока, на нижнем — непрерывного. Для непрерывного режима определена величина максимального тока через дроссель (I max) и минимального тока через дроссель (I min). Для прерывного режима I min равно нулю.

Особенности обратноходовой схемы

В обратноходовой схеме используется дроссель с несколькими обмотками, который одновременно является трансформатором. Все, сказанное верно и для этой схемы с учетом следующего соображения. Под током через дроссель понимается суммарный ток, то есть сумма токов, приведенных к первичной обмотке, через все обмотки этого дросселя, при условии, что все обмотки намотаны в одну сторону. Что это значит?

[Суммарный ток через дроссель, А] = [Ток через первичную обмотку, А] + [Ток через обмотку 2, А] * [Количество витков первичной обмотки] / [Количество витков обмотки 2] + [Ток через обмотку 3, А] * [Количество витков первичной обмотки] / [Количество витков обмотки 3] + .

Если обмотка намотана в другую сторону, то ток через нее нужно не прибавлять, а вычитать.

Действительно, катушка индуктивности накапливает энергию в магнитном поле и склонна поддерживать его (магнитного поля) напряженность, то есть величину электромагнитной индукции. Током через какую обмотку обеспечивается эта индукция — все равно. Ток в таком дросселе может как-бы перетекать из одной обмотки в другую. Можно беспрепятственно менять силу тока в разных обмотках, если сохраняется суммарный ток через дроссель. В этом случае сохраняется индукция, и не требуется подводить или отводить энергию. Индукция пропорциональна количеству витков, этим обуславливается необходимость приводить силу тока к первичной обмотке, то есть умножать на соотношение витков (коэффициент трансформации от вторичной отмотки к первичной).

Критерий режима

Для понижающего, прямоходового, пушпульного, полумостового, мостового преобразователей

В расчете пренебрегаем потерями.

[Приведенное входное напряжение, В] = [Коэффициент передачи входного напряжения] * [Входное напряжение, В]

  • Понижающий: [Коэффициент передачи входного напряжения] = 1
  • Прямоходовый, мостовой: [Коэффициент передачи входного напряжения] = [Количество витков вторичной обмотки] / [Количество витков первичной обмотки]
  • Пушпульный: [Коэффициент передачи входного напряжения] = [Количество витков вторичной обмотки] / [Количество витков одного плеча первичной обмотки]
  • Полумостовой: [Коэффициент передачи входного напряжения] = [Количество витков вторичной обмотки] / [Количество витков первичной обмотки] / 2

Тогда преобразователь будет работать в непрерывном режиме, если:

[Сила тока нагрузки, А] > ([Приведенное входное напряжение, В] — [Выходное напряжение, В]) * [Выходное напряжение, В] / [Приведенное входное напряжение, В] / [Частота преобразователя, Гц] / [Индуктивность дросселя, Гн] / 2

Онлайн расчет

Учитываем, что для пушпульной топологии в форму надо ставить количество витков одного плеча первичной обмотки, для понижающего поставьте количество витков обоих обмоток равным 1, а для полумостового количество витков первичной обмотки удвойте по сравнению с тем, что есть на самом деле.

Понять приведенную формулу очень просто, если принять во внимание, что сила тока нагрузки равна средней силе тока через дроссель. При максимально возможной для прерывного режима силе тока нагрузки график тока в катушке индуктивности выглядит так:

Работа преобразователей состоит из двух фаз: накопления энергии (T1) и отдачи энергии (T2). Накопление энергии происходит, когда дроссель подключен ко входному напряжению. Отдача энергии — когда дроссель отключен от входного напряжения.

Средняя сила тока дросселя равна половине максимальной (I max). В свою очередь максимальная сила тока (I max) достигается путем приложения разницы приведенного входного и выходного напряжений (на рисунке эта разница обозначена U1) к катушке на время, определенное длительностью периода (1 деленная на частоту) и коэффициентом наполнения (T1 / (T1 + T2)).

Коэффициент наполнения при максимально возможной для прерывного режима силе тока нагрузки равен отношению выходного напряжения к входному (из закона сохранения энергии и того, что мы пренебрегли потерями).

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Инвертирующий импульсный преобразователь напряжения, источник питания.
Как сконструировать инвертирующий импульсный преобразователь. Как выбрать частот.

Обратноходовый импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Пода.
Как рассчитать обратноходовый импульсный преобразователь напряжения. Как подавит.

Повышающий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать повышающий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить пу.

Тиристорные включающие, выключающие, переключающие, коммутирующие, ком.
Управление тиристорным силовым ключом с помощью оптрона. Гальваническая развязка.

Микроконтроллеры. Управление силовыми нагрузками с выхода. ШИМ (Широтн.
Как управлять нагрузками с выхода микро-контроллеров? Встроенная ШИМ. Как обраба.

Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения. Силовой ключ — б.
Как сконструировать обратноходовый импульсный источник питания. Как выбрать мощн.

Источник