Розробка регулятора змінної напруги з вольтододачею (стр. 5 из 7)
 | (1.4.4) |
Тут регулювальна характеристика через переривчастого режиму роботи регулятора буде залежати не тільки від управління (від α), але і від параметрів ланцюга навантаження (від λ), як і у випрямлячі в режимі переривчастих струмів.
Вхідний коефіцієнт зсуву та коефіцієнт потужності. Другою важливою характеристикою регулятора напруги є його вхідна енергетична характеристика – залежність вхідного коефіцієнта потужності від ступеня регулювання вихідної напруги. Так як вхідний коефіцієнт потужності дорівнює добутку коефіцієнта зсуву на коефіцієнт спотворення вхідного струму, то зручно знайти окремі залежності для зазначених множників.
Для розрахунку коефіцієнта спотворення вхідного струму регулятора необхідно аналітичний опис його миттєвих значень. Для наближеної оцінки якості вхідного струму використовуємо наближену апроксимацію реальної напівхвилі струму еквівалентної напівсинусоїдою з тривалістю напівхвилі, рівний тривалості протікання імпульсу струму λ. Тоді діюче значення такої еквівалентної напівсинусоїди з частотою ωэ і з одиничною амплітудою буде
 | (1.4.5) |
а діюче значення її першої гармоніки
 | (1.4.6) |
У результаті знаходимо коефіцієнт спотворення вхідного струму регулятора
 | (1.4.7) |
Зсув фази першої гармоніки струму навантаження щодо першої гармоніки вихідної напруги визначається параметрами навантаження. Зсув фази першої гармоніки вихідного напруги регулятора щодо вхідної напруги регулятора розраховуємо з урахуванням (1.4.2) і (1.4.3):
 | (1.4.8) |
Тоді вхідний коефіцієнт зсуву струму буде
 | (1.4.9) |
На рис. 1.4.2 наведені графіки зазначеної залежності.
Рисунок 1.4.2 – залежність вхідного коефіцієнта потужності від ступеня регулювання вихідної напруги
Регулятори з вольтодобавкою
Схема однофазного регулятора з вольтодобавкой на базі регулятора з фазовим способом регулювання напруги показана на рис.1.4.3.а). Він містить трансформатор, в первинній обмотці якого ввімкнено тиристорний регулятор на вентилях Т1, Т2 з фазовим способом регулювання, а вторинна обмотка ввімкнена послідовно з навантаженням. Крім того, вторинна обмотка трансформатора шунтується двома зустрічно-паралельно ввімкненими тиристорами Т3, Т4, котрі можуть бути відсутніми. На рис.1.4.3.б) наведена форма вихідної напруги регулятора. Тиристори Т3, Т4 відкриваються на початку кожної напівхвилі вхідної напруги, забезпечуючи його проходження на вихід регулятора на інтервалі а. Тиристори Т1, Т2 відкриваються з кутом регулювання α, при цьому до провідному тиристори з пари Т3, Т4 прикладається зворотня напруга і він закривається. Напруга на навантаженні на інтервалі π-α складається з суми вхідного напруги і напруги вторинної обмотки трансформатора, рівного КтUвх, де Кт - коефіцієнт трансформації вольтододавального трансформатора.
У схемі регулятора з вольтододачею забезпечується підвищення напруги на його виході в порівнянні з вхідною напругою, що використовується для стабілізації напруги на навантаженні при зниженні
а) б)
Рис.1.4.3 Регулятор напруги з вольтодобавкою а) - схема, б) - форма вихідної напруги
Властивості регулятора з вольтододачею виводяться з властивостей того регулятора, який використаний у пристрої вольтододачі. Зазвичай ці регулятори застосовують при необхідності регулювання напруги на навантаженні в невеликих межах вгору або вниз від вхідної напруги.
Регулятор з реактивною напругою вольтододачі на основі інвертора напруги. Джерело напруги вольтододачі можна навантажити чисто реактивним струмом, якщо в якості такого джерела використовувати автономний інвертор напруги або струму. Варіант такого регулятора з вольтододачею на базі інвертора напруги по однофазній мостовій схемі показано на рис. 1.4.4, а). Фільтр LфСф виділяє першу гармоніку напруги інвертора (50 Гц), що працює з синусоїдальною широтно-імпульсною модуляцією. Якщо фазу напруги інвертора (напруга вольтододачі) встановлювати весь час зсунутою на 90о від струму інвертора, тобто струму навантаження Iн, то через інвертор не проходитиме активна потужність. Векторна діаграма напруг і струму регулятора для такого режиму побудована на рис. 1.4.4, б). У инверторі при цьому не потрібно джерело активної потужності на вході ланки постійної напруги. Поставити початковий рівень напруги на ємності фільтра С інвертора можна, зробивши зсув фази напруги інвертора щодо струму трохи менше 90о. При цьому інвертор буде споживати від вхідного джерела невелику активну потужність, що компенсує втрати в інвертор при певному встановленому рівні постійної напруги на ємності фільтра Сd.
а) б)
Рис.1.4.2 Регулятор з реактивною напругою вольтододачі на основі інвертора напруги а) - схема, б) - векторна діаграма напруг і струму
2. Розробка структурної схеми
Регулювання напруги в схемі, що розглядається, відбувається за рахунок зміни кута регулювання α. Змінювати його можна різними способами, і один із них – використовувати змінний резистор.
Рисунок 2.1 – структурна схема регулятора
На рис. 2.1 зображено структурну схему регулятора. На один із входів схеми керування подається напруга живлення. До іншого входу під’єднаний змінний резистор, за допомогою якого визначається кут регулювання напругою. І у відповідності до цього регулюється напруга на силовій частині схеми, до якої з однієї сторони підводиться напруга живлення, а з іншої – напруга вольтододачі.
3. Особливості принципової схеми
Оскільки дана робота напрямлена на ознайомлення з принципом регулювання напруги за допомогою вольтододачі і створення лабораторного стенду, а не реального пристрою, то схема дещо відрізняється від тої, яка використовувалася б в реальному пристрої.
3.1 Розробка силової частини регулятора
Рисунок 3.1.1 – принципова схема силової частини регулятора змінної напруги з вольтододачею
Дана схема призначена для ознайомлення з принципом вольтододачі, а не для реальних приладів, тому на її вхід доцільно поставити понижуючий трансформатор TV1 (див. рис. 3.1.1).
Робота схеми
На початку першого півперіоду відкритий симістор VS1, і на навантаження йде напруга живлення. Потім, через деякий час (кут регулювання α), за допомогою схеми керування відкривається VS2. На трансформаторі виникає напруга Uw з полярністю, зазначеною без дужок. Внаслідок цього на до симістора VS1 прикладується зворотня напруга і він закривається, а до навантаження прикладується напруга, рівна сумі напруги джерела та напруги трансформатора вольтододачі TV2. При зміні знаку напруги цей процес повторюється.
Рисунок 3.1.2 – часові діаграми напруги на: а) симісторі VS1; б) симісторі VS2; в) вторинній обмотці трансформатора TV2; г) навантаженні.
На часових діаграмах напруги (рис. 3.1.2) видно, як після відмикання симістора VS2 напруга на навантаженні зростає на величину напруги на вторинній обмотці трансформатора TV2. Тому маємо, що значення напруги на навантаженні дорівнює
 , | (3.1.1) |
Де:
UH – напруга на навантаженні;
Um – амплітуда напруги живлення;
W1 та W2 – число обмоток первинної та вторинної обмоток трансформатора TV2 відповідно;
α – кут регулювання.
На рис. 3.1.3 зображена залежність напруги навантаження від кута регулювання для різних значень коефіцієнта трансформації трансформатора вольтододачі. На ньому видно, що чим більший коефіцієнт трансформації, тим меншу напругу ми отримуємо для одного й того ж кута регулювання.
Рисунок 3.1.3 – залежність напруги навантаження від кута регулювання
3.2 Схема керування
Основними задачами мікроконтроллера є прийом сигналів керування приводом та відповідно до них формування імпульсів потрібної частоти та ширини. Для написання програми, яка б це забезпечувала, була вибрана мова С++ та мережа розробки CodeVision 2.04.