|
| |
|
Главная Журналы аварийной ситуаций, включая человеческие жертвы. Поэтому задача определения величины емкости коммутирующего конденсатора и напряжения на нем - первоочередная задача при расчете преобразователя для низковольтного электротранспорта. Несмотря на разновидность формул для определения емкости коммутирующего конденсатора для различных схем, в общем случае она определяется выражением С = (2.1) Таким образом, коммутирующая емкость при заданном максимальном токе нагрузки /„акс и принятом типе тиристора (задано время восстановления определяется уровнем напряжения на конденсаторе перед коммутацией У» торое для различных схем может быть постоянным и переменным, изменяясь от U<U до U. Ниже рассмотрим схемы преобразователей с постоянным значением во всем диапазоне регулирования, причем для различных схем и зи. 2. Преобразователи с различным видом заряда коммутирующего конденсатора Апериодический заряд. Схему, приведенную на рнс. 6, а, можно отнести к наиболее характерным для рассматриваемой группы схем, анализ которых неоднократно приводился ранее [21, 45, 105, 1131. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, представлены на рис. 6, б. За начало отсчета выбирается момент времени t, когда включается тиристор Tl и двигатель Дв подключается к аккумуляторной батарее. До этого момента конденсатор был заряжен до напряжения источника и. С момента 11ачинается апериодический пере-   Рнс. 6. заряд конденсатора через сопротивление R по цепи тиристора Т1 и источника. Коммутирующий тиристор Т2 включается в момент времени t, и к катоду тиристора Т1 прикладывается напряжение обратной полярности U от коммутирующего конденсатора С. При этом тиристор Т1 запирается, а ток двигателя продолжает протекать по цепи конденсатора и тиркстора Т2, вследствие чего конденсатор перезаряжается до напряжения батареи U. Затем тиристор Т2 запирается, а ток двигателя протекает по цепи обратного диода. Следует отметить, что сопротивление /? должно быть таким, чтобы в открытом состоянии тиристора Т2 ток по цепи R-Т2-U-R не превышал тока его удержания. Напряжение на конденсаторе в момент включения коммутирующего тиристора Т2 определяется по формуле (2.2) Для полного восстановления запирающих свойств силового тиристора TI необходимо, чтобы время, в течение которого к нему прикладывается обратное напряжение, было не меньше времени восстановления t. Минимальное время приложения напряжения определяется уравнением - 1, - RCln- Величина среднею напряжения на двигателе будет (2.3) Как видно из (2.3), среднее напряжение на двигателе зависит как от времени А/, так и от перезарядного сопротивления R. С одной стороны, время открытого состояния тиристора Т1 ограничивается значением/?, а с другой - тиристор 72 открыт до полного перезаряда конденсатора С током нагрузки. Суммарное время, в течение которого к двигателю приложено напряжение источника, может составлять значительную часть периода коммутации, что существенно ограничивает диапазон регулирования скорости. Уменьшать сопротивление R не представляется возможным, так .как увеличиваются потери при регулировании и это может привести к-срыву коммутации. Вследствие ряда недостатков такая схема (группа схем с апериодическим перезарядом) не может использоваться в системе электропривода низковольтного аккумуляторного электротранспорта и представляет, скорее, интерес с точки зрения развития рассматриваемого вопроса. Резонансный заряд. Наиболее характерная схема тиристорного преобразователя постоянного напряжения с импульсным
 Рис. 7 управлением и резонансным зарядом коммутирующего конденсатора, которая применяется для" у11равлепия двигателями постоянного тока [106. 113, 1221, приведена на рис. 7, а. Временные диаграммы для этой схемы представлены на рис. 7, б. Первый интервал - моме1гг времени работает силовой тиристор Г/, затем нключается коммутирующий тиристор Т2 п работает до момента времени Z.,. При эгом тиристор Т1 запирается . Второй ирггервал начинается с .\юмента t,,, когда выключ11Т-ся TnpiiCTop Т2. Ток двигателя до этого моме]1та (после запирания TI) протекал через конденсатор, перезаряжая его до обратной полярности. После запирания тнрнстора Т2 ток двигателя протекает но пени обратного днода Д1. Второй интервал заканчивается в момент времени когда снова включается силовой гнрпстор TI. Третий иигервал - на двигатель подается полное напряжение аккумуляторной батареи. Одновременно с отпиранием тиристора TI начинается колебательный перезаряд конденсатора до обратной поляррюсти по цепи C-Tl-R2-~L~C. Выключение силового тиристора Т1 следует непосредственно после включения Т2. Затем процессы в схеме повторяются. Проследим, как изменяются наиболее важные величины во всех интервалах. Первый интервал - коммутирующее или начальное для этого интервала напряжение на конденсаторе который перезаряжается со скоростью, пропорциональной току двигателя /: = U, + -t\ dajdt=IlC. (2.4) Время приложения обратного напряжения к силовому тиристору /к = UJ2II. Напряжение на двигателе изменяется линейно от и -\- и. до 0; (2.5) Продолжительность интервала (2.6) Во втором интервале все величины остаются неизменными = U; Uti -= U; Ut2 = 0; и = 0; = 0; in == 0. (2.7) Третий интервал начинается с перезаряда конденсатора С. Ток конденсатора е- sin со/, (2.8) где б - коэффициент затухания контура, б = r/2L; со - кру- говая частота контура, со Конденсатор перезаряжается до напряжения , Q = coL/г. (2.9) 10, -и, перезаряд про- В реальных схемах, когда Q исходит за время Ai 4 n\LC, ток силового тиристора равен сумме токов нагрузки / и перезаряда конденсатора Его максимальное значение /7/макс = /+ - , (2.10) Р - характеристическое сопротивление зарядной цепи, Скороств нарастания напряжения на тиристоре dun/dt = и/С. В следующий момент времени импульса все величины остаются постоянными: а, = -f/; ur, = 0; = U\ = - 0; = /; 0. Выражение для определения емкости коммутирующего конденсатора при добротности колебательного контура Q = 18 имеет вид. С = макс/0,91/. (2.11) В рассмотренной схеме при запирании силового тиристора к последнему прикладывается относительно высокое обратное напряжение. Такой же выброс напряжения прикладывается и к нагрузке, вызывая соответственно повышение пульсации напряжения и тока в ней, что, в свою очередь, приводит к дополнительным потерям энергии в тяговом электродвигателе. 4 6-2604   Рис. 8. При ЭТОМ не удается получить прямоугольную форму напряжения на двигателе, что сужает диапазон регулирования выходного напряжения [151. Поэтому было бы желательно ограничить величину обратного напряжения, прикладываемого к силовому тиристору. Это можно достигнуть в схеме (рис. 8, а), в которой встречно тиристору Т1 включен обратный диод Д2 113]. При этом напряжение па тиристоре TI значительно меньше напряжения источника. Вопрос о целесообразности такого [юдхода рассмотрим ниже, здесь остановимся на анализе пропессов, протекаюнхих в схеме. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, приведены па рпс 8, б. Вначале, когда включен тиристор TJ и на двигатель подается полное напряжение батареи, коммутирующий конденсатор заряжен до напряжения, несколько превышаюп],его U. Процесс запирания TI начинается с .мо:*1ента включения комму-тируюнего тиристора 72, при этом шунтируется 7/ и начинается колебательный перезаряд конденсатора по цени С-L- Т2~С. Затем обратным колебанием конденсатор запирает тиристоры 7/ и 72. При величине тока конденсатора / ток в тиристоре 77 равняется нулю, но колебательный перезаряд продолжается и разность токов протекает через обратный диод Д2. Время, в течение которого к тиристорам прилагается обратное напряжение, зависит от /, /гмакс, L w С. Вопрос оптимизации коммутирующих элементов в подобном случае подробно рассмотрен в [1, 5, 117 . В течение времени U (1д2 = 0) Конденсатор продолжает до-заряжаться с постоянной скоростью под действием тока нагрузки. Благодаря наличию индуктивности L напряжение достигает значения U + р/, несколько превышающего напряжение аккумуляторной батареи. Ток двигателя продолжает протекать по цепи обратного диода Д1, и схема вновь 1юдготов-лена к включению силового тиристора.  "Г-г- Рис. 9. Аналогичная схема, расшот-ренная в работе [44], представлена на рис. 9. Достоинством -этой схемы является то, что благодаря замене блокирующего диода тиристором и введению добавочной ветви коммутации в ней исклк>чаются возможность резкого возрастания напряжения на коммутирующем конденсаторе за счет индуктивности источника питания, а также возможность утечки заряда конденсатора через нагрузку. Работу схемы в течение одного периода переключений разобьем на четыре интервала. Первый - при включенном силовом тиристоре на двигатель подается полное напряжение источника, В момент времени включается коммутирующий тиристор 72, ток тиристора 7/ практически мгновенно падает до нуля, а суммарный ток в коммутирующей цепи мгновенно увеличивается до тока нагрузки. При этом к тиристору Т1 прилагается обратное напряжение, а избыток перезарядного тока, на который он превышает ток нагрузки, протекает по цепи L2-Д2. Достигнув максимального значения, коммутиру-гощпп ток начинает уменьшаться, создавая заряд обратной полярности па конденсаторе С. В течение времени, когда Д2 проводит ток, прямое падение на нем, являющееся обратным для тиристора 77, запирает последний. Второй интервал (t2-t;i) характеризуется выключенным состоянием всех тиристоров, а якорный ток замыкается по цепи обратного диода Д1. Третий интервал начинается в момент времени 4 одновременным открытием тиристоров 77 и ТЗ. Двигатель подключается к источи ику, и происходиг колебательный перезаряд конденсатора по цени C-TI-Ll-TS-C. При переходе перезарядного тока через нуль тиристор ТЗ выключается. Конденсатор подготовлен к следующей коммутации. Четвертый интервал длится до момента включения коммутирующего тиристора 72. Напряжение на коммутирующем конденсаторе при тации силового тиристора определяется выражением комму- sin со.,/
COS (Hot L2-L (2.12) LJL2); ш, = 1/KL,C; бо = г,/211; ыо = 1 / [LjC. 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 |