книги из ГПНТБ / Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока
.pdfи |
(4-34) |
Сучетом соотношений (4-34) и (4-31) формула (2-32а) преобразуется
квиду:
|
|
п |
(4-35) |
|
w ' r L = C y m ^ |
i l ^ i J k u = Cyj'^^/ku. |
|
При определении приведенной габаритной энергии дросселя цепи |
|||
заряда L2 полагаем ут = утз, |
а при расчете коммутирующего дрос |
||
селя ут |
= утр. Ниже будет |
показано, что для улучшения |
энергети |
ческих |
показателей схемы следует выбирать коэффициент |
напряже |
|
ния кц Л І хт/2. Если учесть, что координаты хт и ут растут с током нагрузки приблизительно по одинаковым законам и положить в (4-32),
{4-35) |
ки = хт12 |
или kv = ут/2, то |
можно |
заметить, что |
зависимо |
||||
сти габаритных энергий конденсатора и дросселя |
WCH (7Н ) и WRL |
(7Н ) |
|||||||
будут |
определяться |
видом функции (С). |
хт |
= |
f (I ) |
или |
|||
_ |
_ |
_ |
|
|
U~ |
ml |
|
н |
|
(С\ |
=х /г-^эфх = |
Ї |
Габаритные |
энергии |
для |
схем |
ШИП, обла- |
||
д ающих эффектом накопления, имеют экстремум. Таким образом, при
проектировании ШИП на минимум габарита или веса коммутирую щего оборудования (конденсатора и дросселей) относительный ток на грузки в номинальном режиме / н н о м необходимо выбрать в зоне 7Н ,
где произведения (С). |
_, пхт |
и (С). _ v |
.„/' |
остаются близкими |
RU~ |
mlA т |
KU~тг |
э ф 2 |
, |
к своим минимальным значениям. Габаритный относительный при веденный заряд коммутирующего конденсатора QCH (Гн), характери
зуется функцией Схтз = / (7Н ), также имеющей экстремум (рис. 4-16). Основные расчетные соотношения для определения этих функций, а также относительных напряжений и токов в конденсаторе и дроссе
лях ШИП приведены в табл. 4-3. Там же даны соответствующие фор мулы для расчета элементов выходного каскада ШИП с параллельной коммутацией и независимым контуром заряда, присоединенным к вспо могательному источнику напряжения UK (рис. 2-19, д). Этой схеме также свойствен эффект накопления энергии в элементах коммути рующих цепей.
4-4. Аналитический расчет характеристик ШИП
с последовательной коммутацией
Анализ фазовых траекторий коммутационных процессов в ШИП с последовательной коммутацией показывает, что для большинства схем линия переключения на границах последнего интервала разряда и заряда конденсатора может быть принята совпадающей с отрица тельной полуосью абсцисс фазовой плоскости, так как kL <^ 1 и уп =
= ic {tp) ж 0. |
Кроме того, добротность контуров заряда и разряда |
на временных |
интервалах, на которых не образуются контуры рас- |
сеяния или сброса энергии из |
коммутирующих |
элементов, |
доста- |
||||
точно высока (£>г и D2 < 0,1), |
что позволяет |
считать |
— |
= |
|||
1 И ©01 : : СО |
со |
со02 |
= |
ю 0 2 |
V 1- -Dh |
|
ин |
При этом решения дифференциальных уравнений |
на |
расчетных |
|||||
тервалах, выраженные через значения переменных на начальной гра нице, имеют простое аналитическое выражение, а участки фазовых траекторий процесса перезаряда конденсатора хорошо аппроксими руются дугами окружности.
Рцс. 4-17
Это позволяет сравнительно просто аналитически рассчитать пре дельные циклы перезаряда конденсатора и основные характеристики ШИП с последовательной коммутацией (см. § 2-7). При этих допуще ниях электромагнитные процессы во всех схемах ШИП с последова тельной коммутацией характеризуются уравнениями, приведенными в табл. 4-4.
Фазовые траектории процесса перезаряда конденсатора для ШИП без цепей ограничений (AB'BCD'E), сг4Д4-цепъю рассеяния энергии (AB'BDE) и с трансформаторной цепью возврата w3Tp, Д5 (AB'BCDE) (рис. 4-1), построенные по приведенным в табл. 4-4 уравнениям, изо бражены на рис. 4-17.
На первом (интервал разряда) и последнем (интервал заряда) рас четных интервалах процессы во всех схемах описываются одними и теми же уравнениями (табл. 4-4). На этих интервалах фазовая траек тория процессов разряда и заряда конденсатора аппроксимируется
Расчетный интервал и параметры контура
1. Разряд |
конденсатора |
||
в контуре |
С, |
L x , тх |
ТГ: |
° > |
= |
о 1 |
' |
|
|
2pi |
|
2. Разряд |
конденсатора |
яри^включенной |
цепи rt, D4: |
°;=D'(1+,^)
Уравнения электромагнитных процессов
Дифференциальные уравнения и их решения на расчетных интервалах
d*x |
dx |
|
|
|
- |
іСріш |
||
|
h 2DX |
\-x = |
0; |
y — |
ic—-rr> |
|||
dt* |
dt |
|
|
|
|
|
к |
|
x = |
e~D>T |
[x01cos |
t + |
(y01 |
+ Dxxol) |
sin |
t ] X |
|
|
|
x R01e-Djcos |
|
(t+ |
6 ) |
|
|
|
у = |
e~Dlt |
[y01 cos 7 — (Xoi + |
D ^ M ) |
sin7 |
] « |
|||
~ _ , R o i e - ^ s i n (7 + « ) ;
|
t g a = |
|
|
^ |
; |
|
|
|
XB1 (1 — Dila/Xoi) |
|
|||
— + |
2Dl— |
+ |
x = |
*01 |
y = t r = |
-77^-5 |
0; |
||||||
d*2 |
dr |
|
|
|
|
к |
|
|
F = |
<o0 1 i; |
(sinl/iZ^'lV |
||
, = |
^* |
e-D[t |
||||
V |
!-/>;" |
|
1 |
y |
) |
|
У = e - D i ^ 0 2 |
[ c o s ( | / |
|
- |
|||
- — ^ — |
s |
i n |
Гі/"і-о;ї) |
|
||
|
V 1 - D l a |
L ' |
Л |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
4-4 |
|||
в ШИП |
с последовательной |
коммутацией |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Способ ограничения |
Условия |
Координаты фазовой траектории |
на границах |
|||||||||||||
эффекта |
существования |
|||||||||||||||
|
|
|
|
интервала |
|
|
|
|
|
|||||||
накопления |
контура |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
х [01 ] = х01 |
= хтз; |
у [0] = </01 |
= — 7Н |
=- |
||||||||
Без ограничения |
у<о |
|
= |
— ЛіРіД/к или — 7 Н = |
— 7„ |
; |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
* |
г—і |
= хтр |
|
п |
~ D i |
(л—а) |
; |
= 0 |
||||
|
|
|
|
|
« — Д 0 1 |
е |
|
|
||||||||
|
|
|
|
д: [0] = |
х 0 1 |
= * т з ; |
|
[0] = |
i/oi=- — 7Н |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
7 ' |
= |
7 |
W* |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЛИ — / „ |
— / н |
- і ; |
|
|
|
||||
Резисторно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0>х |
|
|
|
|||
диодная цепь |
х>0, |
у<0 |
|
* |
|
= 0; у |
= |
- Д и в - ° . Ь ; |
|
|||||||
rit |
D4 |
|
|
|
|
|
||||||||||
Трансформатор |
|
* [0] = х01; у [0] = - / н |
||
х>— п3= |
— |
или / н ; |
||
рекуперации |
||||
|
w3 |
— "з; у 17J = Уі |
||
|
|
* [Fx"] = |
||
|
|
х [0] = |
0; |
у [0] = у02 |
|
= у Щ] |
= |
|
|
|
= - / ? о і Є - ° ' Г і ; |
|
|||
|
|
х [/,] = |
- |
tf01 e - ^ A |
e - D j r a = |
Х т р . |
|
Цепь |
х<0, |
у<0 |
|
УЩ\ = 0; |
|
|
|
U, D4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 = |
1 |
, |
|
У |
1-D? |
|
|
|
arctg |
|
|
||
Расчетный интервал и параметры |
Дифференциальные уравнения и их решения |
контура |
на расчетных интервалах |
Разряд конденсатора при включенной цепи реку перации w3Tp, Д5:
|
Гі + Н |
гх + г'г |
Г~с |
D l 3 = |
2 P l |
2 |
V.I* |
|
г'з = пзГв |
|
|
3. Заряд конденсатора по цепи Uк, С, L 2 , г2, ДЗ (рис. 4-1, а):
0^=1».= |
1±л/-£-• |
2р2 |
2 У L 2 |
УVL2C
или по цепи |
D3 (рис. |
||
UK, |
L u Г1у С, |
L 2 , r2, |
|
4-1, |
б): |
|
|
|
D , = ' 1 + ' » l / |
С ; |
|
|
2 |
И |
L j + I 2 |
|
' |
К С |
(LX+L2) |
d2x |
, |
1 |
|
dx |
, |
|
— |
+ |
— — |
- |
+ * = 0; |
||
dt2 |
|
|
2 D |
1 3 |
dt |
|
y = |
l " c = |
" |
к |
' = |
Ю о 1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
xx |
— n3 |
= const |
||
d2 * . ^ |
d* , |
. |
|
- |
trP« |
|
d/2 |
dr |
|
|
|
|
|
x=l+ |
e~D>7{ |
(x0 — 1) cos7-f |
|
|||
+ |
[yo + |
D2(x0— |
l ) ] s i n 7 |
}; |
|
|
(/ = e-D »* { y o C o s 7 - [ ( * 0 - l ) + |
- |
|||||
|
+ |
D2 (/0 ] sin |
|
|||
дугами окружностей радиуса Rv |
R3 |
или ^ с центрами на оси х, сме |
|||||
щенными относительно |
фокусов |
на первом |
и третьем |
интервалах |
|||
х = 0, у = 0 и х = 1, г/ = 0) на величины At |
и Д3 или Ад (рис. 4-17): |
||||||
Я і = і Л * о і - - - Л і ) 2 + |
2 _ |
*оі — |
Л і |
|
|
||
/ н 2 = = |
COS ф н |
|
|
||||
|
|
|
|
|
(4-36) |
||
Д і < / ? і - 1 + е |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
Для всех трех схем коэффициент затухания контура |
разряда Dx |
||||||
одинаков. Коэффициент |
затухания |
контура |
заряда D2 |
для |
первой |
||
схемы и параметры резисторно-диодной |
и трансформаторной |
цепей |
|||||
ограничения для второй и третьей схем выбраны таким образом, чтобы при некотором токе нагрузки / и координата хтз, а следовательно, и
Способ ограничения |
Условия |
Координаты фазовой траектории на границах |
|
эффекта |
существования |
||
интервала |
|||
накопления |
контура |
||
|
Трансформатор |
|
|
• * [0] = х„2 = — п3; |
у [6] = ух; |
||
рекуперации |
х< — п3, |
у<0 |
||||
х 1Т2] = хтр |
= — п3; |
у 1Т2] = 0 |
||||
w3 Тр, Д5 |
|
|
||||
|
х [0] = х0 = |
хтр; |
у[0]=у0х0; |
Для всех схем |
х[Г3]=х[л]= |
1 + е |
(1— хтр); |
|
У lTa] = У [л] = 0 |
||
угол 0 во всех трех схемах были одинаковы. Это значит, что для ком мутации тока нагрузки / н в этих схемах необходимы одни и те же индуктивности дросселей L x , L 2 и емкость конденсатора. Мощности же, потребляемые от источника UK и пропорциональные координатам утз яг Rs (или R3), и отрицательные амплитуды напряжения на кон денсаторе, пропорциональные хтр, для трех схем ШИП различны. Сравнивая три предельных цикла перезаряда (рис. 4-17), можно сде лать вывод, что увеличение коэффициента затухания контура заряда конденсатора D2 для ограничения эффекта накопления нецелесооб разно. В этом случае преобразователь имеет наибольшие коммута ционные потери мощности и наибольшие установленные мощности конденсатора и дросселей, так как х[ > х2 и R'3 > Rr Схемы с ре зисторно-диодной и трансформаторной цепью ограничения могут обес печить одинаковые установленные мощности дросселей L2 и конден-
сатора С, однако энергетические показатели для схемы с трансформа торной цепью рекуперации будут лучше.
Как известно (§ 4-2), угол действия обратного напряжения на за пирающемся силовом тиристоре для всех схем равен центральному углу, опирающемуся на дугу АВ' аппроксимирующей окружности. Точка В' определяется как точка пересечения фазовой траектории с линией х = kjj = const. На основании построений на рис. 4-17 имеем:
c o s (0 _|_ ф ) = k u +а І _ (ku ~~ д і )c o s Фн |
^ |
kg cos фн |
(4-37) |
||
Rl |
xm3 |
— At |
|
хтз |
|
ФН = arctg — ^ — |
« |
arctg J±- |
, |
|
(4-38) |
Хтз —A l |
Х т з |
|
|
||
откуда |
krj — Д< |
krr COS фн |
|||
|
|||||
|
e = arccos — |
- — ф и ^ arccos |
^ |
— фн . |
|
|
|
Rl |
хтз |
kn |
|
Учитывая, что в реальных схемах аргумент |
|||||
а = — |
|||||
І A o n \
(4-39)
COS ф ?<0,7,
можно ограничиться первым членом ряда. Тогда |
хтз |
||
|
|||
\ 2 |
/ \ |
хтз л/2 — ф„ / |
|
Таким образом, независимо от используемого способа ограничения эффекта накопления угол действия обратного напряжения опреде ляется соотношением (4-38) или (4-40). Это позволяет для расчета всех схем ШИП с последовательным гашением пользоваться универ сальными угловыми характеристиками, представляющими собой се мейства зависимостей 6 = / (хта) при / н = const, построенными для различных ku. Положение первой линии переключения, соответст вующей моменту изменения структуры гасящих цепей, зависит от спо соба ограничения эффекта накопления (табл. 4-4). В схеме без допол нительных цепей ограничения линия переключения совпадает с от
рицательной |
полуосью х, |
поэтому |
|
|
||||
х\ = * |
= |
\ f |
1 + |
( - |
Ц 2 - |
2D. |
-Ь- ё~°' |
{я~а); |
I |
т р |
01 у |
1 |
[х01 |
) |
1 |
*„1 |
|
а = a r c t g — ^ — . (4-41)
1 — D x / н/*оі
Вэтом случае процесс разряда на первом интервале изображается дугой AD' (рис. 4-17).
ВШИП с резисторно-диодной цепью ограничения (г4, Д4, рис. 4-1) линия переключения совпадает с отрицательной полуосью у, так как
при изменении знака ис диод Д4 смещается в прямом направлении и конденсатор шунтируется цепью г4, Д4. На протяжении второго расчетного интервала (участок BD на фазовой траектории, рис. 4-17) продолжается процесс разряда конденсатора и остаются справедли-
выми уравнения напряжений колебательного контура. Однако экви валентный коэффициент затухания цепи
D\ = D1(\ + TLlITc) = Dt (1 + LJr^C).
В зависимости от желаемой степени ограничения напряжения ис величина Z>i выбирается в пределах 0,2 — 0,7 и процесс разряда ос тается колебательным. Относительное время второго интервала t2
(рис. 4-17) определяется из уравнения у [t2] = 0 (табл. 4-4).
В ШИП с трансформаторной цепью возврата энергии второй рас четный интервал начинается с момента отпирания диода Д5. Если ко эффициент связи между обмотками трансформатора возврата прибли жается к единице, то цепь рекуперации образуется при uc(t) = =—Wi/w3UK=—n3UK, а линия переключения совпадает с прямой х = — п3 = const (рис. 4-17). Эквивалентный коэффициент затухания контура на этом интервале £ ) э 2 = 1/(4Z)13) (табл. 4-4). Процесс разряда на интервале рекуперации — апериодический, так как D13 обычно меньше 0,1. На фазовой плоскости ему соответствует участок CD" (штриховая линия на рис. 4-17). При расчете предельных циклов он может быть заменен прямой CD (х = — п3 — const). Относительное напряжение ис = х к концу интервала рекуперации определяется только параметрами трансформатора и не зависит от добротности кон тура разряда ис [72 ] = х2 = — п3 = хтр.
Процесс заряда для всех рассматриваемых схем протекает одина ково. Принимая во внимание, что относительное время заряда кон денсатора 73 = я, а у [0 ] = у0 = 0, на основании уравнений табл. 4-4 можно представить напряжение на конденсаторе к концу интервала заряда в виде:
х [73] = х [л] = 1 + |
е - я ° 3 (1 |
-хтр). |
Рассчитать предельные циклы |
перезаряда |
конденсатора можно |
по уравнениям табл. 4-4, если учесть свойство замкнутости фазовых траекторий в квазиустановившемся режиме работы преобразователя. При этом
|
х1п]=хтз |
= \+е-я°Ч1-хтр). |
"тпр |
(4-42) |
||
Для схемы |
без дополнительных цепей |
ограничения |
||||
|
1 |
-]_ е-яО, |
|
|
|
|
1 _ |
enD>e- (я-а) D, |
l |
+ f l » _ J _ 2 D l |
J - н |
|
|
|
|
|
|
|
х01 |
|
|
|
|
|
= |
f(Dlt |
D „ / , ) . (4-43) |
В ШИП с резисторно-диодной |
цепью ограничения |
|
||||
Х01 — х. |
|
1 + |
e~nD* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
V ^oi 7 |
|
xoi |
|
= f[Dlt |
D\, D2, 7Н ), (4-44) |
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
^ J L _ a r c t g / _ £ « _ _ D l ) |
, |
" |
^ 1 |
= arctg " |
^ |
|||
2 |
— |
^ox |
'Г |
|
|
|
||
Для ШИП с трансформатором рекуперации относительное напря жение на конденсаторе не зависит от тока нагрузки,
*ms = *oi = 1 + e~nD> («з + 1) • |
(4-45) |
Относительное максимальное напряжение на конденсаторе в конце процесса разряда для всех схем с последовательной коммутацией согласно (4-42)
хтр = |
1 _ < Г Я І > ' (хтз-1) |
= |
Ump. |
(4-46) |
Относительная амплитуда тока заряда конденсатора |
|
|||
Ут* = R3 = |
I m 3 - ^ - = 0,5(хт з |
+ |
\хтр\). |
(4-47) |
Максимальное относительное значение тока разряда конденсатора равно радиусу аппроксимирующей окружности Rx (рис. 4-17) и может быть рассчитано по формулам (2-87), (2-88):
y«p = 7 - ^ = *i=l*,»pl + |
Ai-. |
||
д2 |
_ х 2 |
,j2 |
|
д х = _!»» |
тр-г-'н . |
(4-48) |
|
2 (%тз ~f" I хтр |
I ) |
|
|
При расчете характеристик максимальных координат предельных циклов перезаряда конденсатора по формулам (4-43) — (4-48) следует задаваться отношением I J x 0 1 = I J x m 3 . Удовлетворительное совпа дение расчетных точек с экспериментально снятыми характеристи ками максимальных координат предельных циклов перезаряда кон денсатора (рис. 4-11, а — 4-15, а) свидетельствует о справедливости принятых при расчете допущений.
Влияние быстропротекающих коммутационных процессов на ха рактеристики ШИП. Для расчета быстропротекающих коммутацион ных процессов необходимо определить время запаздывания запирания силового тиристора t_ + tB обр = t3 (рис. 2-6, б). Длительность существования контура запирания U, Д2, Tl, Ln> ТГ зависит от ве личины тока нагрузки /„ и времени обратного восстановления тири стора о б р , в течение которого по нему может протекать обратный ток (см. § 2-1). Изменение напряжения на конденсаторе и тока іс в ин
тервал запирания характеризуется |
уравнениями: |
|
|
|
||||
d2u- |
„ du„ |
- |
= l , |
- i-p„ |
а |
/ „ і |
Or, |
dur |
dt* |
- 2 D n - f + « c |
t = - f ^ = |
|
U |
|
dt |
||
dt |
^ |
|
U |
|
|
|||
с начальными условиями |
ис |
[0] = |
UQ1/U = |
xm3/kv, |
ic[0] |
= 0. |
||
Здесь |
ис = uc/U, |
t = (nont\ |
Dn |
||
1 |
|
|
|
2рп |
|
—приведенный |
коэффициент затухания и угловая частота |
||||
V LnC |
|||||
запирания; |
гп, |
L n — активное сопротивление и индуктив |
|||
контура |
|||||
ность проводов и элементов, входящих в состав контура обратного тока.
|
Решение этих уравнений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
и |
|
\+е |
|
|
х |
cos V\-Dlf |
|
+D "( ^i=J} |
sin |
|
|
|
|||||
|
|
|
X |
|
( t f 0 |
1 - 1 ) |
|
Vl-Dl't |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
- ( t / o i - l ) e |
—D„t |
|
Sin |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
и |
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt. |
|
|
Р ? И ± _ |
Г °"7 [У7=БЬ«*(VT^rtt)- |
|
|
|
|||||||||||
d/ |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- D n s i n (K\ — D l t ) } . |
|||||
|
Параметры контура запирания обычно таковы, что аргументы три |
|||||||||||||||||
гонометрических функций |
в |
пределах |
временного интервала 0 — ta |
|||||||||||||||
не |
превышают |
|
значений |
|
0,2 — 0,6. |
Это |
позволяет |
уравнения для |
||||||||||
ис, |
ic и dicldt |
|
записать |
в |
виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
йп = |
^=1+е-°"( |
|
|
|
(U01-l)\\- |
|
|
J L _ |
+ D |
N T |
|
|
|
||||
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
(4-49) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-D~i |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
V l — Di |
|
n D t |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
d i c |
|
|
- & - = - - ^ ( l / 0 1 - l ) e |
- D |
J |
X |
|
|
|
|
|
|||||||
dt |
|
Pn |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
dt |
L n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
1- |
|
|
|
•DJ |
(4-50) |
||
|
Время коммутации тока нагрузки с силового тиристора на шунти |
|||||||||||||||||
рующий диод Д2 (время спада тока / |
до нуля) |
t_ |
определяется |
из |
||||||||||||||
уравнения ic [f_ |
] = |
Ij>JU: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\/~[ |
|
|
|
/нРп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2!Dnn |
|
|
(Un-U)Dn' |
|
|
" |
^ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
V |
\2D„J |
|
(4 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
51 |
|
|
Для определения времени |
обратного восстановления |
тиристора |
4. обр> запираемого обратным |
напряжением, необходимо |
найти ско- |
рость изменения тока |
в |
тиристоре в |
момент |
t = |
—— |
[^_] = |
||
dic |
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
соотношениями |
(4-51) |
и (4-50). Время изме- |
||||
= —— [£_], пользуясь |
||||||||
dt |
=? /н + |
іс |
от нуля до максимального обратного тока |
|||||
нения тока iT1 |
||||||||
1г (рис. 2-6, б) |
tx |
может быть найдено по экспериментально |
получен |
|||||
ным зависимостям |
/ х = |
f |
(diTldt) [46] или выражено через значение |
|||||
остаточного заряда неосновных носителей в базе тиристора. Время
запаздывания |
запирания |
тиристора |
|
|
|
||
|
|
U = t_ + |
tB. о б р = f_ + (1,1 ч-1,25) t,. |
(4-52) |
|||
Как |
показали расчеты, |
относительное время |
запаздывания |
t3 — |
|||
= сооп ta |
тем |
больше, чем |
больше коэффициент |
затухания контура |
|||
запирания Dn. В реальных схемах Dn |
= 0,2 -г- 0,7; t3 — 0,25 -ь- |
0,7, |
|||||
|
|
t3 — (2ч-8) |
мксек С |
Г0 1 /2 = я ] / L i C . |
|
||
Величина напряжения на конденсаторе к концу интервала запира ния тиристора
ис Иа] = #м = f/ {1 + e~D"7° {U01-1) |
х |
|
|
X |
[ 1 - 0 , 5 ( 1 - 0 £ ) / 1 + д £ ] |
j . |
(4-53) |
Кратность изменения напряжения на конденсаторе |
вследствие |
||
конечного времени запирания тиристора характеризуется коэффици ентом
а к = - ^ - » - ^ . |
(4-44) |
Таким образом, можно сказать, что запаздывание запирания ти ристора приводит к уменьшению координат предельного цикла пере заряда конденсатора в ак раз. Поэтому для учета коммутационного падения напряжения и при расчете времени (или угла) действия об ратного напряжения в формулы (4-38), (4-40) следует подставлять
значение |
хтз = акхтз. При пользовании угловыми |
характеристи |
ками угол |
6 также определяется для значения х'тз. |
Расчеты и опыт |
ные исследования тиристорных ШИП показывают, что для рассматри ваемых схем а к = 0,99 -F- 0,93. Наибольшие значения коэффициента а к соответствуют схемам с дросселями насыщения и схема с малым значением Dn. Приближенно коммутационное падение напряжения можно учесть, выбирая соответствующим образом коэффициент за паса k3an.
4-5. Синтез параметров коммутирующих цепей тиристорных ШИП систем электропривода
Важнейшим этапом проектирования тиристорных широтноимпульсных преобразователей постоянного напряжения является расчет параметров коммутирующего устройства. Правильный выбор схемы и параметров гасящих цепей позволяет существенно улучшить
энергетические и весо-габаритные показатели преобразователя, а также обеспечить необходимую перегрузочную способность и диапа зон регулирования среднего напряжения на выходе. При проектиро вании ШИП обычно заданы коэффициент пульсаций тока и допусти мые дополнительные потери мощности в нагрузке преобразователя. Это позволяет, зная параметры приемника, выбрать определенную частоту коммутации преобразователя (см. § 1-7). Задача расчета ком мутирующего устройства преобразователя не решается однозначно. Она может быть подчинена различным требованиям: обеспечить ми нимальные коммутационные потери или минимальную установлен ную мощность коммутирующего оборудования и силовых элементов, получить определенный коэффициент использования источника пи тания при выбранной частоте коммутации и т. д. Однако, во всех слу чаях коммутация в системе должна оставаться устойчивой в рабочем диапазоне изменения нагрузки. Это значит, что в любом возможном режиме работы преобразователя время действия обратного напряже ния на запирающемся тиристоре должно быть больше времени восста новления (4-25). Методика расчета отдельных элементов и всего пре образователя на минимум установленной мощности освещена в ряде работ [31, 34, 53, 102]. Обычно она предусматривает расчет нескольких пробных вариантов и связана с трудоемкими вычислениями.
Во многих практических случаях проектирование преобразовате лей желательно вести на минимум коммутационных потерь мощно сти, что обычно незначительно расходится со случаем проектирова ния на минимум установленных мощностей элементов выходного каскада.
Для ШИП с последовательным гашением относительные приведен ные коммутационные потери мощности, определяемые соотношениями (4-30), могут быть выражены через угол 6, относительный ток нагрузки
/ н и коэффициент напряжения ки: |
|
|
|
р ; о м = 2 - | ^ |
|
(4-55) |
|
ИЛИ |
|
|
|
Р,'<ом=2 У "з- (0,5 У 1 )' |
t |
( 4 . 5 6 ) |
|
где ух та ~\/ (xm3 /cos фн )2 |
— п\ — ордината |
предельного |
цикла пе |
резаряда конденсатора в |
момент образования цепи рекуперации |
||
(рис. 4-17). |
|
|
|
Анализ коммутационных процессов (§4-1 — 4-4) показал, что ко ординаты предельных циклов перезаряда конденсатора (4-42) — (4-48) зависят только от 7Н и добротности контуров перезаряда, а угол дей ствия обратного напряжения является функцией коэффициента ки (4-39), (4-40). Используя формулы (4-55), (4-56), (4-39), можно пред-