проводящих поочередно ток нагрузки; конденсатора С и дросселя насыщения L с прямоугольной петлей гистерезиса, играющего роль ключа; диода Д1 и фильтра (ЬфСф или более сложного). Сопротивление нагрузки /?н - эквивалент входного сопротивления силовой цепи модулируемого генератора. Принцип действия схемы поясняется диаграммами токов и напряжений, приведенными на рис. 6-2.

Предположим первоначально, что в момент = О конденсатор С заряжен до напряжения с полярностью, показанной на рис. 6-1. Магнитный поток Фо в сердечнике дросселя L чуть меньше положительного потока насыщения + Фя- В Этот момент на управляющий электрод тиристора Т поступает управляющий импульс и тиристор открывается. Ток тиристора течет через фильтр и нагрузку Rn, Магнитный поток постепенно уменьшается за счет

Рис. 6-1. Схема модулятора напряжения с переменной частотой и насыщающимся дросселем

Рис. 6-2. Диаграммы токов и напряжений для модулятора с переменной частотой и насыщающимся дросселем

протекания малого тока в цепи С, Т, L, определяемого большой индуктивностью ненасыщенного дросселя L. В момент ti магнитный поток изменяет свой знак и достигает значения - Фз. Напряжение на конденсаторе С в интервале времени (от до i) остается практически постоянным. Диод Д не проводит ток на этом участке, так как к нему приложено обратное напряжение Ef,. Как только магнитный поток становится равным - Фу, индуктивность дросселя L резко уменьшается до значения \Ешс и происходит перезаряд конденсатора С через тиристор Г. Время перезаряда равно половине периода собственной частоты контура Lnac, С, т. е. величине я У LnacC . По завершении интервала между моментами и 1,т. е. в момент окончания перезаряда конденсатора С, напряжение на нем близко к Eq.s знак его противоположен знаку, показанному на рис. 6-1.

С момента до момента (интервал й) происходит перезаряд конден. сатора С через тиристор Т по цепи С, Т, L, при этом магнитный поток в сер. дечнике дросселя L стремится к значению + Фs. В момент з, когда дости. гается значение + Фs, индуктивность дросселя L снова резко уменьшается и конденсатор С перезаряжается в течение времени я>1иасС по цепи С, 7, Lnac- Ток перезаряда в этом случае противоположен по направлению току тиристора, и когда они сравниваются (момент по завершении интервала

й = 4-/з), ток через тиристор прекращается, а оставшаяся энергия перезаряда замыкается через диод Д1. В течение интервала й (от момента до t) обратное напряжение открытого диода Д1 приложено к тиристору Т, и в момент /5 он выключается. В момент ток перезаряда конденсатора С стано-

вится равным току нагрузки, и ток через диод Д1 соответственно прекращается. Диод Д1 выключается, и конденсатор продолжает перезаряжаться от источника питания постоянным током, равным току нагрузки. В момент в, по завершении интервала 6 = te-tb, напряжение на конденсаторе «с будет равно Ео. Обратное напряжение на диоде Д падает до нуля, и он отпирается. Колебательный заряд С продолжается до тех пор, пока ток заряда не снизится до нуля, а ток диода Д не возрастет до тока нагрузки. По завершении интервала t? = tj-tg напряжение на конденсаторе С в момент несколько больше Ео и полярность его соответствует указанной на рис. 6-1. С момента ток нагрузки полностью протекает через диод Д. В течение времени t-t-] дроссель L находится в состоянии насыщения. С момента tf состояние схемы остается неизменным до подачи на тиристор Т следующего управляющего импульса.

Напряжение, равное напряжению источника питания Eq, будет приложено ко входу фильтра в течение времени от момента to до 4, пока открыт тиристор Т. Соответственно напряжение на нагрузке (без учета потерь в фильтре Lф Сф) определяется формулой

/н=оотк/(о« + зак), (6-23)

где /отк - время, когда тиристор Т открыт; ак - время, когда тиристор Т закрыт.

Для определения величины i/н, таким образом, необходимо знать

время /отк и зак, склэдывающееся из интервалов = £ п- Оп-

га=1

ределим эти интервалы и другие необходимые величины.

В интервале t{ к дросселю L приложено напряжение Ua конденсатора С, равное напряжению на нем в момент ti. Напряжение Uc7 в момент t равно сумме напряжения источника питания Ео и напряжения, до которого конденсатор дозаряжается в интервале tj током источника питания, который в первоначальный момент равен току нагрузки /„.

Напряжение на конденсаторе С в интервале t? определяется формулой

е 2<г sino),

(6-24)

где Q - собственная добротность контура нас, С.

Амплитуда первого пика напряжения на конденсаторе соответствует моменту tf, когда ток диода Д достигает значения /н, и

равна /н

е 2Q Тогда

я 4Q

(6-25)

Б интервале t[ под воздействием напряжения Ua происходит перемагничивание дросселя L и по закону электромагнитной индукции имеет место зависимость Ui= w d0/dt, где w - число витков обмотки дросселя L. Интегрируя левую и правую части этого

выражения и учитывая условие = lci получаем

W (Фо + Ф)

(6-26)

Длительность интервала t2 равна

12 = лУ1пясС.

(6-27)

В интервале происходит обратное перемагничивание дросселя L и магнитный поток изменяется в пределах от - 0$ до + Oj. Поскольку напряжение на конденсаторе С, прикладываемое к дросселю L в интервале ta, определяется уравнением

г/«=«л(£,+ /»/-).

где логарифмический коэффициент затухания напряжения в кон-

туре Lhsci с за полпериода a„=:e , получаем

ссл(яо-Ь/н/ )

(6-28)

При перезаряде конденсатора в интервале й ток перезаряда определяется выражением

l{t)

е-» sin (at.

(6-29)

где Ucs - напряжение на конденсаторе в момент з; ю =

= V l/(L„3cC)-(4L5ac) - собственная частота цепи вао C;ot - = г/(21нас) - коэффициент затухания цепи 1нас. С (г - сопротивление потерь этой цепи).

Полагая а = О и в выражении (6-29) i = /„, находим

f4 « У Laac arCSin-т---jr=

a(£o-f/н/1насал/С)

(6-30)

Для максимального значения тока перезаряда 1с полу-

чаем

ал(£о-Ь /и ]/"Ьнасал/С)

Ст--

(6-31)

Интервал 5, когда к аноду тиристора приложено отрицательное напряжение и тиристор выключается, может быть определен как разность времени, равного половине периода собственной ча-

стоты цепи и,с. С, и удвоенного времени П:

л;-arcsin

/н VLmc/C

«л (Ео + /н -насКл/С ) .

(6-32)

После окончания протекания тока через диод Д1 к тиристору прикладывается прямое напряжение конденсатора С, которое к моменту t-г достигает максимального значения, равного i/ 7 и определяемого выражением (6-25).

Расчет модулятора можно произвести следующим образом:

1. Выбираем максимальную частоту следования /ах и максимальную длительность импульсов тока /отктах через тиристор Т. Практически желательно выбрать максимально возможное значение отктах» ТЗК КЗК в ЭТОМ СЛуЧЗС НЗИЛуЧШИМ обрЗЗОМ ИСПОЛЬ-

зуется напряжение источника питания: „к max = (0»6-т-0,8) п,ах-Обычно /max = (3-f-4) F, где F - наибольшая возможная частота синусоидального сигнала, с которой изменяется выходное напряжение модулятора.

2. Выбираем тип тиристора, обеспечивая необходимое время 4. ном- Поскольку справедливо условие 4. ном < 5, то, считая, что интервалы te, tr малы и диод Д проводит ток в течение времени, существенно меньшего t, в режиме, соответствующем максимальному значению напряжения на нагрузке = f/н т» полагаем, 4ак > 1,5 ts. Отсюда, зная величины fx = VT и отктах, легко найти требуемое значение t, „ом и определить тип тиристора.

3. Величины /н и Uyi, как правило, задаются при расчете. Зная и я и учитывая соотношение tow + зак = Т = \/f, легко с помощью выражения (6-23) найти Eq.

4. Для запирания тиристора Т необходимо, чтобы ток перезаряда конденсатора С в интервалах ts, t4, ts, т. е. 7, был больше /н. Для надежного запирания достаточно соотношения 1ст > 2/н.

5- Величину «л легко определить, задаваясь добротностью Q.

6. По известным величинам Е, Iq, из выражения (6-31) находим Yijc.

7. Интервал /5 должен быть несколько больше в. ном- Приняв из этого условия значение /5, с помощью выражения (6-32) вычисляем VLhbc.

8. Далее находим t2 из выражения (6-27).

9. Поскольку добротность Q контура L„3c, С на практике достаточно велика, а значение потока берется близким к Ф, то при определении далее произведения Фш можно положить ал= 1 и Фр = Ф5. Так как справедливо равенство t\-\- ti = ow - (2 + -f t\), TO, определив сумму t[ -f 3, легко с помощью выражений (6-26) и (6-28) найти произведение Ф w, необходимое для расчета параметров сердечника дросселя L.

10. Напряжение на тиристоре, равное напряжению на конденсаторе С, достигает своего максимального значения в интервале и определяется формулой (6-25). Максимальное значение тока через тиристор находим из выражения

(6-33)

11. Ток через диод Д1 имеет синусоидальную форму, и максимальное значение его определяется выражением

УЕнгс/С

В схеме рис. 6-1 дроссель L может быть заменен схемой с тиристором и диодом (рис. 6-3). Тиристор Т/отпирается позже Т2, и момент его отпирания определяет длительность работы тиристора Т2, В этой схеме конденсатор С перезаряжается за интервал t2, начиная с момента отпирания тиристора Т1. Так как интервал отсутствует, то начало коммутации тиристора Т2 наступает сразу после окончания первого перезаряда конденсатора С. Диод Д2 проводит ток в интервале коммутации тиристора Т2 и заряда конденсатора С.

Модулятор напряжения с переменной длительностью импульсов.

Одна из возможных схем таких модуляторов, получившая распространение на практике, показана на рис. 6-4.

Рассмотрим кратко принцип действия схемы, иллюстрируемый приведенными на рис. 6-5 диаграммами токов и напряжений. При поступлении управляющего импульса Uy 1 тиристор Т1 открывается и ко входу фильтра нагрузки LфCф прикладывается напряжение источника питания Eq. Через тиристор Т1 протекает ток нагрузки, и начинается заряд конденсатора С. Ток заряда протекает по цепи: источник питания, тиристор Т/, дроссель L и диод Д2, Длительность ti протекания тока заряда конденсатора С зависит от собственной частоты резонансной цепи LC. Вследствие колебательного характера заряда конденсатор С заряжается до напряжения Ucm> большего напряжения Eq.

После включения тиристора Т2 управляющим импульсом «у2 в момент tz начинается разряд конденсатора С через тиристор Т1. Ток разряда ip вызывает уменьшение прямого тока через тиристор Т1. Если ток разряда по значению больше тока нагрузки /„, протекающего через тиристор Т/, то в момент равенства токов /д и ip прямой ток через тиристор Т1 прекращается и ток ip начинает протекать через диод Д1. Во время протекания тока через диод Д1 с момента 3 до на тиристоре Т1 поддерживается обратное напряжение, равное падению напряжения на открытом диоде Д1. После прекращения тока через диод Д1 в момент напряжение на конденсаторе С продолжает уменьшаться вследствие разряда С постоянным током нагрузки /„, протекающим через тиристор Т2, и дости-

гает нулевого значения в момент t. Затем ток нагрузки, поддерживаемый дросселем фильтра 1ф, протекает через диод Д до момента повторного включения тиристора TL Далее все процессы в схеме повторяются.

7<2 -RAl

£0

Cm -r-

Рис. 6-3. Схема модулятора напряжения с переменной частотой и дополнительным тиристором

Рис. 6-4. Схема модулятора напряжения с переменной длительностью импульсов

Значение тока нагрузки, как и для схемы рис. 6-1, зависит от времени t„ воздействия напряжения источника питания на вход фильтра и определяется формулой

£о о

. I ! I

(6-35)

При неизменной частоте управляющих импульсов тиристора Т1 ток нагрузки и соответственно напряжение на ней будут линейно зависеть от времени и- Изменяя время 4, т. е. изменяя момент включения тиристора Т2, можно регулировать напряжение или ток нагрузки в широких пределах. Минимальный ток нагрузки

Hmin можно ОПрСДеЛИТЬ, исходя из минимальной длительности воздействия напряжения питания на вход фильтра низкой частоты. В пределе эта длительность близка периоду То собственной частоты цепи LC

[TqjiYLC] и состоит из отрезков времени от О до и от 2 до 5 (рис. 6-5). Соответственно для тока /н „in получаем выражение

Рис. 6-5. Диаграммы токов и напряжений для модулятора с переменной длительностью импульсов

(6-36) 175