6.4.2.1. Колебательный заряд линии от источника постоянного тока

Для повышения КПД зарядной цепи искусственных линий, используемых в качестве ёмкостных накопителей энергии и работающих в режиме полного разряда, в этой схеме использован колебательный заряд линии от источника постоянного тока, который мы и рассмотрим. Поскольку заряд искусственной линии происходит во время пауз между импульсами сравнительно медленно, то влияние индуктивных элементов линии на процесс заряда незначительно. Поэтому можно считать, что во время заряда искусственная линия представляет собой емкость , которая для цепочечной линии (рис.6.13) равна сумме емкостей конденсаторов, всех ячеек. Тогда упрощенную эквивалентную схему заряда искусственной линии для рассматриваемого случая можно представить так, как это показано на рис.6.19а, где - зарядный дроссель, Е - источник питания, а - суммарные потери в зарядной цепи. Дифференциальное уравнение для зарядного тока имеет вид:

Е =,

здесь E– напряжение, которое в общем случае могло остаться на линии, оно может быть как положительным, так и отрицательным, Е= , где q0 – остаточный заряд на линии при t=0.

Параметры зарядной цепи выбираются так, чтобы заряд был колебательным. Это имеет место при условии:

rЗ < 2ρз , (6.16)

где ρз– волновое сопротивление зарядной цепи6 ρз == ω0Lз =.

При колебательном заряде линии зарядный ток равен:

, (6.17)

где - декремент затухания цепи, . Напряжение на формирующей линии равно:

Uc= E +.

Обычно d<<w0 , поэтому напряжение на формирующей линии можно представить выражением

(6.18)

Если линия нагружена сопротивлением, равным волновому, то и

(6.19)

На рис.6.19б показаны графики изменения зарядного тока и напряжения на линии при колебательном заряде. Первый максимум напряжения имеет место при , то есть при , где - период свободных колебаний за рядной цепи. Желательно, чтобы коммутирующий прибор производил коммутацию в момент времени, когда напряжение на накопителе имеет максимальное значение. Для этого период следования коммутирующих импульсов Т должен быть равен половине периода свободных колебаний зарядной цепи:

Отсюда определяется индуктивность зарядного дросселя:

, (6.20)

где F - частота следования импульсов.

Рис.6.19

Если величина индуктивности зарядного дросселя выбрана правильно, то напряжение на накопителе в момент коммутации, когда t=0,5Tз, будет максимальным:

, (6.21)

где = ρз/rз - добротность зарядной цепи. Обычно , поэтому максимальное напряжение на накопителе , то есть почти вдвое больше напряжения источника питания. Это увеличение напряжения объясняется тем, что к концу первой четверти периода собственных колебаний, когда зарядный ток достигает максимума, а напряжение на линии – приблизительно напряжения источника питания (рис.6.19б), индуктивности зарядного дросселя запасается энергия . Эта энергия поддерживает дальнейшее протекание тока заряда в течение следующей четверти периода собственных колебаний, напряжение на накопителе продолжает увеличиваться до величины , пока не израсходуется вся энергия, запасенная в индуктивности , и зарядный ток не изменит своего направления.

КПД зарядной цепи равен:

ηз= ,

где Wист – энергия, отданная источником питания накопителю – линии – в процессе заряда, Wс - энергия, запасенная накопителем.

Wист= ЕEqзар,

Здесь qзар – заряд, полученный накопителем от источника.

Wс = 0,5СлUcmax.

Тогда

ηз =

Обычно Qзар=10–20, при этом ηз = 0,92–0,96. Таким образом, при колебательном заряде линии от источника постоянного тока КПД зарядной цепи достаточно высок.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.