Glava10_Pt

прерывный режим. В прерывистом режиме соотношения и характеристики изменяются. Участки внешних и регулировочных характеристик, соответствующие прерывистому режиму при работе на ПЭДС, на рис. 10.5 а и рис. 10.7 в показаны штриховыми линиями. Граничный ток может быть определен по приближенной формуле [43]

t

Рис. 10.7. Временные диаграммы в понижающем ППН при неидеальных ключах (а), эквивалентная схема ППН (б) и его внешние характеристики (в)

Основным энергетическим показателем ППН является КПД η. С учетом

достаточно высокий КПД при больших значениях γ . При малых значениях γ КПД существенно падает.

При расчете КПД не учтены коммутационные потери. При их учете общие потери в правильно спроектированных преобразователях увеличиваются не более чем на 15…30 %.

206

приведенное к стороне нагрузки. Отсюда с учетом (10.5)

Уравнение внешней характеристики ППН с учетом внутреннего сопротивления источника питания

ции тиристоров, выполненное на основе резонансного инвертора.

10.3.2. Рекуперирующие нереверсивные ППН

Понижающие одноключевые ППН нашли применение в электроприводе постоянного тока, но они не обеспечивают при торможении рекуперацию (возврат

208

энергии в источник питания). Эта проблема решается в двухключевом ППН (рис. 10.11 а), представляющем комбинацию понижающего и повышающего ППН [43].

Рис. 10.11. Двухключевой рекуперирующий ППН (а), а также диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие его работу на якорь двигателя в двигательном и тормозном режимах (б)

В двигательном режиме схема работает, как обычный понижающий ППН, то есть поочередно проводят транзистор VT1 и диод VD2. Процессы иллюстрируют диаграммы рис. 10.11 б – в. В тормозном режиме электромашина переходит в ре-

209

жим генератора, но ее ЭДС не может мгновенно измениться. ЭДС генератора ниже напряжения источника питания, поэтому диод VD1 закрыт и ток от генератора не может проходить в источник питания. При включении транзистора VT2 генератор замыкается на индуктивность Lн и ток в цепи нарастает. При выключении VT2 ЭДС самоиндукции действует согласно с ЭДС генератора, диод VD1 открывается, энергия передается в источник питания. Процессы иллюстрируют диаграммы рис. 10.11 б, г.

При торможении рекуперирующий преобразователь работает как повышающий ППН.

Контрольные вопросы

1.Каков вид регулировочных характеристик понижающего ППН, его системы управления и преобразователя вместе с системой управления?

2.По приведенному описанию нарисуйте функциональную схему системы управления ППН.

3.Какие виды модуляции вы знаете?

4.Что такое несущая частота?

5.От чего зависит наклон внешних характеристик?

6.Как влияет внутреннее сопротивление источника питания на характеристики ППН?

7.От чего зависит КПД понижающего ППН?

8.Как влияет характер нагрузки на внешние характеристики понижающего ППН?

9.Как работает рекуперирующий нереверсивный ППН?

10.Можно ли выполнить ППН на обычных тиристорах?

10.4.Реверсивные ППН

10.4.1.Схема и способы управления реверсивными ППН

Вэлектроприводах применяют реверсивные ППН, позволяющие менять не только величину, но и знак напряжения на нагрузке. На рис. 10.12 а приведена схема реверсивного ППН, получившая наибольшее распространение. Пары транзисторов V1, V2 и V3, V4 образуют диагонали моста, а пары транзисторов V1, V4

иV2, V3 образуют стойки моста. При попарном включении транзисторов V1, V2 или V3, V4 знаки напряжения на нагрузке противоположны.

Существуют симметричный и несимметричный способы управления клю-

чами [21, 81].

Если транзисторы диагонали моста включаются и выключаются одновременно, то такой способ управления называется симметричным. При этом напряжение на нагрузке всегда двуполярное, а проводят либо два транзистора, либо два диода. Таким образом, при симметричном управлении происходит двуполярная модуляция.

210

однополярное. Таким образом, при несимметричном управлении происходит од-

нополярная модуляция.

Несимметричное управление бывает обычным и поочередным.

При обычном несимметричном управлении переключение транзисторов производится только в одной стойке или вообще переключается один ключ.

Существует поочередное управление [21, 81] с характеристиками, аналогичными обычному несимметричному управлению, но усложненным алгоритмом переключения. При поочередном управлении коммутация транзисторов в четном и нечетном периоде происходит в различных стойках.

10.4.2. Работа реверсивного ППН на активно-индуктивную нагрузку при симметричном управлении

Анализ проведем при следующих допущениях: все вентили и источник питания идеальны, индуктивность в цепи нагрузки очень велика и, поэтому, ток в нагрузке непрерывен.

При включении транзисторов V1, V2 (см. рис. 10.12 а) ток проходит по цепи + источника питания, V1, Lн, Rн, V2, – источника питания. После выключения транзисторов ток проходит по цепи Lн, VD3, источник питания, VD4, Rн. Энергия, запасенная в индуктивности нагрузки, возвращается в источник питания. Затем снова включаются транзисторы V1, V2.

Для реверса после спада тока нагрузки до нуля включают транзисторы V3, V4. Временные диаграммы тока нагрузки и напряжения на нагрузке приведены на рис. 10.12 б. Видно, что в напряжении на нагрузке имеются отрицательные участ-

ки.

Уравнения регулировочных характеристик преобразователя в относительных единицах для непрерывного режима, полученные по временной диаграмме (см. рис. 10.11 б) для первого и четвертого квадрантов (направлений вперед «В» и назад «Н»):

где γ – относительное время включения транзисторов, а индексы указывают номера включенных транзисторов.

При γ < 0,5 непрерывный режим при активно-индуктивной нагрузке невозможен. Регулировочные характеристики преобразователя, построенные по уравнениям (10.23), приведены на рис. 10.13 а.

Уравнения регулировочных характеристик системы управления при пилообразном опорном напряжении имеют следующий вид:

212

Регулировочные характеристики системы управления преобразователя, построенные по уравнениям (10.24), приведены на рис. 10.13 б.

Рис. 10.13. Регулировочные характеристика реверсивного преобразователя (а), системы управления (б) и преобразователя с системой управления (в) при симметричном управлении и активно-индуктивной нагрузке

Уравнение регулировочной характеристики преобразователя вместе с системой управления имеет следующий вид

Регулировочная характеристика преобразователя вместе с системой управления, построенная по уравнению (10.25), приведена на рис. 10.13 в. Участок характеристики, соответствующий направлению вперед «В», находится в первом квадранте, а соответствующий направлению назад «Н» – в третьем.

10.4.3. Работа реверсивного ППН на активно-индуктивную нагрузку при несимметричном управлении

При работе на активно-индуктивную нагрузку и несимметричном управлении все время проводят либо один, либо два транзистора. Если в данный момент проводили транзисторы V1, V2 (см. рис. 10.12 ), то после выключения транзистора V1 ток проходит по цепи Lн, V2, VD4, Rн, и энергия, запасенная в индуктивности, используется в нагрузке. Временные диаграммы тока нагрузки и напряжения на нагрузке приведены на рис. 10.12 в. На диаграммах видно, что нет отрицательных участков напряжения.

213

Преимущество несимметричного управления заключается в уменьшении пульсаций и потерь на нагрузке.

Уравнения регулировочных характеристик преобразователя в относительных единицах, полученные по временной диаграмме (см. рис. 10.12 в), соответственно для положительного и отрицательного напряжения на нагрузке:

Регулировочные характеристики преобразователя, построенные по уравнениям (10.26), приведены на рис. 10.14 а.

Уравнения регулировочных характеристик системы управления при пилообразном опорном напряжении, соответственно для положительного и отрицательного напряжения управления имеют следующий вид:

Регулировочные характеристики системы управления преобразователя, построенные по уравнениям (10.27), приведены на рис. 10.14 б.

Уравнение регулировочной характеристики преобразователя вместе с системой управления имеет следующий вид

Регулировочная характеристика преобразователя вместе с системой управления, построенная по уравнению (10.28), приведена на рис. 10.14 в.

Рис. 10.14. Регулировочные характеристики реверсивного преобразователя (а), системы управления (б) и преобразователя с системой управления (в) при несимметричном управлении и активноиндуктивной нагрузке

214

Сравнив рис. 10.13 в и рис. 10.14 в, можно увидеть, что регулировочная характеристика преобразователя вместе с системой управления не зависит от способа управления.

10.4.4. Работа реверсивного ППН на ПЭДС при симметричном управлении

На рис. 10.15 приведена схема реверсивного ППН, работающего на якорь двигателя. Временные диаграммы, иллюстрирующие его работу при симметричном управлении, приведены на рис. 10.16.

Рис. 10.15. Схема реверсивного ППН, работающего на якорь двигателя

На рис. 10.16 а показано напряжение на нагрузке, а на рис. 10.16 б – ток нагрузки в двигательном режиме при направлении вращения «Вперед». В момент t1 при включении транзисторов V1, V2 ток нарастает под действием напряжения Ud в цепи «+» источника питания, V1, ЭМ, Lн, Rн, V2, «–» источника питания. Полярность ПЭДС двигателя ЕД показана на рис. 10.15. В момент t2 при выключении транзисторов V1, V2 ток начинает проходить за счет энергии, запасенной в индуктивности нагрузки, по контуру Lн, Rн, , VD3, «+» источника питания, «–» источника питания, VD4, ЭМ.

При переходе на торможение ЭДС генератора EГ = ЕД, так как скорость не может мгновенно измениться, а ток должен изменить направление на противоположное. При подаче сигнала на торможение снимаются управляющие импульсы с V1 и V2 и подаются на V3 и V4. Но транзисторы не включаются, так как за счет энергии, запасенной в индуктивности, ток продолжает проходить через VD4, VD3. Индуктивность якоря мала, поэтому ток быстро спадает до нуля. Генератор не может отдавать энергию в источник питания, так как его ЭДС EГ ниже ЭДС источника питания. Поэтому для рекуперации энергии необходима дополнительная ЭДС. Рис. 10.16 в иллюстрирует установившийся режим при торможении. В момент t3 включаются транзисторы V3 и V4 и ток быстро нарастает, так как возникает контур короткого замыкания по цепи «+» источника питания, V3, Rн, Lн, ЭМ, V4, «–» источника питания. При этом ЭДС источника питания и ЭДС электрической машины действуют согласно. Ток в цепи нагрузки нарастает в противоположном направлении и стремится к значению тока установившегося короткого замыкания. В момент t4 выключаются транзисторы V3, V4, но ток проходит в том

215