книги из ГПНТБ / Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока

Принимая во внимание, что

(3-44)

со0

и формулу (3-19), получим

Средняя составляющая относительного тока нагрузки, соответствующая интервалу разряда,— величина постоянная для данной схемы ШИП, не завися­

Средний ток на интервале t u определяется только параметрами коммути­ рующих цепей Тс, DK и частотой коммутации ft.

в квазиустановившемся режиме работы системы должен быть равен току в на­ грузке в начале периода / 0 = /М ин (рис. 3-1, в). На основании формул (3-37), (3-47) получим уравнение, из которого может быть определена относительная продолжительность включения тиристора 77, соответствующая определенным значениям £ в / н :

образом, если задаться величинами]Я и / н , то у имеет вполне определенное зна­ чение, получаемое из соотношения (3-48). Граничное значение тока 7lt при ко­ тором ток в нагрузке остается непрерывным и знакопостоянным, может быть

Таким образом, условие знакопостоянства тока в цепи нагрузки имеет вид:

Составляющая среднего тока в нагрузке, соответствующая третьему интер­ валу,

> с Р ш = ] Ч ш Л " = 1 P [ ( / " 1 + £ ) e - ' & - I ] d ? =

бо

могут быть получены суммированием составляющих для отдельных расчетных интервалов:

Второй рабочий интервал, интервал разряда конденсатора током нагрузки, характеризуется теми же соотношениями (3-43), (3-46), что и в режиме знако­ постоянного тока. Рабочий интервал * ш (рис. 3-2, в, 3-3, в) соответствует вре-

В этом случае ток в цепи якоря на четвертом интервале изменяет свой знак и поддерживается за счет действия э. д. с. машины. Ток нагрузки замыкается по контуру Е, L H , лн , Z-к, Д2, С, U в схеме рис. 3-1, а или по контуру Е, га, Ьи, Д2, С в схеме рис. 3-1, б. При этом напряжение на конденсаторе на четвертом интер­ вале уменьшается. Следовательно, при отпирании тиристора 77 за интервал ta конденсатор зарядится до напряжения, меньшего t/cmiЭто приводит к ухуд­ шению условий коммутации. Поэтому режим знакопеременных токов в тиристор­ них ШИП с параллельной коммутацией не представляет практического интереса.

Внешние и механические характеристики системы «ШИП с параллельной коммутацией — двигатель» могут быть рассчитаны с помощью соотношений

(3-52), (3-53) и (3-62), (3-63). При расчете считаем известными параметры комму­ тирующего устройства ( L K , гк, С), нагрузки ( L H , ги) и частоту коммутации ft. Предварительно определив приведенные параметры контуров перезаряда и их угловые частоты

тера тока в нагрузке соотношениями (3-53) или (3-63), можно определить сред­ ние токи в нагрузке и построить кривые 7 н . с р = fj (у) при Е = const. Заметим, что при расчете характер тока в цепи якоря устанавливается с помощью условия (3-49) или (3-50). Средние напряжения на нагрузке могут быть рассчитаны по

V = const, являющиеся механическими характеристиками системы в относи­ тельных единицах. Механические характеристики системы «ШИП с параллель-

ной коммутацией — двигатель», рассчитанные приведенным выше методом, представлены на рис. 3-8 сплошными линиями. Штриховые линии изображают механические характеристики для системы «транзисторный ШИП — двигатель», работающей в режиме непрерывного тока. Граница между режимами прерыви­ стого и непрерывного токов в цепи нагрузки (слева) также очерчена штрихами.

Проведенный анализ показывает, что, кроме коэффициента нагрузки Р =

=Т/Тн, на форму внешних и механических характеристик существенное влия­

ние оказывают относительная постоянная времени цепи разряда Тс = Сги/Т

и коэффициент выброса напряжения на нагрузке k3 = е я ° к , зависящий от коэффициента D K . Кроме того, диапазон регулирования снизу ограничивается характеристикой, соответствующей минимальной продолжительности вклю­ чения у = Умин. П Р И которой возможен полный заряд конденсатора до напряжения Ucmi — xmlU. Этот недостаток устранен в схемах ШИП с па­ раллельной коммутацией и независимой структурой цепи заряда конденсатора,

где Тмин = 0.

, Полученные расчетные соотношения для относительных минимального и максимального токов в нагрузке позволяют определить размах пульсаций тока в цепи якоря. Принимая во внимание формулы (3-31),'(3-32), (3-37), а также то, что ток /ми н = /о> можно представить амплитуду пульсации тока в виде

противо-э. д. с. двигателя. Пульсации тока обычно максимальны в диапазоне изменения 0 < у < 0,5 и при наибольших значениях э. д. с. машины. С умень­ шением относительной постоянной времени Тс амплитуда пульсаций тока воз­ растает.

Наибольшее практическое значение имеет режим непрерывных токов в цепи нагрузки. Для работы преобразователя в режиме непрерывных токов при всех

значениях учЕ достаточно выполнить условие I : VTHTC < я или Т < п VbHC. Это означает, что для выполнения условия непрерывности тока полупериод собственных колебаний контура нагрузки L H , С должен быть больше периода коммутации.

3-3. Условия нормальной работы преобразователя и выбор

параметров коммутирующих цепей

Для того чтобы в различных режимах работы привода коммутация тока в преобразователе была устойчивой, необходимо обеспечить оп­ ределенную коммутирующую способность конденсатора. Для сохра­ нения постоянства запаса энергии в поле конденсатора напряжение на нем к моменту коммутации не должно быть меньше величины UCml, для которой производился расчет гасящих цепей. Обычно это напря­ жение соответствует квазиустановившемуся режиму работы, и для схем с параллельным гашением

= 1/(1+ft,) (рис. 3-1, 6)1

Для выполнения этого условия необходимы определенные длитель­

нают замыкаться токи короткозамкнутого контура L K и разряда кон­

Таким образом, для сохранения неизменной коммутирующей спо­ собности конденсатора в схемах ШИП с параллельным гашением и зависимым контуром заряда необходимо выполнить два условия:

Неравенства (3-66) и (3-67) показывают, что в ШИП с параллель­ ным гашением при выбранной частоте коммутации и определенном, минимальном токе нагрузки / н .м и н должны быть наложены ограниче-

ния на диапазон изменения продолжительности включения силового тиристора:

Если же необходимо получить определенный диапазон изменения yt то ограничение должно быть наложена на частоту коммутации:

Выполнение неравенств (3-69) в широкорегулируемых системах электропривода часто оказывается затруднительным по энергетиче­ ским соображениям, так как уменьшение частоты коммутации при­ водит к возрастанию дополнительных потерь в меди якоря.

Кроме того, в рассматриваемых схемах ШИП ток нагрузки также не должен быть меньше некоторой величины /„.м и Н . Следовательно, применение преобразователей с параллельным гашением недопустимо в системах электропривода, где возможен переход машины в режим рекуперативного торможения.

заряд конденсатора на третьем интервале tp осуществляется постоян­ ным током / н = const. При этом напряжение на конденсаторе изме­ няется по линейному закону и на силовом тиристоре действует отри­ цательное напряжение в течение времени 4бр> 3 3 которое напряже­ ние ис изменяется на величину Ue к = Uk3. Для обеспечения устой­ чивости коммутации необходимо, чтобы

регулирования выходного напряжения целесообразно выбрать индук­ тивность дросселя Ьк минимальной возможной из условия максималь­ ного допустимого тока в силовом тиристоре / д о п х :

Заметим, что при расчете индуктивности L K по формуле (3-46), как правило, обеспечивается и допускаемое для тиристора значение скорости нарастания тока в нем:

Х^"1/^)макс= АпзЮок < (Л"і/Л)д о п .

3-4. Характеристики преобразователя с параллельной

коммутацией при сглаженном токе нагрузки

Регулировочные и внешние характеристики ШИП с параллельной коммутацией отличаются от соответствующих линейных характери­ стик, свойственных системам с транзисторными ШИП (см. § 1-4, 1-5).

при малых токах нагрузки или при больших значениях относительной продолжительности включения у > Умакс. двп- В этом случае напряже­ ние на конденсаторе в момент коммутации Ucmi < UCm\ и AUc за­ висит от у и тока нагрузки / н .

Основным режимом работы преобразователя в системах электро­ привода является режим непрерывных токов в цепи нагрузки. При расчете характеристик ШИП в этом случае можно пренебречь пульса­ циями тока в приемнике и считать ток нагрузки идеально сглажен­ ным и равным среднему току, /,ср. н / н . Ошибка этого приближен-