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

Рис. 2-21. Зависимость относительных величин максимальных пуль­ сации входного тока при регулировании с постоянной частотой от па­ раметров входного фильтра по уточненным (непрерывные линии) и приближенным (прерывистые кривые) выражениям.

входного тока меньше 0,2 результаты вычислений по (2-80) и (2-121) отличаются весьма мало.

Выражение (2-122) может быть упрощено, если тригонометрическую функцию cos(coo774) заменить пер­ выми членами ее разложения в ряд Тейлора.

В таком случае приближенное выражение для опре­ деления пульсаций входного тока может быть преобра­

Относительная погрешность последнего выражения (2-125), определенная как отношение абсолютной вели­ чины разности (2-125) и (2-123) к выражению (2-125), весьма небольшая и при А/імакс*^0,6 не превышает

6,5%.

Во многих случаях, когда 32LC/P)§>1, выражение (2-124) можно еще далее упростить

61

f2

(2-127)

3 2 Д / т а к о *

Эти выражения совпадают с (2-80) и (2-117) в табл. 2-4, полученными методом эквивалентных инте­ гралов.

Выражение (2-121) для определения пульсаций на­ пряжения на конденсаторе фильтра и получаемое из него соотношение

/0KLC_ _ 7 _

(2-128)

^Сімакс* ^iV'LC

тоже могут быть упрощены путем замены тригонометри­ ческой функции тангенса на его аргумент. В таком случае

’4 U & U ,С1макс*

что соответствует выражениям (2-84) и (2-113) в табл. 2-5, полученным методом эквивалентных интегралов.

Необходимо также отметить, что найденные выра­ жения (2-121), (2-122), (2-126) и (2-129) могут быть представлены и как функции отношения периода рабо­ ты прерывателя Т к периоду собственных колебаний

входного фильтра 7’ф = 2я]/ЛLC. В этом случае (2-122) имеет вид:

а (2-126)-

(2-132)

По этим выражениям можно построить ‘показанные на рис. 2-22 зависимости А1пишс* = {(Т/Тф). Непрерывной линией здесь показана зависимость по (2-131), а преры­ вистой линией — кривая согласно (2-132).

6 2

=Я ЭС.

Втаком случае (2-121) имеет вид:

Как следует из этих выражений, пульсации напряже­ ния на конденсаторе фильтра зависят не только от отно­ шения Т/Тф, но и от эквивалентной постоянной времени ТсПоэтому на рис. 2-23 показано сравнение зависимо­ стей Д!Псшакс*=::/(7'/7’ф) по (2-133) и (2-134) для трех зна­ чений постоянной тс = 7’ф/5; Гф и БГф. При этом кри­ вые по (2-133) построены непрерывными линиями, а пря­ мые по (2-134)— прерывистыми линиями. Из сравнения

63

Для более точных расчетов при А/іыакс*>0,2 и ДЯсімакс*>0,2 может быть предложен следующий поря­ док выбора параметров входного фильтра:

по заданному значению допустимых пульсаций тока

мутирующего конденсатора должна быть выбрана в рас­ чете на коммутацию максимального значения тока на­ грузки, т. е. /о+ А/омакс/2. Более подробно расчет и вы­ бор элементов тиристоров прерывателей рассмотрен в гл. 9. Выбор главных тиристоров прерывателя Я и ди­ одов ДО по току зависит от условий работы импульс­ ного преобразователя. Если преобразователь продолжи­ тельное время работает с определенным коэффициентом заполнения, то средние значения токов главных тиристо­ ров прерывателя и диодов ДО могут быть определены по (2-3), (2-8). Если коэффициент заполнения непрерыв­ но меняется (например, в процессе пуска или торможе­ ния двигателя), то выбор номинального тока тиристоров

64

и /<4 должны быть выбраны с учетом ЯЛД(ОТ и Гдоп соглас­ но условиям (2-27) —(2-34).

8. Сравнительная оценка рассматриваемых способов регулирования с точки зрения обеспечения минимальных пульсации тока нагрузки в каждом конкретном случае может быть проведена на основе (2-40) — (2-55)

втабл. 2-3.

9.На основе проведенной сравнительной оценки мож­ но заключить, что минимальные пульсации тока нагруз­ ки может обеспечить:

четвертый способ (с постоянной величиной пульсаций

тока нагрузки) — во всех случаях; первый способ (с постоянной частотой)— при к<

<7умшь второй способ (с постоянной продолжительностью

проводящего состояния прерывателя)— при х>'умаКс. Кроме того, установлено, что второй способ может

обеспечить меньшие пульсации тока нагрузки, чем пер­ вый, при х > хі, 2 согласно (2-56).

10. При принятых допущениях пульсации напряже­ ния на конденсаторе входного фильтра не зависят от ве­ личины индуктивности фильтра (2-65). Эти пульсации обратно пропорциональны эквивалентной постоянной вре­ мени входного конденсатора тс-

Относительные пульсации входного тока обратно про­ порциональны произведению LC входного фильтра и не зависят от величины входного напряжения U и тока на­ грузки /о (2-70).

11.Максимальные значения пульсаций входного тока

инапряжения на входном конденсаторе для первых трех способов регулирования имеют место при таких же зна­ чениях коэффициента заполнения, как пульсации тока

нагрузки. При четвертом способе регулирования пульса­ ции напряжения на конденсаторе не зависят от у, а пуль­ сации тока источника питания имеют максимальные зна­ чения при ушш и умакс (см. рис. 2-16—2-18).

12. Сравнение рассмотренных четырех способов регу­ лирования с точки зрения обеспечения минимальных пульсаций тока источника питания в каждом конкретном случае может быть проведено на основе выражений

(2-94) — (2-109) в табл. 2-4.

13. Максимальные значения пульсаций напряжения на конденсаторе входного фильтра находятся в такой же зависимости от величины и, как максимальные значения

66

Пульсаций тока нагрузки, И поэтому их сравнение для разных способов регулирования может быть проведено по тем же выражениям і[(2-40)—2-55) табл. 2-3 и 2-6], по которым проводится сравнение способов регулирования с точки зрения обеспечения минимальных пульсаций то­ ка нагрузки. Для этих пульсаций действительны также девятый вывод, который сделан относительно пульсаций тока нагрузки, и выражение (2-56) для определения кри­

второй способ — при Х > У м а к с - Второй способ может обеспечить меньшие пульсации

входного тока, чем первый при и > х 2і по (2-111).

15. Для импульсных преобразователей, рассмотрен­ ных в гл. 10, с минимальной продолжительностью прово­ дящего состояния прерывателя 260 мкс и минимальным

пульсации тока нагрузки, напряжения на конденсаторе входного фильтра и входного тока могут обеспечить пер­ вый и четвертый способы регулирования (рис. 2-12 и 2-19). Для практического применения может быть реко­ мендован первый способ регулирования с более простой системой управления.

Г л а в а т р е т ь я

И М П У Л Ь С Н Ы Е П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И С П О Н И Ж Е Н Н Ы М В Ы Х О Д Н Ы М Н А П Р Я Ж Е Н И Е М И С В Ы Х О Д Н Ы М И Н Д У К Т И В Н О - Е М К О С Т Н Ы М Ф И Л Ь Т Р О М

В ряде практических случаев, особенно когда номиналь­ ное напряжение нагрузки меньше напряжения источника питания, целесообразно применение импульсных преоб­ разователей с выходным индуктивно-емкостным филь­ тром. При этом масса выходных сглаживающих элемен­ тов (дросселя 'и конденсатора) может быть меньше массы сглаживающего реактора в схеме импульсного преобразователя по рис. 2-1,а.

Выбор номинального напряжения нагрузки ниже но­ минального напряжения источника питания целесообра­

зен в тех случаях, когда необходимо осуществить стаби­ лизацию напряжения на нагрузке независимо от коле­ баний входного напряжения. Это, в частности, целесооб­ разно на электроподвижном составе постоянного тока, где питающее напряжение в контактной сети меняется в значительных пределах (согласно ГОСТ более чем ±20% )■ В этих случаях двигатели меньшего напряжения обладают также меньшей индуктивностью и поэтому для сглаживания пульсаций тока может быть применен вы­ ходной индуктивно-емкостный фильтр.

3-1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Выходной индуктивно-емкостный фильтр может быть осуществлен по схеме, где выходной конденсатор под­ ключен последовательно с нагрузкой (параллельно пре­ рывателю и дросселю выходного фильтра), или по схе­ ме с конденсатором, подключенным параллельно нагруз­ ке. Первая из них рассмотрена в § 1-3 (рис. 1-15,а),

Рис. 3-1. Принципиальная (а) и расчетная (б) схемы импульсного

преобразователя с выходным индуктивно-емкостным фильтром (с па­ раллельным конденсатором).

а вторая показана на рис. 3-1,а. В обоих случаях на ба­ зе двух основных положений может быть получена одна и та же расчетная схема замещения для средних значе­ ний токов и напряжений (рис. 1-15,в), которая в свою очередь совпадает со схемой замещения для импульсных преобразователей, рассмотренных в предыдущей главе (рис. 2-1,6). Поэтому для схем с выходным индуктивно-

втабл. 2-1.

Вобеих схемах (рис. 1-15,а н 3-1,а) среднее значение тока дросселя выходного фильтра равно среднему значе-

68