
книги из ГПНТБ / Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока
.pdfНачальные |
условия |
и значение коэффициента |
Ь3: |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
й с [ 0 ] = - 1 , 7 С [ 0 ] = - 7 Н , 6 3 = - 1 |
|
|
|||||||||||||
|
(для схем рис. 2-19, а, в, д; 3-20, о); |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
« с [ 0 ] = |
0, 7 С [0] = - 7 н , |
6 3 |
= 0 |
|
|
|||||||||
|
(для |
схем |
рис. 2-19, б, г, |
е; 3-21, а) |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Решения системы (3-128) с учетом начальных условий для схем рис. 2-19, а, |
||||||||||||||||||
в, д |
имеют вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
u c = x = |
_ |
( l +THe~D,tsint), |
|
|
|
(3-129) |
|||||||
|
;»С = |
# = — М / |
|
l + |
D2e-Ditsin(t |
|
|
+ at) |
« |
— / H e _ D " cos t. |
(3-130) |
||||||||
|
о |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Л. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь |
а, = |
arcsin — |
|
|
|
ж — . |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Для |
схем |
рис. 2-19, б, |
г, |
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
x = |
Zc = —/He-Dlisinl, |
|
|
|
(3-131) |
|||||||
|
|
у = Тс = — 7Н |
У |
1 + |
D 2 e - r > » r c o s ( 7 + а( -) и — 7 H e _ D ' 7 |
cos 7, |
(3-132) |
||||||||||||
где |
щ = |
arccos — |
* |
|
ж 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
/ l , |
+ |
Dч2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Относительное |
время t p s |
находится |
из уравнения |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-, |
|
—DJ, |
|
= 0, |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Ч У = - / „ |
^ і Г р 3 с о 5 7 р 3 |
|
|
||||||||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7р3 = |
я/2. |
|
|
|
(3-133) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
В квазиустановившемся режиме работы схемы напряжение к концу интер |
||||||||||||||||||
вала tp3 |
достигает начального значения |
— £/стгТаким образом, на основании |
|||||||||||||||||
уравнений (3-129), (3-133) для схем рис. 2-19, а, в, д можно найти |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
* ад = - 0 + 7 „ е - ° ' я / 2 ) = |
~хт, |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Хш2= |
|
1 + |
7 н е - а |
д 2 = |
Fx |
(/„); |
|
(3-134) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
хтх = |
W |
|
n |
D l |
= |
F i (7B ) е- nDK |
|
(3- 134а) |
||||
|
Для |
схем рис. 3-19, в, г, |
е соответственно получим |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хтг |
= 7не-Р*п2; |
|
|
|
(3-135) |
||||
|
|
|
хті = |
1 + |
(1 + |
/ н е - ° » я ; 2 ) |
в "п Г > ' = |
1 + Fj. (7Н )Є - Я І 5 |
' . |
(3-136) |
|||||||||
|
Относительное напряжение к моменту начала интервала восстановления |
||||||||||||||||||
тиристора |
ис |
[7 р 1 ] = хх |
может |
быть определено |
из уравнений |
(3-123) |
и (3-134) |
для схем рис. 2-19, а, в, д или из уравнений (3-125) и (3-134а) для схем рис. 2-19, б,
г, |
е, |
если осуществить |
подстановку |
t — л + 7р 1 : |
|||
|
для схем |
рис. 2-19, а, |
в, д |
|
|
||
н |
= |
ёГСх - |
(1 + V - D |
, n / 2 ) |
* ~ D l ( я + 7 |
р і ) cos 7p |
p l - |
|
|
|
|
|
|
* |
Fi UH) ft3e_Dl'pl cos 7p i = Axi; (З-137)
для схем |
рис. 2-19, б, |
г, |
е |
|
|
|
Xt = - J J — = |
1 + U + /Н Є |
1 |
J Є |
Р |
'COS Грі = |
|
|
|
= |
1 + М Л і ) * з Є |
D ^ p l c o s F p l = 1 + Д ^ . |
(З-137a) |
Относительное время первого интервала разряда 7р1 находится соответст-
венно^из уравнений (3-127), (3-134) и |
(3-127а), |
(3-135). Для всех схем этого |
||||||||||||||
типа tpi |
одинаково и может быть рассчитано из трансцендентного |
уравнения |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Sin |
Грі : |
/ н |
|
|
|
|
(3-138) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^1 |
(/н) |
*з |
|
|
|
|
Связь между относительным током нагрузки |
/ н |
и углом Грі |
может |
быть |
||||||||||||
найдена, |
если |
задаться |
углом |
<рі |
и |
|
|
|
|
|
|
|
||||
рассчитать соответствующее |
ему |
значе |
1 2і |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ние тока |
/ н : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л I , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
sin |
tpie |
1 |
v |
P x / |
|
|
|
0,8' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
fpie |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2?,=0,05 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(3-139) |
0,6 < |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
F |
(tpl) |
|
|
|
|
і |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Кривые |
зависимостей |
Грі, Дхі |
= |
0.1\ |
|
|
|
• |
|
|
||||||
= / (7Н) |
для Di — 0,05 |
приведены |
на |
|
|
|
|
|
|
|||||||
рис. 3-22. Формулы |
(3-134) — |
(3-136) |
|
|
|
|
|
|
In |
|||||||
показывают, |
что предельные напряже |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ния на конденсаторе Ucmi и Vcm% 0 |
|
0,5 |
1,0 |
1,5- |
2.0 |
2,5 |
||||||||||
увеличиваются с ростом тока |
нагрузки. |
|
|
|
Рис. |
3-22 |
|
|
||||||||
Таким образом, |
рассматриваемой |
схеме |
|
|
|
|
|
|||||||||
ШИП свойственно |
явление накопления |
тока |
/ „ , |
проявляющееся |
тем сильнее, |
|||||||||||
энергии |
в поле конденсатора с ростом |
|||||||||||||||
чем больше волновое |
сопротивление |
контура |
р г . |
|
|
|
|
|
Фазовый портрет коммутационных электромагнитных процессов. Фазовый портрет коммутационных электромагнитных процессов представляет собой совокупность фазовых траекторий предельных циклов перезаряда конденса тора, соответствующих различным значениям относительного тока нагрузки преобразователя (рис. 3-23). Процесс заряда (интервал f3 ) изображается дугой АВ фазовой траектории, которая при малых занчениях Di > 0,2 хорошо аппрок симируется полуокружностью радиуса.
Я з = * m i + * m a = (! + Т я Г о ^ ) |
1_+е —nD 1 _ F П \ 1 |
• |
(3-140) |
2 |
2 |
|
|
Смещение центра аппроксимирующей окружности по оси абсцисс в отри цательном направлении относительно фокуса О
l-k3 |
(3-141) |
|
Линия переключения для интервала заряда совпадает с осью абсцисс. Пер вый интервал разряда коммутирующего конденсатора на фазовой плоскости
соответствует участку ВС, который аппроксимируется дугой окружности ра диуса
д р = * m i + * m i e - * P = 0 5 ( 1 + 7 H e _ D l № 2 ) g - * D , (, + е - я О . ) =
= 0 > 5 F 1 ( 7 H ) f e 3 ( l + * 3 ) |
(3-142) |
с центром, смещенным относительно фокуса (начало координат О) на величину
Д ; = 0,5 (1 + 7„e-D^2) |
k3 (1 - k3). |
(3-143) |
|
|
|
|
|
Рис. 3-23 |
|
|
|
|
|
|
|
Линия |
переключения, соответствующая |
концу интервала t p l , |
представляет |
|||||||
собой линию нагрузки у = |
— 7Н |
= — |
= const. Абсциссы |
точек |
С, |
Clt |
|||||
С2 |
на фазовых траекториях равны относительному напряжению на конденсаторе |
||||||||||
в момент коммутации хх |
= |
UcJU |
(рис. 3-23). |
нагрузки с |
силового |
||||||
|
В течение интервала |
t p l |
происходит коммутации тока |
||||||||
тиристора |
Т1 на вспомогательный. Длительность первого |
интервала |
разряда |
||||||||
t p l , |
пропорциональная углу 7 р 1 > |
возрастает |
с увеличением |
тока нагрузки |
пре |
||||||
образователя (рис. 3-23). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Разряд конденсатора постоянным.током |
на втором интервале tp2 |
на фазовой |
||||||||
плоскости |
изображается |
линией, |
параллельной оси абсцисс, у = — 7Н |
= |
const |
(участок СЕ на рис. 3-23). Момент окончания второго интервала соответствует точке пересечения фазовой траектории с линией переключения х = — 1, 0 = = const (точка Е на рис. 3-23). На участке CD процесса разряда постоянным то ком на запирающемся тиристоре действует обратное напряжение.
Третий интервал разряда |
конденсатора изображается дугой |
окружности |
ЕА с радиусом |
|
|
Я р = |
- ^ ( е ° ^ 2 + е - ° ' я 2 ) . |
(3-144) |
центр которой смещен относительно фокуса О' (у = 0, х = — 1,0) на величину
д; = |
_ |
( 3 . 1 4 5 ) |
Формулы (3-144), (3-145) получены из уравнений, соответствующих построе ниям на рис. 3-23:
7 „ + д ; 3 = < . д р + 7 н е - ^ / 2 = * ; .
Циклы перезаряда Л 1 В 1 С 1 0 1 Я 1 , . . . , ABCDE соответствуют работе пре образователя в установившемся режиме с постоянным током нагрузки. При внезапном изменении нагрузки преобразователя на интервале t3 или tt от 7Н ^ до / Н 2 процесс разряда на первом интервале происходит по переходной фазовой траектории £|С2 . Относительное напряжение х — ис к моменту коммутации в этом случае уменьшается, x t < Xj, так как длительность интервала tp l воз растает с увеличением тока нагрузки. Величина х [ определяется как абсцисса точки пересечения аппроксимирующей окружности на интервале < р 1 , соответст вующей начальному относительному току / н 1 , с линией нагрузки у = 7 Н 2 =
=const.
Фазовый портрет, изображенный на рис. 3-23, справедлив для всех схем рис. 2-19. Однако для схем второй группы (рис. 2-19, б, г, е) начало координат фазовой плоскости сдвигается относительно точки О. влево по оси абсцисс на величину х = 1 (точка О' на рис. 3-23). Полученные соотношения показывают, что ширина цикла перезаряда конденсатора в ШИП с LjC-последовательной коммутирующей цепью для всех схем этого типа одинакова:
Xmi + Хт* = (1 +'іяЄ~°іП'2) |
{l+e~ |
n D l ) = Ft (7H ) (1 + k3). |
(3-146) |
Она растет с увеличением тока нагрузки преобразователя тем в большей степени, чем меньше приведенный коэффициент затухания контура переза
ряда Dx.
Основные характеристики ШИП легко могут быть определены, если по строен фазовый портрет коммутационных процессов. Для построения фазового портрета необходимо, пользуясь соотношениями (3-140) — (3-145), рассчитать радиусы и смещения центров аппроксимирующих окружностей для различных коммутационных интервалов. Характер истики предельных координат цикла перезаряда конденсатора хт1, хт2 = / (/н ) при Dx = const линейны (рис. 3-24) Угол действия обратного напряжения на запирающемся тиристоре в установив шемся режиме
CAUri |
Ах, |
|
0 = <обР = Шоі'обр = ©от — — — |
= -у- • |
(3-147) |
Характеристика в = / (/м ) при Dt = const имеет резко падающий харак тер. Жесткость угловой характеристики существенно зависит от коэффициента затухания Dx (рис. 3-24). Характеристики угла действия обратного напряже ния для режима внезапного увеличения нагрузки от начального значения Тн\ до величины 7 я ц
б' - °>оі'обР = Д*У7н и ==/ (7н и) "Ри D i = c o n s t
имеют еще меньшую жесткость, которая также зависит от коэффициента D x (рис. 3-25, а, б). Кроме того, форма характеристик 9' = / ( / H i i ) зависит также
от относительного начального тока нагрузки / „ і .
Характеристики безразмерной емкости позволяют установить возможную область изменений относительных токов нагрузки и выбрать параметры комму тирующих цепей преобразователя. Величина безразмерной емкости характери зует коммутирующую способность и установленную мощность элементов гася щего устройства:
|
|
С = |
|
= |
-4- . |
(3-148) |
|
|
|
(I„/U)k3anrB |
|
е/н |
|
|
Здесь принято 0 = ю 0 1 , |
t o 6 p = |
a01kaanxB. |
|
||
|
Учитывая, что емкость конденсатора должна быть достаточной для обеспе |
|||||
чения |
надежной коммутации |
максимального |
тока нагрузки, |
получим: |
||
Л, |
Г 6,0 |
|
|
|
|
|
О |
а) |
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
г,5\ |
|
|
|
|
|
|
|
-5,0 |
|
|
|
|
|
2,6 |
} |
|
|
|
|
|
|
- V |
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
%S |
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0-щ
0f\Г 7.0 |
|
|
~>ъ,=а,05 |
|
|
|
|
|
|||
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
"її"*" |
|
|
|
|
|||
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
О |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Рис. 3-24 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
для |
схем |
рис. |
2-19, а, в, |
д |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
С = |
^зап^в^н. макс |
(3-149) |
|||
|
для |
схем |
рис. |
2-19; б, |
г, |
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
= |
^ з а п т в / н . мак |
(3-150) |
||
|
Принимая во внимание (3-149) или (3-150), формулу безразмерной емкости |
||||||||||
можно представить |
в виде: |
д для схем рис. 2-19, б, г, |
е |
||||||||
|
для схем рис. 2-19, а, |
в, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
С = |
— / н м |
а к |
с |
(3-151) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хл |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
' Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
= |
1 |
^н. |
макс |
(3-152) |
|
|
|
|
|
|
« 1 — 1 |
|
U |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, при 1Н= 1И.макс безразмерная емкость обратно пропор* циональна величине относительного изменения напряжения на конденсаторе Д£/сі в интервал разряда tpi.
Заметим, что для простейших схем с параллельной коммутацией, в которых предельные напряжения на конденсаторе не зависят от тока нагрузки,
|
С = |
1 / е - я ° » |
= l/k3 = const. |
|
(3-153) |
||
Подставляя выражения для хх |
(3-137), |
(3-137а) в формулы |
(3-151) (3-152), |
||||
получим для всех схем с последовательной |
коммутирующей Z^C-цепью |
уравне |
|||||
ние характеристики безразмерной |
емкости: |
|
|
|
|||
С = |
|
— |
J |
|
= - ! _ = * / |
(7В ). |
(3-154) |
1 + |
/ н е |
) е |
к |
Р cos tpi |
|
|
|
Безразмерная емкость для схем ШИП, обладающих свойством накопления |
|||||||
энергии в элементах коммутирующих цепей, является функцией |
относительного |
||||||
тока нагрузки / „ . При |
проектировании коммутирующих цепей |
их параметры |
должны быть выбраны таким образом, чтобы рабочая точка, соответствующая максимальному току нагрузки, располагалась на характеристике безразмерной
емкости в зоне, достаточно близкой |
к |
точке |
минимума. |
Круто |
возрастающая |
|||
ветвь |
характеристики |
безразмерной |
|
емкости |
является |
нерабочим |
участком |
|
(рис. |
3-24). Выбрав рабочую точку на |
характеристике С — f (Гя) |
и |
определив |
||||
/н.макс. можно найти |
относительное |
напряжение хх, емкость С (3-149, 3-150) и |
рациональную величину волнового сопротивления контура перезаряда конден сатора
|
Pi = 7 — - — ^ н . макс- |
(3-155) |
|||
|
|
' и. маке |
|
|
|
Рабочий диапазон |
относительных |
токов |
нагрузки / н существенно |
зависит, |
|
от коэффициента затухания контура Dx. |
С повышением коэффициента затухания |
||||
Dx допустимый максимальный |
ток нагрузки |
уменьшается. Так, при Dx |
= 0,1 |
||
^н. макс = 0,6, а при Dx |
= 0,05 |
/ н . м а к с = 1.5 |
(рис. 3-24). Если в преобразова |
теле возможны внезапные перегрузки, то для выбора рабочей области относи тельных токов нагрузки следует пользоваться характеристиками 0' = / (7Н )
и с' = f (7H ii) (рис. 3-25). Обеспечить определенную допустимую кратность перегрузок по току в преобразователях этого типа удается лишь при выборе достаточно малых начальных значений относительного тока 7 H i < 0,1-ь 0,25 и при высоких добротностях контура перезаряда конденсатора (Dx < 0,05). Таким образом, схемы с последовательной коммутирующей LiC-цепью обладают неудовлетворительной перегрузочной способностью, особенно при внезапных увеличениях тока нагрузки.
Внешняя характеристика преобразователя аналогична соответствующей характеристике для схем с простой параллельной коммутацией. Нерегулируе мая составляющая выходного напряжения преобразователя обусловлена допол нительной энергией, сообщаемой приемнику от источника питания на интервале коммутации тока tpx, и энергией, поступающей от элементов коммутирующего контура на интервале разряда постоянным током / р 2 (рис. 3-21, в). Относитель ная нерегулируемая составляющая среднего напряжения на нагрузке
|
|
Д(7Н 0 |
= A t / H , / l / = |
tvX/T |
+ t^UcAlT) |
= Д^ної + Л£7н02. |
(3-156) |
|
где |
Д £ / С 2 |
= |
— изменение |
напряжения ис |
на интервале |
разряда |
tp2 по |
|
стоянным |
током |
/ н . |
|
|
|
|
|
|
тока |
Согласно рис. 3-23 и формуле (3-142) время первого интервала (коммутации |
|||||||
нагрузки) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
< й = |
- L arcsin -Ц- |
= |
— arcsin |
Щ- |
. |
(3-157) |
|
Время разряда конденсатора постоянным током нагрузки с |
учетом |
формул |
|||||||||||||||||
(3-137), (3-137а), (3-154) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
для схем |
рис. 2-19 а, в, д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
< Р 2 |
= |
CU |
|
|
|
' CU |
+ |
Д^і): |
|
|
|
(3-158) |
|||
|
|
|
|
|
— ( 1 + ^ і ) |
= ~ |
( 1 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/н |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
для схем |
рис. 2-19, |
б, |
г, е |
|
|
|
CU |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
CU |
|
|
|
|
Л*і)- |
|
|
|
|
(3-158а) |
|||
|
|
|
|
|
'Р2 • |
* і = |
— ( 1 + |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
'н |
|
|
|
' н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рис. |
Изменение напряжения на конденсаторе за интервал |
t p i |
для всех схем |
|||||||||||||||||
2-19: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
AUC2 |
=u[l |
|
+ |
Fx (7Н ) к ^ - ° 1 * Р 1 |
cos / р 1 |
] = ( / ( ! |
+ |
А ^ ) , |
(3-159) |
||||||||
|
|
|
AUoz |
= AUe |
|
— |
(1 + |
AXlf |
= |
/ |
(1 + |
А ^ ) а - |
(3-159а) |
|||||||
|
|
|
|
U |
|
277„ |
|
|
^ |
|
|
2со0 1 |
|
/ н |
|
|
|
|||
|
На основании выражений (3-156), (3-157), (3-159а) нерегулируемую состав |
|||||||||||||||||||
ляющую среднего напряжения на нагрузке можно представить в виде |
|
|||||||||||||||||||
Д(7н0 = AUnoi |
+ AUaoi |
= |
— |
arcsin - |
|
|
2 / н |
|
|
• + (1 + |
AJCi)' . |
(3-160) |
||||||||
Fx |
( / J k3(l |
+ |
k3) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2/н |
|
|||||||
на |
Второе слагаемое в формуле (3-160) обычно оказывает решающее влияние |
|||||||||||||||||||
форму |
внешней |
характеристики: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
AV |
н02 : |
f |
(1 + |
AXl)* |
|
1 |
fCrH |
(1 + |
A % ) 2 |
|
f c |
|
(1 + |
A * i ) 2 |
|
||||
|
|
|
«01 |
2/„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ н |
(3-160а) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Если считать Ді/Н ог |
2> Аі/Н оі> т |
о |
приближенное |
уравнение внешней |
харак |
||||||||||||||
теристики |
ШИП будет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
<VH. ср = V + |
|
ТС |
(1 + A * i ) 2 |
|
|
|
|
(3-161) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
/ „ |
|
|
|
|
|
|
|
Сравнивая полученное выражение внешней характеристики с аналогичным выражением для ШИП с простой параллельной коммутацией (3-76) и учитывая, что k3 = 0,75 ч - 0,9; AXl = 1,0 ч - 1,3; а величина емкости С и Тс для рассмат риваемых схем в І/Д*! раз меньше, можно утверждать, что нерегулируемая составляющая выходного напряжения для ШИП с последовательной коммути рующей LjC-цепью несколько больше. Можно преобразовать уравнение нере гулируемой составляющей выходного напряжения, если учесть, что
|
При |
этом |
//(Ом = |
Срі/Т = £ |
з а п т в / н . макс/(ГДдГі). |
|
(3-162) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
AU, |
_ |
I V ср — Т |
|
|
|
|
|
2/н |
+ |
|
|
|
|
|
|
AXl |
|
arcsin - Fx (/„) k3 (l + k3) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
+ •L . < L + A * > ' l e i f ( / - , |
Ci ^з)- |
(3-163) |
|||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
/ „ |
|
|
|
|
На рис. 3-26 приведены вспомогательные кривые для расчета второго сла |
||||||||||
гаемого |
нерегулируемой |
|
составляющей |
выходного напряжения Д(/Н о2- |
Харак |
||||||
тер зависимости |
AUH02 |
= |
/ (/н ) |
близок |
к гиперболическому. Суммарное отно |
||||||
сительное время |
разряда |
конденсатора |
|
|
|
|
|||||
|
|
2*р = tpl + |
F p 2 |
+ tp3 |
* tpl |
+ |
і ± Д £ ї - + 4 - = |
F(7„). |
(3-164) |
|
Здесь |
|
|
2 / н |
|
|
|
' p i - |
|
arcsin • |
|
|
|
|
|
(/в)'*, (1 + |
*a) |
' |
||
|
|
|
Ft |
|||
Axt |
= Fx (/„) e — D i ( " + ' P j ) c o s |
tpl; |
Axx = |
xt для схем |
рис. |
2-19, а, в, д; Д*і = хх — |
— |
1 для схем рис. 2-19, б, |
г, |
е. |
|
|
|
Относительное время разряда 2 tp уменьшается с ростом тока нагрузки по закону, близкому к линейному (рис. 3-24). Таким образом, диапазон регулиро вания выходного напряжения для рассматриваемой группы схем ШИП ограничен теми же факторами: предельными возможными значениями у и ростом относи тельной нерегулируемой составляющей выходного напряжения по мере умень шения тока нагрузки.
Ах,
• 40
I "
¥30
2,0 |
20 |
|
|
|
|
|
|
j » _ |
|
|
|
|
|
|
і, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
10 |
|
|
--0,05 |
•^0,05^ |
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0,fi |
|
|
Т* J », г» |
|
|
О |
0,2 |
0,4 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
|
|
|
|
|
Рис. |
3-26 |
|
|
|
Условия работы |
и установленные мощности |
полупроводниковых приборов |
в ШИП с последовательной коммутирующей І І С - Ц Є П Ь Ю . Рассматриваемой группе схем (рис. 2-19, а—е) свойственно явление накопления энергии в элементах коммутирующих цепей, приводящее к расширению предельных циклов переза ряда конденсатора с ростом тока нагрузки преобразователя. Поэтому расчет токов и напряжений во всех приборах ШИП следует выполнять для режима максимальной возможной нагрузки преобразователя. Как и для схем с простой параллельной коммутацией, токи в полупроводниковых приборах удобно выра зить через ток нагрузки и ток заряда коммутирующего конденсатора. Макси
мальное и среднее |
значения |
тока |
заряда конденсатора |
соответственно |
равны |
||||
/ т з |
= / т з ! |
L = |
(, + |
л-»*») |
1±Ь |
Я., |
- |
|
|
|
|
|
Pi |
|
|
2 |
Pi |
|
|
1с з. с Р |
= |
= |
^ - |
0 + |
7 н е - а д 2 ) |
(1 + |
*з). |
|
|
Принимая во внимание формулы (3-149), (3-150) и (3-137), (3-137а), послед |
|||||||||
нюю формулу можно преобразовать к виду: |
|
|
|
|
|||||
in |
- f h |
т |
( l + f e з ) ( l + ^ н в - D ' , l , 2 ) , |
|
|
„ 1 f t „ |
|||
' С з. ср |
— /«запТв |
|
|
|
' ' н . м а к с |
( о - l o o ) |
Ахг
|
Эффективный |
ток заряда |
конденсатора |
|
|
, |
/ т з і / |
Із |
л'Сз. |
ср / и -, // " г,01 |
|
|
|
|
|
2Г |
|
|
|
|
|
/ с з.ср = &ф. зі С з. ср- |
(3-166) |
В отличие от схем с простой параллельной коммутацией максимальные на пряжения на тиристорах в ШИП с последовательной коммутирующей LtC- цепью могут превысить напряжение питающей сети (см. осциллограммы на рис. 3-21, 6-е).
Основные расчетные соотношения, необходимые для выбора полупроводни ковых приборов, приведенные в табл. 3-2, справедливы для. всех схем ШИП (рис. 2-19, а—е) при одновременном отпирании тиристоров Т%,н,Т1. Если для расширения диапазона регулирования в схемах рис. 2-19, в, г тиристор Т2 вклю чается до отпирания силового тиристора в интервал t3 (см. штриховые линии
на |
рис. 3-21, б, д,-ё), |
то максимальное |
прямое |
напряжение |
на ТҐ возрастает» |
||
на |
величину U, |
|
|
|
|
|
|
|
^ Г Г п р = [ ( 1 + / > - ! ° ' Я / 2 ) « - Я О ' + 1 ] ^ . |
|
|||||
и установленная относительная |
мощность запирающего тиристора ТҐ |
||||||
|
Srr = |
^ Г / ' " Р |
/ Г Г С Р |
= |
^ j ^ |
- IFi (7я) * , + |
П. |
|
|
U la |
|
'н |
|
|
Сравнивая данные табл. 2-2 и 2-3, можно заметить, что установленная мощ ность полупроводниковых приборов для рассматриваемой группы схем выше, чем для схем с простой параллельной коммутацией. Она увеличивается с ростом'
максимального тока нагрузки преобразователя / н . м а к с - Скорости нарастания токов во всех тиристорах ШИП (кроме скорости из
менения прямого тока силового тиристора) ограничены индуктивностью L l t включенной последовательно с коммутирующей емкостью. Напряжения же на тиристорах Т1 и ТҐ из-за отсутствия индуктивности в силовой цепи изменяются скачком (рис. 3-21, в, д). Это приводит к необходимости включения вспомога тельных резисторно-диодно-конденсаторных цепочек, ограничивающих ско рости нарастания прямого напряжения.
3-9. ШИП с дросселем в цепи заряда и разряда конденсатора
и обратным диодом
Для расширения диапазона регулирования напряжения и повы шения возможной частоты переключения схемы ШИП с параллель ной коммутацией и последовательной £хС-цепью дополняются обрат ным диодом, шунтирующим силовой тиристор (штриховые цепочки на рис. 2-19, а—ё). При этом на интервале разряда конденсатора об разуется ускоряющий процесс колебательный контур, замыкающийся помимо цепи нагрузки. Длительность интервала разряда конденсатора по цепи нагрузки существенно сокращается, а следовательно, ослаб ляется взаимное влияние рабочих и коммутационных электромагнит ных процессов.
Электромагнитные процессы в ШИП с обратным диодом на всех расчетных интервалах, кроме интервала разряда конденсатора, про текают аналогично процессам в схемах рис. 2-19, а—е без диода ДЗ.
Схемы
Полупроводниковый
прибор
Режим
Средний ток
Эффективный ток
Максимальный ток
Максимальное прямое напряжение
Максимальное обрат ное напряжение
Относительная уста новленная мощность
Сл
.(О
Рис. 2-19, а, б (зависимый контур заряда)
Т1 |
ТУ |
Г2 |
|
|
|
' |
= |
'макс |
|
|
|
|
|
- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
. |
/ |
|
7 Сз . ср |
\ |
|
|
|
|
7 С з . ср |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
/ |
|
„ / С з - с Р |
|
7 Сз . эф |
, |
і |
/ 7 С з . ср. |
||||
' н |
і / |
' |
+ |
2 |
|
|
|
+ |
'5 |
Ф |
|||
|
У |
|
|
|
|
' н |
|
|
" |
| / |
7 „ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 Н |
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
^ |
( 7 „ ) * з С / = |
|
|
|
|
|
|
U А XI |
|
|
|
|
|
7 н е - 0 ' я / 2 а = |
||
|
|
Vма кс |
4- . |
7 |
Сз. ср |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
і |
—— |
|
|
|
|
н |
Н |
|
-
7 С з . ср
*ф. з 7 Сз . ср
7 т з
"Л (7„) |
V - |
=Xm2U
Fl ( 7 н ) k S U =
=xmiu
, і ( 7 н ) і с р .
Н
Таблица 3-2
Д/
'~* 'мин
7 н 0 — 'мин — ' ^pi ~~ 'рз)
|
|
|
7 н |
|
|
|
|
|
- |
|
|
£/ |
(1 |
-t Д * i |
) = |
U(l |
+ |
( 1 |
— |
'мин — |
{рі |
~ *рг) |
х |
|
|
X ( 1 |
+ Д хх ) |
|