|
| |
|
Главная Журналы случае требует специального рассмотрения. Применение составных транзисторов, на наш взгляд, целесообразно в импульсных преобразователях, нагрузкой которых является двигатель последовательного возбуждения, т. е. в тех электротранспортных средствах, где потери в транзисторах и диодах преобразователя в пределах рабочего цикла являются соизмеримыми величинами. Разгрузка транзисторов по току, наряду с уменьшением статических потерь, позволяет повысить надежность работы. Это особенно важно при параллельном соединении транзисторов вследствие возможной неравномерности токораспределения. Очевидно, что степень разгрузки определяется и технико-экономическими факторами: в импульсных преобразователях, предназначенных для специального исполнения, она может быть выше, чем в преобразователях широкого применения. В настоящее время известны следующие способы регулирования тока управления в транзисторных насыщенных ключах [10]: регулирование тока базы в насыщенном состоянии с отслеживанием уровня напряжения коллектор - эмиттер; регулирование тока базы в насыщенном состоянии с отслеживанием уровня напряжения коллектор - база; регулирование тока базы иронорциональио току коллектора силового транзистора; регулирование числа параллельно соединенных транзисторов, либо транзисторных модулей. В работе [10] показано, что способы регулирования с применением в качестве информацнон1[Ого параметра напряжений коллектор - эмнттер и коллектор - база в энергетическом отношении не являются оптимальными ввиду существенной зависимости этих напряжений от температуры, тока коллектора и технологического разброса параметров. Для характеристики свойств транзистора в области насыщения предлагается (III применять коэффициент насыщения в точке минимальных статических потерь, который является величиной постоянной для данного типа транзисторов и мало зависит ог температуры и коллекторного тока: Л21э.нас = Ь,2\э1Яот Kl.n = OHSt. (5.32)  Необходимое значение тока базы, определяемое как б.н ~ fe 2l3.Hac, (5.33) обеспечивает минимальные статические потери СТК. Указанные равенства можно рассматривать как обоснование высокой энергетической эффективности способа пропорционально-токового управления. Результаты экспериментальных исследований подтверждают указанные предпосылки. Способ пропорционально-токового управления, нашед- ший широкое применение в ключевых преобразователях постоянного напряжения в переменное, до недавнего времени не применялся в импульсных преобразователях, регулирующих скорость двигателя постоянного тока. Это объясняется относительной сложностью реализации его устройствами, выполненными на дискретных элементах. Использование интегральных микросхем делает применение такого способа управления целесообразным как при низких напряжениях питания, когда статические потери при изменяющейся нагрузке имеют большой вес, так и при высоких напряжениях с наличием ограничений по массогабаритным показателям. При этом следует отметить, что применение способа пропорционально-токового управления не должно приводить к снижению или ухудшению каких-либо показателей качества транзисторного импульсного преобразователя в целом. Применение метода глубокого секционирования с резервированием может наложить ограничения на диапазон действия пропорционально-токового регулирования. Как рассматривалось выше, преобразователи вида отказов должны обеспечивать надежное отключение вышедших из строя элементов. В роли преобразователей вида отказов в СТК нашли широкое применение плавкие предохранители. Экспериментальные исследования, проведенные с СТК, выполненными но методу МГСР, показали, что последствия отказов не наблюдаются, если предохранители пережигаются (в случае выхода нз строя одного из транзисторов) током не менее /н.вст, где /„.вст- номинальный ток срабатывания плавкой вставки; k - коэффициент пропорциональности. Характерная черта нагрузки импульсного преобразователя на электромобиле - высокая кратность изменения токов. Согласно данным тяговодннамических расчетов и экспериментальных исследований кратность изменения токов нагрузки составляет D/- (шксиш 8 при максимально допустимом токе СТК /к.макс ~ 275 А для легкового электромобиля грузоподъемностью 500 кг в движении по стандартному городскому циклу. Если минимальный ток базы СТК меньше значения, определенного из уравнения для то для создания условий надежного срабатывания плавких предохранителей целесообразен следующий алгоритм регулирования Тока базы силового транзисторного ключа: пропорционально-токовое управление осуществляется в диапазоне токов коллектора от максимально допустимого по условиям токоограничения значения до граничного, определяемого равенством /«.гр = /пзи.нас; от граничного до минимального тока нагрузки величина тока базы поддерживается на уровне не менее значения, определяемого по последней формуле. Такой алгоритм регулирования тока базы, несколько снижая КПД импульсного преобразователя в диапазоне токов ниже граничного, обеспечивает надежную работу СТК во всем диапазоне регулирования. Некоторое увеличение статических потерь в сравнении с минимально возможными здесь вполне допустимо, гюскольку теплоотвод проектируется из условия рассеивания максимальных тепловых потерь. Коэффициент усиления в точке минимальных статических потерь имеет для современных высоковольтных высокочастотных транзисторов относительно небольшое значение и колеблется для транзисторов различных типов от 5 до 10 [11]. Поэтому существенную долю в общей сумме статических потерь составляют потери в предварительном усилителе мощности, формирующем ток базы СТ1<. Обеспечить минимальный уровень потерь можно рациональной организацией структуры узла регулирования тока базы. 5. Транзисторный преобразователь привода электромобиля В соответствии с изложенными выше положениями разработан, исследован и испытан на электромобиле ВАЗ 2801 в условиях дорожного движения транзисторный преобразователь со следующими параметрами: U = 105 В; /к,макс - 275А; /к.ном ~ = 100 А; - 10 кГц. Принципиальная схема устройства фopПfpoвaния траектории переключения приведена иа рис. 49 и состоит нз формирующей индуктивности 1ф с первичной и вторичной обмотками; рекуперативного диода Др, дис1х}узионного ДИЗ и вспомогательного Др диодов; импульсного стабилизатора тока, который совместно со вспомогательным источником ЭДС служит для формирования тока неосновных носителей в ДИЗ. Диоды Др, Д„, Д„ Дш образованы параллельным соединением диодов типа К213А-6. СТК и управляемый стабилизатор тока выполнены на транзисторах типа КТ808А с применением МГСР, В качестве ДНЗ использован диод типа В2-320. Осциллограмма работы устройства формирования траектории переключения при выключении приведена на рис. 50. Принципиальная схема управляемого стабилизатора с импульс- 
2 мкс/дел Рпс. 50. Рис. 49. ным регулированием включает собственно стабилизатор тока, образованного транзистором Гц, , прямосмещенным дио- дом Д1 типа К212А-6 и предварительного уси-л йтел я - ген ер ато р а ста -билизированного тока с применением гибридной микросхемы К21 Kill. Микросхема имеет опто- юв/дел электронную развязку на оптроне АОД 120А и может обеспечить стабильный ток нагрузки до 5 А. В отличие от широко распространенных управляемых СТ, разработанный стабилизатор выполнен без шунта в силовой цепи. В нем применен принцип токоотвода с диодным смещением, заключающийся в том, что при работе двух полупроводниковых переходов при одинаковом напряжении на FJHX эмиттерные токи относятся друг к другу как площади эмиттеров: h2lh\ = /д2 д1 =5,25з1. (5.34) Устройство регулирования тока базы СТК представляет собой двухконтурную систему, состоящую из аналоговой части, непосредственно осуншствляющей функцию пропорционально-токового управления, и дискретно-импульсной части, функциональное назначение которой - поддержание КПД системы регулирования на оптимальном уровне в условиях высокой кратности изменения тока нагрузки. Собственно в аналоговую часть входят дифференциальные усилители напряжения УБТ и УЭТ, служащие для усиления с заданными коэффициентами напряжений, пропорциональных токам базы и эмиттера, которые поступают с шунтов соответственно /?ш.б и /?ш,э (рис. 51). Усиленные напряжения поступают на дифференциальныйусилитель УРТБ, непосредственно управляющий током базы. Выходное напряжение усилителя поступает на вход предварительного усилителя мощности ПУМ, представляющего собой импульсно-управляемый усилитель тока. Сигналы управления, вырабатываемые микропроцессорной системой управления (МПСУ), поступают на импульсный вход ПУМ через систему защиты и прерывания, осуществляющей защиту СТК по импульсной мгновенной мощности при выходе транзисторов последнего из насыщения,   Рис. 51. ПО импульсному максимальному току перегрузки и темпера-туре. Дискретно-импульсная часть управляется от устройства съема информации о насыщении (УСИН), служащего для контроля поддержания режима минимальных потерь в регуляторе тока базы, управляющее напряжение которого через устройство выхода и хранения (УВХ) поступает на вход схемы сравнения (СС). Последняя через широтно-импульсный модулятор, uHipoTHo-импульсный преобразователь, преобразователь постоянного напряжения в переменное (ППП), выпрямители и фильтр поддерживает граничный режим выходного транзисторного ключа предварительного усилителя мощности. Работа системы регулирования основана на поддержании заданного соотношения токов коллектора и базы в диапазоне токов нагрузки от максимального по условиям токоограничения до граничного, определяемого из уравнения для /к.гр. В целом систему можно классифицировать как аналогово-им-пульсный усилитель, осуществляющий регулирование тока с поддержанием граничного режима в выходном каскаде, служащим раскачивающим для СТК. Поскольку в устройство регулирования входят широко известные узлы, остановимся на специфических особенностях, обеспечивающих функционирование устройства в рамках поставленной задачи. Рассмотрим принципиальную схему включения усилителей УБТ, УЭТ и УРТБ, приведенную на рис. 51. Обозначив через и коэффициенты усиления дифференциальных усилителей УБТ и УЭТ, запишем систему уравнений для выход- ных напряжений этих усилителей «УЭТ (5.35) активные сопротивления шунтов базы и где ?ш.б и R эмиттера; и - мгновенные значения токов базы и эмиттера. Учитывая, что б замкнутой системе автоматического регулирования устройство сравнения стремится свести разность входных величин к минимально возможному значению, систему уравнений (5.35) можно записать в виде kR.ele - - kMm.sI = О или, подставив известное соотношение / = + б» получим (5.36) Равенство (5.36) определяет условие поддержания заданного отклонения коллекторного и базового токов. Полагая /21э.нас, находим условис поддержания минимальных статических потерь в СТК 21э.нао (5.37) Устройство съема информации о насыщении также выполнено с применением принципа пропорционально-токового регулирования, что позволило в значительной мере снизить влияние входной емкости онерационного усилителя на отработку устройством сигналов на фронтах переключения СТК, и избавиться от погрешности, связанной с падением напряжения на открытом разделительном диоде в результате температурного дрейфа. Выходное напряжение УСИН определяется уравнением г/усин = (Uon + Uk. э.нас б.э.пас), где и опорное напряжение. Остальные элементы системы автоматического рег-улирования типовые. Упрощенная принципиальная схема силовой части транзисторного импульсного преобразователя электромобиля выполнена согласно схеме, представленной на рис. 45, г, и состоит из СТК, образованного параллельно включенными кристаллическими структурами КТ808А-М с плавкими 11редохрани-телями в базовой и эмиттерной цепях каждого транзистора, обратного Д1 и рекуперативного Д2 диодов, состоящих из параллельно включенных диодов КД213А-6, контура рекуперации, линейного контактора, узла формирования траектории, батареи конденсаторов Сф, узлов регулирования и реверсирования возбуждения. Управляющая система преобразователя образована из двух подсистем. Подсистема управления СТК осуществляет 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||