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

Рис. 4-2

Для ограничения амплитуды / о б р , м а к с и скорости изменения тока последовательно с силовым тиристором включается дроссель насы­ щения L H , сердечник которого имеет прямоугольную петлю гистере­ зиса. После запирания силового тиристора образуется колебательный

=l 't — іс 0)- Электромагнитные процессы в ШИП на интервале t3

характеризуются уравнениями:

d ( іг- — і т)

ного тиристора не произойдет и напряжение на конденсаторе будет продолжать уменьшаться. В результате схема окажется не подготов­ ленной к очередному переключению и произойдет срыв коммутации.

Фазовый портрет коммутационных электромагнитных процессов

в ШИП. Рассмотрение электромагнитных процессов показывает, что структура коммутирующих цепей нереверсивного ШИП зависит не только от моментов включения тиристоров, но также от величины и направления токов в отдельных ветвях схемы. Таким образом, поло­ жение границ отдельных расчетных интервалов не фиксировано во

исследована методами анализа линейных импульсных цепей.

Рис. 4-3

Для расчета коммутирующей цепи воспользуемся методом фазовой плоскости (см. § 2-7). Вводя безразмерные переменные (2-75, 2-76), уравнения коммутационных процессов (4-1) — (4-3) можно преобра­ зовать к нормальному виду (2-77, 2-78), а затем найти уравнения для отдельных участков фазовых траекторий (табл. 4-1). Уравнения ли­ ний переключения, необходимые для определения границ расчетных интервалов, определяются на основании условий существования со­ ответствующих контуров. Фазовая траектория дает наглядное пред­ ставление о коммутационных электромагнитных процессах как в пе­ реходном, так и в квазиустановившемся режиме работы схемы.

На рис. 4-4 изображена фазовая траектория переходного процесса возбуждения коммутирующего устройства в режиме холостого хода преобразователя (процесс включения коммутирующих цепей на ис­ точник питания UK) Оа Ьссх . . . niixjh. Там же приведена траектория процессов перезаряда конденсатора при включении силовой цепи

рующего устройства состоит из дуг спиралей. Первым коммутацион­ ным интервалом tx следующих друг за другом периодов Т (рис. 4-2, б) соответствуют участки Оа, cxd, fxg, ixj и ЕХА фазовой траектории.

k L = L A L l + L * ) -

Рассматривая фазовые траектории на третьем интервале первого периода be и 6с',достроенные для двух значений коэффициента индуктивностей kL = 0,1 и 0,2, можно выяснить условие возбуждения генератора гасящих импульсов. Действительно, тиристор TV запрется на третьем коммутационном интервале (рис. 4-2, б) лишь в том слу­ чае, если относительная амплитуда тока утз — 1тз будет больше ор­ динаты точки переключения уп = уз (рис. 4-4), т. е. условие возбуж­ дения колебаний

L2, ДЗ, — UK (рис. 4-3, г) или в цепи TV, L2, ДЗ, — UK (рис. 4-І, б) нарастает сравнительно медленно. Исследование фазовых траекторий показало, что небольшим током в зарядном дросселе L2 к моменту окончания процесса разряда в контуре С, TV, LI можно пренебречь и считать ток в конденсаторе и дросселе Ы к моменту начала про­ цесса заряда (tt) равным нулю:

В высокочастотных ШИП, где указанное соотношение между ве­ личинами индуктивностей L x и L 2 выполнить трудно, диод ДЗ должен быть заменен тиристором ТЗ (рис. 4-1, а, б), который включается импульсами, смещенными во времени относительно импульсов управ­ ления на тиристоре TV на величину 70 1 /2 = я/(о0 1 = я ] / L x C . Ес­ тественно, что в этом случае условие (4-7) выполняется. Таким обра­ зом, при расчете электромагнитных процессов можно пренебречь то­ ком iL на последнем этапе разряда конденсатора и считать процесс разряда конденсатора заканчивающимся за один расчетный интервал. В этом случае линия переключения, соответствующая концу интервала разряда, совпадает с отрицательной полуосью х (рис. 4-4). Это позво­ ляет рассматривать нереверсивные ШИП (рис. 4-1, а, б) как схемы с фиксированными на фазовой плоскости линиями переключения, положение которых не зависит от параметров цепей и тока нагрузки. При этом становится возможным аналитический расчет предельных циклов процессов перезаряда коммутирующего конденсатора (см. § 4-4).

Для устойчивой работы преобразователя необходимо, чтобы после подачи отпирающего импульса на тиристор TV включающий импульс на силовой тиристор Т1 не мог быть подан раньше, чем закончится разряд конденсатора в контуре С, TV, Ы. Это значит, что минималь­ ное время паузы (тиристор Т1 заперт) должно быть выбрано из усло­ вия:

Поэтому максимальный возможный коэффициент использования напряжения источника питания ШИП

При возбуждении коммутирующего устройства амплитуды коле­ баний напряжения и тока в конденсаторе увеличиваются от периода к периоду. При реально достижимых коэффициентах затухания £>2 = = 0,05-5-0,1; Г>х = 0,05 -ч- 0,2 переходный процесс заканчивается за 3—8 периодов. Амплитуды колебаний предельного цикла переза­

углом tt (рис. 4-4) согласно формуле (2-89) выражение коммутацион­ ных потерь мощности может быть представлено в виде:

Эффект накопления энергии в ШИП с последовательной коммутацией и способы его ослабления. Рассмотрение фазового портрета коммутационных элек­ тромагнитных процессов показывает, что схемам ШИП с последовательным га-

Рис. 4-5

шением свойствен эффект накопления энергии в элементах коммутирующего устройства. Координаты предельного цикла перезаряда конденсатора таких ШИП ограничиваются в режиме холостого хода лишь потерями мощности в кон­ турах перезаряда. Они растут с увеличением тока нагрузки преобразователя. Эффект накопления энергии, вызывающий рост установленных мощностей эле­ ментов силовой и гасящих цепей, в ШИП целесообразно ограничивать. Этого можно достичь следующими способами: 1) увеличением коэффициента питаю-, щего напряжения ky = U/UK, что возможно при питании коммутирующего устройства от автономного источника напряжения; 2) включением дополнитель­ ных резисторно-диодных цепей рассеяния энергии параллельно вспомогатель­ ному тиристору ТГ (гв, Д6) или параллельно коммутирующему дросселю (или трансформатору) L1 (г4, Д4) (рис. 4-1, а, б); 3) применением трансформаторных цепей возврата энергии w2, Д5 (w3, Д5) из коммутирующего дросселя (трансфор­ матора) в питающую сеть UK или 0 (рис. 4-1, а, б).

Рассмотрим влияние дополнительных цепей, ограничивающих эффект «на­ копления», на коммутационные электромагнитные процессы. Включение шунти­ рующей цепи гв, Д6 придает контуру разряда конденсатора двустороннюю проводимость, величина которой зависит от направления тока і' (рис. 4-5, а). Электромагнитные процесорна интервалах разряда t2 и t3 протекают так же, как в исходной схеме ШИП и характеризуются уравнениями, приведенными в табл. 4-1. Резисторно-диодная цепь гв, Д6 может включиться, когда ток в ветви