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

Для выбора параметров коммутирующих цепей (величины^относительного тока нагрузки / н = 7у ) можно воспользоваться характеристикой приведенных относительных коммутационных потерь мощности (4-30)

5-4. Электромагнитные процессы в реверсивных ШИП

скоммутирующими ДН

Вреверсивных ШИП с ДН применяются те же законы коммутации

испособы управления силовыми тиристорами, что и в реверсивных

преобразователях с линейными коммутирующими дросселями (см. § 4-8). Схемы выходных каскадов ШИП с поочередной коммутацией силовых тиристоров одной диагонали моста содержат два коммути­ рующих дросселя насыщения ДНІ, ДН2, входящие в состав симмет­ ричного запирающего устройства с двумя вспомогательными источ­ никами питания UKl, (7К 2 . Схемы, изображенные на рис. 5-9, а—г, отличаются друг от друга способом включения управляющих обмо­ ток wy дросселя (трансформатора) насыщения. .В основной схеме

ления wy, которые питаются от автономного источника тока. Так же как и в нереверсивном ШИП с ДН, н. с. обмотки управления Jywy должна быть больше н. с , создаваемой максимальным током нагрузки

(рис. 5-9, б). При этом н. с. обмотки управления I wy изменяется про­ порционально среднему значению тока в цепи питания ШИП, и запас энергии в коммутирующем устройстве регулируется в функции сред­ него тока нагрузки.

При питании ШИП от низковольтной сети постоянного тока, как и в нереверсивном варианте, обмотки управления ДН можно вклю­ чать последовательно с якорем двигателя, используя для перезаряда конденсатора энергию цепи якоря. Однако простое включение обмо­ ток двух ДН последовательно с якорем двигателя в реверсивном ва­ рианте ШИП невозможно, так как ток якоря при реверсе меняет знак. Поэтому для построения реверсивного ШИП с обмотками размагничи­ вания ДН в цепи якоря необходимо в каждом гасящем устройстве применять по два ДН. Схема такого ШИП изображена на рис. 5-9, в. Когда работают тиристоры 77, Т4, то при включении гасящих тири­ сторов TV, Т2' коммутируют ток дроссели ДНІ, ДН4. Они гасят ти­ ристоры 77, Т4, как и ранее, через период, а дроссели ДН2, ДНЗ' в это время насыщены и практически не оказывают влияния на комму­ тацию. При работе тиристоров Т2, ТЗ, наоборот, дроссели ДНІ, ДН4 насыщены, а коммутируют дроссели ДН2, ДНЗ,

Схема ШИП с вынесенными из силовой цепи дросселями изобра­ жена на рис. 5-9, г. Помимо коммутирующих дросселей ДНІ, ДН2, в якорную цепь преобразователя включены два трехобмоточных транс­ форматора Tpl, Тр2 с прямоугольной петлей гистерезиса, которые исключают короткозамкнутые контуры при поочередной коммутации тиристоров выходного каскада и тем самым обеспечивают нормальную работу ШИП с дросселями насыщения.

Рис. 5-9

Работа преобразователя в квазиустановившемся режиме происхо­ дит следующим образом. Пусть в интервал времени уТ включены ти­ ристоры ТІ, Т4. При этом ток якоря, протекая по обмоткам wy, сме­ щает сердечники трансформаторов Tpl, Тр2 в положение Bs. При подаче управляющего импульса на гасящий тиристор Т2' он отпи­ рается и конденсатор С начинает перезаряжаться по цепи С, (7к 2 > ДН2. Импульс напряжения на обмотке wp будет прикладываться че­ рез диод Д2, обмотку w2 насыщенного трансформатора Тр2, источ­ ник U к тиристору Т1 и запирать его. На интервале (1—у) Т ток якоря замыкается по цепи Я, Щ, w{Tp2, Д2, ДН2, Т4 и перемагничивает

под действием напряжения на коммутирующей обмотке wp, до вели­ чины приведенного к обмотке ш4 тока нагрузки. Число витков обмотки ау4 выбирается много большим, чем обмотки wy, следовательно, ток

ис [о] = Uof

Рис. 5-10

в этом контуре много меньше тока нагрузки. К концу коммутации сер­ дечник трансформатора Tpl возвращается в исходное положение (—Дз). При подаче управляющего импульса на TV процессы проте­ кают аналогично, но при этом перемагничивается ДНІ, а обмотка wx трансформатора Tpl ограничивает протекание тока по контуру ДНІ, Д1, WjTpl, ТІ.

вых тиристоров моста включается один из вспомогательных тиристо­ ров TV или Т2'. При этом образуется контур перезаряда конденса-

тора UK, С, гюкДН, ТҐ (или Т2'). На первом интервале перезаряда fv происходит движение рабочей точки дросселя по нисходящей ветви динамической петли гистерезиса abc (рис. 5-2). Энергия поля конден­ сатора расходуется на изменение потокосцепления дросселя, а также преобразуется в тепло в стали сердечника и резисторах контура раз­ ряда. На интервале t[ справедлива схема замещения, изображенная на рис. 5-10, б, и электромагнитные процессы характеризуются си­ стемой уравнений

« С + « д р = — ^ к + Д ^ а > 1

Значения переменных на границах интервала ^ (рис. 5-10, г):

(5-59)

Законы изменения напряжений и потокосцеплений:

Длительность первого интервала перезаряда, определенная из

Ток разряда конденсатора на интервале t[ определяется из урав­

Второй интервал перезаряда конденсатора, соответствующий дви­ жению рабочей точки по восходящей ветви петли dea (рис. 5-2), харак­ теризуется той же системой уравнений (5-58), однако ток перезаряда конденсатора в этом случае

(5-65)

Значения переменных на границах интервала t\ (рис. 5-10, г):

Законы изменения напряжений и потокосцеплений на этом интер­ вале:

разряда должны быть равны. Приравнивая правые части (5-62) и (5-69), найдем уравнение, связывающее начальное U01 и конечное Ut значе­ ния напряжения на конденсаторе с токами разряда Гс и 1"с:

Следующая коммутация силового тиристора связана с образова­

второго вспомогательного тиристора протекает совершенно анало­ гично и описывается теми же уравнениями. Таким образом, в квазиустановившемся режиме работы начальный запас энергии на каждом

5-5. Характеристики реверсивных ШИП с ДН

Для расчета максимальных координат предельного цикла переза­ ряда конденсатора удобно воспользоваться уравнениями (5-64), (5-71) и (5-73) в относительных единицах:

Решение этой системы уравнений может быть выполнено графо­ аналитически. Для определенных значений 7 у задаются несколькими

= = fs (*oi)- Согласно уравнению баланса энергии (5-76) для тех же зна­ чений / у рассчитываются зависимости (l'cllc)f — h (xoi)- Точки пересечения кривых, построенных по расчетным зависимостям / 3 (х01)

значений тока 7У , можно определить основную характеристику ШИП *оі = / {1у) при _>э , U0, /0, kK = const (рис. 5-11). Выполненные для нескольких значений параметров контуров разряда D 3 , Л£/0 и сер­ дечника &д , 10 расчеты показали, что в реверсивных ШИП с ДН и

двумя источниками питания UKl, (7 к 2 эффект накопления энергии в поле конденсатора выражен значительно сильнее, чем в нереверсив­

вующий максимальному значению относительного напряжения заряда

петли гистерезиса kA и относительного тока старта 10 приводит к ос­ лаблению эффекта накопления энергии в коммутирующем устройстве.

Располагая основными характеристиками коммутирующего устрой­ ства х01, 7с, 7 с = /(7 У ), можно определить вспомогательные характе­

Для идеального коммутирующего устройства, у которого <70 и

размагничивания в идеальном случае не зависит от тока управления ДН.

Время сохранения обратного напряжения на запирающемся тиристоре

этом изображающая точка на фазовой плоскости перемещается по

Переходя к относительным единицам, получим выражение для уг­

Угол действия обратного напряжения можно считать изменяю­ щимся обратно пропорциональным l/~ly, причем увеличение U0, D3,

выбирается из условия минимума общих коммутационных потерь мощ­

Энергетические показатели коммутирующего устройства реверсив­ ного ШИП характеризуются потерями энергии в активных сопротив-

19* 291

лениях двух контуров разряда 2wa и в стали коммутирующих дроссе­ лей. Средние потери мощности в сопротивлениях двух контуров пере­ заряда конденсатора

Рис. 5-13

Потери мощности в стали сердечников двух коммутирующих ДН, определенные с учетом формулы (5-29),

Per = 2wJK = fwCT = 0.5С (U01+UK-A Uaf (1 - I'd I с) f =

= 0,5C£/2f ( х 0 1 + 1 - £ 7 0 - 2 £ э 7 ; ) 2 ( 1 - 7 с / 7 с ) . ( 5 .85)

Относительные приведенные потери мощности в стали обоих сер­ дечников коммутирующего устройства

/ ^ з а п ^ в ^ / н

С ростом тока управления 7У и токов перезаряда конденсатора уве­ личивается скорость изменения индукции в сердечниках ДН расши­ ряется динамическая петля гистерезиса и потери в стали Р с т растут. Благодаря изменению запаса энергии в коммутирующих цепях про-

порционально току нагрузки / н = / у преобразователи с ДН сохра­ няют высокий к. п. д. в расширенном диапазоне нагрузок. На рис. 5-13, а приведены экспериментально полученные зависимости относительных коммутационных потерь .и к. п. д. ШИП ~Рк о м =

тока якоря 1я.ср/1к (для ШИП с линейными дросселями — штрихо­ вые линии, для ШИП с ДН по схеме рис. 5-9, в — штрих-пунктирные и для ШИП с ДН по схемам рис. 5-9, б, г — сплошные линии).

Вторым достоинством ШИП с ДН является весьма малое по срав­ нению со схемами с линейными дросселями или трансформаторами

0) 5) U„

f^J] "

Рис. 5-14

влияние тока нагрузки на относительную продолжительность импуль­

мутации тока с шунтирующего нагрузку диода на силовой тиристор,, а относительная продолжительность у заметно падает (рис. 5-13, б). Этим обусловлена меньшая жесткость механических характеристик систем электропривода с тиристорными ШИП с линейными дроссе­ лями (рис. 5-13, б).

Применение ДН в ШИП с параллельной коммутацией позволяет создавать запирающие устройства, оптимальные в отношении весогабаритных и энергетических показателей.

В полумостовом ШИП с симметричным законом коммутации об­ мотки управления wyl или wy2 дросселя насыщения ДН, выполнен­