Синтезированные НРЭ. 
Электротехника (теория электрических цепей)

С точки зрения синтеза НРЭ наибольший интерес представляют цепи, составленные из двух элементов — управляемого ключа и конденсатора или катушки индуктивности, так как каждый из этих элементов потенциально способен нс потреблять активной мощности. При построении НРЭ на основе таких цепей необходимо выявить оптимальные условия коммутации ключа и осуществить их схемную реализацию. Рассмотрим последовательную цепь из управляемого ключа S и конденсатора С (рис. 9.3.3, а).

На рис. 9.3.3, б изображены временные диаграммы напряжения u (t) (пунктирная линия) и заряда q (t) (сплошная линия) для произвольных условий коммутации ключа. В замкнутом состоянии ключа К заряд в цени пропорционален напряжению: q (t) = Cu (t). После размыкания ключа q (t) = q (t_p) = const. При замыкании ключа в произвольные моменты времени t_v t₃, t₅, t₇ возникают скачки (разрывы) заряда (см. рис. 9.3.3, б). Представим цепь на рис. 9.3.3, а в виде двухполюсника с вольт-кулонной характеристикой.

Рис. 933. Последовательная цепь (а), временные диаграммы напряжения и заряда цепи (б), напряжения и тока ключа (в); форма ВКХ при произвольных (г) и оптимальных (д) условиях коммутации ключа.

(BKX) q (u). Форма характеристики, полученная из временных диаграмм u (t), q (t) путем исключения времени ?, приведена на рис. 9.3.3, г. Наличие гистерезисных участков в виде треугольников свидетельствует о потерях мощности в цепи. Активная мощность двухполюсника пропорциональна сумме площадей треугольников ВКХ. Таким образом, даже в цепи, составленной из идеальных элементов, возможны потери мощности. Это объясняется тем, что скачки заряда приводят к 8-импульсам тока. Активная мощность рассеивается на сопротивлениях выводов элементов и прямом сопротивлении ключа, имеющих в реальных условиях конечное значение.

Оптимальным условиям коммутации ключа соответствует равенство нулю активной мощности, что достигается путем устранения разрывов в отклике заряда q (t). Для этого необходимо замыкать ключ в моменты времени $ (?=1,3, 5, 7), когда напряжение на конденсаторе и ($) станет равным напряжению в момент предшествующего размыкания.

(рис. 9.3.3, 6). Форма ВКХ для оптимальных условий коммутации ключа приведена на рис. 9.3.3, д и представляет собой безгистерезисную многозначную функцию. Поэтому для принятых условий цепь на рис. 9.3.3, а является идеальным нелинейным емкостным двухполюсником, который в отличие от известных типов ЫРД обладает более широкими возможностями, позволяя изменять форму ВКХ. Моменты размыкания и замыкания ключа показаны также на ВКХ (см. рис. 9.3.3, г, д).

В работах [37, 38] выявлены оптимальные алгоритмы коммутации ключа в последовательных и параллельных цепях с управляющим ключом и накопителем емкостного и индуктивного типов, обеспечивающие однозначные кусочно-линейные характеристики, и показана их схемная реализация. Для формирования сигналов управления ключом необходимо располагать копией воздействия Mx (i). В зависимости от вида воздействия (напряжение, потокосцепление, заряд, ток) она может быть получена с помощью датчика, подключаемого параллельно силовой цени СНРД или последовательно с ней. Управляющие сигналы формируются в схемах управления ключом.

Структурные схемы емкостных СНРЭ последовательного и параллельного типов приведены соответственно на рис. 9.3.4, а и 6. На схемах обозначено: С — накопительный элемент, в качестве которого можно также использовать.

Рис. 9.3.4. Структурные схемы емкостных СНРД:

а — последовательного типа; б — параллельного типа катушку индуктивности; S — управляемый ключ; Е_оп — опорное напряжение, определяющее форму характеристик.

Как очевидно из приведенных схем, в функциональном отношении СНРЭ представляют собой простейшие системы автоматического регулирования, минимизирующие потери мощности при произвольной форме воздействующих колебаний.