Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

ТОКИ в цепях 1й)Ммутирукядего коадейсатора, силового тиристора Г/, шунтирующего диода Д и коммутирующего тиристора Т5; е - ток источника; ж-м - напряжения на коммутирующем конденсаторе, двигателе, силовом тиристоре Т/, тиристоре Г2, коммутирующем дросселе и тиристоре Т5. В дальнейшем при изображении осииллограмм других режимов соблюдается такая же индексация.

На рис. 19 представлены осциллограммы токов и напряжений в цепях преобразователя, показанного на рис. 13, с двигателем ДК-907 при /ср = 50 А. Параметры коммутирующего контура следующие: С = 100 мкФ; = 0,1 мГ; /вп = = 100 мкс.

Из анализа приведенных осциллограмм следует, что с изменением среднего тока нагрузки в величины напряжения источника форма кривых токов и напряжения в цепях преобразователя практически ие изменяется. Рассматривая осциллограммы напряжения на коммутирующем конденсаторе, видим, что величина размаха напряжения не зависит от среднего тока нагрузки и остается примерно постоянной, приблизительно равной 4(У.

3. Методы повышения коммутационной способности преобразователей

Коммутацрюниая способность тиристорных преобразователей постояииого напряжения при заданном токе нагрузки и входном напряжении зависит от трех факторов: времени восстановления запирающих свойств силового тиристора; емкости коммутирующего конденсатора; величины коммутирующего па-пряжения, т. е. напряжения на конденсаторе непосредствепио перед запиранием силового тиристора. Два последних фактора определяют время, в течение которого к тиристору приложено запирающее напряжение.

Рассмотрим вопрос изменения коммутационной способности преобразователя при шунтировании силового тиристора обратным диодом или цепочкой, состоящей из последовательно соединенных диода и индуктивности. Такие схемы преобразователей [1,6, 14, 15, 72, 120] чаще применяются в высоковольтном импульсном электроприводе, где L-Д-цепочки позволяют ускорить перезаряд коммутирующего конденсатора при малых токах нагрузки, ограничить обратное напряжение, прикладываемое к силовому тиристору, уменьшить начальное напряжение на нагрузке приближением формы импульса напряжения к прямоугольной, снизить пульсации напряжения, тока в якорной цепи. Для этих целей применяются также схе-


МЫ Преобразователей с параллельно-емкостной коммутацией и включенным в цепь ускоренного перезаряда тиристором, управляющие импульсы на котором смещены относительно импульсов управления на силовом тиристоре, или дросселем насыщения со смещенным током управления. К недостаткам подобных схем следует отнести в первом случае увеличение числа тиристоров и усложнение системы управления, а во втором - усложнение технологичности элементов схемы [15].

В низковольтном аккумуляторном электроприводе с тяговым двигателем последовательного возбуждения режим малых токов практически отсутствует, так как для обеспечения устойчивой работы такого электродвигателя [43] допускается загрузка его не менее 30 % номинальной. Такой режим имеет место при движении транспорта под уклон, когда загрузка тягового двигателя минимальна. Следует также учесть, что ири пуске тягового двигателя ток в его цепи может достигать значительной величины, поскольку постоянная времени низковольтных двигателей невелика.

В низковольтных преобразователях не столь важным является п ограничение обратного напряжения на силовом тиристоре, так как абсолютная величина этого напряжения не достигает большого значения вследствие малого входного напряжения по сравнению с классом применяемых тиристоров и Д1ЮЛ0В и классом изоляции остальных элементов схемы. Поэтому пульсации напряжения и тока в якорной цепи по абсолютному значению относительно невелики.

Минимальное напряжение на нагрузке в низковольтном тяговом электроприводе в основном обусловливается диапазоном регулирования скорости машины (транспорта), который составляет на практике 1 30 [126. Такой диапазон при частоте регулирования 250-500 Гц обеспечивается и без ускоренного нерезаряда коммутирующего конденсатора. Таким образом, рассмотренные выше факторы, оусловливаюи1.ие необходимость применения диодов и L-Д-ценочек, шунтирующих силовой тиристор, не являются актуальными в низковольтных преобразователях постоянного напряжения для тягового аккумуляторного электропривода.-

Рассмотрим недостатки схем с шунтирующими силовой тиристор цегючками. Прежде всего к ним можно отнести уменьшение времени, в течение которого к тиристору прикладывается обратное напряжение. В случае, когда тиристоры шунтируются обратными диодами, это время снижается в 2-4 раза [15]. К недостаткам схем с шунтирующей /.-Д-цепочкой следует отнести также большую величину перезарядных токов. В работах [1, 5] рекомендуется выбирать эту величину из условия



Таблица 2

Схема преобразователя

и, Б

Ток нагрузки, при котором происходит потеря управляемости преобразователей, А

С шунтирующей цепочкой

32/68

31/65

С шунтирующим диодом

32/70

25/4

Без шунтирующих цепочек

32/64

65/250

примечание. Перед чертой приведены данные для двигателя ДК-907,-после черты - для ДСВ.

минимальных потерь в контуре в пределах (1,5-2,6) /„акс. Такое значение выбранного перезарядного тока по L-Д-це-ночке остается постоянным во всем диапазоне регулирования (и при малых токах нагрузки), что увеличивает коммутационные потери в схеме. Увеличению коммутационных потерь способствует также невысокая добротность контура с L-Д-цепочкой (принимается для расчетов (? = 10 [1]), однако на практике эта величина значительно меньше (151. Увеличенные потери в перезарядном контуре приводят в конечном счете к снижению коммутируюи;его напряжения, что особенно чувствительно в низковольтных схемах, так как снижает коммутационную способность преобразователя. Этот вывод подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными для показанной на рнс. 13 схемы, без шунтирования и с шунтированием L-Д-цепочкой и диодом силового тиристора. Результаты экспериментов приведены в табл. 2, откуда видно что потеря управляемости преобразователя с L-Д-цепочкой (тем более с шунтирующим диодом) наступает при значительно меньшем (в 2-4 раза) токе нагрузки, чем преобразователя без шунтирующих силовой тиристор цепочек (см. рис. 13). Экспериментальные данные подтверждают снижение коммутационной способности схемы при шунтировании силового тиристора преобразователя постоянного напряжения диодом и L-Д-цепочкой. Следует также отметить, что в этих схемах массогабаритные показатели хуже, так как добавляются еще

один диод и дроссель.

На основании изложенного можно сделать вывод, что применение диодов и L-Д-цепочек, шунтирующих силовой тиристор в преобразователе постоянного напряжения с питанием от низковольтной аккумуляторной батареи в тяговом электроприводе, нецелесообразно. С точки зрения повышения коммутационной способности преобразователя в низковольтном электроприводе с питанием от аккумуляторной батареи желательно применение схем без шунтирующих силовой тиристор

цепочек, что подтверждается и на практикег такие схемы нашли более широкое распространение 112, 69, 113).

Высокую коммутирующую способность преобразователя (при малых и С) можно получить, применяя тиристоры с малым временем восстановления. Однако такие тиристоры имеют большую удельную стоимость (тиристоры типа ТБ), повышенное прямое падение напряжения и небольшую мощность в единице (тиристоры типа ТЧ), недостаточно широкий выпуск промышленностью. Тиристоры общего применения с большой мощностью в единице и малым прямым падением напряжения обладают высоким КПД и низкой удельной стоимостью, но имеют увеличенное время восстановления. Часто по технико-экономическим соображениям целесообразно применять тиристоры общего назначения, к тому же они более доступны для разработчиков. В этом случае вопрос увеличения времени приложения коммутирующего напряжения к силовому тиристору, т. е. повышения коммутационной способности, становится еще более актуальным.

Решение этого вопроса наращиванием емкости коммутирующего конденсатора, как было показано в первой главе, в аккумуляторном электротранспорте практически невозможно. К тому же большая емкость конденсатора, рассчитанная по максимальному току нагрузки, обусловливает высокие коммутационные потери во всем диапазоне регулирования, тогда как в области малых токов нагрузки желательно иметь и малые коммутационные потери, т. е. более целесообразно в низковольтном электротранспорте иметь переменную коммутационную способность, изменяющуюся пропорционально току нагрузки.

Повышение коммутационной способности увеличением коммутирующего напряжения целесообразно также с точки зрения лучшего использования полупроводниковых приборов по напряжению, так как последние практически не выпускаются на напряжение 30-100 В.

Существует метод подзаряда конденсатора с помощью дополнительного источника питания, однако такое решение неприемлемо на аккумуляторном электротранспорте.

Более эффективно использовать накопление энергии, передаваемой из контура нагрузки,-в элементах коммутирующего контура. Схемы импульсных преобразователей, осуществляющие эффект накопления, можно подразделить по следующим признакам: с применением автотрансформатора обратной связи (см. табл. 1, схемы 20, 24, 38, 54); с применением трансформатора обратной связи (схемы 22, 25-29, 31, 36, 45); с при-дпс;" дросселей, включенных в силовую цепь (схемы 23, 4U, 52); с применением обратного тиристора, регулирующего дозаряд конденсатора якорным током [29].



Применение обратной связи по току нагрузки пoзвoля€t

рационально изменять напряжение коммутирующего конденсатора в соответствии с током, который необходимо коммутировать, и с учетом напряжения источника питания. При этом потери в коммутирующем контуре за цикл регулирования будут ниже по сравнению с контуром, емкость конденсатора которого рассчитана на максимальный пусковой ток.

Глава третья

НИЗКОВОЛЬТНЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПЕРЕМЕННЫМ УРОВНЕМ НАПРЯЖЕНИЯ НА КОММУТИРУЮЩЕМ КОНДЕНСАТОРЕ

1. Преобразователи

с различным способом дозаряда

коммутирующего конденсатора

Автотрансформаторный дозаряд. Схема тиристориого преобразователя постоянного напряжения с автотрансформаторным дозарядом коммутирующего конденсатора (рис. 20, а) была предложена для применения в низковольтном электротранспорте в 1960 г. [116] и исследовалась многими авторами [45, 69].

Рассмотрим работу этой схемы, полагая, что рассеиванием трансформатора можно пренебречь [113], т. е. Л4

VLIL2. Вначале тиристоры Т1 и Т2 заперты (рис. 20, б), а ток двигателя протекает по цени диода Д1. Конденсатор С заряжен до напряжения Ucq. Рабочий цикл начинается с момента когда включается тиристор Т1. Двигатель подсоединяется к источнику. Одновременно с этим образуется резонансный контур, состоящий из вторичной обмотки L2, диода Д2 и конденсатора С. Начинается процесс резонансного перезаряда, продолжающийся до момента времени t. В интервале /о-/i напряжение и токи в конденсаторе и тиристоре описываются следующими уравнениями:

I I

\ 92 I

COS (0)2 - Ф);

Т\ 01

COS (Оо/

с01 ~ UQoTKHJt - «со COS (02

где п

коэффициент передачи - автотран;форматора, п

(3.1)

(3.2) (3.3)

" параметры контура L2-Д2-С

С02 = \/VCL2; Р2 = УШС.

Перезаряд конденсатора заканчивается в момент времени 1- Время перезаряда определяется из выражения (3.1) при условии, что в реальных схемах ф ; 0; == л/2 VCL2.

Силовой тиристор Г/открыт до момента 2 отпирания тиристора 72, в результате чего к Т1 прикладывается запирающее





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45