|
| |
|
Главная Журналы /эф значения которого равны [151, будут где Af/ - (6.31) падение напряжения от прямого тока. (6.33) Коммутационные потери в тиристорах определяются выражением АР ~ АРвкл + А Рвыкл. Потери при включении находятся по формуле [87] ДРвкл = UUtJfi Т (U - напряжение, приложенное к тиристору; /„ - время нарастания тока в тиристоре). Потери при выключении обычно в 3-4 раза меньше потерь при включении [871 и, следовательно, суммарные потери коммутации АР = IcpUtjSfiT. (6.32) Потерн в L - С-контуре определяются выражением APl-G = /эфLO. + hcRssj где - активное сопротивление дросселя; Rsa - эквивалентное сопротивление конденсатора в последовательной схеме замещения [79 . Как отмечалось выше, вследствие многообразия структуры коммутационных узлов ТП и различного числа их элементов получить общее выражение КПД для любого преобразователя практически невозможно, поэтому рассмотрим конкретную схему тиристорного преобразователя, работающего в системе привода постоянного тока и показанную на рис. 54, а. Приведенная схема выбрана по следующим соображениям. Из всего многообразия ТП данная схема, по нашему мнению, наиболее полно соответствует требованиям, предъявляемым к преобразователям для низковольтного электротранспорта как по функциональным возможностям, так и по относительному минимумуму входящих в него элементов. Это позволяет достаточно объективно сравнить энергетические показатели ТП с соответствующими показателями транзисторного преобразователя. Временные диаграммы переключения элементов схемы показаны на рис 54, б, где »уть ут2 и аутз - импульсы управления тиристорами преобразователя соответственно первым, вторым и третьим. Для определения потерь в элементах схемы следует вначале получить выражения для токов и напряжений в каждом элементе. Рассматривая ток, протекающий через силовой тиристор Т1 (рис. 54, б), видим, что он складывается из тока якоря в первую часть периода и из зарядного тока конденсатора. Как известно из работы [5], можно принять для данного типа преобразователей амплитуду импульса перезаряда коммутирующего конденсатора 1ст = 1»5/, считая эквивд   лентными за время коммутации токи заряда и разряда конденсатора. При этом для практических расчетов с достаточной степенью точности можно рассматривать импульсы тока конденсатора как прямоугольные и считать, что за время импульса ток нагрузки и тиристора изменяется линейно. Тогда ток- hi, протекающий через тиристор Г/, можно описать следующей системой; 2,5/ - Д 2 + Mt/t, О / - Д 2 + - д. о, /„ к»  (6.34) Среднее и действующее значения тока силового тиристора определим из системы (6.34) в виде /срп = /т(1 +1,5уо/Т); (6.35) 4г1 = /Т (ka + 5.25yo/T)* (6.36) Здесь / - средний ток двигателя; коммутации. Уо = fJT. скважность импульсов const при Отметим, что для кажого L - С-контура уо = постоянной частоте регулирования, а время ( равно половине периода собственных колебаний контура: (6.37) Токи в тиристорах Т2 и ТЗ определяются соответственно токами заряда и разряда конденсатора, которые для данной схемы равны, поэтому срсзар " = 1,5/yo; (6.38) эфг2 эфгз эфсзар 1,5/ Kyo- (6.39) Для шунтирующего диода имеем сргз 1,5/7о; (6.40) (6.41) Средний ток дросселя, как и средний ток конденсатора, за период равен нулю, а действующие токи дросселя и конденсатора определяются как действующие токи заряда и разряда конденсатора, протекающие по L- С-контуру в первую и вторую части периода, следовательно, = 3/ Kyo. (6.42) к элементам преобразователя приложены следующие напряжения [87]: и к Т1, Т2 и Т4\ 3U к ТЗ и Д {Т4 включается в режиме рекуперации). Двигатель и обратный диод ДО в анализ не включены, так как являются общими элементами системы привода как с транзисторным, так и с тиристорным преобразователями. Потери в силовом тиристоре в режиме насыщения определим, подставив выражения (6.35) и (6.36) в (6.31): АРпн = РуЧ\ + l,5Yo/Y)n + Ру {ka + 5,25yo/7) ?Пд„и, (6.43) где Гт1 - сопротивление тиристора Т1 прямому току. Потери на переключение в силовом тиристоре найдем по формуле (6.32) с учетом выражения (6.35); ДРпк = /7(1 + 1.5То/Т)(„-/0„ 3,6. (6.44) Потери в открытом тиристоре Т2 определим из (6.31) при подстановке выражений (6.38) и (6.39): 72 н /Чи57о)г2 + /(1,5К7о)/?Г2дии. (6.45) Коммутационные потери в Т2 найдем из (6.32) при подстановке среднего тока из (6.38): ДРгок =/1,57о(£и- и)даб. (6.46) Поскольку для схемы, приведенной на рис. 54, а, тиристоры Т2 и ТЗ берутся однотипными, допустимо считать, что Гт2 = r-i = лгк, а Рт2ц,ни = Ртк.дин. Тогдз с учетом того. что Ut3 зи, а также выражений (6.38) и (6.39) получаем ДРз, = ЗДРг2к. (6.47) (6.48) Потери в шунтирующем диоде Д определяем из формулы (6.31), подставляя в нее выражения для токов (6.40) и (6.41): ЛРд = /(1,57о гд + /П1,5Куо)Р Потери в L виде (6.49) С-контуре с учетом (6.33) и (6.42) находим в ДР с = (3/К7о)(/. + Язэ). (6.50) Мощность, потребляемая преобразователем, определяется по формуле (6.28). Приведя полученные выражения к относительным единицам и подставив их в (6.30), для КПД тиристориого преобразователя получим выражение 1,55) fe,Y(l-/*) н(1 + 5, ,) IKAL (6.51) где k к = у/3.6; /-д/гя; /гд = Rm/rjx;  Переходя к рассмотрению энер гетических показателей аккумуляторной батареи (АБ), отметим, что ее КПД во многом зависит от формы протекающего через нее тока [88, 104]. Форма же этого тока, в свою очередь, зависит от характера нагрузки, типа преобразователя и наличия или отсутствия в цепи АБ сглаживающего фильтра. На рис. 55 показаны возможные формы тока АБ. Прямоугольный импульс тока (а) возможен при работе АБ на активную нагрузку. В реальных схемах, когда источник подключен к ДПТ через транзисторный преобразователь (см. рис. 52), ток АБ будет нарастать по экспоненте (б), которую, как указывалось выше, можно аппроксимировать прямой. В случае, когда АБ работает в системе с ТП (см. рис. 54, а), форма разрядного тока соответствует форме тока, показанной на рис. 54, в. Если в цепь АБ включен емкостной фильтр, то протекающий в контуре Е,, - С ток будет квазипостоянным (рис. 54, г). Приведенными на рис. 55 формами токов все их многообразие не исчерпывается, однако большинство встречающихся на практике случаев могут быть сведены к одной из них или к их совокупности для случая сложного импульса. Для полноты анализа получим выражения КПД АБ для каждой из приведенных форм импульсов тока. При импульсном токе КПД АБ определяется по формуле тР = 1 - ДР„/Р„ (ДРн - потери в источнике; Р„ - внутренняя мощность источника). Потери в АБ определяются произведением квадрата действующего значения тока на внутреннее сопротивление АБ, т. е. ДР» = sVh- Внутренняя мощность источника вычисляется по формуле = (£„ - ЭДС АБ; /ср - средний ток АБ за период). Тогда (6.52) При прохождении через АБ прямоугольных импульсов тока КПД источника определяется по формуле [104] Т1£= 1-/*. (6.53 При протекании через источник тока, соответствующего форме б, выражение для КПД следующее: Т£ =- 1 - /**а. (6.54) Из формулы (6.54) видно, что появление пульсаций в токе источника приводит к уменьшению КПД АБ при тех же значениях /*. Далее определим КПД при разрядном токе, форма которого показана на рис. 54, в, что соответствует разряду АБ через ТП в схеме, представленной на рис. 54, а. Уравнения мгновенных токов, а также среднее и среднеквадратическое значения тока для этого случая определены выражениями (6.34), (6.35) и (6.37). Тогда с учетом (6.52) получим = 1 - /* (ka + ЗМу)/(\ + ky). (6.55) Если в цепи АБ течет квазипостоянный ток (рис. 54, г) и источник обеспечивает некоторую выходную мощность Pq. то уравнение баланса мощностей имеет вид Внутренняя мощность источника (6.56) получим (6.56) Из уравнения (6.57) В выражении для тока (6.57) при решении уравнения (6.56) взято отрицательное значение корня, так как минимальному значению тока АБ соответствует максимальный КПД. Поскольку для разряда постоянным током значе1П1я /ср и /эф тож дественны, формула (6.52) примет вид це \ - IrJE Подставляя в нее выражение (6.57) с учетом того, что Рц = = / t/cp, получаем (6.58) Соотношение (6.58) не совсем соответствует той единой методологии анализа, которая применялась уже к контуру двигатель - диод и преобразователю. Поэтому следует получить выражение для КПД АБ при разряде постоянным током, содержащее только ток /* и скважность у. Для этого представим напря- жение на нагрузке в следующем виде: t/cp Тогда после преобразований получим (1 -f Kl -4/*(1--/*)7) /2. (6.59) Выражение (6.59) соответствует режиму разряда АБ постоянным током, что имеет место, если параллельно источнику включен емкостной фильтр. Для объективности методики анализа следует учесть потери в конденсаторе фильтра, а 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 |