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

Относительная скорость вращения двигателя

изображены на рис. 3-12. Отклонение характеристик от линейных зависимостей G> = f(IH) и уменьшение диапазона регулирования осо­ бенно существенно в области малых нагрузок. Граничное значение относительной продолжительности включения, при котором сохра­ няется режим полного перезаряда конденсатора,

Принимая во внимание, что в рассматриваемых схемах ШИП ко­

В режиме частичного перезаряда конденсатора вид внешних ха­ рактеристик преобразователя изменяется. Длительность интервала разряда конденсатора в этом случае ограничивается временем запер­ того состояния тиристора (1—у) Т (рис. 3-10, в):

При этом начальное напряжение на конденсаторе на интервале

рис. 3-10, в относительное среднее напряжение на выходе ШИП в ре­ жиме частичного перезаряда конденсатора

в этом случае представляют собой серию прямых линий с общей точ­ кой на оси ординат ((/„.с р = 1, / н = 0), наклон которых зависит от величины у (рис. 3-11). Время действия обратного напряжения на си­ ловом тиристоре (рис. 3-10, в) связано с длительностью интервала (1 — у) Т соотношением:

і + k3

Таким образом, время / о б р в режиме частичного перезаряда кон­ денсатора не зависит от тока нагрузки, однако оно уменьшается по мере увеличения у. Устойчивая коммутация при этом возможна лишь при

3-5. Токи, напряжения и установленные мощности полупроводниковых приборов в ШИП

с параллельной коммутацией

Для выбора полупроводниковых приборов необходимо рассчитать средние, максимальные и эффективные значения тока в них, макси­ мально возможные прямые и обратные напряжения и потери мощности. Расчет для каждого прибора должен соответствовать наиболее тяже­ лому для него режиму работы. Сравнительная оценка различных схем может быть выполнена сопоставлением установленных мощностей полупроводниковых приборов и вспомогательного коммутационного оборудования [102]. При расчете полагаем ток в нагрузке ШИП иде­ ально сглаженным. Токи и напряжения на полупроводниковых при­

Максимальное прямое и обратное напряжения на тиристоре 77 (рис. 3-2, г; 3-3, г)

Через вспомогательный тиристор TV протекает ток конденсатора, равный току нагрузки на интервале разряда конденсатора tp (рис. 3-2, д; 3-3, д). Среднее и эффективное значения тока через вспо­ могательный тиристор TV:

Максимальный ток во вспомогательном тиристоре равен макси­ мальному току нагрузки 1И м а к с . Максимальное прямое и обратное напряжения на TV

Диод Д2 должен быть выбран на максимальное напряжение

"д а о * - " * . -

Всхемах с независимыми контурами заряда конденсатора и до­ полнительным тиристором Т2 (рис. 2-18, в, г) силовые тиристоры раз­

гружены от зарядного тока. Средний и эффективный токи в них

Диод Д/ должен быть рассчитан на протекание полного тока на­

Потери мощности в полупроводниковых приборах состоят из по­ терь мощности в открытом приборе АР н а с и потерь мощности при пе­

При этом мы не учитываем потерь от тока в управляющем элек­ троде и от токов утечки в открытом и запертом приборе. Вторая со­ ставляющая потерь ДР п е р в значительной степени определяется схем­ ными методами, используем в ШИП для улучшения условий коммута­ ции прибора (включение последовательно с тиристором смещенного дросселя насыщения, включение параллельных Сг- или СДг/_-цепо- чек и т. п.). Приближенные способы оценки ДРп е р были изложены в § 2-1.

На основании полученных расчетных соотношений (3-87) — (3-96) могут быть определены потери в открытых вентилях (тиристорах и диодах). Для этого смещенный в прямом направлении прибор пред­ ставляется эквивалентной схемой в виде источника нулевого (поро­

сочно-линейной аппроксимации вольт-амперной характеристики сме­ щенного в прямом направлении прибора. Потери в открытом приборе при протекании по нему прямого тока, среднее и эффективное значе­ ния которого / в . с р , /в .Э ф, равны

На основании формул (3-97), (3-90) и (3-91) потери мощности от протекания прямого тока в силовом тиристоре 77

+ W A 2 ( Y + 2 ^ + ^ ) . (3-97а)

Таким же образом могут быть определены потери в других откры­ тых вентилях ШИП. Установленная мощность полупроводниковых приборов выражается обычно через средний ток и максимальное на­ пряжение (прямое или обратное), действующее на прибор [102]:

В некоторых работах [12, 53] предлагается определять установ­ ленную мощность прибора как произведение максимального значения приложенного напряжения и эквивалентного постоянного тока: SB =

— £/„, максЛ). э- Под эквивалентным постоянным током /„.э понимают такой ток, который вызывает в нем потери, равные действительным потерям

в наиболее тяжёлом режиме работы, при падении напряжения на при­ боре Д£/т. э :

/т . в = (АРХ . „ а с + . ДРТ.п е Р )/Л£/т . э . (З-ЮО)

Расчет установленных мощностей по уточненным формулам (3-99), {3-100) приводит к достаточно сложным выражениям, зависящим от многих факторов. В то же время этот расчет производится обычно для

приближенной оценки весо-габаритных и стоимостных показателей различных схем. Поэтому целесообразно для наглядности сопостав­ ления результатов для различных ШИП воспользоваться в дальней­ шем формулой (3-98). При этом относительная установленная мощ­ ность полупроводникового прибора

Расчетные соотношения, необходимые для выбора полупроводни­ ковых приборов в схемах с параллельной коммутацией, приведены в табл. 3-1. Суммируя относительные установленные мощности отдель­ ных приборов (табл. 3-1), можно заметить, что суммарная относитель­ ная установленная мощность полупроводниковых приборов в схемах рис. 2-18, а, б, в, г одинакова. Несколько повышена установленная мощность тиристоров в схемах с независимым контуром заряда кон­ денсатора. Условия работы конденсатора С и дросселя L K (Ы) в этих схемах также идентичны. Это дает основание утверждать, что установ­ ленная мощность коммутационного оборудования и силовых вентилей для всех рассмотренных схем примерно одинакова. Однако в схемах с независимым контуром заряда (рис. 2-18, в, г) несколько шире диа­ пазон регулирования, поскольку минимальное значение относитель­ ной продолжительности включения силового тиристора здесь равно нулю.

Составляющая потерь в контуре заряда конденсатора пропорциональна частоте, энергии в поле конденсатора CU2 и не зависит от тока нагрузки преоб­ разователя.

2. Потери мощности в контуре разряда конденсатора током нагрузки / н . Рассчитывая потери, соответствующие интервалу разряда Р р , следует иметь в виду, что на интервале tp

3. Потери мощности в силовом тиристоре на интервале его проводимости определяются согласно соотношению (3-97а):

тельной продолжительности включения у = Умакс- Составляющие потерь мощ­ ности в насыщенных вентилях оказывают заметное влияние на к. п. д. ШИП

ставив его в виде линейного колебательного контура с приведенным коэффици­

а к. п. д. преобразователя падает при увеличении номинального относительного времени разряда конденсатора.

3-7. ШИП с простой параллельной коммутацией

иускоряющим процесс разряда контуром

ВШИП с простой параллельной коммутацией конденсатор разряжается током нагрузки преобразователя, что приводит к весьма ограниченному диапа­ зону регулирования выходного напряжения и сильному влиянию коммутацион. ных электромагнитных процессов на процессы

равляющие импульсы на котором смещены относительно импульсов управления

благодаря чему и характеристики их одинаковы.

Поэтому достаточно исследовать лишь одну из схем этой группы (рис. 3-13). При этом будем полагать, что начало процесса ускоренного разряда с помощью

интервале разряда считаем постоянным. Цепь разряда конденсатора через при­ емник U, С, 'ТУ, Н не содержит индуктивности, поэтому при уменьшении на­ пряжения ис до величины — U ток нагрузки / коммутирует на диод Д1, и процесс разряда конденсатора прекращается. Таким образом, предельные на­ пряжения на конденсаторе не зависят от нагрузки. Они равны: Ucmi — Ue~nDl =

=Uk3, UCmi = U.

Электромагнитные процессы в ШИП с контуром ускоренного разряда изо­ бражены на осциллограммах рис. 3-14, а—г. В течение первого интервала t p l =