книги из ГПНТБ / Бирзниекс, Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока

мах заменен эквивалентным отрицательным сопротивле­ нием, которое также является функцией коэффициента заполнения. Оба расчетных элемента отличаются от реальных пассивных и активных элементов электриче­ ской цепи тем, что в них не происходит преобразования электрической энергии в другой вид энергии или на­ оборот.

Для определения пульсаций токов и напряжений в дросселях и конденсаторах и, следовательно, получе­ ния выражений для расчета и выбора этих элементов по заданным допустимым значениям пульсаций при­ менен приближенный способ, который может быть на­ зван методом эквивалентного интеграла. Сущность этого метода заключается в том, что для определения пуль­ саций тока в дросселе (напряжения на конденсаторе) напряжение на дросселе (ток в конденсаторе) аппрокси­ мируется прямоугольным импульсом, т. е. не учитывает­ ся влияние пульсаций этого напряжения (тока). Полу­

нена эквивалентной функцией с прямоугольными «пуль­ сациями».

Такая замена может быть проведена на основе ра­ венства интегралов разницы мгновенных и средних значений для фактической и заменяющей кривых тока (напряжения).

Это в .свою очередь может быть использовано для дальнейшего приближенного определения пульсаций в других элементах схемы. Как показывают расчеты и экспериментальная проверка, этот метод дает достаточ­ но точные результаты для большинства практических случаев, где пульсации токов дросселей (напряжений на конденсаторах) не превышают ±10—20%. Основное преимущество этого приближенного метода заключает­ ся в том, что необходимые выражения для расчета па­ раметров накопительных элементов могут быть полу­ чены без решения сложных систем дифференциальных уравнений.

В работе также сделаны некоторые попытки пока­ зать, что принцип дуальности в ряде случаев может быть распространен и на периодически прерываемые цепи постоянного тока. Например, в работе показано, что пульсации напряжения конденсатора выходного

7

Гл ава п е р в а я

С Т Р У К Т У Р А , К Л А С С И Ф И К А Ц И Я И С П О С О Б Ы Р Е Г У Л И Р О В А Н И Я И М П У Л Ь С Н Ы Х П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л Е Й П О С Т О Я Н Н О Г О Т О К А

1-1. СТРУКТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ ИМПУЛЬСНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Силовая часть системы импульсного регулирования на­ пряжения двигателей постоянного тока обычно содер­ жит следующие основные элементы (рис. 1-1): источник постоянного тока Я, входной фильтр Ф, прерыватель Я, выходной фильтр Фо и двигатель Дв.

На электротранспортных средствах постоянного то­ ка (магистральных и промышленных электровозах, при­ городных электропоездах, вагонах метрополитена, трам­ ваях, троллейбусах, электрокарах, погрузчиках, электро­ мобилях и др.) источником питания Я обычно является контактная сеть или аккумуляторная батарея, а в ста­ ционарных установках — выпрямитель.

В качестве входного фильтра Ф в настоящее время часто применяют Г-образный индуктивно-емкостный фильтр, состоящий из последовательно включенного дросселя и параллельного конденсатора. Вместо кон­ денсатора могут быть использованы также и другие устройства, способные накопить электрическую энергию, например аккумуляторные батареи. Могут найти при­ менение также индуктивно-емкостные фильтры более сложной конфигурации, состоящие из нескольких дрос­ селей и конденсаторов.

В настоящее время наиболее перспективным видом прерывателей П для средних и больших мощностей мож­ но считать прерыватели, выполняемые на основе тири­ сторов. Схемы принудительного запирания тиристоров могут быть весьма разнообразными. Обычно они содер-

9

Жат коммутирующий конденсатор и дроссель, который образуют колебательный LC-контур. Для изменения момента запирания тиристоров (независимо от момента их включения) схема запирания содержит также вспо­ могательные («гасящие») тиристоры и вентили. Приме­

пираемые) и симметричные тиристоры, а также приборы с более сложными полу­ проводниковыми структурами, совмещающие функции нескольких элементов в одном приборе. В настоящее время в отдельных случаях не исключено применение и других видов прерывателей, например на основе ион­ ных приборов (при очень высоких напряжениях и малых токах) и механических коммутаторов (при относительно низком напряжении). При наличии входных и выходных фильтров, которые нейтрализуют влияние индуктивно­ стей источника питания и нагрузки, условия работы механических коммутаторов могут быть значительно облегчены. Однако наиболее перспективным направле­ нием развития прерывателей постоянного тока, без­ условно следует считать силовые полупроводниковые приборы.

Выходной фильтр Фо обычно содержит сглаживаю­ щую индуктивность Lq для уменьшения пульсаций тока тяговых двигателей. Для уменьшения пульсаций напря­ жения на нагрузке могут быть применены также выход­ ные конденсаторы С0. К выходному фильтру молено от­ нести также диоды (вентили) ДО (рис. 1-2), которые либо шунтируют нагрузку (в импульсных преобразова­ телях с пониженным выходным напряжением), либо предотвращают разряд конденсатора выходного филь­ тра (в преобразователях с повышенным выходным на­ пряжением) и, таким образом, обеспечивают непрерыв­ ность тока в нагрузке, т. е. уменьшают его пульсации.

В качестве приводных двигателей Дв на транспорт­ ных средствах широко применяются двигатели постоян­

10

ного тока с последовательным или смешанным возбу­ ждением.

Входной и выходной фильтры являются органически­ ми составляющими преобразователя и поэтому под на­ званием «импульсный преобразователь» (ИП) целесооб­ разно понимать не только прерыватель П, но и входной и выходной фильтры (рис. 1-1).

Некоторые примеры импульсных преобразователей показаны на рис. 1-2. Так, например, на рис. 1-2,а пока-

а )

Ю

в)

Рис. 1-2. Примеры схем импульсных преобразо­ вателей.

а — с пониженным выходным напряжением и выходной сглаживающей индуктивностью L0; б — с пониженным выходным напряжением н выходным индуктивно-емкост­ ным фильтром; е — с повышенным выходным напряже­ нием.

И

12

б)

Рис. 1-7. Примеры схем импульсных преобразовате­ лей с несколькими параллельными цепями нагрузки.

б)

г)

Рис. 1-8. Примеры схем импульсных преобразовате­ лей с несколькими параллельными цепями питания.