Двух операционный импульсный регулятор с широтной модуляцией

Одно операционный импульсный регулятор с частотной модуляцией. Схема с включением катушки коммутирующего контура последовательно с тиристором

Одно операционный импульсный регулятор с частотной модуляцией. Схема с включением коммутирующего контура параллельно тиристору

В такой схеме длительность импульса постоянна, а частота следования зависит от частоты управляющих импульсов тиристора. Особенностью схемы является применение коммутирующего контура L_кC_к, с помощью которого происходит автоматическое запирание тиристора встречным напряжением по окончании импульса. Схема одно операционного импульсного регулятора с частотной модуляцией представлена на рис 10.3.

Рис. 10.3. Схема одно операционного импульсного регулятора с частотной модуляцией с включением коммутирующего контура параллельно тиристору

Когда тиристор VS закрыт, конденсатор С_к заряжается до напряжения U_d от контактной сети через L_ф, L_к, L_н и тяговый двигатель М в полярности «+» на левой обкладке, «-» - на правой. Как только тиристор VS открывается, в коммутирующем контуре L_кC_к появляется ток i _к, протекающий по цепи L_к, VS, C_к. Этот ток через половину периода колебаний перезаряжает конденсатор С_к в противоположной полярности «-»на левой обкладке, «+» - на правой. Когда ток i _к прекратится, встречное напряжение с правой обкладки конденсатора С_к, равное по величине U_d, будет приложено к катоду тиристора VS, что приведёт к его закрыванию. Таким образом, в схеме одно операционного импульсного регулятора требуется только одна операция – открывание тиристора VS импульсом от схемы управления. Закрывание тиристора происходит автоматически из-за процессов в коммутирующем контуре. Временная диаграмма работы схемы одно операционного импульсного регулятора представлена на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Временная диаграмма работы одно операционного импульсного регулятора с включением коммутирующего контура параллельно тиристору

Длительность импульса t _и в такой схеме определяется по формуле:

, (10.3)

то есть складывается из времени перезаряда конденсатора С_к в коммутирующем контуре и времени его заряда t _комм током двигателя при закрытом тиристоре VS. Длительность паузы t _п определяется схемой управления.

Недостатками схемы одно операционного импульсного регулятора с включением коммутирующего контура параллельно тиристору являются:

- увеличение тока через тиристор VS, так как через него протекают два тока – ток нагрузки от тягового двигателя и ток коммутирующего контура;

- бросок напряжения от величины U_d до величины 2U_d в точке «а» в момент коммутации (закрывания тиристора VS).

Чтобы устранить бросок напряжения, можно включить катушку L_к последовательно в цепь тиристора.

Схема одно операционного импульсного регулятора с включением катушки коммутирующего контура L_к последовательно с тиристором представлена на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Схема одно операционного импульсного регулятора с включением катушки коммутирующего контура L_к последовательно с тиристором

Электромагнитные процессы в такой схеме аналогичны процессам в предыдущей схеме: когда тиристор VS закрыт, конденсатор С_к заряжается до напряжения U_d от контактной сети через L_ф, L_н и тяговый двигатель М в полярности «+» на левой обкладке, «-» - на правой. Как только тиристор VS открывается, в коммутирующем контуре L_кC_к по цепи L_к, VS, C_к протекает ток i _к, который перезаряжает конденсатор С_к. Таким образом, в катушке коммутирующего контура L_к и тиристоре VS протекает сумма токов тягового двигателя и коммутирующего контура, что является недостатком схемы, так как катушка коммутирующего контура должна быть рассчитана на гораздо больший ток, чем в предыдущей схеме.

Временная диаграмма работы одно операционного импульсного регулятора с включением катушки коммутирующего контура L_к последовательно с тиристором представлена на рис. 10.6.

Из-за того, что катушка L_к исключена из цепи перезаряда конденсатора С_к, напряжение в точке «а» нарастает и уменьшается от 0 до 2U_d без резкого броска в момент коммутации (закрывания тиристора VS). Поэтому такая схема импульсного регулятора при работе создаёт меньше помех.

Рис. 10.6. Временная диаграмма работы одно операционного импульсного регулятора с включением катушки коммутирующего контура L_к последовательно с тиристором

Среднее значение напряжения на тяговом двигателе в схемах одно операционных регуляторов определяется по формуле (10.1).

Поскольку нормальная работа таких схем невозможна без перезаряда конденсатора С_к, в них схемой управления обязательно должна быть сформирована пауза для приведения схемы в исходное состояние. Поэтому диапазон изменения среднего значения напряжения на тяговом двигателе в таких схемах ограничен, и не может составлять полного значения от 0 до U_d. Это является общим недостатком простых одно операционных схем импульсных регуляторов.

Чтобы можно было изменять длительность импульса в схеме импульсного регулятора, следует задержать время подачи встречного напряжения для закрывания тиристора. В схеме появляются две операции: первая – открывание основного тиристора VS_о; вторая – открывание дополнительного тиристора VS_д в коммутирующем контуре. При этом разница в моментах времени открывания основного и дополнительного тиристоров будет изменять длительность импульса, то есть будет осуществляться широтная модуляция.

Схема двух операционного импульсного регулятора с широтной модуляцией представлена на рис. 10.7.

Рис. 10.7. Схема двух операционного импульсного регулятора с широтной модуляцией

Коммутирующий контур содержит элементы L_к, C_к, VD_д и VS_д. Конденсатор С_к при закрытом основном тиристоре VS_о предварительно заряжается до напряжения U_d от контактной сети через L_ф, VS_д, L_н и тяговый двигатель М в полярности «+» на верхней обкладке, «-» - на нижней. Как только тиристор VS_о открывается, в коммутирующем контуре L_кC_к появляется ток i _к, протекающий по цепи VS_о, L_к, VD_д, C_к. Этот ток через половину периода колебаний перезаряжает конденсатор С_к в противоположной полярности «-»на верхней обкладке, «+» - на нижней. Ток в коммутирующем контуре прекращается, а тиристор VS_о остаётся открытым до тех пор, пока система управления не откроет дополнительный тиристор VS_д. При открывании VS_д на тиристор VS_о будет подано встречное напряжение с нижней обкладки конденсатора С_к, и тиристор VS_о закроется. Тиристор VS_д будет оставаться открытым до тех пор, пока конденсатор С_к не перезарядится до напряжения U_d в полярности «+» на верхней обкладке, «-» - на нижней. Тогда ток в цепи прекратится, и тиристор VS_д закроется. Схема придёт в исходное состояние.

Временная диаграмма работы схемы двух операционного импульсного регулятора с широтной модуляцией представлена на рис. 10.8.

Длительность импульса в схеме можно определить по формуле:

, (10.4)

где t _зад – время задержки подачи схемой управления импульса открывания дополнительного тиристора после окончания перезаряда конденсатора С_к током коммутирующего контура i _к.

За счёт времени задержки можно сделать длительность импульса сколь угодно большой.

Рис. 10.8. Временная диаграмма работы схемы двух операционного импульсного регулятора с широтной модуляцией

Недостатком схемы можно считать невозможность уменьшения длительности импульса меньше чем .

10.5. Трёх операционный импульсный регулятор с широтной модуляцией

В трёх операционном импульсном регуляторе заряд конденсатора коммутирующего контура С_к происходит независимо от работы основного тиристора VS_о, поэтому заряд С_к можно производить даже во время паузы. Это даёт возможность сделать импульс малой длительности и изменять напряжение на тяговом двигателе практически от 0 до U_d. Схема трёх операционного импульсного регулятора представлена на рис. 10.9. Схема содержит три тиристора: основной VS_о, первый дополнительный VS_д1 и второй дополнительный VS_д2. При работе схемы последовательно выполняются три операции:

1. Открывание тиристора VS_о – подача напряжения на тяговый двигатель;

2. Открывание тиристора VS_д1 – заряд конденсатора Ск;

3. Открывание тиристораVS_д2 – подача встречного напряжения от С_к на VS_о и его закрывание.

Схема управления может изменять порядок следования первой и второй операций.

Рис. 10.9. Схема трёх операционного импульсного регулятора

Временная диаграмма работы трёх операционного импульсного регулятора представлена на рис. 10.10.

Рис. 10.10. Временная диаграмма работы трёх операционного импульсного регулятора

В схеме трёх операционного импульсного регулятора через каждый тиристор протекает только ток коммутируемой им цепи. В момент подачи встречного напряжения на тиристор VS_о не возникает скачок напряжения, так как коммутирующий контур включён параллельно тяговому двигателю. Поэтому трёх операционная схема позволяет получить наиболее качественное регулирование напряжения на тяговом двигателе.